WO2009156131A1 - Projektor und verfahren zum projizieren eines bildes - Google Patents

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WO2009156131A1
WO2009156131A1 PCT/EP2009/004532 EP2009004532W WO2009156131A1 WO 2009156131 A1 WO2009156131 A1 WO 2009156131A1 EP 2009004532 W EP2009004532 W EP 2009004532W WO 2009156131 A1 WO2009156131 A1 WO 2009156131A1
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illumination
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pixels
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PCT/EP2009/004532
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Enrico Geissler
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Carl Zeiss Ag
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    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto

Definitions

  • the present invention relates to a projector and a method for projecting an image
  • the invention relates to a projector for projecting an image with a first and second spatial modulator, each with nxm modulator pixels, which are imaged onto one another by means of imaging optics, wherein the first modulator is exposed to light and the image is generated by means of the second modulator
  • a projector is known for example from US Pat. No. 7,050,122 B2
  • the black light level in the generated image can be reduced.
  • the difficulty arises that an absolutely exact mapping is virtually unrealizable in practice. For example, given a desired, pixel-precise image, this results in the modulator pixels of the second modulator, which are intended to represent black and are adjacent to modulator pixels intended to represent a particular brightness in the image. As a result, an undesirable increase in the black light level occurs at such modulator pixels of the second modulator
  • a projector for projecting an image is provided, with which this difficulty can be solved. Furthermore, a corresponding method for projecting an image should be provided
  • each illumination pixel associated with at least one image pixel is to represent, in accordance with the image data, a brightness value that is above the predetermined threshold and below a predetermined maximum value, during the times when the at least one associated image pixel is switched to the second state, at least at times also in the second state is switched, the background brightness during the times when these illumination pixels are switched to the second state, can be minimized
  • the predetermined threshold value is preferably chosen such that the lowest still displayable brightness in the image already exceeds the threshold value. This advantageously achieves the effect that the illumination pixels can only have the off value for image pixels which are intended to represent a black pixel
  • the predetermined maximum value may be the maximum displayable brightness or a lower brightness. In particular, the predetermined maximum value may be half of the maximum displayable brightness
  • the projector according to the invention can be designed in particular as a projector for applications in a planetarium so that the image to be projected is projected onto a curved projection surface.
  • the curved projection surface can be part of a Planeta ⁇ umskuppel
  • the projection is usually in the dark, so that the reached black level reduction brings a significant image improvement
  • the projector can also be designed as a projector for the front projection or as a projector for the back projection.
  • the projection surface can be part of the projector
  • the imaging optics can be configured as a magnifying or zooming optical system.
  • the design as enlarging or reducing imaging optics is chosen, for example, when the modulators are of different sizes. It is particularly important that the desired assignment of the illumination and image pixels is realized
  • the modulators can also be designed as LCD, as LCoS modulators or as tilting mirror matrices.
  • the modulators can also be reflective or transmissive. A combination of different types of modulators is also possible. However, use of modulators of the same type, in particular tilt mirror matrices, is advantageous
  • FIG. 1 shows a schematic view of the inventive projector
  • FIG. 2 shows a schematic view of the first modulator 3
  • FIG. 3 shows a schematic view of the second modulator 5
  • FIG. 4 shows a schematic view of the pixel assignment of the two modulators 3,
  • FIG. 5 shows a schematic view of the control unit 6 of the projector 1 of FIG. 1
  • FIG. 6 is an illustration for explaining image switching times of the pulse-width-modulated control data MS, BS for a bit depth of 8
  • FIG. 9 shows a representation for explaining the image control data BS for the value 20
  • FIG. 10-13 shows schematic representations of the light incident on the image modulator 5, FIG.
  • Fig. 14 is a diagram for explaining the pattern and image data M, B
  • Fig. 15 is a diagram for explaining the pattern control data MS for the value 52
  • Fig. 16 is a diagram for explaining the image control data BS for the value 20
  • FIG. 18 A diagram for explaining the pattern control data MS for the value 23
  • FIG Fig. 21 is a diagram for explaining the pattern control data MS for the value 63
  • Fig. 22 is a diagram for explaining the image control data BS for the value 19
  • Fig. 23 is a diagram for explaining the generation of the pattern and image data M, B Image data M, B,
  • Figs. 24a and 24b are illustrations for explaining the pattern control data MS for the values 63 and 127;
  • FIGS. 25a and 25b are diagrams for explaining the image control data BS for the values 20 and 52;
  • FIG. 26 is a diagram for explaining the assignment of the pixels of the two modulators 3;
  • 27 shows an illustration for explaining the assignment of the pixels of the two modulators 3, 5 according to a further variant
  • 28 shows a schematic view of a further embodiment of the projector according to the invention
  • the projector 1 for projecting an image comprises a light source 2, an illumination modulator 3, an imaging optic 4, an image modulator 5, a projection optics 6 and a control unit 7
  • the two modulators 3, 5 are each formed as Kippapt ⁇ x having a plurality of tilting mirrors in columns and rows, wherein the tilting mirror can be brought independently of each other in a first and in a second tilted position
  • the first modulator 3 has 8 ⁇ 7 tilting mirror K1 (hereinafter also referred to as illumination pixel) and the second modulator 5 has 7 ⁇ 6 tilting mirror K2 (hereinafter also referred to as image pixel), as shown schematically in FIGS. 2 and 3 Tilting mirrors K1 and K2 have the same dimensions here.
  • This small number of tilting mirrors K1 and K2 is assumed to simplify the description.
  • the modulators 3, 5 can contain many more tilting mirrors K1, K2. In particular, they can each contain the same number of tilting mirrors
  • the imaging optics 4 is formed as a 1 1 -Ab Struktursoptik with a lens 8 and a mirror 9 and forms each tilting mirror of the illumination modulator 3 exactly half the dimension of a Kippspiegeis K2 of the second modulator 5 in the column and in the Zeilen ⁇ chtung offset to the second modulator 5, so that each tilting mirror K2 of the second modulator 5 are assigned exactly four tilting mirror K1 of the second modulator 3. If the two modulators 3, 5 have the same number of tilting mirrors K1, K2, this assignment z B can be achieved by not all tilting mirrors K2 of the second modulator 5 are used
  • each tilting mirror K1 of the first modulator 3 associated with a tilting mirror K2 of the second modulator 5 covers exactly one quarter of the pixel area of the tilting mirror K2
  • the two modulators 3 and 5 are controlled by the control unit 7 based on supplied image data BD so that the illumination modulator 3, which is acted upon by the light (z B white light) of the light source 2, a flat-modulated light source for the image modulator 5, with which the image to be projected is generated or modulated, which is then projected onto a projection surface 10 by means of the projection optics 6
  • the projector 1 is designed so that only the light which is reflected by the tilting mirrors of the illumination modulator 3 located in the first tilting position is imaged onto the associated tilt mirrors of the image modulator 5 Light coming from the tilting position of tilting mirrors of the illumination modulator 3 is picked up by a beam trap (not shown) and is thus not imaged on the image modulator 5.
  • the light coming from the image pixels in the first tilted position is projected onto the projection surface 10 via the projection optics 6.
  • the light reflected by the image pixels in the second tilt position is not projected onto the projection surface 10 but is recorded in a beam trap (not shown)
  • the tilting positions of the image pixels thus modulate or generate the image to be projected, which is projected by means of the projection optics 6
  • the control unit 7 In order to reduce the black level (ie, the unwanted residual brightness still exhibited by a black pixel) in the projected image, the control unit 7 generates from the supplied image data BD illumination control data MS for the illumination modulator 3 and image control data BS for the image modulator 5 in connection with FIG In this description, it is assumed that in both modulators 3, 5 in each case a pulse width modulation with respect to the first and second tilt position of the tilting mirror for intensity modulation of the light incident on them is performed
  • the image data BD is already present in digital form with the appropriate pixel resolution for the image modulator 5 with 7 ⁇ 6 tilt mirrors K2 (each image thus has 7 ⁇ 6 pixels) and are recorded simultaneously in the control unit 7, as shown schematically in FIG at one
  • Pattern generator 11 and applied to a delay element 12
  • the pattern generator 11 generates on the basis of the supplied image data BD pattern data M, the first to a
  • Control electronics 13 are applied The first control electronics 13 generates the pulse-width-modulated lighting control data MS based on the pattern data M and applies them to the illumination modulator 3
  • the delay element 12 delays the zugechtten image data BD so that they are applied simultaneously with the application of the pattern data M to the first control electronics 13 as image data B to a second control electronics 14 for the image modulator 4
  • the second control electronics 14 generates the pulse width modulated image control data BS and puts them to the image modulator 5
  • the illumination and image control data MS, BS, the illumination and image pixels K1, K2 are brought into the first and second tilt positions during the single image duration T for generating the image in such a way that the desired image is generated and projected.
