WO2022195106A1 - Multiapertur-projektor - Google Patents

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WO2022195106A1
WO2022195106A1 PCT/EP2022/057231 EP2022057231W WO2022195106A1 WO 2022195106 A1 WO2022195106 A1 WO 2022195106A1 EP 2022057231 W EP2022057231 W EP 2022057231W WO 2022195106 A1 WO2022195106 A1 WO 2022195106A1
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WO
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transmitted light
image
aperture
light image
beam deflection
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/057231
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English (en)
French (fr)
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Alexander Oberdörster
Robert BRÜNING
Christin GASSNER
Britta Satzer
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/3147—Multi-projection systems

Definitions

  • the present invention relates to a multi-aperture projector for projecting an optical image of a transmitted light image from a relatively short distance onto a spaced-apart projection surface.
  • the image is possible to compose the image to be projected from a number of optical channels, each of which projects a part of the image.
  • channels which project “straight ahead”, so to speak.
  • channels which channels whose optical axes are inclined relative to a channel surface.
  • the optics of all of these individual channels can consist of a few optical elements, since each optic of a channel only has to map a relatively small angular spectrum.
  • An arrangement of multiple optical channels is cheaper overall and can be more flexibly adapted to the available space.
  • the optical axis is an axis of symmetry in rotationally symmetrical systems.
  • An object of the present invention is to provide a multi-aperture projector for projecting an optical image of a transmitted light image from a relatively short distance onto a spaced projection surface, the multi-aperture projector being of compact and simple construction.
  • the core idea of the present invention is to avoid gaps and/or overlaps in the projected image on the projection surface. Because it was recognized that there is an optimal arrangement of the imaging elements in relation to the image to be projected and in relation to one another, in which the projected partial images ideally adjoin one another and form a large projected overall image without any significant overlap. In order to avoid gaps or overlaps in the projected image, it was recognized that all mirror axes, which are also referred to herein as tilt axes, are to be selected in such a way that they run parallel to an edge of a partial image of the image to be projected. It is also advantageous if the tilting axes are spaced parallel to the partial image of the image to be projected.
  • the proposed multi-aperture projector for projecting an optical image of a transmitted light image, in particular from a relatively short distance, onto a spaced projection surface comprises at least one light source which, when switched on, causes at least one transmitted light image to project an optical image onto the projection surface; wherein the at least one transmitted light image is subdivided into a number of rectangular areas, in particular wherein each rectangular area of the transmitted light image forms a partial transmitted light image. It is also conceivable that a plurality of transmitted light images should be projected. In such a case, a transmitted light image of the plurality of transmitted light images can be assigned to a rectangular area of the entire transmitted light image, which is formed from the plurality of transmitted light images.
  • the at least one light source is a component that is separate from the transmitted light image
  • the at least one light source when switched on, throws light rays onto the at least one transmitted light image for projecting an optical image.
  • the at least one light source is included in the transmitted light image, in particular if the transmitted light image comprises a number of OLEDs and/or LEDs arranged in one Includes matrix structure, throws the transmitted light image as such in a switched-on state, light beams directly onto optical channels for projecting an optical image.
  • the light source can emit white light or narrow-banded, ie colored, light.
  • the light source can emit visible light, UV light and/or IR light. Other light sources are also possible. There is no restriction on the light sources that can be used with the multi-aperture projector.
  • the proposed multi-aperture projector includes a multi-aperture lens and a beam deflection element arrangement, which includes a number of beam deflection elements for deflecting the incident light beams through the at least one transmitted light image, in particular with each beam deflection element pointing in a different direction . Furthermore, in particular, each beam deflection element is assigned to a partial transmitted light image of the at least one transmitted light image.
  • the beam deflection element arrangement has a plurality of beam deflection elements for deflecting incident light beams.
  • light beams are also understood to mean electromagnetic beams of other wavelength ranges.
  • the beam deflection elements can be provided by mirrors and/or prisms.
  • a beam deflection element can be a mirror or a prism or a combination of mirror and prism.
  • the multi-aperture lens and the beam deflection arrangement form an arrangement of optical channels and are arranged in relation to the at least one transmitted light image in such a way that the light beams, after passing through the at least one transmitted light image, are incident on the optical channels, so that after the light beams have passed through the optical channels, the optical image is projected onto the projection surface.
  • a single transmitted light image (slide) or a number of transmitted light images (slides) can be provided in a multi-aperture projector.
  • the proposed multi-aperture projector has at least one transmitted light image (slide).
  • the number of beam deflection elements are arranged relative to each other and in relation to the at least one transmitted light image in such a way that each beam deflection element is tilted about a tilting axis, the tilting axis running through a beam deflecting element surface and the tilting axis running parallel to one side of a rectangular area or the tilting axis running parallel to at least one side of the two sides of the rectangular area encloses a 45° angle.
  • a number means a natural number n >1.
  • a number therefore also includes a plurality.
  • a plural is a natural number n >2.
  • tilting axes are only a conceptual aid for understanding or for the construction, and are not necessarily actually present in the finished structure rotatable axes, but could be such.
  • the tilting axis runs parallel to one side of the at least one rectangular area (option A) or the tilting axis closes with at least one side of two sides of the at least one rectangular area, which in particular, in the case of only one transmitted-light image, is a partial area of the transmitted-light image or, in the case of several, in one plane next to each other arranged transmitted light images can be one of these transmitted light images, a 45° angle (option B). If the condition of option A is satisfied, the projected image does not rotate in object space.
  • the projected image is shifted and/or mirrored in only one direction by tilting on the tilting axis, namely above, or below, or to one side of the image sensor surface in the object space.
  • the corners of the desired projected overall image in object space cannot be reached by fulfilling option A. If the condition of option B is met, i.e. if the mirror axis or the tilt axis runs at an angle of 45 ° (degrees) to at least one side of the at least one rectangular area of the transmitted light image, the projected image is rotated by 90° in the object space ( Degree). In addition, as with option A, there is a shift. The sides of the rotated, in particular rectangular, projected image therefore run parallel to the shifted sub-images or the shifted sub-image according to option A. In the present case it was recognized that if the tilting axis runs at a different angle to the sides of the rectangular area, gaps or overlaps arise in the projected sub-images. The present description describes how a gapless, overlap-free projected overall image is obtained from projected partial images.
  • a gap-free image can thus be projected with the proposed multi-aperture projector, i.e. the entire area of the transmitted light image can be completely projected onto the projection surface from a relatively short distance.
  • a transmitted light image with a size of 100 cm ⁇ 50 cm can be projected onto a projection surface completely, in particular without gaps and without overlapping, at a distance of 15 cm using the proposed multi-aperture projector.
  • the size of the projection surface itself can be of any size.
  • the tilting axis preferably runs parallel, in particular at a distance, to the transmitted light image or to the surface of the transmitted light image or images. Because the tilting axis runs parallel to one side of the at least one rectangular area (option A fulfilled) or at a 45° angle to this side of the at least one rectangular area (option B fulfilled) and on the other hand runs parallel to the rectangular area defines a two-dimensional tilt angle in three-dimensional space, which leads to a gapless projected image with a throw ratio ⁇ 0.5.
  • all mirror axes/tilt axes are to be selected in such a way that they form an angle of 0°, 45° or 90° with one another or with the edges of the rectangular partial images (the rectangular areas) on the slide.
  • a further aspect of the present invention relates to a projection system which includes the proposed multi-aperture projector and a projection surface.
  • the present invention addresses a problem associated with very specific projection system configurations.
  • the term projection system is to be understood as the proposed multi-aperture projector and a projection surface from which the image to be projected is projected.
  • an image to be projected can be segmented into partial images and these partial images can be projected onto the projection surface through a number of optical channels in such a way that a complete overall image is formed.
  • the image to be projected is completely present in the projection system.
  • the transmitted light image used in the multi-aperture projector is also called a slide.
  • the transmitted light image or slide can be a transparent template on which the image to be projected is depicted and can be projected onto the projection surface by means of light beams. The segmentation takes place in the imaging in that parts of this slide are imaged by different optical channels.
  • the effect of the proposed multi-aperture projector or the projection system is the avoidance of gaps or overlapping when assembling a large projected image from a number of partial images.
  • a multi-channel system which is used in the proposed multi-aperture projector, the area of the slide/transmitted light image and the installation space are used more effectively, or the light used is used more effectively.
  • the advantages are in detail: Less wastage of surface area of the slide/transmission image, which is particularly important, for example, with a controllable element such as a DLP (for "Digital Light Processing") or LCD.
  • DLP Digital Light Processing
  • LCD for "Digital Light Processing"
  • the smaller dimensions, the lower weight and the lower costs of the multi-aperture projector are also advantageous.
  • Projection systems or projectors are used in the following areas: Projectors in vehicles, for example to illuminate the exterior and interior, but also to inform the driver or other road users, robotics or machine vision, for example to simplify the detection of the surroundings (lighting, Pattern projection for 3D detection), mobile phones or other mobile consumer electronics devices and medical applications, for example targeted disinfection using UV light.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a projection system which comprises a multi-aperture projector and a projection surface;
  • FIG. 2a, b schematic views of different examples of lenses and transmitted light images for the formation of optical channels with different viewing directions, namely straight ahead viewing direction (Fig. 2a) and side viewing direction (Fig. 2b), which in a multi-aperture projector as in Fig. 1 ge shows can be installed;
  • FIG. 3a-h schematic views of multi-aperture projectors (Figs. 3a, c, e, g) and representation of the associated resulting projected image in object space (Figs. 3b, d, f, h);
  • FIGS. 4a-d schematic views of multi-aperture projectors (FIGS. 4a, c) and representation of the associated resulting projected image in object space (FIGS. 4b, d);
  • FIG. 5a,b show schematic views of the resulting projected partial image in the object space, each with nine optical channels, the optical channels in FIG. 5a showing no gaps and no overlap and the optical channels in FIG. 5b showing gaps and overlaps;
  • 6a shows a schematic multi-aperture projector in which the multi-aperture objective is arranged between the beam deflection element arrangement and at least one transmitted light image;
  • 6b shows a schematic multi-aperture projector in which the beam deflection element arrangement is arranged between the multi-aperture objective and the at least one transmitted light image
  • FIGS. 1 to 6c shows a schematic multi-aperture projector in which the multi-aperture objective is surrounded on both sides by a beam deflection element arrangement in each case.
  • Individual aspects of the invention described herein are illustrated below in Figs. 1 to 6c described.
  • the principle of the present invention is illustrated by looking at FIGS. 1 to 6c together.
  • the same reference numbers relate to the same elements or elements with the same effect, with not all reference numbers being presented again in all drawings, insofar as they are repeated.
  • a coordinate system in image space (x, y, z) or a coordinate system in object space (ki, k 2 ) is drawn in, which is referred to here in order to describe the proposed multi-aperture projector in relation to the drawn in th
  • the coordinates x, y, z, ki and k 2 are each real numbers, with the (x,y,z) coordinate system preferably being Cartesian coordinates and the (ki, k 2 ) coordinate system being polar coordinates.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a projection system 100 which includes a multi-aperture projector 10 and a projection surface 110 .
  • Light beams 120 pass from the multi-aperture projector 10 onto the projection surface 110, on which the image to be projected of the transmitted light image of the multi-aperture projector 10 can be projected.
  • the drawn coordinate system (x, y, z) shows an alignment of the multi-aperture projector 10 in relation to a projection surface 110.
  • FIGs. 2a and 2b are schematic views of different examples of lenses 2 and transmitted light images 40 for the formation of optical channels 22 with different viewing directions 3 are shown.
  • 2a shows, for example, a rectangular transmitted-light image 40 or slide 40 with an objective 2, which is arranged on or parallel to the transmitted-light image 40 at a distance.
  • Reference number 3 indicates a viewing direction 3 of optical channel 22 in FIG. 2a.
  • the viewing direction 3 of the optical channel 22, as shown in Fig. 2a extends along a straight-ahead direction or along a z-direction, while the associated transmitted light image 40 extends along an x-y plane, as indicated by a drawn coordinate system is defined.
  • the slide 40 or the transmitted light image 40 in Figs. 2a and 2b is each rectangular with two different side lengths 44a, 44b. It is also conceivable for the transmitted light image 40 or slide 40 to be square. What angular range in the image space (x,y,z) that a specific optical channel occupies can be determined by back-projecting its rectangular area on the slide 40 through the lens 2 and the deflection element 4 into the object space.
  • the projected image 50, 52 in turn has the shape of a rectangle in the object space (ki, k ). See figs. 3 and 4. If this is carried out for different tilt angles of the beam deflection element 4, then it is found that this rectangle rotates under certain circumstances. However, this depends on the tilt angle in three-dimensional space in at least one plane.
  • the rotation or displacement of the rectangle depends on the tilting axis 5 about which the beam deflection element 4 is tilted in relation to the image sensor 40 .
  • Two optical channels with different viewing directions 3 therefore produce two projected partial images r 50, 52 which are rotated and/or shifted in relation to one another.
  • a beam deflection element 4 is arranged in front of the lens 2 in FIG. 2b.
