DE102004001389B4

DE102004001389B4 - Arrangement and device for minimizing edge discoloration in video projections

Info

Publication number: DE102004001389B4
Application number: DE200410001389
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr. Biehlig
Original assignee: Jenoptik LDT GmbH
Current assignee: LDT Laser Display Technology GmbH
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2024-01-10
Also published as: DE102004001389A1

Abstract

Anordnung zum Projizieren eines Videobildes mit minimierten Randverfärbungen auf eine Projektionsfläche (15), welches zeilenweise mit moduliertem Lichtstrahl aufgebaut ist, mit mindestens einer ein Lichtbündel aussendenden, in ihrer Intensität veränderbaren Lichtquelle und einer Justageeinrichtung (9) nach der Faser sowie einer Ablenkeinrichtung (11), die das Lichtbündel auf die Projektionsfläche (15) ablenkt, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Lichtbündel nach Verlassen einer Einrichtung zur räumlichen Strahlvereinigung (7) und der Faserein- und Faserauskopplungseinheit (71) in eine Justageeinrichtung (9) geleitet wird/werden, die entlang der optischen Achse (8) in der Art angeordnet ist/sind, dass bezüglich der Einfallsebenen eine Vertauschung der Symmetrie des/der Lichtstahles/-strahlen in der horizontalen Bildebene vorgenommen wird, bei der die aus einer Faserein- und Faserauskopplungseinheit (71) kommenden Lichtstrahlen zum Teil an einem danach angeordnetem halbdurchlässigem Spiegel (91) abgelenkt werden bzw. hindurch treten, die abgelenkten Lichtstrahlen über eine ungerade Anzahl von mindestens drei 100%-Reflekionsspiegeln erneut auf den halbdurchlässigen Spiegel (91) geleitet werden und nach ein- oder mehrmaligem...arrangement to project a video image with minimized edge discoloration on a projection screen (15), which is built up line by line with modulated light beam is, with at least one emitting a beam of light, in her intensity changeable Light source and an adjustment device (9) for the fiber as well a deflection device (11) which directs the light beam onto the projection surface (15) deflects, characterized in that the / the light beam after Leaving a facility for spatial beam association (7) and the Faserein- and fiber out coupling unit (71) in a Adjustment device (9) is / are passed along the optical Axis (8) is arranged in the way that with respect Incidence levels an interchange of symmetry of / the light beam / rays is made in the horizontal image plane at which the a Faserein- and fiber out coupling unit (71) coming light beams to Part deflected on a thereafter arranged semitransparent mirror (91) be or pass through the deflected light rays over a odd number of at least three 100% reflection levels again on the semipermeable Mirror (91) and after one or more ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und eine Vorrichtung zum Projizieren eines Bildes auf eine Projektionsfläche, welches aus Bildpunkten aufgebaut ist, mit mindestens einer ein Lichtbündel aussendenden, in ihrer Intensität veränderbaren Lichtquelle und einer Justageeinrichtung nach der Faser, enthaltend ein optisches Delay zur Symmetrisierung des Lichtstrahles, und einer sich anschließenden Ablenkeinrichtung, die das Lichtbündel auf die Projektionsfläche leitet. Das Justageverfahren und die Justagevorrichtung bewirken eine verbesserte Farbdarstellung und Helligkeitsabbildung insbesondere in den Randbereichen der Bildprojektion.The The invention relates to an arrangement and a device for projecting an image on a projection surface, which consists of pixels is constructed, with at least one emitting a light beam, in their intensity changeable Light source and an adjustment device according to the fiber, containing an optical delay for symmetrizing the light beam, and a subsequent Deflection device, which directs the light beam on the projection surface. The adjustment method and the adjustment device cause an improved Color representation and brightness imaging, especially in the border areas the image projection.