  • a single image For movies, for example, it is 1/24 second when displaying 24 frames per second. This applies to the case of monochrome images shown here.
  • the frame duration z B is 1/3 1/24 second.
  • the light source 2 z B produces red, green and blue light in succession, illuminating the illumination modulator 3 for the following description It is first assumed that monochrome images are generated and projected
  • the first and second control electronics 13 and 14 may be, for example, the control electronics supplied by the manufacturer of the modulators 3 and 5.
  • the exemplary embodiment described here is modulators 3, 5 and control electronics 13, 14 from Texas Instruments
  • Both the application of the data M, B to the two control electronics 13, 14 and the control electronics 13 and 14 themselves are preferably synchronized, as indicated by the arrows F1 and F2
  • control data MS BS from the supplied image data BD, assuming that each pixel can be represented with a bit depth of 8 (and thus with a brightness value of 0-255), where 0 is the lowest brightness (ie black) and 255 should be the highest brightness
  • a BS or MS value of 1 stands for a tilting mirror K1, "2 which is in the first tilted position and a BS or MS value of 0 for a tilting mirror K1, K2 which is in the second tilted position
  • the bit switching time P2 is twice as long as the bit switching time P1
  • P3 is twice as long as P2 and so on
  • the sum of all Bit switching times P1 to P8 of the frame duration T correspond
  • the shortest bit switching time P1 is T
  • T is the frame duration and q is the bit depth (here 8)
  • the individual bit switching times P1-P8 can, as shown in FIG. 6, each be a continuous time period within the frame duration T. However, it is also possible for one or the other bit switching time (eg P8) to be divided into smaller time slices The essential factor here is only that the bit switching times always have the same time distribution with respect to the frame duration T
  • the control unit 7 generates the pattern data M for the first control electronics 13 and the image data B for the second control electronics 14 from the supplied image data BD as follows
  • the pattern data M has 8 ⁇ 7 pattern points M (n, m), each of which is assigned to one illumination pixel K1.
  • the image data has 7 ⁇ 6 pixels B (n, m), each of which is assigned to an image pixel K2
  • the image data B for the second drive electronics 14 are not changed by the control unit 7 compared to the originally supplied image data BD, but only delayed in synchronism with the pattern data M. As shown in FIG. 7, only the value of the pixel B (5 , 3) the image data B 20, the values of the remaining pixels are 0
  • the pattern data M all the pattern points M (n, m) are first set to 0. Then, the pattern pixels M (n, m) for the illumination pixels associated with an image pixel to represent a non-zero intensity value are set to this intensity value Thus, in this step, the pattern points M (5,3), M (5,4), M (6,3), M (6,4) are set to 20 With these steps, the pattern data of Fig. 7 is generated
  • the pulse width modulation data BS is the second control electronics 14 for the pixel B (5,3) with the intensity 20 shown schematically
  • the tilting mirror of the image modulator 5 for the pixel B (5, 3) is brought into its first position only during the bit switching times P3 and P5, at which the tilting mirror for the pixel B (5, 3) Since the four pattern points M (5,3), M ⁇ 5,4), M (6,3), M (6,4) are set to 20, unavoidable aberrations of the optics 4 are compensated for this Effect will be described in connection with the schematic diagrams in FIGS. 9 and 10
  • the pixel offset in the column and cell direction is present, as described in connection with FIG. 4, and the four illumination pixels K1 assigned to the image pixel K2 (5,3) are switched on, so that, as shown in FIG As a result, the tilting mirror K2 (5,3), which is the only tilting mirror K2 of the image modulator 5 which is in the first position, is illuminated, the tilting mirror K2 (5,3) is illuminated over all four associated tilting mirrors K1 of the first modulator 3
  • the desired intensity value can be displayed with high accuracy.
  • the black light level can also be effective be reduced in these areas
  • the difficulty may arise that the actual illumination depends on the wavelength (ie the color sub-image) in Fig. 12 (illumination by only one illumination pixel in the same way as in Fig. 10) and Fig. 13 (illumination by four illumination pixels according to FIG. 11), the illumination (shaded ellipses (n)) of the tilting mirror K2 (5, 3) for a different wavelength is shown schematically in comparison to FIGS. 10 and 11.
  • FIGS. 10 and 12 shows, depending on the wavelength different proportions of the tilting mirror surface of the tilting mirror K2 (5,3) illuminated This leads to color barfacts in the image display, because then the color components are not present in the projected image as desired
  • the triggering of the tilting mirrors of the two modulators 3 and 5 can also be described as follows.
  • the illumination pixels assigned to the image pixel K2 (5, 3) are only switched on (first tilted position) if the If the assigned image pixel K2 (5,3) is switched off (second tilt position), the assigned or linked illumination pixels are also switched off (second tilt position).
  • FIG. 14 shows an example in which two pixels in the image data BD have an intensity value which is not equal to 0, namely the intensity value 20 (pixel BD (5,3)) and 52 (pixel BD (4,3)).
  • the pattern data M will have pattern points M (n, m) associated with two pixels B (n, m) having an intensity value greater than zero (eg, the pattern point M (5,3) assigned to the pixels B (4,3) and B (5,3) by the imaging optics 4)
  • the pattern data M are then generated so that always the higher of the two Intensity values resulting from the association with two pixels having brightness values other than 0 are generated as a sample point value, as schematically illustrated in Fig. 14.
  • the pulse width modulation data MS, BS for the intensity values 52 and 20 are shown
  • FIG. 17 shows an example in which the so-called temporal dithe ⁇ ng of the second drive electronics 14 is taken into account in the generation of the pattern data M.
  • the drive electronics 14 randomly generate pulse width modulation data representing a somewhat modified intensity value.
  • the second drive electronics 14 can do so
  • an intensity value of 18-22 may thus be generated.
  • the pulse width modulation data BS for the values 18-22 are shown in Figures 19a-19e show that at this pulse width modulation values, the bit switching times Pi 1 P2, P3 and P5 occur
  • This type of generation of the pattern data M provides the shortest possible illumination duration, for which it is ensured that the image pixel is illuminated when it is switched on for each pulse width image control value BS possible due to the temporal dithering.
  • the unwanted background brightness of the surrounding image pixels that occurs throughout the entire image Frame duration T are turned off, minimized
  • the control unit 7 determines the pattern point value by accessing with the value of the pixel a table in which for each possible pixel value a pattern data value is stored, which takes into account the temporal dithering in the manner described. This pattern data value is then used in the pattern data
  • the temporal dithering may also be considered in the generation of the pattern data M as follows.
  • the pulse width modulated control data MS is for 63 and in FIG Example shown
  • bit switching times P6 and P4 is set to 1, so that something is illuminated longer than absolutely necessary Compared with pattern data M, where z 255 is selected, which would be technically easy to implement, but still significantly shorter
  • the determination of the pattern data can be simplified as follows:
  • the control unit determines the most significant bit and then uses the value stored in a table for these bits.
  • the table may be as follows
  • Fig. 23 the example of Fig. 14 having two nonzero values is shown in the image data BD.
  • the temporal dithering is taken into account.
  • pattern points M (n, m) of the pattern data M which is unequal with both pixels having intensity values 0 are linked in the image data B, first OR-linking the intensity values of the image data is performed
  • the corresponding pulse width modulation data of the pattern data values 63 and 127 are shown in Figures 24a and 24b.