  • the beam deflection element 4 can be a mirror 34 or a prism 32, for example. It is also conceivable that the beam deflection element 4 is a combination of a mirror 34 and a prism 32 or a combination of a plurality of mirrors 34 and prisms 32 .
  • the multi-aperture projector 10 comprises at least one rectangular slide 40, a multi-aperture lens 20 for Projecting an optical image, and a beam steering element assembly 30 such as that shown in Figs. 2a, 3a, 3c, 3e, 3g and 4a, and 4c can be seen.
  • optical channels 22 without a mirror 34 or without a prism 32 images straight ahead - more precisely perpendicularly away from the slide surface 45, i.e. along the z-direction
  • optical channels 22 with mirror 34 and/or prism 32 project sideways in the simplest case, i.e in different directions along the slide plane, i.e. not parallel to the z-direction.
  • other projection directions are also possible in between. If several optical channels 22 are combined in this way with and without a beam deflection element 4, the projection system 100 can project a particularly large image from a short distance, ie it has a very small projection ratio (clearly ⁇ 1:1).
  • the transmitted light image 40 has a transmitted light image surface 45 which is rectangular or square.
  • the transmitted light image 40 in Figs. 2a and 2b is each rectangular with two different side lengths 44a, 44b formed. However, it is conceivable for the transmitted light image 40 to be square.
  • the partial image 50 of the objective lens 2 looking straight ahead is as shown in FIGS. 3 and 4 are each shown, for example, at the origin of the ki-k 2 coordinate system.
  • the lateral partial image 52 shifted and/or rotated and/or mirrored by the respective associated beam deflection element 4 adjoins the straight partial image 50 in such a way that a complete overall image 54 can result, as shown for example in FIG. 5a.
  • a beam deflection element 4 is arranged in front of the lens 2 in FIG. 2b.
  • the beam deflection element 4 can be a mirror 34 or a prism 32, for example. It is also conceivable that the beam deflection element 4 is a combination of a mirror 34 and a prism 32 or a combination of a plurality of mirrors 34 and prisms 32 .
  • the beam deflection element 4 has a geometry such that the beam deflection element 4 has a beam deflection element surface 46 on a side facing away from the transmitted light image surface 45 or the objective 2, which extends away from the objective 2 at an angle ⁇ .
  • the beam deflection element surface 46 extends along an optical axis 47.
  • the optical axis 47 does not correspond to the tilting axis 5.
  • the tilting axis 5 extends in the beam deflecting element surface 46, while the optical axis 47 spans the beam deflecting element surface 46 with a further axis 47a.
  • the tilting axis can thus span parallel to the further axis 47a or perpendicular to the optical axis 47 or at an angle of 45 ° with the optical axis 47.
  • the beam deflection element surface 46 can extend away from the lens 2 at an angle a>0° or a ⁇ 90°.
  • the optical axis 47 extends away from the lens 2 at the angle a>0° or a ⁇ 90°.
  • the beam deflection element surface 46 thus extends in three-dimensional space and has variable (x, y, z) coordinates starting from a surface of the objective 2, where x, y and z are real numbers.
  • the geometry of the beam deflection element 4 or the tilting axis 5 of the beam deflection element 4 results in a beam deflection.
  • the transmitted-light image 40 or slide 40 with its optical channel 22 according to FIG. 2b has a viewing direction 3 that deviates from the straight-ahead direction, namely laterally in the y-direction.
  • the optical channel 22 with slide 40 according to FIG. 2b looks sideways around the corner, so to speak.
  • the multi-aperture projector 10 for projecting an optical image of a transmitted-light image 40 from a relatively short distance onto a spaced-apart projection surface 110 therefore comprises at least one light source 12 which, when switched on, causes at least one transmitted-light image 40 to project an optical image onto the Projected screen 110; wherein the at least one transmitted light image 40 is divided into a number of rectangular areas. If the at least one light source 12 is a component separate from the transmitted light image 40, the at least one light source 12 throws light beams 120 onto the at least one transmitted light image 40 in a switched-on state for projecting an optical image.
  • the transmitted-light image 40 as such throws light beams directly onto optical channels 22 for projection in a switched-on state an optical image.
  • the at least one transmitted light image 40 is subdivided into a number of rectangular areas 44 .
  • the rectangular areas can have different side lengths 44a, 44b.
  • the side lengths 44a, 44b can also be of the same length, so that the rectangular area 44 can be a square area.
  • Each rectangular area 44 of the transmitted light image 40 forms a partial transmitted light image.
  • the multi-aperture projector 10 also includes a multi-aperture objective 20 and a beam deflection element arrangement 30, which includes a number of beam deflection elements 4 for deflecting the light beams 120 incident through the at least one transmitted light image 40.
  • the multi-aperture projector 10 or components of the multi-aperture projector 10 are shown in FIGS. 1 to 6c.
  • the multi-aperture lens 20 and the beam deflection arrangement 30 form an arrangement of optical channels 22, which in particular point in different directions, and are arranged in relation to the at least one transmitted light image 40 in such a way that the light rays 120, after passing through the at least a transmitted light image 40 incident in the optical channels 22, so that after the light beams 120 have passed through the optical channels 22, the optical image is projected onto the projection surface 110 (see FIGS. 1 to 5).
  • the number of beam deflection elements 4 is arranged relative to one another and in relation to the at least one transmitted light image 40 in such a way that each beam deflection element 4 is tilted about a tilting axis 5, with the tilting axis 5 running through a beam deflecting element surface 46 and the tilting axis 5 running on one side of a rectangular area 44 runs parallel or the tilting axis 5 encloses a 45° angle with at least one side of two sides of the rectangular area 44 .
  • the tilting axis 5 preferably runs parallel, in particular at a distance, from the at least one transmitted light image 40.
  • the tilting axis 5 also preferably runs parallel, in particular at a distance, from the associated objective 2 of the respective optical channel 22.
  • the tilting axis 5 therefore runs in an x-y plane, as can be seen, for example, from FIGS. 2b and 3a to 4c.
  • a plane of the transmission image also referred to herein as slide surface 45 or transmission image surface 45, extends in the x-y plane.
  • the tilting axis 5 thus runs parallel to the slide surface 45.
  • the at least one transmitted light image 40 is preferably exchangeable.
  • the transmitted light image 40 can be designed to be exchangeable or interchangeable, so that different motifs can be projected with the same structure.
  • different transmitted light images 40 can be used alternately, as a result of which the image to be projected can be changed.
  • a plurality of transmitted light images 40 are arranged one behind the other, ie along a z-axis, in the multi-aperture projector 10 .
  • several transmitted light images 40 are arranged side by side in one plane, ie in an xy plane, in the multi-aperture projector 10 .
  • each optical channel 22 can then have its own be assigned transmitted light image.
  • a transmitted light image 40 can be a transparent template on which an image to be projected is depicted.
  • the image to be projected may be scribed or printed on the template, or cut out of the template.
  • the original can also be of different transparency in different colors.
  • the template can be made of a transparent polymer or glass.
  • the at least one transmitted-light image 40 cannot be controlled or changed during ongoing operation of the multi-aperture projector 10, in particular when the transmitted-light image 40 comprises an original made of transparent polymer or glass.
  • the transmitted light image 40 can be static.
  • the at least one transmitted light image 40 can preferably be formed as an image on a substrate made of various transparent materials, in particular transparent colored or clear glass or transparent colored or clear polymer.
  • the at least one transmitted light image 40 is a controllable optoelectronic component 48 .
  • the transmitted light image can be a DMD component, DMD being an abbreviation for Digital Micromirror Device. In technical jargon, a DMD is also known as a micromirror array.
  • the controllable optoelectronic component can be an LCD (Liquid Crystal Display). In particular, an LCD matrix can be operated both in transmission and in reflection. The latter is also referred to as LCoS (Liquid Crystal on Silicon).
  • Each optical channel 22 is then preferably assigned its own transmitted light image 40 .
  • the own transmitted light image 40 contains only the partial image suitable for this optical channel 22 .
  • a complete projected image then arises in the projection from the totality of the slides 40/transmitted light images 40.
  • controllable optoelectronic components 48 such as DMDs or LCDs, it can be advantageous to use a single slide 40 for the entire projection system 100 .
  • the multi-aperture projector 10 can be controlled pixel by pixel, with the at least one transmitted light image 40 being designed as a light modulator.
  • the at least one transmitted light image 40 can be embodied as an amplitude mask and/or a phase mask, or the at least one transmitted light image 40 can additionally comprise an amplitude mask and/or a phase mask.
  • the transmitted light image 40 can consequently be or comprise an amplitude mask, which is realized by light-absorbing substances of different densities, which are applied on a substrate.
  • a coating of light-absorbing substances can be a polymer, but also a metallic coating, such as black chrome. The coating can also be different absorb different wavelengths of light. If the transmitted light image 40 is illuminated with visible light, for example, this means that the transmitted light image 40 and thus the projection, ie the projected image, appear colored.
  • the at least one transmitted light image 40 is formed from a matrix of inorganic and/or organic LEDs.
  • the at least one transmitted light image 40 preferably includes the at least one light source 12 in the form of a matrix of inorganic and/or organic LEDs.
  • the LEDs are light-emitting diodes, which can also be described as self-illuminating in the broadest sense. This is because LEDs are light-emitting components which are self-illuminating, particularly when energy is supplied. If the transmitted light image 40 includes OLEDs or LEDs, the transmitted light image 40 is self-illuminating, so that no additional light source is required.
  • a matrix of OLEDs and/or LEDs can be controllable pixel by pixel.
  • a controller can be provided for this purpose, which controls the OLEDs and/or LEDs pixel by pixel.
  • the LEDs/OLEDs as such can generate the image to be projected by the OLEDs/LEDs being controlled accordingly to emit light beams 120 .
  • a number of OLEDS and/or LEDs can be controlled per pixel. For example, 640x480 or 1920x1080 can be LEDs/OLEDs.
  • the light beams 120 can thus be directed directly onto an optical channel 22 . It is also possible for the light beams of the LEDs/OLEDs to first impinge on a further transmitted light image 40 and transmit this and only then be directed onto an optical channel.
  • a transmitted light image 40 is preferably assigned to each optical channel 22 .
  • each optical channel 22 is assigned its own transmitted light image 40 .
  • the number of optical channels 22 corresponds to the number of transmitted-light images 40. If, for example, a panoramic image is to be projected, the entire panoramic image can be subdivided into partially transmitted-light images and a separate optical channel 22 can be assigned to each partially transmitted-light image.
  • an optical channel 22 is defined by a lens 2 with or without a beam deflection element 4 .
  • the beam deflection elements 4 are preferably mirrors 34 and/or prisms 32.
  • a beam deflection element 4 can therefore be a mirror 34, or can be a prism 32, or can be a combination of mirror 34 and prism 32.
  • Such mirrors 34 and/or prisms 32 are shown in Figs. 2 to 4 shown schematically.
  • the figs 6a, 6b and 6c each show a schematic arrangement of a multi-aperture projector 10.
  • FIG. FIG. 6a shows a multi-aperture projector 10 in which the multi-aperture objective 20 is arranged between the beam deflection element arrangement 30 and at least one transmitted-light image 40.
  • the multi-aperture objective 20 and the beam deflection arrangement 30 are preferably arranged relative to one another in such a way that the multi-aperture objective 20 is located between the beam deflection arrangement 30 and the at least one transmitted light image 40 .
  • FIG. 6b shows a multi-aperture projector 10 in which the beam deflection element arrangement 30 is arranged between the multi-aperture objective 20 and the at least one transmitted-light image 40.
  • FIG. 6c shows a multi-aperture projector 10 in which the multi-aperture lens 20 is surrounded on both sides by a beam deflection element arrangement 30 in each case.
  • the multi-aperture projector 10 thus has two beam deflection arrangements 30, the two beam deflection arrangements 30 surrounding the multi-aperture objective 20 on both sides and one of the two beam deflection arrangements 30 being attached to the at least one transmitted light image 40 . This is shown schematically in Figure 6c.
  • the multi-aperture lens 20 is preferably a lens arrangement which is formed from two or more lenses 2 .
  • the lenses 2 of the lens arrangement are arranged next to one another, in particular each lens 2 is assigned an optical channel 22 .
  • the number of optical channels 22 is equal to the number of lenses 2.
  • a partial area on the transmitted light image/slide is therefore imaged by an assigned lens 2.
  • each lens 2 with its optical channel 22 captures the light rays 120 of a transmitted light image 40 that is only assigned to the lens.
  • At least one beam deflection element 4 preferably has a metallic and/or a dielectric coating 60, 62.
  • the metallic and/or the dielectric coating 60, 62 is applied to a surface 64, such as on the beam deflection element surface, of the beam deflection element 4 in order to separate two adjacent optical channels 22 from one another and/or to enable reflections in the beam deflection element 4.
  • Incoming electromagnetic beams or light beams are reflected or deflected within the beam deflection element 4 on the metallic coating 60 or on the dielectric coating 62 according to the doctrine of angles of incidence equaling angles of emergence.
  • beam deflectors effect elements 4 conceivable without coating. These can then use total internal reflection, for example, to deflect the electromagnetic rays.