Zur Videoprojektion wird ein paralleles Lichtbündel, ein Lichtstrahl oder insbesondere Laserstrahl, jeweils mit der Bild- und Farbinformation von verschiedenen Bildpunkten eines Videobildes beaufschlagt. Bei allen bekannten Systemen für die Bilderzeugung mit Lasern wird mechanisch abgelenkt. Ablenksysteme sind sowohl aus der Laserdrucktechnik als auch aus der Laservideotechnik bekannt. Gemeinsam ist diesen Techniken, dass sie zur Darstellung eines Bildes eine Matrixanordnung von Bildpunkten in einem Raster mittels einem Bündel von Laserlichtstrahlen oder einem anderen parallelen Lichtbündel beleuchtet wird. Das Lichtbündel wird dabei über eine zu beleuchtende Fläche über mehrere Zeilen in der so genannten Zeilenrichtung gerastert. Diese zu beleuchtende Fläche kann beispielsweise eine geeignete Projektionsfläche, wie sie als großflächige Anzeige- und Projektionssysteme hoher Bildqualität im Multimediabereich bei Großveranstaltungen oder als Werbeträger zum Einsatz kommen, oder ein ebener Bildschirm oder auch sphärische Projektionen, wie beispielsweise in die Kuppel eines Planetariums oder eine Teilzylinderfläche, wie bei manchen Flugsimulatoren, sein.to Video projection becomes a parallel beam of light, a beam of light or in particular laser beam, each with the image and color information acted upon by different pixels of a video image. at all known systems for Laser imaging is mechanically deflected. deflection are both from the laser printing technology as well as from the laser video technology known. Common to these techniques is that they represent an image a matrix arrangement of pixels in a grid by means of a bundle illuminated by laser light rays or another parallel light beam becomes. The light beam is about a surface to be illuminated over several Rasterized lines in the so-called row direction. These to be lit. area For example, a suitable projection surface, as used as a large-area display and high quality picture projection systems in the multimedia area Major events or as an advertising medium be used, or a flat screen or even spherical projections, such as For example, in the dome of a planetarium or a partial cylinder surface, such as in some flight simulators, be.

Aus der DE 43 24 849 C2 ist ein Laservideosystem bekannt, bei dem zu jedem Zeitpunkt das Lichtbündel mit unterschiedlicher Farbe und Helligkeit moduliert wird. Während es aufgrund des Rasterns unterschiedliche Bildpunkte der Fläche beleuchtet, wird es mit dem für jeden beleuchteten Bildpunkt gewünschten Informationsinhalt ausgestattet. Im Ergebnis dessen entsteht auf der Fläche ein farbiges Bild. Ein Laservideosystem dieser Art erfordert eine außerordentlich hohe Ablenkgeschwindigkeit für das Lichtbündel aufgrund der großen Anzahl von Bildpunkten. Ein sich schnell drehender Polygonspiegel wird dabei für die Zeilenablenkung und ein Schwenkspiegel für die Bildablenkung verwendet. In der DE 43 24 849 C2 ist auch eine Transformationsoptik für Zeilen- und Bildablenkung der Art beschrieben, die das gerasterte Bild verändern und insbesondere vergrößern soll. Bei derartigen Transformationsoptiken hat sich herausgestellt, dass diese bei ebenen Bildschirmen ausschließlich dann bezüglich Farbfehler und Bildverzerrungen in geeigneter Weise korrigiert werden können, wenn die Bedingung eingehalten wird, dass der Tangens des Ausfallswinkels und der Tangens des Einfallswinkels zum Beleuchten jedes Bildpunkts in einem festen Verhältnis zueinander stehen. Die Kompensation erfolgt hierbei durch eine entsprechende Transformationsoptik. Nicht korrigiert werden dabei jedoch ein gewisser Helligkeitsabfall und eine Randverfärbung des Bildes. In vielen Fällen kommt es zu rötlichen oder grünlichen Verfärbungen am linken bzw. rechten Bildrand und umgekehrt.From the DE 43 24 849 C2 For example, a laser video system is known in which the light beam is modulated at different times with different color and brightness. While it illuminates different pixels of the area due to the rasterization, it is equipped with the information content desired for each illuminated pixel. As a result, a colored picture appears on the surface. A laser video system of this type requires an extremely high deflection speed for the light beam due to the large number of pixels. A fast rotating polygon mirror is used for the line deflection and a tilt mirror for the image deflection. In the DE 43 24 849 C2 is also a transformation optics for line and image deflection of the type described, which is to change the rasterized image and in particular to increase. Such transform optics have been found to be suitably corrected for color aberrations and image distortions on flat screens only if the condition that the tangent of the angle of reflection and the tangent of the angle of incidence for illuminating each pixel are fixedly related to each other stand. The compensation takes place here by a corresponding transformation optics. However, a certain decrease in brightness and a border discoloration of the image are not corrected. In many cases, reddish or greenish discoloration occurs on the left or right edge of the picture and vice versa.

Die EP 1 031 866 A2 beschreibt eine Relaisoptik für ein Ablenksystem und ein entsprechendes Ablenksystem, die beide weniger aufwendig sein sollen und sich insbesondere auch bezüglich Farbfehler einfach optimieren lassen. Hierin wird eine Lösung beschrieben, die in einem einzigen optischen System eine Spiegelfläche vorsieht, die das von dem vorgegebenem Ort der ersten Scaneinrichtung durch das zuerst als erstes optische System wirksame einzige optische System fallende Lichtbündel mindestens einmal reflektiert und danach sich zurück zu dem dann als zweites optische System richtet. Statt zweier optischer Systeme wird nur ein einziges optisches System eingesetzt, welches einmal als erstes und danach als zweites optisches System wirkt. Diese Lösung ist derzeitig jedoch nicht realisierbar.The EP 1 031 866 A2 describes a relay optics for a deflection system and a corresponding deflection system, both of which should be less expensive and can be easily optimized especially with regard to color errors. A solution is described herein which provides, in a single optical system, a mirror surface which at least once reflects the light beam falling from the predetermined location of the first scanning device through the first optical system acting as the single optical system and then back to the second optical system. Instead of two optical systems only a single optical system is used, which acts once as the first and then as the second optical system. This solution is currently not feasible.