  • the described possibilities of generating the pattern and image data can also be used in the generation and projection of multicolor images. If the multicolor images are generated in a time-sequential manner by producing, for example, a red, a green and a blue color sub-image one after the other However, it is also possible to generate and use the same pattern data for all color sub-images of an image. The same pattern data is used in particular even if the color sub-images are generated simultaneously by means of several image modulators
  • the imaging optics 4 can also map the two modulators 3, 5 so that each tilting mirror K1 of the illumination modulator 3 is imaged exactly offset by half the dimension of a tilting mirror K2 of the second modulator in the row direction (FIG. 26) or in the column direction (FIG. 27) In this case, exactly two tilting mirrors K1 of the first modulator 3 are assigned to each tilting mirror K2 of the second modulator 5
  • the imaging optics 4 images the modulator 3 on the modulator 5, that each tilting mirror of the modulator 5 is associated with exactly one tilting mirror of the modulator 3
  • the pattern data were generated in such a way that no further image pixels are illuminated in addition to the image pixels which are to represent a brightness value greater than 0.
  • the pattern data can also be generated in such a way that in addition to the image pixels having a brightness value greater than 0 should represent, the image pixels, the Of course, it is possible to additionally illuminate not only immediately adjacent image pixels that are to represent the brightness value 0, but also more distant image pixels Image pixels which are to represent a brightness value 0, which illuminate which is not spaced apart by more than one, two or z B three image pixels (ie a predetermined number of pixels) from an image pixel which is intended to represent a brightness value not equal to 0 spatial Dithe ⁇ ng the second control electronics 14 are taken into account, in which the control electronics 14 randomly assigns a to an adjacent to a E ⁇ n B ⁇ ldp ⁇ xel Aus-B ⁇ ldp ⁇ xel an on value
  • FIG. 28 shows an embodiment of the projector 1 according to the invention, in which the modulators are designed as transmissive modulators (eg LCD modules)

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Abstract

Es wird bereitgestellt ein Projektor zum Projizieren eines Bildes, mit einem mit Licht beaufschlagtem Beleuchtungsmodulator (3), der mehrere in Spalten und Zeilen angeordnete Beleuchtungspixel aufweist, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind, um die Intensität des Lichtes pixelindividuell zu modulieren, einer dem Beleuchtungsmodulator (3) nachgeordneten Abbildungsoptik (4), die das pixelindividuell modulierte Licht auf einen Bildmodulator (5) mit mehreren in Spalten und Zeilen angeordneten Bildpixeln, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind, um das zu projizierende Bild zu erzeugen, so abbildet, daß jedes Beleuchtungspixel zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, sowie einer Steuereinheit (7), der Bilddaten (BD) des zu erzeugenden Bildes zugeführt sind und die daraus Beleuchtungssteuerdaten für den Beleuchtungsmodulator (3) erzeugt und an diesen zur Modulation des Lichtes anlegt sowie Bildsteuerdaten für den Bildmodulator (5) erzeugt und an diesen zur Bilderzeugung anlegt, wobei die Beleuchtungspixel jeweils in einen ersten Zustand, in dem das von dem Beleuchtungspixel kommende Licht auf das zumindest eine zugeordnete Bildpixel abgebildet wird, und in einen zweiten Zustand schaltbar sind, in dem kein Licht vom Beleuchtungspixel auf das zumindest eine zugeordnete Bildpixel abgebildet werden soll, und die Bildpixel jeweils in einen ersten Zustand, in dem das von dem Bildpixel kommende Licht zur Bilderzeugung verwendet wird, und in einen zweiten Zustand schaltbar sind, in dem kein Licht von dem Bildpixel zur Bilderzeugung verwendet wird, wobei die Beleuchtungssteuerdaten für jedes Beleuchtungspixel entweder einen Ein-Wert, um mit dem von diesem Beleuchtungspixel kommenden Licht die zugeordneten Bildpixel des Bildmodulators für die Bilderzeugung zu beleuchten, oder einen Aus-Wert, um die Intensität des von diesem Beleuchtungspixel kommenden und auf die zugeordneten Bildpixel abgebildeten Lichtes zu minimieren, aufweisen und in der Art erzeugt sind, daß die Beleuchtungssteuerdaten für jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen über einem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, den Ein-Wert aufweisen, der so gewählt ist, daß jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen Helligkeitswert darstellen soll, der über dem vorbestimmten Schwellwert und unter einem vorbestimmten Maximalwert liegt, während den Zeiten, wenn das zumindest eine zugeordnete Bildpixel in den zweiten Zustand geschaltet ist, zumindest zeitweise auch in den zweiten Zustand geschaltet ist.

Description

Projektor und Verfahren zum Projizieren eines Bildes
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Projektor und ein Verfahren zum Projizieren eines Bildes
Insbesondere betrifft die Erfindung einen Projektor zum Projizieren eines Bildes mit einem ersten und zweiten räumlichen Modulator mit jeweils n x m Modulatorpixeln, die mittels einer Abbildungsoptik aufeinander abgebildet werden, wobei der erste Modulator mit Licht beaufschlagt wird und das Bild mittels des zweiten Modulators erzeugt wird Ein solcher Projektor ist beispielsweise aus dem US 7,050,122 B2 bekannt
Mit einer solchen Anordnung kann der schwarze Lichtpegel im erzeugten Bild reduziert werden Jedoch tritt die Schwierigkeit auf, daß eine absolut exakte Abbildung in der Praxis quasi nicht realisierbar ist Dies fuhrt z B bei einer gewünschten, pixelgenauen Abbildung dazu, daß die Modulatorpixel des zweiten Modulators, die Schwarz darstellen sollen und zu Modulatorpixeln benachbart sind, die eine bestimmte Helligkeit im Bild darstellen sollen, beleuchtet werden Als Folge tritt eine unerwünschte Anhebung des schwarzen Lichtpegels bei solchen Modulatenpixeln des zweiten Modulators auf
Erfindungsgemäß soll ein Projektor zum Projizieren eines Bildes bereitgestellt werden, mit dem diese Schwierigkeit gelöst werden kann Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zum Projizieren eines Bildes bereitgestellt werden
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Projektor zum Projizieren eines Bildes gemäß Anspruch 1
Da jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen Helligkeitswert darstellen soll, der über dem vorbestimmten Schwellwert und unter einem vorbestimmten Maximalwert hegt, während den Zeiten, wenn das zumindest eine zugeordnete Bildpixel in den zweiten Zustand geschaltet ist, zumindest zeitweise auch in den zweiten Zustand geschaltet ist, kann die Hintergrundhelligkeit wahrend den Zeiten, zu denen diese Beleuchtungspixel in den zweiten Zustand geschaltet sind, minimiert werden
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Projektors sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben
Der vorbestimmte Schwellwert ist bevorzugt so gewählt, daß die geringste noch darstellbare Helligkeit im Bild bereits über dem Schwellwert hegt Damit wird vorteilhaft erreicht, daß nur für Bildpixel, die einen schwarzen Bildpunkt darstellen sollen, die Beleuchtungspixel den Aus-Wert aufweisen können