  • the beam deflection elements 4 can then be given entirely or partially by prisms or by mirrors and prism-mirror combinations. At least one beam deflection element 4 is therefore preferably designed to implement the beam deflection by means of total internal reflection. In general, it can be decided on a channel-by-channel basis how to bring about the reflection. In other words: some beam deflection elements 4 can be coated, others can use total reflection, others in turn can contain at least one mirror and/or at least one prism.
  • At least one optical component for collimating and/or homogenizing the light 120 is preferably arranged between the at least one light source 12 and the at least one transmitted light image 40 .
  • the slide 40 or the transmitted light image 40 can be illuminated by one or more light sources 12, i.e. by at least one light source.
  • These light sources 12 can be LEDs and/or OLEDs, but incandescent lamps or gas discharge lamps with low or high pressure or expanded laser radiation are also conceivable. Illumination can be a single wavelength or a spectrum of wavelengths.
  • the at least one optical component for collimating and/or homogenizing the light contributes to the fact that the image to be projected can be projected with a uniformly strong light cone, in particular with a uniformly distributed light intensity.
  • the light beams 120 point in one direction, in particular spaced apart in parallel. One direction preferably points to the projection surface 110.
  • a lens 2 is preferably assigned to each beam deflection element 4 , with a beam deflection element 4 not being assigned to each lens 2 , so that the number of beam deflection elements 4 is less than or equal to the number of lenses 2 .
  • the number of beam deflection elements 4 arranged next to one another can be less than or equal to the number of lenses 2 .
  • FIGS. 3a to 3d each show two lenses 2 arranged next to one another in a 1 ⁇ 2 matrix structure, with only a single beam deflection element 4 being arranged on one of the two lenses 2.
  • this arrangement in the matrix structure indicates a possible channel assignment as to which part of the at least one transmitted light image 40 is projected through which optical channel 22 .
  • a partial image 50 is also drawn in, which is projected through the optical channel 22 of the associated lens 2 Projection in object space results.
  • a coordinate system in the object space is drawn in each of FIGS. 3 to 4, this coordinate system having the axes ki and k 2 .
  • the lens 2 without a beam deflection element 4 looks in a straight-ahead direction, that is to say along an optical axis (in the z-direction) perpendicular to a slide surface 45 which runs parallel to an xy plane.
  • a straight optical channel 22 of a lens 2 does not require any deflection or deflection of a light beam.
  • the lens 2 with the beam deflection element 4 has a lateral viewing direction. In other words: the lens 2 can look in a specific lateral direction with the aid of the beam deflection element 4 .
  • the tilting axis 5 preferably runs parallel, in particular at a distance, from the slide surface 45.
  • the tilting axis 5 assumes a constant value on the z-axis and extends parallel either along the x-axis or along the y-axis to a side length 44a, 44b of the at least one transmitted light image 40 (see Figs. 3a and 3c) or extends in the x-y plane, so that the tilting axis 5 encloses an angle of 45° with a side length 44 of the at least one image sensor 40 (see Figure 3e).
  • the partial images 50, 52 are drawn in, which result from the lenses 2 shown in FIG. 3a, with and without deflection element 4.
  • the partial image 50 is generated in the corresponding figures by the lens 2 looking straight ahead with an image sensor 40 and without a deflection element 4 .
  • the partial image 50 looking straight ahead is drawn in in each case at the origin of the object space (ki, k 2 ).
  • Each beam deflection element 4 preferably has a beam deflection element surface 46 which has the shape of a parallelogram or a trapezoid or a triangle or an oval or a circle or a polygon. It is also conceivable that the beam deflection element surface has an asymmetrical circumference. It is conceivable to cut a mirror or a prism in a desired shape, in particular for reasons of space.
  • the beam deflection element 4 can also be part of the optical system of the lens, ie it can be optically effective.
  • the optical channel 22 can then be a hybrid imaging system containing both refractive and reflective elements.
  • the mirror can have any shape of reflective optical elements, for example parabolic, hyperbolic or spherical. It can also have another rotationally symmetrical aspheric shape or a Have free-form surface.
  • a deflection element 4 can have a segmented design, ie it can be composed of several surfaces and possibly have kinks.
  • the tilting axis 5 is decisive for a rotation of the image or partial image 52. To put it more precisely, it is decisive how the tilting axis 5 runs in relation to the rectangular image sensor 40 or rectangular image sensor area assigned to the optical channel 22 .
  • the partial images 52 result from a lens 2 with an image sensor 40 and a deflection element 4, which looks in a lateral direction, as already described above.
  • the partial image 52 from FIG. 3b is mirrored upwards, that is to say mirrored along a k 2 axis and shifted along the k axis.
  • the partial image 52 from FIG. 3d is mirrored to the right side, ie mirrored along a ki-axis and shifted along the k 2 -axis.
  • the tilting axes 5 in FIGS. 3a and 3c are each arranged running parallel to one side of the transmitted light image 40.
  • the tilting axis 5 of the beam deflection element 4 is parallel to one of the sides of the slide 40.
  • the associated partial image 52 is mirrored upwards (FIG. 3b) or mirrored to the right (FIG. 3d). A shift up or to the right can be set by an associated tilt angle.
  • the tilting axis 5 of the beam deflection element 4 encloses an angle of 45° to the sides of the slide 40.
  • the resulting partial image 52 is mirrored about a 45° axis. In other words, the partial image 52 is shifted to the top left, which can be adjusted by the tilt angle (FIG. 3f).
  • the tilting axis 5 of the beam deflection element 4 encloses an angle other than 45° to the sides of the slide 40.
  • FIG. The resulting sub-image 52 is mirrored about an axis deviating from 45, causing the sub-image to rotate. This leads to overlaps 70 and gaps 70 with other sub-images 52 (see also FIG. 5b).
  • the partial image from FIG. 3f is, for example, rotated, mirrored and shifted parallel to the axes in the object space, so that the partial image in FIG.
  • the tilting axis 5 in Fig. 3e runs at a 45° angle to one side of the transmitted light image 40.
  • the partial image from FIG. 3h is, for example, rotated, mirrored and not shifted parallel to the axes in the object space, so that the partial image in FIG. 3h leads to gaps 72 and/or an overlap 70 with other partial images 52 (cf. FIG. 5b). .
  • the tilting axis 5 in Fig. 3g does not run at a 45° angle to one side of the transmitted light image 40.
  • figs 4a and 4c each show a multi-aperture projector 10 with four optical channels 22 and Figs. 4b and 4d show the associated images 50, 52 in object space.
  • the tilting axes 5 either run parallel or they enclose an angle of 45° to the sides of the slide 40 .
  • a complete picture results FIG. 4b.
  • the tilting axes 5 either run parallel or do not enclose an angle of 45° to the sides of the image sensor 40 .
  • the result is an overall picture with gaps 72 and overlaps 70 (Fig. 4b)
  • FIG. 5a shows a complete image 54 without gaps, which is composed of a partial image 50 straight ahead and eight surrounding partial images 52.
  • FIG. 4a a multi-aperture projector 10 as shown in FIG. 4a was used, for example, which was expanded by five additional optical channels 22, for example.
  • the optical channels from FIG. 5a are arranged, for example, in a 3 ⁇ 3 matrix structure.
  • the optical channels may generally be arranged in an m x n matrix structure, where m and n are natural numbers.
  • Fig. 5b shows an overall image with gaps 72 and overlaps 72.
  • a multi-aperture projector 10 as shown in Fig. 4c was used, for example, which has a tilting axis 5, which is neither parallel nor at a 45° angle to the sides 44 of the image sensor 40.
  • the lens array can be particularly compact be executed.
  • the objective arrangement is preferably of monolithic design. Monolithic in this context means consisting of one piece or one piece.
  • the lenses 26 of the objectives 2 are preferably arranged next to one another on a common glass wafer (not shown). In other words: the lenses 24 are preferably arranged in one plane.
  • the glass wafer thus functions as a carrier or as a substrate, which can be referred to as wafer-level optics.
  • the lenses can also each consist of several lenses; then, for example, the lens arrangement consists of several glass wafers stacked on top of one another.
  • the lenses 2 shown in FIGS. 2 to 4 are each coupled, in particular connected, to a transmitted light image 40 such that an optical channel 22 of a lens 24 leads to a number of pixels of the transmitted light image 40 .
  • the transmitted light image is preferably a controllable transmitted light image 40.
  • the multi-aperture projector preferably has a plurality of, in particular four, six, nine or fifteen, optical channels.
  • the number of lenses 2 specifies the number of optical channels 22 .
  • the optical channels are preferably arranged in matrix form. In Fig. 4, four channels are arranged in a 1 ⁇ 4 matrix structure.
  • the lenses 2 or the transmitted light image or the transmitted light images 40 are correspondingly arranged in a matrix structure.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware, or in software, or at least partially in hardware, or at least partially in software.
  • Implementation can be performed using a digital storage medium such as a floppy disk, a DVD, a BluRay disk, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic or optical Memory are carried out on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way or interaction that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium embodying the proposed teaching may be computer-readable.
  • Some exemplary embodiments according to the teaching described herein thus comprise a data carrier which has electronically readable control signals which are able to interact with a programmable computer system in such a way that one of the features described herein is carried out as a method.
  • exemplary embodiments of the teaching described herein can be implemented as a computer program product with a program code, the program code being effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored on a machine-readable carrier, for example.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further embodiment of a proposed method is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for performing one of the features described herein is recorded as a method.
  • the data carrier or digital storage medium or computer-readable medium is typically tangible and/or non-transitory.
  • a further exemplary embodiment of the proposed method is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein.
  • the data stream or sequence of signals may be configured to be transferred over a data communications link, such as the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform a method of the system described herein.
  • a processing device such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform a method of the system described herein.
  • a further exemplary embodiment includes a computer on which the computer program for carrying out the method for the system described herein is installed is.
  • a further embodiment according to the invention comprises an apparatus or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the features described herein in the form of a method to a recipient.
  • the transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the recipient may be a computer, mobile device, storage device, or similar device.
  • the device or the system can, for example, comprise a file server for transmission of the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device e.g., a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform the method described herein.
  • the method is performed by any hardware device. This can be universally replaceable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the process such as an ASIC.

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Abstract

Beschrieben ist ein Multiapertur-Projektor (10) zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes (40) auf eine beabstandete Projektionsfläche (110), welcher umfasst: mindestens eine Lichtquelle (12), welche in einem angeschalteten Zustand bewirkt, dass mindestens ein Durchlichtbild (40) eine optische Abbildung auf die Projektionsfläche (110) projiziert; wobei das mindestens eine Durchlichtbild (40) in eine Anzahl an rechteckigen Bereichen (44) unterteilt ist; ein Multiapertur-Objektiv (20) und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung (30), welche eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen (4) zum Umlenken der durch das mindestens ein Durchlichtbild (40) einfallenden Lichtstrahlen (120) umfasst, wobei das Multiapertur-Objektiv (20) und die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) eine Anordnung von optischen Kanälen (22) ausbilden und derart zu dem mindestens einen Durchlichtbild (40) angeordnet sind, dass die Lichtstrahlen (120) nach einem Durchtritt durch das mindestens eine Durchlichtbild (40) in die optischen Kanäle (22) einfallen, so dass nach Durchgang der Lichtstrahlen (120) durch die optischen Kanäle (22) das Projizieren der optischen Abbildung auf die Projektionsfläche (110) erfolgt, wobei die Anzahl an Strahlumlenkungselementen (4) derart zueinander und in Bezug auf das mindestens einen Durchlichtbild (40) angeordnet sind, dass jedes Strahlumlenkungselement (4) um eine Kippachse (5) gekippt ist, wobei die Kippachse (5) durch eine Strahlumlenkungselementfläche (46) verläuft und die Kippachse (5) mit einer Seite eines rechteckigen Bereiches (44) parallel verläuft oder die Kippachse (5) mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des rechteckigen Bereichs (44) einen 45°-Winkel einschließt.

Description

Multiapertur-Projektor
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Multiapertur-Projektor zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes aus einer relativ kurzen Entfernung auf eine beab- standete Projektionsfläche.
Projiziert man ein großes Bild aus einer relativ kurzen Entfernung, d.h. bei einem kleinen Projektionsverhältnis, so ist eine Weitwinkel-Projektionsoptik notwendig. Eine solche Optik ist bei guter Abbildungsleistung komplex und teuer. Außerdem benötigt die Optik viel Bau raum, was wünschenswert ist, zu vermeiden.
Alternativ ist es möglich, das zu projizierende Bild aus mehreren optischen Kanälen zusammenzusetzen, von denen jeder einen Teil des Bildes projiziert. Bei solchen Lösungen gibt es Kanäle, welche sozusagen „geradeaus“ projizieren. Außerdem gibt es Kanäle, deren optische Achsen relativ zu einer Kanalfläche schräg verlaufen. Die Optiken aller dieser Einzelkanäle können aus wenigen optischen Elementen bestehen, da jede Optik eines Kanals nur ein relativ kleines Winkelspektrum abbilden müssen. Eine Anordnung aus mehreren optischen Kanälen ist insgesamt günstiger und kann flexibler an den vorhandenen Bauraum angepasst werden.