Aus verschiedenen Patent- und Literaturveröffentlichungen sind Lösungen zur Korrektur von Farbfehlern durch verschiedene Linsensysteme und der Farbkorrektur der Objektive bekannt. In der US 5,838,480 A wird eine Korrektur der chromatischen Abberation durch die dem Polygonspiegel nachgeordneten Zylinderlinsen und einem diffraktiven Element bewirkt.Various patent and literature publications disclose solutions for correcting chromatic aberrations by various lens systems and color correction of the objectives. In the US 5,838,480 A a correction of the chromatic aberration is effected by the cylindrical lenses downstream of the polygon mirror and a diffractive element.

JP 2001194608 A beschreibt ein Diffraktionselement in der Form eines Deckglases in Verbindung mit einem Schutzsystem, das vor dem Polygonspiegel angeordnet ist. JP 2001194608 A describes a diffraction element in the form of a cover glass in conjunction with a protection system disposed in front of the polygon mirror.

In JP 20011350116 A ist wiederum eine schräge Anordnung eines diffraktiven Elementes zwischen Polygonspiegel und Linsensystem beschrieben, welches chromatische Differenzen bei Vergrößerungen vermeiden will, ohne dass Geisterbilder oder Krümmungen bei der Zeilenabtastung auftreten.In JP 20011350116 A Again, an oblique arrangement of a diffractive element between polygon mirror and lens system is described, which wants to avoid chromatic differences in magnifications, without ghosting or curvature occur in the line scan.

In DE 69417174 T2 (S. 19, Z.23, bis S. 20, Z.29 und S. 20, Z.18-20) ist auch eine Farbbildprojektionsvorrichtung beschrieben, bei welcher in einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele eine optische Verzögerung zum Einsatz kommt, um eine Symmetrie von 180°Phasenverschiebung zweier Lichtstrahlen zu erreichen.In DE 69417174 T2 (Page 19, Z.23, to page 20, Z.29 and page 20, Z.18-20) is also a color image projection device is described, in which one of the described embodiments, an optical delay is used to a To achieve symmetry of 180 ° phase shift of two light beams.

Aus DE 4041240 A1 (S.11, Z.23-31) ist weiterhin ein Projektionslinsensystem bekannt, welches eine Aberrationskorrektur, insbesondere an den Rändern der Bildwand erzielt.Out DE 4041240 A1 (S.11, Z.23-31), a projection lens system is known, which achieves an aberration correction, in particular at the edges of the screen.

Alle diese Lösungen verhindern jedoch nicht, dass es bei der eingangs beschriebenen Art von Laservideosystemen zu Helligkeitsabfall und am Rand zu einer Randverfärbung im Bild kommen kann.All these solutions However, they do not prevent it from the one described above Type of laser video systems to brightness degradation and at the edge to one marginal discoloration can come in the picture.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das aus dem Stand der Technik bekannte gattungsgemäße Verfahren bzw. das Videosystem so zu verbessern, dass Randverfärbungen minimiert und der Helligkeitsverlauf im projizierten Bild deutlich verbessert wird.task The invention therefore is that known from the prior art generic method or to improve the video system so that edge discoloration minimized and the brightness in the projected image clearly is improved.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung und eine Vorrichtung gelöst, bei der der Laserstrahl in sich bezüglich der horizontalen Bildebene nach der Faser, entsprechend den Merkmalen des kennzeichnenden Teils der Ansprüche 1 und 5, symmetriert wird.The Task is achieved by an arrangement and a device solved in which the laser beam in itself horizontal image plane on a fiber, according to the characteristics of the characterizing part of claims 1 and 5, is symmetrized.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous embodiments are in the subclaims specified.

Ein rotierender Polygonspiegel gestattet sehr schnelle Ablenkungen, wie sie zur Erzeugung der zeilenmäßigen Ablenkung bei einem Videobild benötigt werden.One rotating polygon mirror allows very fast distractions, as they are used to generate the line deflection in a video image needed become.

Infolge der Beschneidung, des Laserstrahles an den Facettenkanten (121) des Polygonspiegels (12), auch Vignettierung genannt, wie sie in 3 dargestellt ist, kann es zu den bereits beschriebenen Wirkungen des Helligkeitsabfalls und der Randverfärbungen kommen.As a result of the trimming, the laser beam at the facet edges ( 121 ) of the polygon mirror ( 12 ), also called vignetting, as in 3 is shown, there may be the already described effects of the brightness decrease and the edge discoloration.