Der vorbestimmte Maximalwert kann die maximal darstellbare Helligkeit oder eine geringere Helligkeit sein Insbesondere kann der vorbestimmte Maximalwert die Hälfte der maximal darstellbaren Helligkeit sein
Der erfindungsgemäße Projektor kann insbesondere als Projektor für Anwendungen in einem Planetarium so ausgebildet sein, daß das zu projizierende Bild auf eine gekrümmte Projektionsfläche projiziert wird Die gekrümmte Projektionsfläche kann Teil einer Planetaπumskuppel sein Bei dieser Ausbildung erfolgt die Projektion in der Regel im Dunklen, so daß die erreichte Schwarzpegelreduzierung eine deutliche Bildverbesserung mit sich bringt
Der Projektor kann ferner als Projektor für die Frontprojektion oder als Projektor für die Ruckprojektion ausgebildet sein Die Projektionsfläche kann Bestandteil des Projektors sein
Die Abbildungsoptik kann als 1 1-Abbιldungsoptιk, als vergrößernde oder als verkleinernde Abbildungsoptik ausgebildet sein Die Ausbildung als vergrößernde oder als verkleinernde Abbildungsoptik wird z B gewählt, wenn die Modulatoren unterschiedlich groß sind Wesentlich ist dabei insbesondere, daß die gewünschte Zuordnung der Beleuchtungs- und Bildpixel verwirklicht wird
Die Modulatoren können als LCD-, als LCoS-Modulatoren oder als Kippspiegelmatrizen ausgebildet sein Die Modulatoren können ferner reflektiv oder transmissiv sein Auch eine Kombination unterschiedlicher Typen von Modulatoren ist möglich Jedoch ist ein Verwendung von Modulatoren des gleichen Typs, insbesondere von Kippspiegelmatπzen, vorteilhaft
Ferner wird ein Verfahren gemäß Anspruch 7 bereitgestellt Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Verfahrensanspruchen angegeben Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Allemstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen
Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch naher erläutert Es zeigen
Fig 1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Projektors, Fig 2 eine schematische Ansicht des ersten Modulators 3, Fig 3 eine schematische Ansicht des zweiten Modulators 5, Fig 4 eine schematische Ansicht der Pixelzuordnung der beiden Modulatoren 3, 5, Fig 5 eine schematische Ansicht der Steuereinheit 7 des Projektors 1 von Fig 1 , Fig 6 eine Darstellung zur Erläuterung von Bildschaltzeiten der pulsweitenmodulierten Steuerdaten MS, BS für eine Bittiefe von 8,
Fig 7 eine schematische Darstellung zu Erläuterung der Erzeugung der Muster- und
Bilddaten M, B,
Fig 8 eine Darstellung zur Erläuterung der Mustersteuerdaten MS für den Wert 20, Fig 9 eine Darstellung zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für den Wert 20, Fig 10-13 schematische Darstellungen des Lichteinfalls auf den Bildmodulator 5,
Fig 14 eine Darstellung zur Erläuterung zur Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B, Fig 15 eine Darstellung zur Erläuterung der Mustersteuerdaten MS für den Wert 52, Fig 16 eine Darstellung zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für den Wert 20, Fig 17 eine Darstellung zur Erläuterung der Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B, Fig 18 eine Darstellung zur Erläuterung der Mustersteuerdaten MS für den Wert 23, Fig 19a-19e Darstellungen zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für die Werte 18-22, Fig 20 eine Darstellung zur Erläuterung der Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B, Fig 21 eine Darstellung zur Erläuterung der Mustersteuerdaten MS für den Wert 63, Fig 22 eine Darstellung zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für den Wert 19, Fig 23 eine Darstellung zur Erläuterung der Erzeugung der Muster- und Bilddaten M, B,
Fig 24a und 24b Darstellungen zur Erläuterung der Mustersteuerdaten MS für die Werte 63 und 127,
Fig 25a und 25b Darstellungen zur Erläuterung der Bildsteuerdaten BS für die Werte 20 und 52, Fig 26 eine Darstellung zur Erläuterung der Zuordnung der Pixel der beiden Modulatoren 3,
5 gemäß einer Variante,
Fig 27 eine Darstellung zur Erläuterung der Zuordnung der Pixel der beiden Modulatoren 3, 5 gemäß einer weiteren Variante, und Fig 28 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Projektors
Bei der in Fig 1 gezeigten Ausfuhrungsform umfaßt der erfindungsgemäße Projektor 1 zum Projizieren eines Bildes eine Lichtquelle 2, einen Beleuchtungsmodulator 3, eine Abbildungsoptik 4, einen Bildmodulator 5, eine Projektionsoptik 6 sowie eine Steuereinheit 7
Die beiden Modulatoren 3, 5 sind jeweils als Kippspiegelmatπx ausgebildet, die mehrere Kippspiegel in Spalten und Zeilen aufweisen, wobei die Kippspiegel voneinander unabhängig in eine erste und in eine zweite Kippstellung gebracht werden können
In dem hier beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel weist der erste Modulator 3 8 x 7 Kippspiegel K1 (nachfolgend auch Beleuchtungspixel genannt) und weist der zweite Modulator 5 7 x 6 Kippspiegel K2 (nachfolgend auch Bildpixel genannt) auf, wie schematisch in Fig 2 und 3 dargestellt ist Die Kippspiegel K1 und K2 weisen hier die gleichen Abmessungen auf Diese geringe Anzahl der Kippspiegel K1 und K2 ist zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen Natürlich können die Modulatoren 3, 5 sehr viel mehr Kippspiegel K1 , K2 enthalten Insbesondere können sie jeweils die gleiche Anzahl von Kippspiegeln enthalten
Die Abbildungsoptik 4 ist als 1 1 -Abbildungsoptik mit einer Linse 8 und einem Spiegel 9 ausgebildet und bildet jeden Kippspiegel des Beleuchtungsmodulators 3 genau um die halbe Abmessung eines Kippspiegeis K2 des zweiten Modulators 5 in der Spalten- und in der Zeilenπchtung versetzt auf den zweiten Modulator 5 ab, so daß jedem Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 genau vier Kippspiegel K1 des zweiten Modulators 3 zugeordnet sind Wenn die beiden Modulatoren 3, 5 die gleiche Anzahl von Kippspiegeln K1 , K2 aufweisen, kann diese Zuordnung z B dadurch erreicht werden, daß nicht alle Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 genutzt werden
Wie in der Darstellung von Fig 4 ersichtlich ist, deckt jeder einem Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 zugeordneten Kippspiegel K1 des ersten Modulators 3 genau ein Viertel der Pixelfläche des Kippspiegeis K2 ab
Die beiden Modulatoren 3 und 5 werden von der Steuereinheit 7 basierend auf zugefuhrten Bilddaten BD so angesteuert, daß der Beleuchtungsmodulator 3, der mit dem Licht (z B weißem Licht) der Lichtquelle 2 beaufschlagt wird, eine flächig modulierte Lichtquelle für den Bildmodulator 5 ist, mit dem das zu projizierende Bild erzeugt bzw moduliert wird, das dann mittels der Projektionsoptik 6 auf eine Projektionsfläche 10 projiziert wird Um die flächig modulierte Lichtquelle bereitzustellen, ist der Projektor 1 so ausgebildet, daß nur das Licht, das von den sich in der ersten Kippstellung befindenden Kippspiegeln des Beleuchtungsmodulators 3 reflektiert wird, auf die zugeordneten Kippspiegel des Bildmodulators 5 abgebildet wird Das von den in der zweiten Kippstellung stehenden Kippspiegeln des Beleuchtungsmodulators 3 kommende Licht wird von einer (nicht gezeigten) Strahlfalle aufgenommen und wird somit nicht auf den Bildmodulator 5 abgebildet Die Bilderzeugung bzw -modulation erfolgt dann mittels der Kippstellung der Bildpixel (= Kippspiegel des Bildmodulators 5), da nur das von den in der ersten Kippstellung stehenden Bildpixeln kommende Licht über die Projektionsoptik 6 auf die Projektionsflache 10 projiziert wird Das von den sich in der zweiten Kippstellung befindenden Bildpixeln reflektierte Licht wird nicht auf die Projektionsfläche 10 projiziert, sondern z B in einer (nicht gezeigten) Strahlfalle aufgenommen Durch die Kippstellungen der Bildpixel wird somit das zu projizierende Bild moduliert bzw erzeugt, das mittels der Projektionsoptik 6 projiziert wird