Allerdings stößt für besonders kleine Projektionsverhältnisse (d.h. ein großes Bild aus einer relativ kurzen Entfernung) eine solche Anordnung aus mehreren optischen Kanälen, oder auch Projektionskanälen genannt, an Grenzen, an denen die Projektion eines Bildes nicht mehr vollständig gewährleistet werden kann. Eine nicht vollständige Projektion des zu projizierenden Bildes erfolgt ursächlich deswegen, weil die optischen Achsen der Randkanäle bei kleinen Projektionsverhältnissen besonders schräg verlaufen müssten. Bei einer optischen Achse welche sich relativ zu einer Objektivfläche bzw. einer Kanalfläche eines mittleren Kanals von dieser in einem Winkel von 45° in den dreidimensionalen Raum hinfort erstreckt, ist die die Abbildungsleistung und/oder die Lichtstärke des zu projizierenden Bildes mit Einbußen verknüpft. Die optische Achse ist eine gedachte Linie, die durch die Zentren der optischen Elemente verläuft. Die optische Achse ist eine Symmetrieachse bei rotationssymmetrischen Systemen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Multiapertur-Projektor zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes aus einer relativ kurzen Entfernung auf eine beabstandete Projektionsfläche bereitzustellen, wobei der Multiapertur- Projektor kompakt und simpel gebaut ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Multiapertur-Projektor bereitzustellen, mit dem Lücken oder Überlappungen im projizierten Bilddes zu projizierenden Bildes auf der Projektionsfläche vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, Lücken und/oder Überlappun gen im projizierten Bild auf der Projektionsfläche zu vermeiden. Denn es wurde erkannt, dass eine optimale Anordnung der abbildenden Elemente in Bezug auf das zu projizierende Bild und in Bezug der abbildenden Elemente zueinander existiert, bei der die projizierten Teilbilder ideal aneinander anschließen und sich ohne signifikanten Überlapp zu einem großen projizierten Gesamtbildergänzen. Um Lücken oder Überlappungen im projizierten Bild zu vermeiden, wurde erkannt, dass sämtliche Spiegelachsen, welche auch Kippachsen hierin genannt werden, derart zu wählen sind, dass sie parallel gegenüber einer Kante eines Teilbildes des zu projizierenden Bildes verlaufen. Ferner vorteilhaft ist, wenn die Kippachsen parallel beabstandet zu dem Teilbild des zu projizierenden Bildes liegen.
Der vorgeschlagene Multiapertur- Projektor zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes, insbesondere aus einer relativ kurzen Entfernung, auf eine beabstandete Projektionsfläche umfasst mindestens eine Lichtquelle, welche in einem angeschalteten Zustand bewirkt, dass mindestens ein Durchlichtbild eine optische Abbildung auf die Projektionsfläche projiziert; wobei das mindestens eine Durchlichtbild in eine Anzahl an rechteckigen Bereichen unterteilt ist, insbesondere wobei jeder rechteckiger Bereich des Durchlichtbildes ein Teildurchlichtbild ausbildet. Es ist ebenfalls denkbar, dass eine Mehrzahl an Durchlichtbildern projiziert werden soll. In einem solchen Fall kann ein Durchlichtbild der Mehrzahl an Durchlichtbildern einem rechteckigen Bereich der gesamten Durchlichtbildes, welches aus der Mehrzahl an Durchlichtbildern gebildet ist, zugeordnet sein. Sofern die mindestens eine Lichtquelle ein vom dem Durchlichtbild separates Bauteil ist, wirft die mindestens eine Lichtquelle in einem angeschalteten Zustand Lichtstrahlen auf das mindestens eine Durchlichtbild zum Projizieren einer optischen Abbildung. Sofern die mindesten eine Lichtquelle in dem Durchlichtbild umfasst ist, insbesondere wenn das Durchlichtbild eine Anzahl aus OLEDs und/oder LEDs angeordnet in einer Matrixstruktur umfasst, wirft das Durchlichtbild als solches in einem angeschalteten Zustand Lichtstrahlen direkt auf optische Kanäle zum Projizieren einer optischen Abbildung Die Lichtquelle kann weißes Licht oder auch schmalbadiges, also farbiges, Licht abstrahlen. Insbesondere kann die Lichtquelle sichtbares Licht, UV-Licht und/oder I R-Licht ausstrahlen. Auch andere Lichtquellen sind möglich. Bei den Lichtquellen, welche mit dem Multiapertur-Projektor verwendet werden können, gibt es keine Einschränkung.
Kommt beispielsweise ein gemeinsames Durchlichtbild oder auch Dia genannt zum Einsatz, ist es essentiell, dass dieses vollständig abgebildet wird und die abgebildeten Bild teile lückenlos aneinander anschließen. Kommt eine Umlenkung mit Spiegeln für Randka näle zum Einsatz, führt dies im Allgemeinen dazu, dass die Teilprojektionen sich nicht ohne Überschneidung aneinanderfügen lassen, sondern sich Überlappen.
Um diesen Umstand zu vermeiden, umfasst der vorgeschlagene Multiapertur-Projektor ein Multiapertur-Objektiv und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung, welche eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen zum Umlenken der durch das mindestens ein Durchlichtbild einfallenden Lichtstrahlen umfasst, insbesondere wobei jedes Strahlumlenkungsele- ment in eine unterschiedlich Richtung zeigt. Ferner insbesondere ist jedes Strahlumlen- kungselement einem Teildurchlichtbild des mindestens einen ein Durchlichtbild zugeordnet. Die Strahl-Umlenkungselementanordnung weist eine Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen zum Umlenken einfallender Lichtstrahlen auf. Ein Fachmann versteht, dass vorliegend auch andere elektromagnetische Strahlen, also nicht nur Lichtstrahlen des sichtbaren Lichtes, mit dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor projizierbar sind. Daher werden vorliegend unter Lichtstrahlen auch elektromagnetische Strahlen anderer Wellenlängenbereiche verstanden. Die Strahlumlenkungselemente können durch Spiegel und/oder Prismen gegeben sein. Mit anderen Worten: ein Strahlumlenkungselement kann ein Spiegel oder ein Prisma oder eine Kombination aus Spiegel und Prisma sein.
Das Multiapertur-Objektiv und die Strahl-Umlenkungsanordnung, insbesondere die Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen, bilden eine Anordnung von optischen Kanälen aus und sind derart zu dem mindestens einen Durchlichtbild angeordnet, dass die Lichtstrahlen nach einem Durchtritt durch das mindestens eine Durchlichtbild in die optischen Kanäle einfallen, so dass nach Durchgang der Lichtstrahlen durch die optischen Kanäle das Projizieren der optischen Abbildung auf die Projektionsfläche erfolgt. Bei dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor kann ein einziges Durchlichtbild (Dia) oder eine Anzahl von Durchlichtbildern (Dias) vorgesehen sein. In jedem Fall weist der vorgeschlagene Multiapertur- Projektor mindestens ein Durchlichtbild (Dia) auf.
Die Anzahl an Strahlumlenkungselementen sind derart zueinander und in Bezug auf das mindestens einen Durchlichtbild angeordnet, dass jedes Strahlumlenkungselement um eine Kippachse gekippt ist, wobei die Kippachse durch eine Strahlumlenkungselementfläche verläuft und die Kippachse mit einer Seite eines rechteckigen Bereiches parallel verläuft oder die Kippachse mit mindestens einer Seite von den zwei Seiten des rechteckigen Be reichs einen 45°-Winkel einschließt.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass eine Anzahl eine natürliche Zahl n >1 meint. Eine Anzahl umfasst somit auch eine Mehrzahl. Eine Mehrzahl ist eine natürliche Zahl n >2. Der Begriff Anzahl könnte durch den Begriff Mehrzahl ersetzt werden, wobei bei Ersetzung nur der Fall für n=1 entfallen würde.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Kippachsen, wie sie hier in der vorliegenden Anmeldung benutzt werden, nur ein konzeptionelles Hilfsmittel zum Verständnis bzw. zur Konstruktion sind, und nicht notwendigerweise im fertigen Aufbau tatsächlich vorhandene drehbaren Achsen sind, jedoch solche sein könnten.
Die Kippachse verläuft zu einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bereiches parallel (Option A) oder die Kippachse schließt mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des mindestens einen rechteckigen Bereiches, welcher insbesondere bei nur einem Durchlichtbild eine Teilfläche des Durchlichtbildes oder bei mehreren in eine Ebene nebeneinander angeordneter Durchlichtbilder eines dieser Durchlichtbilder sein kann, einen 45°- Winkel (Option B) ein. Bei Erfüllung der Bedingung der Option A rotiert das projizierte Bild im Objektraum nicht. Das projizierte Bild wird durch ein Kippen an der Kippachse nur in eine Richtung verschoben und/oder gespiegelt, nämlich oberhalb, oder unterhalb, oder zu einer Seite der Bildsensorfläche im Objektraum. Die Ecken des gewünschten projizierten Gesamtbildes im Objektraum lassen sich durch die Erfüllung der Option A nicht erreichen. Bei Erfüllung der Bedingung der Option B, wenn also die Spiegelachse bzw. die Kippachse in einem Winkel von 45 0 (Grad) zu mindestens einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bereiches des Durchlichtbildes verläuft, erfolgt eine Rotation des projizierten Bildes im Objektraum um 90 ° (Grad). Zudem erfolgt wie bei Option A eine Verschiebung. Die Seiten des rotierten, insbesondere rechteckigen, projizierten Bildes verlaufen daher parallel zu den verschobenen Teilbildern oder dem verschobenen Teilbild gemäß Option A. Vorliegend wurde erkannt, dass wenn die Kippachse in einem anderen Winkel zu den Seiten des rechteckigen Bereiches verläuft, Lücken oder Überlappungen in den projizierten Teilbildern entstehen. Vorliegend wird beschrieben, wie aus projizierten Teilbildern ein lückenloses, überlappungsfreies projiziertes Gesamtbild erhalten wird.
Mit dem vorgeschlagenen Multiapertur- Projektor kann somit ein lückenloses Bild projiziert werden, d.h. der gesamte Bereich des Durchlichtbildes kann vollständig aus relativ kurzer Entfernung auf die Projektionsfläche projiziert werden. Beispielsweise kann eine Durchlicht bild mit einer Größe von 100 cm x 50 cm in einem Abstand von 15 cm mit dem vorgeschla genen Multiapertur-Projektor auf eine Projektionsfläche vollständig, insbesondere lückenlos und ohne Überlappung, projiziert werden. Die Größe der Projektionsfläche selbst kann hierbei eine beliebige Größe haben.
Bevorzugt verläuft die Kippachse parallel, insbesondere beabstandet, zu dem Durchlichtbild bzw. zu der Fläche des oder der Durchlichtbilder. Dadurch, dass die Kippachse einerseits zu einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bereiches parallel (Option A erfüllt) oder in einem 45° Wnkel zu dieser Seite des mindestens einen rechteckigen Bereiches (Option B erfüllt) verläuft und andererseits parallel zu dem rechteckigen Bereich verläuft, ist ein zweidimensionaler Kippwinkel im dreidimensionalem Raum definiert, welcher zu einem lückenlosen projizierten Bild mit einem Projektionsverhältnis < 0,5 führt.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben herausgefunden, dass eine optimale Anordnung der Anzahl an Strahlumlenkungselementen existiert, bei der die Teilprojektionen ideal aneinander anschließen und sich ohne Überlapp zu einen großen Gesamtbild ergänzen. Dazu sind sämtliche Spiegelachsen/Kippachsen so zu wählen, dass sie untereinander beziehungsweise zu den Kanten der rechteckigen Teilbilder (der rechteckigen Bereiche ) auf dem Dia einen Wnkel von 0°, 45° oder 90° bilden. Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn sämtliche Spiegelachsen/ Kippachsen so gewählt werden, dass sie in der Ebene des Dias 40, d.h. in der Dia-Fläche, liegen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Projektions-System, welches den vorgeschlagenen Multiapertur- Projektor und eine Projektionsfläche umfasst. Die vorliegende Erfindung adressiert ein Problem, das bei sehr spezifischen Anordnungen des Projektions-System auftritt. Vorliegend ist der Begriff Projektions-System als den vorgeschlagenen Multiapertur- Projektor und eine Projektionsfläche, aus welcher das zu projizierende Bild projiziert wird, zu verstehen. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Multiapertur-Pro- jektors kann ein zu projizierendes Bild in Teilbilder segmentiert werden und diese Teilbilder durch mehrere optische Kanäle auf die Projektionsfläche projiziert werden, und zwar derart, dass ein vollständiges Gesamtbild entsteht. Das zu projizierende Bild ist im Projektions- System vollständig vorhanden. Das im Multiapertur-Projektor verwendete Durchlichtbild wird auch Dia genannt. Bei dem Durchlichtbild oder Dia kann es sich um eine transparente Vorlage handeln, auf der das zu projizierende Bild abgebildet ist und mittels Lichtstrahlen auf die Projektionsfläche projiziert werden kann. Die Segmentierung geschieht bei der Ab bildung dadurch, dass Teile dieses Dias von verschiedenen optischen Kanälen abgebildet werden.