Der Laserstrahl wird dabei im Abstand r zur Strahlachse beschnitten. Die Vignettierung bewirkt die oft auftretenden Abdunklungen der Bildecken, d.h. das bei korrekter Belichtung in der Bildmitte das Bild mit zunehmender Entfernung vom Mittelpunkt immer stärker unterbelichtet wird.Of the Laser beam is cut at a distance r to the beam axis. The vignetting causes the often occurring darkening of the Image corners, i. that with correct exposure in the middle of the picture that Image becomes increasingly underexposed as the distance from the center increases becomes.

In vielen Fällen ist es so, dass links im Bild beispielweise eine rötliche Verfärbung und rechts eine grünliche Verfärbung oder umgekehrt auftritt. Manchmal zeigt das Bild links eine chromatisch korrekte Abbildung und rechts tritt eine sehr deutliche Verfärbung auf.In many cases it is so that the left in the picture, for example, a reddish discoloration and right a greenish discoloration or vice versa occurs. Sometimes the picture on the left shows a chromatic one correct image and on the right a very distinct discoloration occurs.

Erfindungsgemäß kann diese Fehler dadurch deutlich minimiert werden, indem eine Symmetrisierung des/der Lichtstahles/-strahlen in der horizontalen Bldebene in der Weise vorgenommen wird, dass bezüglich der Einfallsebenen eine Vertauschung der Symmetrie erfolgt.According to the invention this Defects can be significantly minimized by a symmetrization of the / rays of light steel / is made in the horizontal plane of the plane in such a way that regarding the Incidence levels a reversal of symmetry takes place.

Diese Vertauschung der Symmetrisierung läßt sich durch ein optisches Delay (90) realisieren, welches nach der Auskopplung aus der Faser angeordnet ist. Ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau eines solchen optischen Delays ist in 7.1 dargestellt.This exchange of symmetrization can be achieved by an optical delay ( 90 ), which is arranged after the extraction from the fiber. An embodiment of the construction of such an optical delay is shown in FIG 7.1 shown.

Das optische Delay (90) besteht aus einer ungeraden Anzahl, mindestens jedoch drei 100-Prozent-Spiegeln sowie einem halbdurchlässigen Spiegel, die so zueinander angeordnet sind, dass am halbdurchlässigen Spiegel bezüglich der Einfallsebenen eine Vertauschung der Symmetrie erfolgt. Durch die Vertauschung der Symmetrie wird aus einem hier so bezeichneten "Linksstrahl" ein "Rechtsstrahl" und aus einem "Rechtsstrahl" ein "Linksstrahl". Die Bezeichnungen "Linksstrahl" und "Rechtsstrahl" werden eingeführt, um weitere Erklärungen verständlich zu machen. Nur eine ungeradzahlige Anzahl von Reflektionen in der gleichen Ebene führt zu einem Symmetrietausch.The optical delay ( 90 ) consists of an odd number, but at least three 100-percent mirrors and a semitransparent mirror, which are arranged to each other, that at the semitransparent mirror with respect to the planes of incidence, a reversal of the symmetry. By interchanging the symmetry, a "left-hand beam" becomes a "right-hand jet" and a "right-hand jet" becomes a "left-hand jet". The terms "left ray" and "right ray" are introduced to make further explanations understandable. Only an odd number of reflections in the same plane leads to a symmetry exchange.

Die Anzahl der 100-Prozent-Spiegel (3, 5, 7 ...) ist damit zwingend notwendig und wesentlich für die Erfindung. Der geringste Justageaufwand liegt demnach bei drei 100-Prozent- Spiegeln vor. Da Laufzeiteffekte keinerlei Rolle spielen, ist das Delay in sehr kompakter Bauweise ausführbar.The number of 100 percent mirrors ( 3 . 5 . 7 ...) is therefore absolutely necessary and essential for the invention. The lowest adjustment effort is therefore at three 100 percent levels. Since runtime effects play no role, the delay can be executed in a very compact design.

Die aus der Auskopplung am Faserende kommenden Lichtstrahlen treffen auf das nachgeordnete optische Delay (90), wo sie als Partialstrahlen zum Teil durch den halbdurchlässigen Spiegel (91) hindurch treten bzw. erst nach ein- oder mehrmaligen Umlauf über die Reflektionen an den 100-Prozent-Spiegeln (92; 93; 94) das optische Delay verlassen. Die Spiegel sind dabei so zu justieren, dass alle Partialstrahlen nach dem optischen Delay die gleiche Ausbreitungsrichtung besitzen und einen einheitlichen Strahl bilden. Die Ebene des optischen Delays muss dazu in Richtung der rescannten Zeilen liegen. Entsprechend der Zahl der Umläufe im optischen Delay ergeben sich "Linksstrahlen" oder "Rechtsstrahlen" als Partialstrahlen.The light rays coming from the output at the fiber end meet the downstream optical delay ( 90 ), where, as partial beams, they pass partly through the semitransparent mirror ( 91 ) or only after one or more rounds of the reflections at the 100-percent levels ( 92 ; 93 ; 94 ) leave the optical delay. The mirrors are to be adjusted so that all partial beams after the optical delay have the same propagation direction and form a uniform beam. The plane of the optical delay must lie in the direction of the scanned lines. According to the number of cycles in the optical delay, "left-rays" or "right-rays" result as partial rays.