Um im projizierten Bild den Schwarzhchtpegel (also die unerwünschte Resthelligkeit, die ein schwarzer Bildpunkt noch aufweist) zu reduzieren, erzeugt die Steuereinheit 7 aus den zugefuhrten Bilddaten BD Beleuchtungssteuerdaten MS für den Beleuchtungsmodulator 3 und Bildsteuerdaten BS für den Bildmodulator 5 in der nachfolgend in Verbindung mit Fig 5 - 9 beschriebenen Art und Weise Bei dieser Beschreibung wird davon ausgegangen, daß bei beiden Modulatoren 3, 5 jeweils eine Pulsweitenmodulation bezüglich der ersten und zweiten Kippstellung der Kippspiegel zur Intensitätsmodulation des auf sie fallenden Lichtes durchgeführt wird
Die Bilddaten BD hegen bereits in digitaler Form mit der geeigneten Pixelauflösung für den Bildmodulator 5 mit 7 x 6 Kippspiegeln K2 vor (jedes Bild weist somit 7 x 6 Bildpunkte auf) und werden in der Steuereinheit 7, wie in Fig 5 schematisch gezeigt ist, gleichzeitig an einen
Mustergenerator 11 sowie an ein Verzögerungselement 12 angelegt Der Mustergenerator 11 erzeugt anhand der zugefuhrten Bilddaten BD Musterdaten M, die an eine erste
Ansteuerelektronik 13 angelegt werden Die erste Ansteuerelektronik 13 erzeugt basierend auf den Musterdaten M die pulsweitenmoduherten Beleuchtungssteuerdaten MS und legt diese an den Beleuchtungsmodulator 3 an
Das Verzögerungselement 12 verzögert die zugefuhrten Bilddaten BD so, daß sie gleichzeitig mit dem Anlegen der Musterdaten M an die erste Ansteuerelektronik 13 als Bilddaten B an eine zweite Ansteuerelektronik 14 für den Bildmodulator 4 angelegt werden Die zweite Ansteuerelektronik 14 erzeugt die pulsweitenmodulierten Bildsteuerdaten BS und legt diese an den Bildmodulator 5 an Gemäß den Beleuchtungs- und Bildsteuerdaten MS, BS werden wahrend der Einzelbilddauer T zur Erzeugung des Bildes die Beleuchtungs- und Bildpixel K1 , K2 so in die erste und zweite Kippstellung gebracht, daß das gewünschte Bild erzeugt und projiziert wird Die Einzelbilddauer T ist die Dauer, während der ein einzelnes Bild dargestellt wird Bei Filmen beträgt sie z B 1/24 Sekunden, wenn 24 Bilder pro Sekunde dargestellt werden Dies gilt für den hier beschriebenen Fall der Darstellung von einfarbigen Bildern Bei mehrfarbigen Bildern werden häufig für jedes Bild ein rotes, ein grünes und ein blaues Teilbild nacheinander erzeugt Dann beträgt die Einzelbilddauer z B 1/3 1/24 Sekunden Um diese Teilbilder zu erzeugen, erzeugt die Lichtquelle 2 z B zeitlich nacheinander rotes, grünes und blaues Licht, mit dem der Beleuchtungsmodulator 3 beleuchtet wird Für nachfolgende Beschreibung wird zunächst angenommen, daß einfarbige Bilder erzeugt und projiziert werden
Die erste und zweite Ansteuerelektronik 13 und 14 kann z B die vom Hersteller der Modulatoren 3 und 5 mitgelieferte Ansteuerelektronik sein In dem hier beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel handelt es sich um Modulatoren 3, 5 und Ansteuerelektroniken 13, 14 von Texas Instruments
Sowohl das Anlegen der Daten M, B an die beiden Steuerelektroniken 13, 14 sowie die Steuerelektroniken 13 und 14 selbst sind bevorzugt synchronisiert, wie durch die Pfeile F1 und F2 angedeutet ist
Nachfolgend wird ein Beispiel der Erzeugung der Steuerdaten MS, BS aus den zugefuhrten Bilddaten BD angegeben, wobei angenommen wird, daß jeder Bildpunkt mit einer Bittiefe von 8 (und somit mit einem Helligkeitswert von 0 - 255) dargestellt werden kann, wobei 0 die geringste Helligkeit (also schwarz) und 255 die höchste Helligkeit sein soll
Bei einer Bittiefe von 8 ergeben die acht zugeordneten Bitschaltzeiten P1-P8 (in Fig 6 gestrichelte dargestellt) für die Steuerdaten MS, BS zusammen den Bitwert 255 (in Fig 6 mit durchgezogener Linie dargestellt), der der gesamten Einzelbilddauer T (Zeit von t = 0 bis t1) entspricht Dabei steht ein BS- bzw MS-Wert von 1 für einen in der ersten Kippstellung stehenden Kippspiegel K1 , «2 und ein BS- bzw MS-Wert von 0 für einen in der zweiten Kippstellung stehenden Kippspiegel K1 , K2
Wie bei der Pulsweitenmodulation üblich, ist die Bitschaltzeit P2 doppelt so lang wie die Bitschaltzeit P1 , ist P3 doppelt so lang wie P2 und so weiter, wobei die Summe aller Bitschaltzeiten P1 bis P8 der Einzelbilddauer T entspricht Die kürzeste Bitschaltzeit P1 beträgt T
, wobei T die Einzelbilddauer und q die Bittiefe (hier 8) ist
2q - \
Die einzelnen Bitschaltzeiten P1 - P8 können, wie es in Fig 6 gezeigt ist, jeweils ein zusammenhängender Zeitabschnitt innerhalb der Einzelbilddauer T sein Es ist jedoch auch möglich, daß die eine oder andere Bitschaltzeit (z B P8) in kleinere Zeitscheiben aufgeteilt ist, die über die Einzelbilddauer T verteilt sind Wesentlich ist hier nur, daß die Bitschaltzeiten immer die gleiche zeitliche Verteilung bezogen auf die Einzelbilddauer T aufweisen
Bei den zugefuhrten Bilddaten BD in Fig 7 sind alle Bildpunkte BD(n,m) (n = Spaltennummer, m = Zeilennummer) bis auf einen schwarze Bifdpunkte (Wert 0) Der Bildpunkt BD(5,3) in der fünften Spalte (m=5) und dritten Zeile (n=3) ist nicht schwarz, sondern ist mit einer Helligkeit von 20 darzustellen Die Steuereinheit 7 generiert aus den zugeführten Bilddaten BD wie folgt die Musterdaten M für die erste Ansteuerelektronik 13 und die Bilddaten B für die zweite Ansteuerelektronik 14
Die Musterdaten M weisen 8 x 7 Musterpunkte M(n,m) auf, von denen jeder einem Beleuchtungspixel K1 zugeordnet ist Die Bilddaten weisen 7 x 6 Bildpunkte B(n,m) auf, von denen jeder einem Bildpixel K2 zugeordnet ist Die Werte der Musterpunkte M(n,m) und die Werte der Bildpunkte B(n,m) werden jeweils mit einer Bittiefe von 8 angegeben Wenn der Wert = 0 ist, wird er auch als Aus-Wert bezeichnet und wenn der Wert > 0 ist, wird er auch als Em- Wert bezeichnet
Die Bilddaten B für die zweite Ansteuerelektronik 14 werden von der Steuereinheit 7 im Vergleich zu den ursprunglich zugefuhrten Bilddaten BD nicht verändert, sonder nur zeitlich verzögert synchron mit den Musterdaten M ausgegeben Wie in Fig 7 gezeigt ist, ist nur der Wert des Bildpunktes B(5,3) der Bilddaten B 20, die Werte der restlichen Bildpunkte sind 0
In den Musterdaten M werden zunächst alle Musterpunkte M(n,m) auf 0 gesetzt Dann werden die Musterpunkte M(n,m) für die Beleuchtungspixel, die einem Bildpixel zugeordnet sind, das einen Intensitätswert von ungleich 0 darstellen soll, auf diesen Intensitätswert gesetzt Somit werden in diesem Schritt die Musterpunkt M(5,3), M(5,4), M(6,3), M(6,4) auf 20 gesetzt Mit diesen Schritten werden die Musterdaten gemäß Fig 7 erzeugt
Diese Wahl des Intensitätswertes von 20 für die Musterpunkte M(5,3), M(5,4), M(6,3) und M(6,4) ist möglich, da die Bitschaltzeiten P1-P8 immer die gleiche zeitliche Verteilung bezogen auf die Einzelbilddauer T aufweisen und somit der Kippspiegel des Bildmodulators 5, der den Bildpunkt B(5,3) modulieren soll, immer dann beleuchtet wird, wenn der Kippspiegel für den Bildpunkt B(5,3) in seiner ersten Stellung steht