Die Wirkung des vorgeschlagenen Multiapertur-Projektors bzw. des Projektions-Systems ist die Vermeidung von Lücken oder Überlappung beim Zusammensetzen eines großen projizierten Bildes aus mehreren Teilbildern. Bei einem Mehrkanalsystem, welches in dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor verwendet wird, werden die Fläche des Dias/Durchlichtbildes und der Bauraum effektiver ausgenutzt beziehungsweise das eingesetzte Licht wird effektiver genutzt. Die Vorteile sind im Einzelnen: Kleinere Verschwendung von Fläche des Dias/Durchlichtbildes, was besonders wichtig beispielsweise bei einem steuerbaren Element wie einem DLP (für „Digital Light Processing“) oder LCD ist. Weiter vorteilhaft sind die geringere Abmessungen, das geringere Gewicht und die geringeren Kosten des Multiapertur-Projektors.
Projektions-Systeme bzw. Projektoren finden in folgenden Gebieten Anwendung: Projektoren in Fahrzeugen, beispielsweise zur Beleuchtung von Außen- und Innenraum, aber auch zur Information des Fahrers oder anderer Verkehrsteilnehmer, Robotik oder Machine Vision, beispielsweise zur Vereinfachung der Umgebungs-Erfassung (Beleuchtung, Musterprojektion zur 3D-Erfassung), Mobiltelefone oder andere Geräte der mobilen Unterhaltungselektronik und medizinische Anwendungen, zum Beispiel auch gezielte Desinfektion durch UV-Licht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematische Ansicht eines Projektions-Systems, welches einen Multiapertur-Projektor und eine Projektionsfläche umfasst;
Fig. 2a, b schematische Ansichten verschiedener Beispiele von Objektiven und Durchlichtbildern zur Ausbildung optischer Kanäle mit verschiedenen Blickrichtungen, nämlich geradeaus Blickrichtung (Fig. 2a) und seitliche Blick richtung (Fig. 2b), welche in einem Multiapertur-Projektor wie in Fig. 1 ge zeigt eingebaut sein können;
Fig. 3a-h schematische Ansichten von Multiapertur-Projektoren (Figs 3a, c, e, g) und Darstellung des dazugehörigen resultierenden projizierten Bildes im Objektraum (Figs. 3b, d, f, h);
Fig. 4a-d schematische Ansichten von Multiapertur-Projektoren (Figs 4a, c) und Darstellung des dazugehörigen resultierenden projizierten Bildes im Objektraum (Figs. 4b, d);
Fig. 5a, b schematische Ansichten von resultierenden projizierten Teilbildes im Objektraum mit jeweils neun optischen Kanälen, wobei die optischen Kanäle in Fig. 5a keine Lücken und keine Überlappung und die optischen Kanäle in Fig. 5b Lücken und Überlappungen zeigen;
Fig. 6a ein schematischer Multiapertur-Projektor, bei dem das Multiapertur-Objektiv zwischen der Strahl-Umlenkungselementanordnung und mindestens einem Durchlichtbild angeordnet ist;
Fig. 6b ein schematischer Multiapertur-Projektor, bei dem die Strahl-Umlenkungs- elementanordnung zwischen dem Multiapertur-Objektiv und dem mindestens einen Durchlichtbild angeordnet ist; und
Fig. 6c ein schematischer Multiapertur-Projektor, bei dem das Multiapertur-Objektiv beidseitig von jeweils einer Strahl-Umlenkungselementanordnung umgeben ist. Einzelne Aspekte der hierin beschriebenen Erfindung sind nachfolgend in den Figs. 1 bis 6c beschrieben. In Zusammenschau der Figuren 1 bis 6c wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung verdeutlicht. In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden.
In den Figs. 1 bis Fig. 5b ist entweder ein Koordinatensystem im Bildraum (x, y, z) oder ein Koordinatensystem im Objektraum (ki, k2) eingezeichnet, worauf hierin Bezug genom men wird, um den vorgeschlagenen Multiapertur- Projektor in Bezug auf die eingezeichne ten Achsen bzw. das jeweils resultierende projizierte Bild weiter zu spezifizieren. Bei den Koordinaten x, y, z, ki und k2 handelt es sich jeweils um reelle Zahlen, wobei das (x,y,z) Koordinatensystem bevorzugt kartesische Koordinaten sind und das (ki, k2) Koordinatensystem Polarkoordinaten sind.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Projektions-Systems 100, welches einen Multiapertur-Projektor 10 und eine Projektionsfläche 110 umfasst. Lichtstrahlen 120 gelangen von dem Multiapertur-Projektor 10 auf die Projektionsfläche 110, auf welcher das zu projizierende Bild des Durchlichtbildes des Multiapertur-Projektors 10 projiziert werden kann. Das eingezeichnete Koordinatensystem (x, y, z) zeigt eine Ausrichtung des Multiapertur-Projektors 10 in Relation zu einer Projektionsfläche 110.
In Figs. 2a und 2b sind schematische Ansichten verschiedener Beispiele von Objektiven 2 und Durchlichtbildern 40 zur Ausbildung optischer Kanäle 22 mit verschiedenen Blickrichtungen 3 gezeigt. Fig. 2a zeigt beispielsweise ein rechteckiges Durchlichtbild 40 oder Dia 40 mit einem Objektiv 2, welches auf oder parallel beabstandet zu dem Durchlichtbild 40 angeordnet ist. Mit dem Bezugszeichen 3 ist eine Blickrichtung 3 des optischen Kanals 22 in Fig. 2a angedeutet. Ohne ein Strahlumlenkungselement 4 erstreckt sich die Blickrichtung 3 des optischen Kanals 22, wie in Fig. 2a gezeigt, entlang einer Geradeaus-Richtung bzw. entlang einer z-Richtung, während sich das zugeordnete Durchlichtbild 40 entlang einer x-y Ebene erstreckt, wie dies durch ein eingezeichnetes Koordinatensystem definiert ist.
Das Dia 40 oder das Durchlichtbild 40 in Figs. 2a und 2b ist jeweils rechteckig mit zwei unterschiedlichen Seitenlängen 44a, 44b ausgebildet. Es ist ferner denkbar das Durchlichtbild 40 oder Dia 40 quadratisch auszubilden. Welchen Winkelbereich im Bildraum (x,y, z) ein bestimmter optischer Kanal genau einnimmt, lässt sich ermitteln, indem man dessen rechteckigen Bereich auf dem Dia 40 durch das Objektiv 2 und das Umlenkungselement 4 in den Objektraum zurückprojiziert. Das projizierte Bild 50, 52 hat seinerseits wieder im Objektraum (ki, k ) die Form eines Rechtecks. Siehe Figs. 3 und 4. Führt man dies für verschiedene Kippwinkel des Strahlumlenkungselementes 4 durch, so stellt man fest, dass dieses Rechteck unter bestimmten Umständen eine Drehung vollführt. Diese hängt jedoch vom Kippwinkel im dreidimensionalem Raum in mindestens einer Ebene ab. Mit anderen Worten, die Drehung oder Verschiebung des Rechteckes hängt von der Kippachse 5 ab, um die das Strahlumlenkungselement 4 in Bezug auf den Bildsensor 40 gekippt ist. Zwei optische Kanäle mit verschiedenen Blickrichtungen 3 erzeugen daher zwei projizierte Teilbilder r 50, 52, die gegeneinander verdreht und/oder verschoben sind.
In Fig. 2b ist vor dem Objektiv 2 ein Strahlumlenkungselement 4 angeordnet. Das Strahlumlenkungselement 4 kann beispielsweise ein Spiegel 34 oder ein Prisma 32 sein. Es ist ferner denkbar, dass das Strahlumlenkungselement 4 eine Kombination aus Spiegel 34 und Prisma 32 oder eine Kombination aus mehreren Spiegeln 34 und Prismen 32 ist.
Die verschiedenen Kombinationen aus Bildsensor 40 und Objektiv 2 und gegebenenfalls Strahlumlenkungselement 4, wie in Fig. 2a und 2b gezeigt, bilden Bausteine des vorgeschlagenen Multiapertur-Projektors 10. Der Multiapertur-Projektor 10 umfasst mindestens einen rechteckiges Dia 40, ein Multiapertur-Objektiv 20 zum Projizieren einer optischen Abbildung, und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung 30, wie dies beispielsweise in den Figs. 2a, 3a, 3c, 3e, 3g und 4 a, und 4c zu sehen ist.
Während ein optischer Kanal 22 ohne Spiegel 34 oder ohne Prisma 32 geradeaus abbildet- genauer gesagt senkrecht von der Dia-Fläche 45 weg, d.h. entlang der z-Richtung - projizieren optische Kanäle 22 mit Spiegel 34 und/ Prisma 32 im einfachsten Fall seitwärts, also in verschiedene Richtungen entlang der Dia-Ebene, d.h. nicht parallel zur z- Richtung. Dazwischen sind je nach Stellung des Strahl-Umlenkungselementes 4 auch andere Projektions-Richtungen möglich. Kombiniert man auf diese Weise mehrere optische Kanäle 22 mit und ohne Strahlumlenkungselement 4, kann das Projektions-System 100 insgesamt ein besonders großes Bild aus einer kurzen Entfernung projizieren, hat also ein sehr kleines Projektionsverhältnis (deutlich < 1:1).
Das Durchlichtbild 40 weist eine Durchlichtbildfläche 45 auf, welche rechteckig oder quadratisch ausgebildet ist. Das Durchlichtbild 40 in Figs. 2a und 2b ist jeweils rechteckig mit zwei unterschiedlichen Seitenlängen 44a, 44b ausgebildet. Es ist aber denkbar das Durchlichtbild 40 quadratisch auszubilden.
Nachfolgend wird auf das Adjektiv in den Begriff „projiziertes Bild“ verzichtet und stattdes- sen kurz der Begriff „Bild“ verwendet. Einem Fachmann ist klar, dass von einem projizierten Bild die Rede ist, welches durch den Multiapertur-Projektor projiziert wird. Außerdem werden Teilbild und Bild synonym zu einander verwendet. Denn ein Teilbild ist stets auch immer ein Bild. Ein Gesamtbild ist aus Teilbildern(Bildern) zusammengesetzt.
Das Teilbild 50 des geradeaus schauenden Objektivs 2 ist wie in den Figs. 3 und 4 jeweils beispielsweise im Ursprung des ki-k2-Koordinatensystems gezeigt. Das durch das jewei lige zugehörige Strahlumlenkungselement 4 verschobene und/oder gedrehte und/oder gespiegelte seitliche Teilbild 52 grenzt jeweils derart an das geradeaus Teilbild 50 an, dass in Summe ein lückenloses Gesamtbild 54 entstehen kann, wie dies beispielsweise in Fig. 5a gezeigt ist.
In Fig. 2b ist vor dem Objektiv 2 ein Strahlumlenkungselement 4 angeordnet. Das Strahlumlenkungselement 4 kann beispielsweise ein Spiegel 34 oder ein Prisma 32 sein. Es ist ferner denkbar, dass das Strahlumlenkungselement 4 eine Kombination aus Spiegel 34 und Prisma 32 oder eine Kombination aus mehreren Spiegeln 34 und Prismen 32 ist.
In Fig. 2b weist das Strahlumlenkungselement 4 eine derartige Geometrie auf, dass das Strahlumlenkungselement 4 an einer der Durchlichtbildfläche 45 oder dem Objektiv 2 abgewandten Seite eine Strahlumlenkungselementfläche 46 aufweist, welche in einem Winkel a von dem Objektiv 2 hinfort erstreckt. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 erstreckt sich entlang einer optischen Achse 47. Die optische Achse 47 entspricht nicht der Kippachse 5. Die Kippachse 5 erstreckt sich in der Strahlumlenkungselementfläche 46, während die optische Achse 47 mit einer weiteren Achse 47a die Strahlumlenkungselementfläche 46 aufspannen. Die Kippachse kann somit parallel zu weiteren Achse 47a oder senkrecht zur optischen Achse 47 oder einen Wnkel von 45 0 mit der optischen Achse 47 aufspannen.
Insbesondere kann sich die Strahlumlenkungselementfläche 46 in einem Wnkel a > 0° oder a < 90° von dem Objektiv 2 hinfort erstrecken. Mit anderen Worten: die optische Achse 47 erstreckt sich in dem Wnkel a > 0° oder a < 90° von dem Objektiv 2 hinfort. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 erstreckt sich somit im dreidimensionalen Raum und weist variable (x, y, z)-Koordinaten ausgehend von einer Oberfläche des Objektivs 2 auf, wobei x, y und z reelle Zahlen sind. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 weist eine Kippachse 5 auf, welche - wie in Fig. 2b gezeigt ist - parallel zur x-Achse bei einem konstanten z-Wert und konstanten y-Wert verläuft, d.h. (x, y=konstant, z=konstant). Durch die Geometrie des Strahlumlenkungselements 4 bzw. durch die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 erfolgt eine Strahlumlenkung. Mit anderen Worten: das Durchlichtbild 40 bzw. Dia 40 mit seinem optischen Kanal 22 gemäß Fig. 2b weist eine von der geradeaus Richtung abweichende Blickrichtung 3 auf, nämlich seitlich in y-Rich- tung. Der optische Kanal 22 mit Dia 40 gemäß Fig. 2b schaut sozusagen seitlich um die Ecke.