Um eine Symmetrisierung zu erreichen, müssen die Intensitäten der Summe aller Rechtsstrahlen I_R gleich der Summe der Intensitäten der Linksstrahlen I_L sein, d.h. IR = IL (1) In order to achieve symmetrization, the intensities of the sum of all right rays I _{R must be} equal to the sum of the intensities of the left rays I _L , ie I R = I L (1)

Für die Gesamtintensität gilt: I = IR + IL (2) For the total intensity applies: I = I R + I L (2)

Es soll nun die erforderliche Reflektivität R des halbdurchlässigen Spiegels berechnet werden. Wenn die Absorption des Spiegels vernachlässigbar ist, so gilt folgende Beziehung zwischen der Reflektivität und der Transmitivität T. R + T = 1 (3) Now, the required reflectivity R of the semitransparent mirror is to be calculated. If the absorption of the mirror is negligible, then the following relationship between the reflectivity and the transmissivity T. R + T = 1 (3)

Für die Intensität der Rechtsstrahlen gilt die Beziehung:

For the intensity of the right rays, the relationship applies:

Wobei der zweite Term in Gleichung (4) nach zweimaligem Umlauf, der dritte Term nach viermaligem Umlauf usw. resultiert. Die Summe enthält eine geometrische Reihe und läßt sich daher aufsummieren.In which the second term in equation (4) after two rounds, the third Term after four times circulation, etc. results. The sum contains one geometric series and settles therefore sum up.

Für die Linksstrahlen ergibt sich analog mit ungeradzahliger Zahl der Umläufe:

For the left-hand rays, the result is analogous to the odd number of cycles:

Unter Verwendung der Gleichungen (1, 3-5) ergibt sich schließlich:

Finally, using equations (1, 3-5):

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigenfollowing The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the figures. It demonstrate

1 schematisch das Prinzip einer lasergestützten Farbbildanzeige- und Projektionsvorrichtung, von der die Erfindung ausgeht; 1 schematically the principle of a laser-based color image display and projection device, from which the invention proceeds;

2 schematisch das Prinzip einer lasergestützten Farbbildanzeige- und Projektionsvorrichtung, ohne Transformationsoptik, von der die Erfindung ebenfalls ausgehen kann; 2 schematically the principle of a laser-based color image display and projection device, without transformation optics, from which the invention can also proceed;

3 die Vignettierung des Laserstrahles an der Facettenkante (121) des Polygonspiegels (12); 3 the vignetting of the laser beam at the facet edge ( 121 ) of the polygon mirror ( 12 );

4 die Projektionsgeometrie einer lasergestützten Farbbildanzeige- und Projektionsvorrichtung; 4 the projection geometry of a laser-based color image display and projection device;

5 eine Anordnung eines Projektionssystems mit erfindungsgemäßer Justageeinrichtung (9); 5 an arrangement of a projection system with inventive adjustment device ( 9 );

6 eine Anordnung eines Projektionssystems mit erfindungsgemäßer Justageeinrichtung (9), ohne Transformationsoptik; 6 an arrangement of a projection system with inventive adjustment device ( 9 ), without transformation optics;

7.1 bzw. 7.2 zeigen den Aufbau eines optischen Delays bzw. den Strahlenverlauf innerhalb des Delays; 7.1 respectively. 7.2 show the structure of an optical delay or the ray path within the delay;

8 den Aufbau der erfindungsgemäßen Justageeinrichtung; 8th the structure of the adjusting device according to the invention;

9 beispielhaft den Helligkeitsverlauf im Projektionsbild in Abhängigkeit von der horizontalen Pixelnummer (XGA), von der die Erfindung ausgeht; 9 for example, the brightness curve in the projection image as a function of the horizontal pixel number (XGA), from which the invention proceeds;

10 den Helligkeitsverlauf für die erfindungsgemäß symmetrisierten Kurven aus 9. 10 the brightness curve for the present invention symmetrized curves 9 ,