In Fig 8 sind schematisch die Pulsweitenansteuerdaten MS der ersten Ansteuerelektronik 13 für die Einzelbilddauer T (Zeit von t = 0 bis t = t1 ) für den Wert 20 des Musterpunktes M(5,3) dargestellt In Fig 9 sind die Pulsweitenmodulationsdaten BS der zweiten Ansteuerelektronik 14 für den Bildpunkt B(5,3) mit der Intensität 20 schematisch dargestellt
Wie Fig 8 und 9 entnommen werden kann, wird der Kippspiegel des Bildmodulators 5 für den Bildpunkt B(5,3) nur während den Bitschaltzeiten P3 und P5, zu denen der Kippspiegel für den Bildpunkt B(5,3) in seine erste Stellung gebracht ist, beleucht Da dazu die vier Musterpunkte M(5,3), M{5,4), M(6,3), M(6,4) auf 20 gesetzt sind, werden nicht zu vermeidende Abbildungsfehler der Optik 4 kompensiert Dieser Effekt wird in Verbindung mit den schematischen Darstellungen in Fig 9 und 10 beschrieben
Fig 10 zeigt die Anordnung der n x m (= 7 x 6) Kippspiegeln K2(n,m) des Bildmodulators 5 sowie die vorliegende Beleuchtung (schraffierte Ellipse) des Kippspiegeis K(5,3), wenn nur, wie bisher üblich, die Abbildungsoptik 4 eine 1 1 -Zuordnung von Beleuchtungs- und Bildpixel bewirkt und somit ein Kippspiegel K1 des ersten Modulators 3 genau auf einen Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 abgebildet wird (also ohne Versatz in Spalten- und Zeilenπchtung) Wie Fig 10 zu entnehmen ist, wird der Kippspiegel K(5,3) nicht vollständig beleuchtet
Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtung liegt jedoch der Pixelversatz in Spalten- und Zellenrichtung vor, wie in Verbindung mit Fig 4 beschrieben wurde, und sind die vier dem Bildpixel K2(5,3) zugeordneten Beleuchtungspixel K1 eingeschaltet, so daß, wie in Fig 11 dargestellt ist, der Kippspiegel K2(5,3) über alle vier zugeordneten Kippspiegel K1 des ersten Modulators 3 beleuchtet wird Im Ergebnis wird der Kippspiegel K2(5,3), der der einzige Kippspiegel K2 des Bildmodulators 5 ist, der in der ersten Stellung steht, flächig äußerst gleichmäßig beleuchtet Damit kann der gewünschte Intensitätswert mit hoher Genauigkeit dargestellt werden Da ferner Bereiche des Bildmodulators 5, in denen mehrere benachbarte Bildpixel die Helligkeit 0 darstellen sollen, aufgrund der räumlich modulierten Beleuchtung über den Beleuchtungsmodulator 3 nicht beleuchtet werden, kann auch wirksam der Schwarzlichtpegel in diesen Bereichen verringert werden Bei dem beschriebenen Beispiel trifft dies auf die Bereiche zu, in denen die Kippspiegel K2(n,m) mit n=1 bis 3 und 7 sowie m=1 bis 6 und mit n=4 bis 6 und m=1 ,5 und 6 sind Auch die unmittelbar zum Kippspiegel K2(5,3) benachbarten Kippspiegel K2(4,2), K2(4,3), K2 (4,4), K(5,2), K(5,4), K(6,2), K(6,3) und K(6,4) werden flächig nur teilweise beleuchtet (Fig 11 ) Bei der Projektion mehrfarbiger Bilder kann die Schwierigkeit auftreten, daß die tatsächliche Beleuchtung von der Wellenlange (also des Farb-Teilbildes) abhängt In Fig 12 (Beleuchtung durch nur ein Beleuchtungspixel in gleicher Weise wie in Fig 10) und Fig 13 (Beleuchtung durch vier Beleuchtungspixel gemäß Fig 11) ist schematisch die Beleuchtung (schraffierte Ellιpse(n)) des Kippspiegeis K2(5,3) für eine andere Wellenlänge im Vergleich zu Fig 10 und 11 dargestellt Wie ein Vergleich mit Fig 10 und 12 zeigt, werden in Abhängigkeit der Wellenlänge unterschiedlich große Anteile der Kippspiegelfläche des Kippspiegeis K2(5,3) beleuchtet Dies fuhrt zu Farbartefakten bei der Bilddarstellung, da dann die Farbanteile nicht wie gewünscht im projizierten Bild vorliegen
Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung kann dies vermieden werden, da aufgrund der zugeordneten Musterpunkte die tatsächliche Beleuchtung auf dem Bildmodulator 5 schematisch der Darstellung von Fig 11 und 13 entspricht Ein Vergleich der Darstellungen in Fig 11 und 13 zeigt, daß jeweils in etwa die gleiche Beleuchtungsintensität des Kippspiegeis K2(5,3) unabhängig von der Beleuchtungswellenlange vorliegt Damit werden die unerwünschten Farbartefakte vermieden
Die Ansteuerung der Kippspiegel der beiden Modulatoren 3 und 5 kann auch wie folgt beschrieben werden Gemäß den Pulsweitermodulationsdaten MS und BS in Fig 8 und 9 werden die dem Bildpixel K2(5,3) zugeordneten Beleuchtungspixel immer nur dann eingeschaltet (erste Kippstellung), wenn das zugeordnete Bildpixel K2(5,3) eingeschaltet (erste Kippstellung) ist Wenn das zugeordnete Bildpixel K2(5,3) ausgeschaltet (zweite Kippstellung) ist, sind auch die zugeordneten bzw verknüpften Beleuchtungspixel ausgeschaltet (zweite Kippstellung) Damit kann eine optimal an die Bitschaltzeiten angepaßte Beleuchtung der Bildpixel (mit maximaler Intensität) durchgeführt werden Störende Hmtergrundhelligkeit von den Bildpixeln, die zu dem Bildpixel des Bildpunktes B(5,3) unmittelbar benachbart sind und aufgrund der Musterdaten der Musterpunkte M(5,3), M(5,4), M(6,3) und M(6,4) beleuchtet werden, wird stark unterdruckt, da auch diese Bildpixel nur während der Bitschaltzeit P3 und P5 beleuchtet werden
In Fig 14 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem zwei Bildpunkte in den Bilddaten BD einen Intensitätswert von ungleich 0 aufweisen, nämlich den Intensitätswert 20 (Bildpunkt BD(5,3)) und 52 (Bildpunkt BD(4,3))
In diesem Fall werden die Musterdaten M Musterpunkte M(n,m) aufweisen, die mit zwei Bildpunkten B(n,m) verknüpft sind, die einen Intensitätswert von größer als Null aufweisen (so ist z B der Musterpunkt M(5,3) den Bildpunkten B(4,3) und B(5,3) durch die Abbildungsoptik 4 zugeordnet) Die Musterdaten M werden dann so erzeugt, daß stets der höhere der beiden Intensitätswerte, die sich aus der Zuordnung zu zwei Bildpunkten mit Helligkeitswerten ungleich 0 ergeben, als Musterpunktwert erzeugt wird, wie in Fig 14 schematisch dargestellt ist In Fig 15 und 16 sind die Pulsweitenmodulationsdaten MS, BS für die Intensitätswerte 52 und 20 gezeigt
In Fig 17 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem bei der Erzeugung der Musterdaten M das sogenannte zeitliche Ditheπng der zweiten Ansteuerelektronik 14 berücksichtigt wird Bei dem zeitlichen Dithermg erzeugt die Ansteuerelektronik 14 zufällig Pulsweitenmodulationsdaten, die einen etwas abgewandelten Intensitätswert darstellen Beispielsweise kann die zweite Ansteuerelektronik 14 so ausgelegt sein, daß sie einen Intensitätswert im Bereich von ± 2 zu dem gewünschten Intensitätswert erzeugt Bei dem hier beschriebenen Beispiel kann somit ein Intensitätswert von 18 - 22 erzeugt werden Die Pulsweitenmodulationsdaten BS für die Werte 18 bis 22 sind in Fig 19a bis 19e dargestellt Die Figuren zeigen, daß bei diesem Pulsweitenmodulationswerten die Bitschaltzeiten Pi 1 P2, P3 und P5 auftreten
Daher erzeugt die Steuereinheit 7 als Wert für die zugeordneten Musterpunkte den Wert 23 (=10111) Damit ist sichergestellt, daß bei jedem möglichen Pulsweitenmodulationswert BS das entsprechende Bildpixel zu allen Bitschaltzeiten beleuchtet wird, wie z B ein Vergleich der pulsweitenmodulierten Beleuchtungssteuerdaten MS für den Wert 23 in Fig 18 mit den Pulsweitenmodulationsdaten in Fig 19a-19e zeigt