Vorschlagsgemäß umfasst der Multiapertur-Projektor 10 zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes 40 aus einer relativ kurzen Entfernung auf eine beabstan- dete Projektionsfläche 110 daher mindestens eine Lichtquelle 12, welche in einem angeschalteten Zustand bewirkt, dass mindestens ein Durchlichtbild 40 eine optische Abbildung auf die Projektionsfläche 110 projiziert; wobei das mindestens eine Durchlichtbild 40 in eine Anzahl an rechteckigen Bereichen unterteilt ist. Sofern die mindestens eine Lichtquelle 12 ein vom dem Durchlichtbild 40 separates Bauteil ist, wirft die mindestens eine Lichtquelle 12 in einem angeschalteten Zustand Lichtstrahlen 120 auf das mindestens eine Durchlichtbild 40 zum Projizieren einer optischen Abbildung. Sofern die mindesten eine Lichtquelle 12 in dem Durchlichtbild 40 umfasst ist, insbesondere wenn das Durchlichtbild 40 eine Anzahl aus OLEDs und/oder LEDs angeordnet in einer Matrixstruktur umfasst, wirft das Durchlichtbild 40 als solches in einem angeschalteten Zustand Lichtstrahlen direkt auf optische Kanäle 22 zum Projizieren einer optischen Abbildung. Jedenfalls ist das mindestens eine Durchlichtbild 40 in eine Anzahl an rechteckigen Bereichen 44 unterteilt. Die rechteckigen Bereiche können unterschiedliche Seitenlängen 44a, 44b aufweisen. Die Seitenlängen 44a, 44b können auch gleich lang ausgebildet sein, so dass der rechteckige Bereich 44 ein quadratischer Bereich sein kann. Jeder rechteckiger Bereich 44 des Durchlichtbildes 40 bildet ein Teildurchlichtbild aus. Ferner ist es möglich, dass statt einem Durchlichtbild 40 mehrere Durchlichtbilder 40 in dem Multiapertur-Projektor 10 vorgesehen sind. Die mehreren Durchlichtbilder 40 können in einer Ebene nebeneinander (also entlang einer x-y- Ebene) und/oder hintereinander (also entlang eine z-Richtung) angeordnet sein. Vorliegend kann mit dem Durchlichtbild 40 also auch eine Mehrzahl an Durchlichtbildern 40 gemeint sein. Unter dem Durchlichtbild 40 ist vorliegend mindestens ein Durchlichtbild 40 gemeint. Der Multiapertur-Projektor 10 umfasst ferner ein Multiapertur-Objektiv 20 und eine Strahl- Umlenkungselementanordnung 30, welche eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen 4 zum Umlenken der durch das mindestens ein Durchlichtbild 40 einfallenden Lichtstrahlen 120 umfasst. Der Multiapertur-Projektor 10 oder Bestandteile des Multiapertur-Projektors 10 sind in den Figuren 1 bis 6c gezeigt. Das Multiapertur-Objektiv 20 und die Strahl-Umlen- kungsanordnung 30 bilden eine Anordnung von optischen Kanälen 22 aus, welche insbesondere in unterschiedlicher Richtungen zeigen, und sind derart zu dem mindestens einen Durchlichtbild 40 angeordnet, dass die Lichtstrahlen 120 nach einem Durchtritt durch das mindestens eine Durchlichtbild 40 in die optischen Kanäle 22 einfallen, so dass nach Durch gang der Lichtstrahlen 120 durch die optischen Kanäle 22 das Projizieren der optischen Abbildung auf die Projektionsfläche 110 erfolgt (siehe Figs. 1 bis 5).
Die Anzahl an Strahlumlenkungselementen 4 ist derart zueinander und in Bezug auf das mindestens einen Durchlichtbild 40 angeordnet, dass jedes Strahlumlenkungselement4 um eine Kippachse 5 gekippt ist, wobei die Kippachse 5 durch eine Strahlumlenkungsele- mentfläche 46 verläuft und die Kippachse 5 mit einer Seite eines rechteckigen Bereiches 44 parallel verläuft oder die Kippachse 5 mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des rechteckigen Bereichs 44 einen 45°-Winkel einschließt.
Bevorzugt verläuft die Kippachse 5 parallel, insbesondere beabstandet, zu dem mindestens einen Durchlichtbild 40. Ferner bevorzugt verläuft die Kippachse 5 parallel, insbesondere beabstandet, zu dem zugehörigen Objektiv 2 des jeweiligen optischen Kanals 22. Die Kippachse 5 verläuft somit in einer x-y-Ebene, wie dies beispielsweise aus den Figs.2b und 3a bis 4c hervorgeht. Eine Ebene des Durchlichtbildes, hierin auch Dia-Fläche 45 oder Durchlichtbildfläche 45 genannt, erstreckt sich in der x-y Ebene. Die Kippachse 5 verläuft somit parallel zur Dia-Fläche 45.
Bevorzugt ist das mindestens eine Durchlichtbild 40 austauschbar. Das Durchlichtbild 40 kann austauschbar beziehungsweise wechselbar ausgeführt sein, so dass mit dem glei chen Aufbau verschiedene Motive projiziert werden können. Bei dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor 10 können unterschiedliche Durchlichtbilder 40 wechselweise ein gesetzt werden, wodurch das zu projizierende Bild wechselbar ist. Es ist ferner denkbar, dass mehrere Durchlichtbilder 40 hintereinander, also entlang einer z-Achse, in den Multiapertur-Projektor 10 angeordnet sind. Ferner ist es denkbar, dass mehrere Durchlichtbilder 40 nebeneinander in einer Ebene, also in einer x-y Ebene, in den Multiapertur-Projek- tor 10 angeordnet sind. Beispielsweise kann dann jedem optischen Kanal 22 sein eigenes Durchlichtbild zugeordnet sein. Ein Durchlichtbild 40 kann eine transparente Vorlage sein, auf weicher ein zu Projizierendes Bild abgebildet ist. Das zu projizierende Bild kann auf der Vorlage eingeritzt oder aufgedruckt oder aus der Vorlage ausgeschnitten sein. Die Vorlage kann ferner in verschiedenen Farben unterschiedlich transparent sein. Die Vorlage kann aus einem transparenten Polymer oder aus Glas bestehen.
Das mindestens ein Durchlichtbild 40 ist in einem laufenden Betrieb des Multiapertur-Pro- jektors 10 nicht steuerbar oder veränderbar, insbesondere wenn das Durchlichtbild 40 eine Vorlage aus transparentem Polymer oder Glas umfasst. Mit anderen Worten: Das Durchlichtbild 40 kann statisch sein. Bevorzugt kann das mindestens eine Durchlichtbild 40 als eine Abbildung auf einem Substrat aus verschiedenen transparenten Stoffen ausgebildet sein, insbesondere aus transparenten bunten oder klaren Glas oder aus transparentem bunten oder klaren Polymer.
Es ist auch denkbar, dass das mindestens eine Durchlichtbild 40 ein steuerbares optoelektronisches Bauteil 48 ist. Insbesondere kann das Durchlichtbild ein DMD-Bauteil sein, wobei DMD eine Abkürzung für Digital Micromirror Device ist. Im Fachjargon ist ein DMD auch als eine Mikrospiegel Matrix bekannt. Ferner kann das steuerbare optoelektronische Bauteil ein LCD (Liquid Crystal Display) sein. Insbesondere kann eine LCD-Matrix sowohl in Transmission als auch in Reflexion betrieben werden. Letztere wird auch als LCoS (Liquid Crystal on Silicon) bezeichnet. Bevorzugt ist dann jedem optischen Kanal 22 ein eigenes Durchlichtbild 40 zugeordnet. Das eigene Durchlichtbild 40 enthält nur das für diesen optischen Kanal 22 passende Teilbild. Aus der Gesamtheit der Dias 40/ Durchlichtbilder 40 entsteht dann in der Projektion ein vollständiges projiziertes Bild. Besonders im Fall von steuerbaren optoelektronisches Bauteilen 48 wie DMDs oder LCDs kann es vorteilhaft sein, für das gesamte Projektionssystem 100 ein einzelnes Dia 40 zu verwenden.
Generell ist es denkbar, dass der Multiapertur-Projektor 10 pixelweise steuerbar ist, wobei das mindestens eine Durchlichtbild 40 als Lichtmodulator ausgebildet ist. Beispielsweise kann das mindestens eine Durchlichtbild 40 als Amplitudenmaske und/oder als Phasen maske ausgebildet sein oder das mindestens eine Durchlichtbild 40 kann zusätzlich eine Amplitudenmaske und/odereine Phasenmaske umfassen. Das Durchlichtbild 40 kann folg lich eine Amplitudenmaske sein oder umfassen, die durch Licht absorbierende Stoffe verschiedener Dichte realisiert ist, die auf einem Substrat aufgebracht sind. Eine Beschichtung aus Licht absorbierenden Stoffen kann ein Polymer sein, aber auch eine metallische Beschichtung, wie beispielsweise Schwarz-Chrom. Die Beschichtung kann auch verschiedene Wellenlängen des Lichts unterschiedlich stark absorbieren. Wird das Durchlichtbild 40 beispielsweise mit sichtbarem Licht beleuchtet, bedeutet dies, dass das Durchlichtbild 40 und damit die Projektion, also das projizierte Bild, farbig erscheinen.
Weiter bevorzugt ist das mindestens eine Durchlichtbild 40 aus einer Matrix aus anorganischen und/oder organischen LEDs ausgebildet. Mit anderen Worten: Bevorzugt umfasst das mindestens eine Durchlichtbild 40 die mindestens eine Lichtquelle 12 in Form einer Matrix aus anorganischen und/oder organischen LEDs. Die LEDs sind Licht emittierende Dioden, welche im weitesten Sinne auch als selbstleuchtend bezeichnet werden können. Denn LED sind Licht emittierende Bauelemente, welche, insbesondere bei Energiezufuhr, selbstleuchtend sind. Umfasst das Durchlichtbild 40 OLEDs oder LEDs ist das Durchlicht bild 40 selbstleuchtend, so dass es keiner weiteren Lichtquelle bedarf. Zudem kann eine Matrix aus OLEDs und/oder LEDs pixelweise steuerbar sein. Hierzu kann einer Steuerung vorgesehen sein, welche die OLEDs und/oder LEDs pixelweise ansteuert. Die LEDs/OLEDs als solche können das zu projizierende Bild generieren, indem die OLEDs/LEDs entsprechend angesteuert werden, Lichtstrahlen 120 auszusenden. Pro Pixel kann eine Anzahl an OLEDS und/oder LEDs ansteuerbar sein. Beispielsweise können 640x480 oder 1920x1080 LEDs /OLEDs sein. Im angeschalteten Zustand der LEDs und/oder OLEDs können somit die Lichtstrahlen 120 direkt auf einen optischen Kanal 22 gerichtet. Es ist auch möglich, dass die Lichtstrahlen der LEDs/OLEDs zunächst auf ein weiteres Durchlichtbild 40 treffen und dieses transmittieren und anschließend erst auf einen optischen Kanal gerichtet sind.
Bevorzugt ist jedem optischen Kanal 22 ein Durchlichtbild 40 zugeordnet. Insbesondere ist jedem optischen Kanal 22 ein eigenes Durchlichtbild 40 zugeordnet. Hierdurch entspricht die Anzahl der optischen Kanäle 22 der Anzahl der Durchlichtbilder 40. Soll beispielsweise ein Panoramabild projiziert werden, so kann das gesamte Panoramabild in Teildurchlicht- bilder unterteilt werden und jedem Teildurchlichtbild ein eigener optischer Kanal 22 zugewiesen werden. Vorliegend wird ein optischer Kanal 22 durch ein Objektiv 2 mit oder ohne Strahlumlenkungselement 4 definiert.
Bevorzugt sind die Strahlumlenkungselemente 4 Spiegel 34 und/oder Prismen 32. Ein Strahlumlenkungselement 4 kann demnach ein Spiegel 34 sein, oder kann ein Prisma 32 sein, oder kann eine Kombination aus Spiegel 34 und Prisma 32 sein. Solche Spiegel 34 und/oder Prismen 32 sind in den Figs. 2 bis 4 schematisch dargestellt. Die Figs. 6a, 6b und 6c zeigen jeweils eine schematische Anordnung eines Multiapertur- Projektors 10 . Fig. 6a zeigt einen Multiapertur-Projektor 10, bei dem das Multiapertur-Ob- jektiv 20 zwischen der Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 und mindestens einem Durchlichtbild 40 angeordnet ist. Bevorzugt sind das Multiapertur-Objektiv 20 und die Strahl-Umlenkungsanordnung 30 derart zueinander angeordnet, dass sich das Multiapertur-Objektiv 20 zwischen der Strahl-Umlenkungsanordnung 30 und dem mindestens einen Durchlichtbild 40 befindet.