1 zeigt die schematische Darstellung der wichtigsten optischen Komponenten eines Laserprojektors von der die Erfindung ausgeht. Drei Laser (1), (2) und (3) erzeugen Lichtbündel in jeweils einer der Primärfarben Rot, Grün und Blau. Jeweils eines dieser Lichtbündel wird durch einen Intensitätsmodulator (4), (5) und (6) geführt. Intensitätsmodulierte Lichtbündel in den Farben Rot, Grün und Blau verlassen jeweils einen der Intensitätsmodulatoren (4), (5) und (6). Die drei intensitätsmodulierten Lichtbündel werden in einer Einrichtung zur räumlichen Strahlvereinigung (7) überlagert. Es entsteht ein kollineares R-G-B-Lichtbündel. Damit ist die Lage eines objektseitigen und bildseitigen Brennpunktes einstellbar und somit die Konvergenz des Lichtbündels in seiner Ausbreitungsrichtung. Dem verstellbaren optischen System (8) folgt die Justageeinrichtung (9), die durch einen beweglichen Kippspiegel (10) ausgestaltet ist, welchem im weiteren Verlauf die Einrichtung zur Strahlablenkung (11), bestehend aus einem Polygonspiegel (12) zur Zeilenablenkung und ein Kippspiegel (13) zur Bildablenkung, folgt. Eine nachfolgende Transformationsoptik (14) vergrößert die Ablenk winkel des R-G-B-Lichtbündels, welches dann auf einer Projektionsfläche (15) ein Bild schreibt. 1 shows the schematic representation of the main optical components of a laser projector from which the invention proceeds. Three lasers ( 1 ) 2 ) and ( 3 ) generate light bundles in each of the primary colors red, green and blue. In each case one of these light beams is separated by an intensity modulator ( 4 ) 5 ) and ( 6 ) guided. Intensity-modulated light bundles in the colors red, green and blue each leave one of the intensity modulators ( 4 ) 5 ) and ( 6 ). The three intensity-modulated light bundles are used in a device for spatial beam combination ( 7 ) superimposed. The result is a collinear RGB light beam. Thus, the position of an object-side and image-side focal point is adjustable and thus the convergence of the light beam in its propagation direction. The adjustable optical system ( 8th ) the adjustment device ( 9 ), which by a movable tilting mirror ( 10 ), which in the further course of the device for beam deflection ( 11 ), consisting of a polygon mirror ( 12 ) for line deflection and a tilting mirror ( 13 ) for image deflection follows. A subsequent transformation optics ( 14 ) increases the deflection angle of the RGB light beam, which then on a projection surface ( 15 ) writes a picture.

Vom Beobachter werden die störenden Randverfärbungen sowie Helligkeitsabfall wahrgenommen, wie sie am Verlauf, dargestellt in 9, erkennbar sind. Die Farben der dargestellten Kurven repräsentieren die Laserfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Deutlich erkennbar ist dabei der asymmetrische Verlauf der Kurven. Nur wenn diese drei Kurven genau übereinander liegen, treten keine Randverfärbungen auf.The observer perceives the disturbing edge discolorations as well as brightness decay, as shown on the course 9 , are recognizable. The colors of the curves shown represent the laser colors red (R), green (G) and blue (B). Clearly recognizable is the asymmetrical course of the curves. Only if these three curves are exactly on top of each other, no edge discoloration occurs.

2 zeigt die Ausführungsform einer lasergestützten Farbbildanzeige- und Projektionsvorrichtung, ohne Transformationsoptik. Hierbei wird der über den Polygonspiegel (12) Lichtstrahl zeilenmäßig abgelenkt. 2 shows the embodiment of a laser-based color image display and projection device, without transformation optics. Here, the over the polygon mirror ( 12 ) Beam deflected serially.

In 3 ist die Vignettierung (Beschneidung) des Laserstrahles an der Facettenkante (121) des Polygonspiegels (12) dargestellt. Im Abstand r zur Strahlachse wird dabei der Laserstrahl beschnitten. Winkel α bezeichnet den Einfallswinkel des Laserstrahles auf der Polygonfacette (121).In 3 is the vignetting (cutting) of the laser beam at the facet edge ( 121 ) of the polygon mirror ( 12 ). The laser beam is cut at a distance r from the beam axis. Angle α denotes the angle of incidence of the laser beam on the polygon facet (FIG. 121 ).

4 zeigt die Projektionsgeometrie nach 1 bzw. 2. Im Bild ist der Justaerspiegel (10) so eingestellt, dass der Laserstrahl auf die Bildmitte trifft, wenn er in der Facettenmitte reflektiert wird. S₁ bzw. S₂ bezeichnen dabei den Abstand Faserende zu Justagespiegel (S₁) bzw. den Abstand Justagespiegel zur Facettenoberfläche (S₂). 4 shows the projection geometry 1 respectively. 2 , In the picture is the Justaerspiegel ( 10 ) so that the laser beam hits the center of the image when it is reflected in the center of the facet. S ₁ and S ₂ denote the distance fiber end to adjustment mirror (S ₁ ) or the distance adjustment mirror to the facet surface (S ₂ ).