Diese Art der Erzeugung der Musterdaten M liefert die kürzest mögliche Beleuchtungsdauer, bei der für jeden aufgrund des zeitlichen Dithermg möglichen Pulsweitenbildsteuerwert BS sichergestellt ist, daß das Bildpixel beleuchtet wird, wenn es eingeschaltet ist Damit wird die unerwünschte Hintergrundhelligkeit der umgebenden Bildpixel, die während der gesamten Einzelbilddauer T ausgeschaltet sind, minimiert
Um den Rechenaufwand für die Erzeugung äer Musterdaten zu verringern, können sie auch wie folgt erzeugt werden
Die Steuereinheit 7 ermittelt den Musterpunktwert dadurch, daß sie mit dem Wert des Bildpunktes auf eine Tabelle zugreift, in der für jeden möglichen Bildpunktwert ein Musterdatenwert hinterlegt ist, der das zeitliche Dithermg in der beschriebenen Art und Weise berücksichtigt Dieser Musterdatenwert wird dann in den Musterdaten verwendet
Alternativ kann das zeitliche Dithermg auch wie folgt bei der Erzeugung der Musterdaten M berücksichtigt werden Die Steuereinheit 7 ermittelt das höchstwertige Bit des Bildpunktes B(5,3), das in der Binärdarstellung des Intensitätswertes 20 auf 1 gesetzt ist, und setzt dann alle niedngwertigeren Bits sowie das nächsthoherwertige Bit auf 1 Bei dem hier beschriebenen Beispiel (Fig 20) von 20 (= 00010100) fuhrt dies zu der Binärzahl 00111111 , was dezimal dem Wert 63 entspricht Daher weisen die Musterdaten in den Musterpunkten M(5,3), M(5,4), M(6,3) und M(6,4) jeweils den Wert 63 auf und sind alle restlichen Musterpunkte auf 0 gesetzt In Fig 21 sind die pulsweitenmodulierten Steuerdaten MS für 63 und in Fig 22 für 19 als Beispiel gezeigt
Damit wird zwar auch die Bitschaltzeiten P6 und P4 auf 1 gesetzt, so daß etwas länger als unbedingt notwendig beleuchtet wird Im Vergleich mit Musterdaten M, bei denen z B der Wert 255 gewählt wird, was technisch einfach zu implementieren wäre, aber immer noch deutlich kürzer
Die Bestimmung der Musterdaten kann wie folgt vereinfacht werden Die Steuereinheit ermittelt das höchstwertige Bit und verwendet dann den Wert, der in einer Tabelle für diese Bit hinterlegt ist Die Tabelle kann z B wie folgt vorliegen
höchstwertiges Bit n Wert
1 00000011
2 00000111
3 00001111
4 00011111
5 00111111
6 01111111
7 11111111
8 11111111
Alternativ kann die Bestimmung in der Steuereinheit 7 so erfolgen, daß der Binärwert 00010100 des Bildpunktes B(5,3) um eine Stelle nach links verschoben wird, was zu 00101000 fuhrt, und dann von rechts mit 1 aufgefüllt wird, wodurch man wiederum zu dem Wert 00111111 (=63) kommt
In Fig 23 ist das Beispiel von Fig 14 mit zwei Werten ungleich 0 in den Bilddaten BD dargestellt Wenn bei diesem Beispiel auch das zeitliche Dithenng berücksichtigt wird, wird bei Musterpunkten M(n,m) der Musterdaten M, die mit beiden Bildpunkten mit Intensitätswerten ungleich 0 in den Bilddaten B verknüpft sind, zuerst eine ODER-Verknupfung der Intensitätswerte der Bilddaten durchgeführt Hier wird also eine ODER-Verknupfung von 00010100 (= 20) mit 00110100 (= 52) durchgeführt, die zu dem Wert 00111111 fuhrt Dieser ODER-Wert ist dann die Basis für eine der beschriebenen Varianten zur Berücksichtigung des zeitlichen Ditheπngs So kann z B das höchstwertige Bit, das auf 1 gesetzt ist, ermittelt, alle Bits rechts daneben auf 1 gesetzt (hier schon der Fall) sowie das nächsthöhere Bit auf 1 gesetzt werden, so daß man zu dem Wert 01111111 (= 127) gelangt
Die entsprechenden Pulsweitenmodulationsdaten der Musterdatenwerte 63 und 127 sind in Fig 24a und 24b dargestellt Die Pulsweitenmodulationsdaten der Bilddatenwerte B(4,3)=52 und B(5,3)=20 sind in Fig 25a und 25b dargestellt
Aus diesen Darstellungen läßt sich entnehmen, daß sichergestellt ist, daß die Bildpixel immer dann beleuchtet werden, wenn sie in die erste Kippstellung gebracht werden
Die beschriebenen Möglichkeiten der Erzeugung der Muster- und Bilddaten kann auch bei der Erzeugung und Projektion von mehrfarbigen Bildern eingesetzt werden Wenn die mehrfarbigen Bilder zeitsequentiell dadurch erzeugt werden, daß z B ein rotes, ein grünes und ein blaues Farbteilbild nacheinander erzeugt werden, kann für die Erzeugung jedes Farbteilbildes eine der oben beschriebenen Möglichkeiten eingesetzt werden Es ist jedoch auch möglich, für alle Farbteilbilder eines Bildes die gleichen Musterdaten zu erzeugen und zu verwenden Die gleichen Musterdaten werden insbesondere auch dann verwendet, wenn die Farbteilbilder gleichzeitig mittels mehrerer Bildmodulatoren erzeugt werden
Die Abbildungsoptik 4 kann die beiden Modulatoren 3, 5 auch so aufeinander abbilden, daß jeder Kippspiegel K1 des Beleuchtungsmodulators 3 genau um die halbe Abmessung eines Kippspiegels K2 des zweiten Modulators in Zeilenrichtung (Fig 26) oder in Spaltenrichtung (Fig 27) versetzt abgebildet wird In diesem Fall sind jedem Kippspiegel K2 des zweiten Modulators 5 genau zwei Kippspiegel K1 des ersten Modulators 3 zugeordnet
Natürlich ist es auch möglich, daß die Abbildungsoptik 4 den Modulator 3 so auf den Modulator 5 abbildet, daß jedem Kippspiegel des Modulators 5 genau ein Kippspiegel des Modulators 3 zugeordnet ist
Bei den bisher beschriebenen Ausfuhrungsformen wurden die Musterdaten so erzeugt, daß neben den Bildpixeln, die einen Helligkeitswert größer als 0 darstellen sollen, keine weiteren Bildpixel beleuchtet werden Die Musterdaten können jedoch auch so erzeugt werden, daß neben den Bildpixeln, die einen Helligkeitswert größer als 0 darstellen sollen, die Bildpixel, die einen Helligkeitswert von 0 darstellen sollen, zusätzlich beleuchtet werden, die dazu unmittelbar benachbart angeordnet sind Natürlich ist es möglich, nicht nur unmittelbar benachbarte Bildpixel, die den Helligkeitswert 0 darstellen sollen, zusätzlich zu beleuchten, sondern auch weiter entfernte Bildpixel Man kann z B von den Bildpixeln, die einen Helligkeitswert 0 darstellen sollen, die beleuchten, die zu einem Bildpixel, das einen Helligkeitswert von ungleich 0 darstellen soll, um nicht mehr als ein, zwei oder z B drei Bildpixel (also eine vorbestimmte Pixelanzahl) beabstandet ist Dadurch kann ein sogenanntes räumliches Ditheπng der zweiten Steuerelektronik 14 berücksichtigt werden, bei dem die Steuerelektronik 14 zufällig einem zu einem Eιn-Bιldpιxel benachbarten Aus-Bιldpιxel einen Ein-Wert zuweist
In Fig 28 ist eine Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Projektors 1 gezeigt, bei der die Modulatoren als transmissive Modulatoren (z B LCD-Module) ausgebildet sind

Claims

Patentansprüche