Fig. 6b zeigt einen Multiapertur-Projektor 10, bei dem die Strahl-Umlenkungselementan- ordnung 30 zwischen dem Multiapertur-Objektiv 20 und dem mindestens einen Durchlicht bild 40 angeordnet ist. Fig. 6c zeigt einen Multiapertur-Projektor 10, bei dem das Mul tiapertur-Objektiv 20 beidseitig von jeweils einer Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 umgeben ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Multiapertur-Projektor 10 somit zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen 30 auf, wobei die zwei Strahl-Umlenkungsan- ordnungen 30 das Multiapertur-Objektiv 20 beidseitig umgeben und wobei eine der zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen 30 an dem mindestens einen Durchlichtbild 40 angebracht ist. Dies ist schematisch in Fig. 6c gezeigt.
Bevorzugt ist das Multiapertur-Objektiv 20 eine Objektiv-Anordnung, welche aus zwei o- der mehreren Objektiven 2 gebildet ist. Die Objektive 2 der Objektiv-Anordnung sind dabei nebeneinander angeordnet, insbesondere ist jedem Objektiv 2 ein optischer Kanal 22 zugeordnet. Die Anzahl der optischen Kanäle 22 ist gleich der Anzahl an Objektiven 2. Ein Teilbereich auf dem Durchlichtbild/Dia wird also durch ein zugeordnetes Objektiv 2 abgebildet. Mit anderen Worten: jedes Objektiv 2 mit seinem optischen Kanal 22 fängt die Lichtstrahlen 120 eines nur dem Objektiv zugeordneten Durchlichtbildes 40 ein..
Bevorzugt weist mindestens ein Strahlumlenkungselement 4 eine metallische und/oder eine dielektrische Beschichtung 60, 62 auf. Insbesondere ist die metallische und/oder die dielektrische Beschichtung 60, 62 an einer Oberfläche 64, wie beispielsweise auf der Strahlumlenkungselementfläche, des Strahlumlenkungselements 4 aufgebracht, um zwei benachbarte optische Kanäle 22 voneinander zu trennen und/oder um Reflexionen in dem Strahlumlenkungselement 4 zu ermöglichen. Eintreffende elektromagnetische Strahlen o- der Lichtstrahlen werden gemäß der Lehre von Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel innerhalb des Strahlumlenkungselements 4 an der metallischen Beschichtung 60 oder an der dielektrischen Beschichtung 62 reflektiert bzw. umgelenkt. Ferner sind auch Strahlumlen- kungselemente 4 ohne Beschichtung denkbar. Diese können dann beispielsweise eine innere Totalreflexion ausnutzen, um die elektromagnetischen Strahlen umzulenken. Die Strahlumlenkungselemente 4 können dann ganz oder teilweise durch Prismen oder durch Spiegel und Prismen-Spiegel-Kombinationen gegeben sein. Bevorzugt ist daher mindestens ein Strahlumlenkungselement 4 dazu ausgebildet, die Strahlumlenkung mittels innerer Totalreflexion umzusetzen. Generell kann kanalweise entscheiden werden, wie man die Reflexion herbeiführt. Mit anderen Worten: Manche Strahlumlenkungselemente 4 können beschichtet sein, andere können eine Totalreflexion ausnutzen, andere wiederum können mindestens einen Spiegel und/oder mindestens ein Prisma enthalten.
Bevorzugt ist zwischen der mindestens einen Lichtquelle 12 und dem mindestens einen Durchlichtbild 40 mindestens ein optisches Bauelement zur Kollimierung und/oder Homo genisierung des Lichtes 120 angeordnet. Die Beleuchtung des Dias 40 bzw. des Durchlichtbildes 40 kann durch eine oder mehrere Lichtquellen 12, d.h. durch mindestens eine Lichtquelle, erfolgen. Diese Lichtquellen 12 können LEDs und/oder OLEDs sein, jedoch auch Glühlampen oder Gasentladungs-Lampen mit niedrigem oder hohem Druck oder aufgeweitete Laserstrahlung sind denkbar. Die Beleuchtung kann mit einer einzelnen Wellenlänge erfolgen oder mit einen Spektrum von Wellenlängen. Das mindestens ein optisches Bauelement zur Kollimierung und/oder Homogenisierung des Lichtes trägt dazu bei, dass das zu projizierende Bild mit einem gleichmäßig starken Lichtkegel, insbesondere mit gleichmäßig verteilter Lichtintensität, projiziert werden kann. Insbesondere nach einer Kollimierung weisen die Lichtstrahlen 120, insbesondere parallel beabstandet, in eine Richtung. Die eine Richtung weist bevorzugt auf die Projektionsfläche 110.
Bevorzugt ist jedem Strahlumlenkungselement 4 ein Objektiv 2 zugeordnet, wobei nicht jedem Objektiv 2 ein Strahlumlenkungselement 4 zugeordnet ist, sodass die Anzahl der Strahlumlenkungselemente 4 kleiner oder gleich der Anzahl an Objektiven 2 ist. Mit anderen Worten, die Anzahl der nebeneinander angeordneten Strahlumlenkungselemente 4 kann kleiner oder gleich der Anzahl an Objektiven 2 sein. Beispielsweise zeigen Figs. 3 und 4 jeweils eine schematische Perspektive eines Auszuges eines Multiapertur Projektors 10. Fig. 3a bis 3d zeigen jeweils zwei Objektive 2, in einer 1x2 Matrixstruktur nebeneinander angeordnet, wobei nur ein einziges Strahlumlenkungselement 4 auf einem der zwei Objek tive 2 angeordnet ist. Diese Anordnung in der Matrixstruktur gibt gleichzeitig eine mögliche Kanalzuordnung an, welcher Teil des mindestens einen Durchlichtbildes 40 durch welchen optischen Kanal 22 projiziert wird. In den Figuren 3 bis 4 ist jeweils auch ein Teilbild 50 eingezeichnet, welches durch den optischen Kanal 22 des zugehörigen Objektivs 2 nach Projektion im Objektraum resultiert.
In den Figs. 3 bis 4 ist jeweils ein Koordinatensystem im Objektraum eingezeichnet, wobei dieses Koordinatensystem die Achsen ki und k2 hat. Das Objektiv 2 ohne Strahlumlen- kungselement 4 blickt in einer geradeaus Richtung, also entlang einer optischen Achse (in z-Richtung) senkrecht zu einer Dia-Fläche 45, welche parallel zu einer x-y Ebene verläuft. Ein geradeauslaufender optischer Kanal 22 eines Objektives 2 bedarf keiner Ablenkung bzw. keiner Umlenkung eines Lichtstrahles. Das Objektiv 2 mit Strahlumlenkungselement 4 weist eine seitliche Blickrichtung auf. Mit anderen Worten: das Objektiv 2 kann mit Hilfe des Strahlumlenkungselements 4 in eine bestimmte seitliche Richtung schauen.
Bevorzugt verläuft die Kippachse 5 parallel, insbesondere beabstandet, zu der Dia-Fläche 45. Mit anderen Worten, die Kippachse 5 nimmt einen konstanten Wert auf der z-Achse ein und erstreckt sich entweder entlang der x-Achse oder entlang der y-Achse parallel zu einer Seitenlänge 44a, 44b des mindestens einen Durchlichtbildes 40 (siehe Figs. 3a und 3c) oder erstreckt sich in derx-y-Ebene, so dass die Kippachse 5 einen Winkel von 45° Grad mit einer Seitenlänge 44 des mindestens einen Bildsensors 40 einschließt (siehe Fig 3e). In der Fig. 3b sind die Teilbilder 50, 52 eingezeichnet, welche durch die in Fig. 3a gezeigten Objektive 2 mit und ohne Umlenkungselement 4 resultieren. Das Teilbild 50 wird in den entsprechenden Figuren jeweils durch das geradeaus schauende Objektiv 2 mit Bildsensor 40 und ohne Umlenkungselement 4 erzeugt. Das geradeaus blickende Teilbild 50 ist jeweils im Ursprung des Objektraumes (ki, k2) eingezeichnet.
Bevorzugt weist jedes Strahlumlenkungselement 4 eine Strahlumlenkungselementfläche 46 auf, welche die Form eines Parallelogramms oder eines Trapez oder eines Dreiecks oder eines Ovals oder eines Kreises oder eines Polygons aufweist. Es ist ferner denkbar, dass die Strahlumlenkungselementfläche einen asymmetrischen Umfang aufweist. Es ist denkbar, einen Spiegel oder ein Prisma in einer gewünschten Form, insbesondere aus Platzgründen, zuzuschneiden. Das Strahlumlenkungselement 4 kann auch Teil des optischen Systems des Objektivs sein, also optisch wirksam sein. Der optische Kanal 22 kann dann ein hybrides Abbildungssystem sein, das sowohl refraktive als auch reflektive Elemente enthält. Der Spiegel kann dabei beliebige Formen von reflektiven optischen Elementen aufweisen, beispielsweise parabolisch, hyperbolisch oder kugelförmig. Er kann außerdem auch eine andere rotationssymmetrische asphärische Form haben oder eine Freiform-Fläche aufweisen. Ferner kann ein Umlenkungselement 4 segmentiert ausgebildet sein, d.h. aus mehreren Flächen zusammengesetzt sein und gegebenenfalls Knicke aufweisen.
In Fig. 3 sind einige Stellungen der Strahlumlenkungselemente 4 und der resultierenden Bilder 50, 52 im Objektraum gezeigt. Betrachtet man die Stellung eines Strahlumlen- kungselementes 4 als Ergebnis einer Kippung des Strahlumlenkungselementes 4 um eine Kippachse 5, so stellt sich heraus, dass die Kippachse 5 für eine Rotation des Bildes bzw. Teilbildes 52 maßgeblich ist. Genauer gesagt ist ausschlaggebend, wie die Kippachse 5 im Verhältnis zu dem dem optischen Kanal 22 zugeordneten rechteckigen Bildsensor 40 oder rechteckigen Bildsensorbereich verläuft.
Die Teilbilder 52 resultieren von einem Objektiv 2 mit Bildsensor 40 und einem Umlenkungselement 4, welches in eine seitliche Richtung schaut, wie oben bereits beschrieben. Beispielsweise ist das Teilbild 52 aus Fig. 3b nach oben gespiegelt, also entlang einer k2- Achse gespiegelt und entlang der k Achse verschoben. Beispielsweise ist das Teilbild 52 aus Fig. 3d nach rechts zu Seite gespiegelt, also entlang einer ki-Achse gespiegelt und entlang der k2-Achse verschoben. Die Kippachsen 5 in Fig. 3a und 3c sind jeweils parallel verlaufend zu einer Seite des Durchlichtbildes 40 angeordnet.
In den Figs. 3a und 3c ist die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 jeweils parallel zu einer der Seiten des Dias 40. Das dazugehörige Teilbild 52 ist nach oben gespiegelt (Fig. 3b) oder nach rechts gespiegelt (Fig. 3d). Eine Verschiebung nach oben oder nach rechts kann durch einen zugehörigen Kippwinkel eingestellt werden.
In Fig. 3e schließt die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 einen Winkel von 45° zu den Seiten des Dias 40 ein. Das resultierende Teilbild 52 ist um einer 45°-Achse gespiegelt. Mit anderen Worten, das Teilbild 52 ist nach links oben verschoben, was durch den Kippwinkel eingestellt werden kann (Fig. 3f).
In Fig. 3g schließt die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 einen anderen Winkel als 45° zu den Seiten des Dias 40 ein. Das resultierende Teilbild 52 ist um eine Achse gespiegelt, die von 45 abweicht, wodurch das Teilbild eine Drehung vollführt. Dies führt dazu, dass es mit anderen Teilbildern 52 zu Überlappungen 70 und Lücken 70 kommt (siehe auch Fig. 5b). Das Teilbild aus Fig. 3f ist beispielsweise gedreht, gespiegelt und parallel zu den Achsen im Objektraum verschoben, so dass das Teilbild in Fig. 3f nur an einer Ecke des geradeaus blickenden, also gerade aus projizierten, Teilbildes 50 anschließt. Die Kippachse 5 in Fig. 3e verläuft in einem 45° Winkel zu einer Seite des Durchlichtbildes 40.
Das Teilbild aus Fig. 3h ist beispielsweise gedreht, gespiegelt und nicht parallel zu den Achsen im Objektraum verschoben, so dass das Teilbild in Fig. 3h zu Lücken 72 und/oder einer Überlappung 70 mit anderen Teilbildern 52 führt (vgl. Fig. 5b). Die Kippachse 5 in Fig. 3g verläuft nicht in einem 45° Wnkel zu einer Seite des Durchlichtbildes 40.
Figs. 4a und 4c zeigen jeweils einen Multiapertur-Projektor 10 mit vier optischen Kanälen 22 und Figs. 4b und 4d zeigen die dazugehörigen Bilder 50, 52 im Objektraum. In Fig. 4a sind die Kippachsen 5 entweder parallel verlaufend oder sie schließen einen Wnkel von 45° zu den Seiten des Dias 40 ein. Es resultiert ein lückenloses Gesamtbild (Fig. 4b). In Fig. 4d sind die Kippachsen 5 entweder parallel verlaufend oder schließen keinen Winkel von 45° zu den Seiten des Bildsensors 40 ein. Es resultiert ein Gesamtbild mit Lücken 72 und Überlappungen 70 (Fig. 4b)
Fig. 5a beispielsweise zeigt ein lückenloses Gesamtbild 54, welches aus einem geradeaus Teilbild 50 und acht umliegenden Teilbildern 52 zusammengesetzt ist. Um ein solches lückenloses Gesamtbild zu erzeugen, wurde beispielsweise ein Multiapertur-Projek- tor 10 wie in Fig. 4a gezeigt verwendet, welches beispielsweise um fünf weitere optische Kanäle 22 erweitert wurde. Die optischen Kanäle aus Fig. 5a sind beispielsweise in einer 3x3-Matrixstruktur angeordnet. Die optischen Kanäle können allgemein in einer m x n- Matrixstruktur angeordnet sein, wobei m und n natürliche zahlen sind.