5 bzw. 6 zeigen Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Anordnung einer lasergestützten Farbbildanzeige- und Projektionsvorrichtung. Hierbei wird der RGB-Strahl in erfindungsgemäßer Weise über einen Justagespiegel, welcher als Kipp- bzw. Schwenkspiegel (10) ausgestaltet sein kann, in der Art geleitet wird, dass dieser zuvor durch ein optisches Delay (90) geleitet, so ausgerichtet ist, dass er auf die Bildmitte des Projektionschirms trifft, wenn er in der Facettenmitte reflektiert wird. 5 respectively. 6 show exemplary embodiments of an inventive arrangement of a laser-based color image display and projection device. In this case, the RGB beam in accordance with the invention via an adjustment mirror, which as a tilting or swivel mirror ( 10 ) can be configured in such a way that this previously by an optical delay ( 90 ) is aligned so that it hits the center of the image of the projection screen when it is reflected in the center of the facet.

Erfindungswesentlich und nicht ohne weiteres zu erwarten war, dass durch das Vertauschen der Symmetrie die gewünschten Korrekturen erzielt werden können, und zweitens das dies durch das erfindungsgemäß ausgestattete optische Delay in einfacher aber kompakter Bauweise erzielt wird.essential to the invention and it was not easy to expect that by swapping the symmetry the desired Corrections can be made, and secondly, this through the optical delay equipped according to the invention is achieved in a simple but compact design.

In 7.1 ist beispielhaft die Ausführung des optischen Dalays, bestehend aus drei 100%-Reflektionsspiegeln (92, 93, 94) und einem halbdurchlässigem Spiegel (91) dargestellt. 7.2 zeigt den Umlauf eines eingehenden Lichtstrahls (95'), dessen Aufspaltung in Partialstrahlen bzw. -strahlenbündel 95'' und 95''', wobei der symetrierte Lichtstrahl 95'', zusammengesetzt aus dem durch den halbdurchlässigen Spiegel (91) direkt hindurchtretenden Lichtstrahl und den ein- und mehrfach umlaufenden Partialstrahlen gebildet wird. Die Partialstrahlen bzw. -bündel 95''' werden dazu vom halbdurchlässigen Spiegel (91) weiter auf den 100%-Spiegel (92), von dort zu den 100%-Spiegeln (93) und (94) abgelenkt. Die so abgelenkten und jeweils am halbdurchlässigen Spiegel weiter hindurchtretenden oder wiederum abgelenkten Strahlen, verlassen auf diese erfindungsgemäße Weise erst nach ein- oder mehrmaligem Umlauf das optische Delay (90).In 7.1 is exemplary of the design of the optical Dalay consisting of three 100% reflection mirrors ( 92 . 93 . 94 ) and a semitransparent mirror ( 91 ). 7.2 shows the circulation of an incoming light beam ( 95 ' ), its splitting into partial beams or beams 95 '' and 95 ''' , wherein the light beam 95 '' composed of the through the semitransparent mirror ( 91 ) directly passing light beam and the single and multiple circumferential partial beams is formed. The partial beams or bundles 95 ''' from the semi-transparent mirror ( 91 ) to the 100% level ( 92 ), from there to the 100% levels ( 93 ) and ( 94 ) distracted. The thus deflected and in each case on the semitransparent mirror further passing or deflected again rays, leave in this manner according to the invention only after one or more circulation, the optical delay ( 90 ).

Die ungerade Anzahl, im Beispiel der 7.1 bzw. 7.2 drei, an Reflektionen in der gleichen Ebene bewirkt die Vertauschung der Symmetrie.The odd number, in the example of 7.1 respectively. 7.2 three, reflections in the same plane causes the exchange of symmetry.

Die kompakte Bauweise des optischen Delays ist auch deshalb für die Erfindung wesentlich, da damit die sehr geringen Zeitverschiebungen der Partialstrahlen, aufgrund der ein- bis mehrfachen Umläufe, nicht sichtbar werden.The Compact design of the optical delay is therefore also for the invention essential, because with it the very small time shifts of the partial beams, due to the one to multiple rounds, not visible.

In den 9 und 10 sind der jeweils gemessene Helligkeitsverlauf im Bild in Abhängigkeit von der horizontalen Pixelnummer (XGA) gegenübergestellt. Die Kurven R, G, B repräsentieren jeweils die Laserfarben. Im Helligkeitsverlauf der 9, bei der die Projektion mit einer Justageeinrichtung (9) ohne optischen Delay durchgeführt wurde, ist deutlich der asymmetrische Verlauf der Kurven erkennbar.In the 9 and 10 the respectively measured brightness curve in the picture is compared with the horizontal pixel number (XGA). The curves R, G, B each represent the laser colors. In the brightness of the 9 in which the projection with an adjustment device ( 9 ) was performed without optical delay, the asymmetric course of the curves is clearly visible.