1 Projektor zum Projizieren eines Bildes, mit einem mit Licht beaufschlagtem Beleuchtungsmodulator (3), der mehrere in Spalten und Zeilen angeordnete Beleuchtungspixel aufweist, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind, um die Intensität des Lichtes pixelindividuell zu modulieren, einer dem Beleuchtungsmodulator (3) nachgeordneten Abbildungsoptik (4), die das pixelindividuell modulierte Licht auf einen Bildmodulator (5) mit mehreren in Spalten und Zeilen angeordneten Bildpixeln, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind, um das zu projizierende Bild zu erzeugen, so abbildet, daß jedes Beleuchtungspixel zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, sowie einer Steuereinheit (7), der Bilddaten (BD) des zu erzeugenden Bildes zugeführt sind und die daraus Beleuchtungssteuerdaten für den Beleuchtungsmodulator (3) erzeugt und an diesen zur Modulation des Lichtes anlegt sowie Bildsteuerdaten für den Bildmodulator (5) erzeugt und an diesen zur Bilderzeugung anlegt, wobei die Beleuchtungspixel jeweils in einen ersten Zustand, in dem das von dem Beleuchtungspixel kommende Licht auf das zumindest eine zugeordnete Bildpixel abgebildet wird, und in einen zweiten Zustand schaltbar sind, in dem kein Licht vom Beleuchtungspixel auf das zumindest eine zugeordnete Bildpixel abgebildet werden soll, und die Bildpixel jeweils in einen ersten Zustand, in dem das von dem Bildpixel kommende Licht zur Bilderzeugung verwendet wird, und in einen zweiten Zustand schaltbar sind, in dem kein Licht von dem Bildpixel zur Bilderzeugung verwendet wird, wobei die Beleuchtungssteuerdaten für jedes Beleuchtungspixel entweder einen Ein-Wert, um mit dem von diesem Beleuchtungspixel kommenden Licht die zugeordneten Bildpixel des Bildmodulators für die Bilderzeugung zu beleuchten, oder einen Aus-Wert, um die Intensität des von diesem Beleuchtungspixel kommenden und auf die zugeordneten Bildpixel abgebildeten Lichtes zu minimieren, aufweisen und in der Art erzeugt sind, daß die Beleuchtungssteuerdaten für jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen über einem vorbestimmten Schwellwert hegenden Heiligkeitswert im Bild darstellen soll, den Ein-Wert aufweisen, der so gewählt ist, daß jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen Helligkeitswert darstellen soll, der über dem vorbestimmten Schwellwert und unter einem vorbestimmten Maximalwert liegt, während den Zeiten, wenn das zumindest eine zugeordnete Bildpixel in den zweiten Zustand geschaltet ist, zumindest zeitweise auch in den zweiten Zustand geschaltet ist
2 Projektor nach Anspruch 1 , bei dem in den Beleuchtungssteuerdaten der Ein-Wert für die Beleuchtungspixel so gewählt ist, daß jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, immer zu den Zeiten in den ersten Zustand geschaltet ist, wenn das zumindest eine zugeordnete Bildpixel in den ersten Zustand geschaltet ist
3 Projektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in den Beleuchtungssteuerdaten (MS) der Ein-Wert für die Beleuchtungspixel so gewählt ist, daß jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, immer genau nur zu den Zeiten in den ersten Zustand geschaltet ist, wenn das zumindest eine zugeordnete Bildpixel in den ersten Zustand geschaltet ist
4 Projektor nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Beleuchtungs- und Bildsteuerdaten (MS, BS) jeweils pulsweitenmoduherte Steuerdaten sind
5 Projektor nach Anspruch 4, bei dem die Steuerdaten für jedes Beleuchtungs- und Bildpixel jeweils einen Binärdatenwert gleicher Bittiefe enthalten, wobei der Ein-Wert für jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, so gewählt ist, daß zumindest die gleichen Bits gesetzt sind wie bei den Binärdatenwerten aller zugeordneter Bildpixel
6 Projektor nach Anspruch 4, bei dem in den Beleuchtungssteuerdaten (MS) der Ein-Wert für jedes der Beleuchtungspixel so gewählt ist, daß alle Bits gesetzt sind, die im Binärdatenwert des zumindest einen zugeordneten Bildpixel gesetzt sind
7 Verfahren zum Projizieren eines Bildes, bei dem ein Beleuchtungsmodulator, der mehrere in Spalten und Zeilen angeordnete Beleuchtungspixel aufweist, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind, mit Licht beaufschlagt wird, um die Intensität des Lichtes pixehndividuell zu modulieren, und das pixelmdividuell modulierte Licht auf einen Bildmodulator mit mehreren in Spalten und Zeilen angeordneten Bildpixeln, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind, um das zu projizierende Bild zu erzeugen, so abgebildet wird, daß jedes Beleuchtungspixel zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, wobei aus Bilddaten des zu erzeugenden Bildes Beleuchtungssteuerdaten für den Beleuchtungsmodulator erzeugt und an diesen zur Modulation des Lichtes angelegt sowie Bildsteuerdaten für den Bildmodulator (5) erzeugt und an diesen zur Bilderzeugung angelegt werden, wobei die Beleuchtungspixel jeweils in einen ersten Zustand, in dem das von dem Beleuchtungspixel kommende Licht auf das zumindest eine zugeordnete Bildpixel abgebildet wird, und in einen zweiten Zustand schaltbar sind, in dem kein Licht vom Beleuchtungspixel auf das zumindest eine zugeordnete Bildpixel abgebildet werden soll, und die Bildpixel jeweils in einen ersten Zustand, in dem das von dem Bildpixel kommende Licht zur Bilderzeugung verwendet wird, und in einen zweiten Zustand schaltbar sind, in dem kein Licht von dem Bildpixel zur Bilderzeugung verwendet wird, wobei die Beleuchtungssteuerdaten für jedes Beleuchtungspixel entweder einen Ein-Wert, um mit dem von diesem Beleuchtungspixel kommenden Licht die zugeordneten Bildpixel des Bildmodulators für die Bilderzeugung zu beleuchten, oder einen Aus-Wert, um die Intensität des von diesem Beleuchtungspixel kommenden und auf die zugeordneten Bildpixel abgebildeten Lichtes zu minimieren, aufweisen und in der Art erzeugt werden, daß die Beleuchtungssteuerdaten für jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen über einem vorbestimmten Schwellwert hegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, den Ein-Wert aufweisen, der so gewählt wird, daß jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen Helligkeitswert darstellen soll, der über dem vorbestimmten Schwellwert und unter einem vorbestimmten Maximalwert liegt, während den Zeiten, wenn das zumindest eine zugeordnete Bildpixel in den zweiten Zustand geschaltet wird, zumindest zeitweise auch in den zweiten Zustand geschaltet wird
8 Verfahren nach Anspruch 7, bei dem in den Beleuchtungssteuerdaten der Ein-Wert für die Beleuchtungspixel so gewählt wird, daß jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, immer zu den Zeiten in den ersten Zustand geschaltet wird, wenn das zumindest eine zugeordnete Bildpixel in den ersten Zustand geschaltet wird
9 Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem in den Beleuchtungssteuerdaten der Em- Wert für die Beleuchtungspixel so gewählt wird, daß jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert liegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, immer genau nur zu den Zeiten in den ersten Zustand geschaltet wird, wenn das zumindest eine zugeordnete Bildpixel in den ersten Zustand geschaltet wird
10 Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Beleuchtungs- und Bildsteuerdaten jeweils pulsweitenmoduherte Steuerdaten sind
11 Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Steuerdaten für jedes Beleuchtungs- und Bildpixel jeweils einen Binärdatenwert gleicher Bittiefe enthalten, wobei der Ein-Wert für jedes Beleuchtungspixel, das zumindest einem Bildpixel zugeordnet ist, das gemäß den Bilddaten einen über dem vorbestimmten Schwellwert hegenden Helligkeitswert im Bild darstellen soll, so gewählt wird, daß zumindest die gleichen Bits gesetzt werden wie bei den Binärdatenwerten aller zugeordneter Bildpixel
12 Verfahren nach Anspruch 11 , bei dem in den Beleuchtungssteuerdaten (MS) der Em- Wert für jedes der Beleuchtungspixel so gewählt wird, daß alle Bits gesetzt sind, die im
Binärdatenwert des zumindest einen zugeordneten Bildpixel gesetzt sind
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