Fig. 5b zeigt ein Gesamtbild mit Lücken 72 und Überlappungen 72. Um ein solches Gesamtbild mit Lücken 72 und Überlappungen 70 zu erzeugen wurde beispielsweise ein Multiapertur-Projektor 10 wie in Fig. 4c gezeigt verwendet, welches eine Kippachse 5 aufweist, welche weder parallel noch in einem 45° Winkel zu den Seiten 44 des Bildsensors 40 verläuft.
Sind die Objektive 2, welche ein Objektiv-Array bilden, zwischen dem Durchlichtbild 40 und der Strahl-Umlenkungselementanordnung 30, welche beispielsweise ein Prismen-Ar- ray und oder ein Spiegel-Array sein kann, angebracht, so kann das Objektiv-Array besonders kompakt ausgeführt sein. Bevorzugt ist die Objektiv-Anordnung monolithisch ausgebildet. Monolithisch bedeutet in diesem Zusammenhang aus einem Stück bestehend oder einteilig. Bevorzugt sind die Linsen 26 der Objektive 2 nebeneinander auf einem gemeinsamen Glas-Wafer (nicht dargestellt) angeordnet. Mit anderen Worten: die Linsen 24 sind bevorzugt in einer Ebene angeordnet. Der Glas-Wafer fungiert damit als ein Träger oder als ein Substrat, was mit Wafer-Level-Optik bezeichnet werden kann. Die Objektive können auch jeweils aus mehreren Linsen bestehen; dann beispielsweise besteht die Objektiv-Anordnung aus mehreren übereinander gestapelten Glas- Wafern.
Bevorzugt sind jedem Objektiv 24 des Multiapertur-Objektivs 20 mehrere Pixel des mindestens einen Durchlichtbildes zugeordnet. Mit anderen Worten, die in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Objektive 2 sind jeweils mit einem Durchlichtbild 40 gekoppelt, insbesondere verbunden, so dass ein optischer Kanal 22 eines Objektives 24 auf eine Anzahl an Pixeln des Durchlichtbildes 40 führt. Wenn das Durchlichtbild 40 Pixel aufweist, ist das Durchlichtbild bevorzugt ein steuerbares Durchlichtbild 40.
Bevorzugt weist der Multiapertur-Projektor mehrere, insbesondere vier, sechs, neun oder fünfzehn, optische Kanäle auf. Insbesondere gibt die Anzahl an Objektiven 2 die Anzahl an optischen Kanälen 22 vor. In der Fig. 4 sind beispielsweise vier optische Kanäle 22 zu sehen. Die optischen Kanäle sind bevorzugt in Matrix-Form angeordnet. In Fig. 4 sind vier Kanäle in 1x4- Matrixstruktur angeordnet. Entsprechend sind die Objektive 2 bzw. das Durchlichtbild oder die Durchlichtbilder 40 in einer Matrixstruktur angeordnet.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Auf eine Darstellung der vorliegenden Erfindung in Form von Verfahrensschrit ten wird vorliegend aus Redundanzgründen abgesehen. Einige oder alle der Verfahrens schritte könnten durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware- Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer o- der einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Insbesondere ist dies der Fall, wenn ein Fokussiermechanismus und/oder ein Bildsensor betrieben werden oder sogar miteinander interagieren. In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige An sprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von ab hängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das die vorgeschlagene Lehre ausführbare digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der hierin beschriebenen Lehre umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Merkmale als Verfahren durchgeführt wird. Allgemein können Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Lehre als Computerpro grammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerpro grammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger ge speichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Merkmal als Verfahren, wobei das Computerprogramm auf ei nem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungs beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens ist somit ein Daten träger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Merkmale als Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Verfahrens ist somit ein Daten strom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durch führen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfigu riert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfigu riert oder angepasst ist, ein Verfahren zu dem hierin beschriebenen System durchzufüh ren.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerpro gramm zum Durchführen des Verfahrens zu dem hierin beschriebenen System installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Merkmals in Form eines Verfahrens zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (bei spielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um das hierin beschriebene Verfahren durchzuführen. Allgemein wird das Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell ersetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste:
2 Objektiv
3 Blickrichtung
4 Strahlumlenkungselement
5 Kippachse
10 Multiapertur-Projektor
12 Lichtquelle
20 Multiapertur-Objektiv
22 optischer Kanal
26 Linse
30 Strahl-Umlenkungselementanordnung
32 Prisma
34 Spiegel
40 Durchlichtbild/Dia
44 rechteckiger Bereich (des Durchlichtbildes 40)
44a Seitenlange (des Durchlichtbildes 40)
44b Seitenlange (des Durchlichtbildes 40)
45 Dia-Fläche/ Durchlichtbildfläche
46 Strahlumlenkungselementfläche
48 optoelektronisches Bauteil
50 geradeaus Bild
52 seitliches Bild
54 Gesamtbild
60 metallische Beschichtung
62 dielektrische Beschichtung
64 Oberfläche
70 Überlappung
72 Lücke
100 Projektionssystem
110 Projektionsfläche
120 Lichtstrahlen

Claims

Patentansprüche
1. Multiapertur-Projektor (10) zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes (40) auf eine beabstandete Projektionsfläche (110), welcher umfasst: mindestens eine Lichtquelle (12), welche in einem angeschalteten Zustand bewirkt, dass mindestens ein Durchlichtbild (40) eine optische Abbildung auf die Projektionsfläche (110) projiziert; wobei das mindestens eine Durchlichtbild (40) in eine Anzahl an rechteckigen Bereichen (44) unterteilt ist; ein Multiapertur-Objektiv (20) und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung (30), welche eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen (4) zum Umlenken der durch das mindestens eine Durchlichtbild (40) einfallenden Lichtstrahlen (120) umfasst, wobei das
Multiapertur-Objektiv (20) und die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) eine Anordnung von optischen Kanälen (22) ausbilden und derart zu dem mindestens einen Durchlichtbild (40) angeordnet sind, dass die Lichtstrahlen (120) nach einem Durchtritt durch das mindestens eine Durchlichtbild (40) in die optischen Kanäle (22) einfallen, so dass nach Durchgang der Lichtstrahlen (120) durch die optischen Kanäle (22) das Projizieren der optischen Abbildung auf die Projektionsfläche (110) erfolgt, wobei die Anzahl an Strahlumlenkungselementen (4) derart zueinander und in Bezug auf das mindestens eine Durchlichtbild (40) angeordnet sind, dass jedes Strahlumlenkungselement (4) um eine Kippachse (5) gekippt ist, wobei die Kippachse (5) durch eine Strahlumlenkungselementfläche (46) verläuft und die Kippachse (5) mit einer Seite eines rechteckigen Bereiches (44) parallel verläuft oder die Kippachse (5) mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des rechteckigen Bereichs (44) einen 45°-Winkel einschließt.
2. Multiapertur-Projektor (10) nach Anspruch 1 , wobei die Kippachse (5) parallel, insbesondere beabstandet, zu dem mindestens einen Durchlichtbild (40) verläuft.
3. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das mindestens eine Durchlichtbild (40) in einem laufenden Betrieb des Multiapertur-Projektors (10) nicht steuerbar oder veränderbar ist.
4. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das mindestens eine Durchlichtbild (40) ein steuerbares optoelektronisches Bauteil (48) ist.
5. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, wobei das mindestens eine Durchlichtbild (40) die mindestens eine Lichtquelle (12) in Form einer Matrix aus anorganischen und/oder organischen LEDs umfasst.
6. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-5, wobei jedem optischen Kanal (22) ein Durchlichtbild (40) zugeordnet ist.
7. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das mindestens eine Durchlichtbild (40) als eine Abbildung auf einem Substrat aus verschiedenen transparenten Stoffen ausgebildet ist, insbesondere aus transparentem bunten o- der klaren Glas oder aus transparentem bunten oder klaren Polymer.
8. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Strahlumlen- kungselemente (4) Spiegel (34) und/oder Prismen (32) sind.
9. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Multiapertur- Objektiv (20) zwischen dem mindestens einen Durchlichtbild (40) und der Strahl- Umlenkungselementanordnung (30) oder die Strahl-Umlenkungselementanord- nung (30) zwischen dem mindestens einen Durchlichtbild (40) und dem Multiapertur-Objektiv (20) angeordnet ist.
10. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-9, wobei das das mindestens eine Durchlichtbild (40) als Amplitudenmaske und/oder als Phasenmaske ausgebildet ist oder zusätzlich eine Amplitudenmaske oder eine Phasenmaske umfasst.
11. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei das Multiapertur-Objektiv (20) eine Objektiv-Anordnung ist, welche aus zwei oder mehreren Objektiven (2) gebildet ist, wobei die Objektive (2) in der Objektiv-Anordnung nebeneinander angeordnet sind, insbesondere ist jedem Objektiv (2) ein optischer Kanal (22) zugeordnet.
12. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-11, wobei mindestens ein Strahlumlenkungselement (4) eine metallische und/oder eine dielektrische Beschichtung (60, 62) aufweist.
13. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-12, wobei zwischen der mindestens einen Lichtquelle (12) und dem mindestens einen Durchlichtbild (40) mindestens ein optisches Bauelement zur Kollimierung und/oder Homogenisierung des Lichtes angeordnet sind.
14. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-13, wobei jedem Strahlum lenkungselement (4) ein Objektiv (2) zugeordnet ist, wobei nicht jedem Objektiv (2) ein Strahlumlenkungselement (4) zugeordnet ist, sodass die Anzahl der Strahlum- lenkungselemente (4) kleiner oder gleich der Anzahl an Objektiven (2) ist.
15. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-14, wobei die Objektiv- Anordnung monolithisch ausgebildet ist oder wobei Linsen (26) der Objektive (2) nebeneinander auf einem gemeinsamen Glas-Wafer angeordnet sind.
16. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-15, wobei das Multiapertur-Objektiv (20) und die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) derart zueinander angeordnet sind, dass sich das Multiapertur-Objektiv (20) zwischen der Strahl- Umlenkungsanordnung (30) und dem mindestens einen Durchlichtbild (40) befindet.
17. Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1-15, wobei die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) derart an dem Multiapertur-Objektiv (20) angeordnet ist, dass sich die Strahl-Umlenkungsanordnung (30) zwischen dem Multiapertur-Ob- jektiv (20) und dem mindestens einen Durchlichtbild (40) befindet.
18. Projektionssystem, welches einen Multiapertur-Projektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 und eine Projektionsfläche 110 zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes (40) auf die beabstandete Projektionsfläche (110) umfasst.
19. Multiapertur-Projektor (10) zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes (40) auf eine beabstandete Projektionsfläche (110), welcher umfasst: mindestens eine Lichtquelle (12), welche in einem angeschalteten Zustand bewirkt, dass mindestens ein Durchlichtbild (40) eine optische Abbildung auf die Projektionsfläche (110) projiziert; wobei das mindestens eine Durchlichtbild (40) in eine Mehrzahlzahl an rechteckigen Bereichen (44) unterteilt ist, wobei jeder rechteckiger Bereich (44) des Durchlichtbildes (40) ein Teildurchlichtbild ausbildet; ein Multiapertur-Objektiv (20) und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung (30), welche eine Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen (4) zum Umlenken der durch das mindestens eine Durchlichtbild (40) einfallenden Lichtstrahlen (120) umfasst, wobei jedes Strahlumlenkungselement (4) in eine unterschiedliche Richtung zeigt und einem Teildurchlichtbild zugeordnet ist, wobei das
Multiapertur-Objektiv (20) und die Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen (4) eine Anordnung von optischen Kanälen (22) ausbilden und derart zu dem mindestens einen Durchlichtbild (40) angeordnet sind, dass die Lichtstrahlen (120) nach einem Durchtritt durch das mindestens eine Durchlichtbild (40) in die optischen Kanäle (22) einfallen, so dass nach Durchgang der Lichtstrahlen (120) durch die optischen Kanäle (22) das Projizieren der optischen Abbildung auf die Projektionsfläche (110) erfolgt, wobei die Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen (4) derart zueinander und in Bezug auf das mindestens eine Durchlichtbild (40) angeordnet sind, dass jedes Strahlumlenkungselement (4) um eine Kippachse (5) gekippt ist, wobei die Kippachse (5) durch eine Strahlumlenkungselementfläche (46) verläuft und die Kippachse (5) mit einer Seite eines rechteckigen Bereiches (44) parallel verläuft oder die Kippachse (5) mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des rechteckigen Bereichs (44) einen 45°-Winkel einschließt.
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