Aus 10 dagegen ist eine etwaige Halbierung des Farbfehlers erkennbar. Hierbei konnte die Wirkung der Symmetrierung infolge des Einbaues des optischen Delays und das verbesserte Verfahren der Justierung nachgewiesen werden.Out 10 however, a possible halving of the color error is recognizable. Here, the effect of balancing due to the incorporation of the optical delay and the improved method of adjustment could be detected.

Das RGB-Laserbündel trifft als Lichtspot auf die Projektionswand oder -schirm auf. Durch die zweiachsige Ablenkeinrichtung wird ein formatfüllendes Bild aufgebaut. Der Projektionsschirm remittiert das Laserlicht in den Raum, in dem sich der Beobachter befindet.The RGB laser beam hits the screen or screen as a light spot. By the biaxial deflector becomes a format-filling Picture built. The projection screen remits the laser light the room in which the observer is located.

11: Lichtquelle Rotlight source red
22: Lichtquelle Grünlight source green
33: Lichtquelle Blaulight source blue
44: Intensitätsmodulator Rotintensity modulator red
55: Intensitätsmodulator Grünintensity modulator green
66: Intensitätsmodulator Blauintensity modulator blue
77: Einrichtung zur StrahlvereinigungFacility to the beam association
7171: Faserein- und FaserauskopplungseinheitFaserein- and fiber extraction unit
88th: optische Achse des R G B – Lichtbündelsoptical Axis of the R G B - light beam
99: Einrichtung zur JustageFacility for adjustment
1010: JustagespiegelJustagespiegel
1111: Einrichtung zur StrahlablenkungFacility for beam deflection
1212: Polygonspiegelpolygon mirror
121121: Facetten des Polygonspiegelsfacets of the polygon mirror
1313: Kippspiegeltilting mirror
1414: Transformationsoptiktransformation optics
1515: Projektionsflächeprojection
9090: Optisches Delayoptical delay
9191: Halbdurchlässiger SpiegelSemi-translucent mirror
9292: 100-Prozent-Spiegel 1 100-percent levels 1
9393: 100-Prozent-Spiegel 2 100-percent levels 2
9494: 100-Prozent-Spiegel 3 100-percent levels 3
95'95 ': einfallender Lichtstrahlincident beam of light
95''95 '': symmetrisierter Lichtstrahlsymmetrized beam of light
95'''95 '' ': abgelenkte/r Partiallichtstrahl/endeflected / r / S Partiallichtstrahl

Claims

Arrangement for projecting a video image with minimized edge discoloration onto a projection surface ( 15 ), which is constructed line by line with modulated light beam, with at least one light beam emitting, variable in intensity light source and an adjustment device ( 9 ) after the fiber and a deflection device ( 11 ), the light beam on the projection surface ( 15 ), characterized in that the light beam (s), after leaving a device for spatial beam association ( 7 ) and the fiber input and output unit ( 71 ) in an adjustment device ( 9 ) are guided along the optical axis ( 8th ) is arranged in such a way that with respect to the planes of incidence an exchange of the symmetry of the light beam (s) in the horizontal image plane is carried out, in which the signals from a fiber input and output unit ( 71 ) coming light beams partly on a thereafter arranged semitransparent mirror ( 91 ) are deflected, the deflected light rays over an odd number of at least three 100% reflection levels again on the semi-transparent mirror ( 91 ) and after one or more rounds after the semitransparent mirror ( 91 ) have the same propagation direction and a uniform asymmetric light to form a jet.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the asymmetrical light beam on an adjustment mirror ( 10 ), which is arranged so that the asymmetrical light beam, the adjustment device ( 9 ) leaves and thereby on a beam deflection unit ( 11 ) for image deflection meets that this a video image on the projection screen ( 15 ) writes.

Arrangement according to claim 2, characterized in that the asymmetrical light beam after the beam deflection unit ( 11 ) before writing the video image to the projection surface ( 15 ) by a transformation optics ( 14 ).

Optical delay ( 90 ) according to claim 1, comprising a semipermeable mirror ( 91 ) in the direction of the light beam and an odd number of at least three 100% reflecting mirrors, which are arranged relative to one another in such a way that on the semitransparent mirror ( 91 ) an exchange of symmetry takes place.

Optical delay ( 90 ) according to claim 4, characterized in that the 100% reflecion mirrors so as to semipermeable mirror ( 91 ) are adjusted so that all partial beams after the optical delay have the same propagation direction and form a uniform light beam.

Optical delay according to claims 4 and 5, characterized that it is more compact in terms of process Construction carried out is.