WO2009086847A1 - Verfahren und vorrichtung zum projizieren mindestens eines lichtstrahls - Google Patents

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WO2009086847A1
WO2009086847A1 PCT/EP2008/000073 EP2008000073W WO2009086847A1 WO 2009086847 A1 WO2009086847 A1 WO 2009086847A1 EP 2008000073 W EP2008000073 W EP 2008000073W WO 2009086847 A1 WO2009086847 A1 WO 2009086847A1
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pixel
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light beam
laser
digital
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PCT/EP2008/000073
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English (en)
French (fr)
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Jens Richter
Jan Oliver Drumm
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B44/00—Circuit arrangements for operating electroluminescent light sources

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for projecting at least one light beam.
  • light beams typically consisting of the three primary colors red, green and blue
  • a two-dimensional resonant micromirror In projectors based on a so-called “flying spot” principle of operation, light beams (typically consisting of the three primary colors red, green and blue) are deflected by means of a two-dimensional resonant micromirror and projected onto an image plane.
  • Fig.l shows a sketch to illustrate the principle of operation of the "Flying Spot" projection.
  • light beams of different colors from laser sources 101 (red R), 102 (blue B) and 103 (green G) are each focused on a semitransparent mirror (transmission and reflection of the mirror depending on the wavelength) 104, 105, 106 and then as a common beam 110 (also referred to as a projection beam) directed to a two-dimensional resonant micromirror 107, which deflects the common beam 110 two-dimensionally and projected onto an image plane 108.
  • the image plane 108 the image is built up by the continuous harmonically deflected common beam 110 (see beam path 109 in the image plane 108).
  • Image information is generated and displayed by an intensity modulation of the respective light source 101 to 103 synchronously with the deflection of the micromirror 107.
  • a time division multiplex method is used for Representation of individual, locally discrete image information ("pixels" or "pixels") used: Thus, certain information is projected at defined intervals on the image plane.
  • projected information means a superimposition of the brightnesses and colors of the light beams generated by the light sources 101 to 103, wherein the brightness of a light beam can be adjusted on the basis of an amplitude of the associated light source.
  • the light sources are each a laser, in particular a laser diode.
  • the current through the laser corresponds to the brightness of the light emitted by it.
  • a projected image is 640 pixels wide and 480 pixels high.
  • the common beam 110 in the center of the line is significantly faster, for example, in the case of a line by line structure of the image than in an edge region.
  • the micromirror in the example according to FIG. 2 has a horizontal frequency of 27 kHz and a vertical frequency of 1.2 kHz at a resolution of 640 by 480 pixels.
  • FIG. 3 shows a detail from FIG. 2 for the time regions along a (horizontal) line in the region of the center of the image plane (image center).
  • Light rays for spatially error-free representation of the image information on the projection surface is in an area which is smaller than a picosecond. Theoretically, it would be possible to reduce a mapping error with correspondingly high-resolution and time-consuming circuits.
  • Another problem is the transformation between time domain and spatial domain due to the non-linear excursion of the micromirror.
  • FIG. 4 shows by way of example a section of an image to be projected in an image plane with the greatest possible contrast, i. a transition from white to black or vice versa between every two pixels.
  • Fig.5 shows a simplified simplified driving voltage
  • the current profile 502 through the laser is typically proportional to an amount of light emitted and thus corresponds to the perceived brightness of a viewer.
  • FIG. 5 shows the pixels n-2, n-1 and n, which by way of example have a time duration T p and which have a light-dark-bright pattern according to FIG.
  • the drive voltage 501 turns the laser on, off and on again.
  • turn-on delays 503 and 505 occur when the laser is turned on, as well as off-delays 504 and 506 when the laser is turned off.
  • An n-bit width digital signal 605 is converted into an analog signal by a digital-to-analog converter 601 (DAC) and amplified by means of a driver for driving the laser 603.
  • the laser 603 is connected with its anode to a supply voltage 604 (VDD) and is driven via the digital / analog converter 601 by means of a driver 602.
  • An image source e.g. a personal computer or a personal digital assistant (PDA) provide n-bit wide digital signals 605 which are respectively converted by the digital-to-analog converter 601 into an analog signal (current signal or voltage signal) for driving the laser 603.
  • PDA personal digital assistant
  • the required high temporal resolution is achieved by a high conversion rate (sampling rate). This places extreme demands on the conversion rate of the digital / analog converter 601.
  • the digital to analog converter 601 must provide a temporal resolution of less than 280ps, so that the local resolution error below 1%.
  • the object of the invention is to avoid the abovementioned disadvantages and, in particular, to create a simple, efficient and fault-tolerant and cost-effective possibility of projection in the "flying spot" approach.
  • a method for projecting at least one light beam is specified, in which at least partially a holding period for at least one pixel is extended compared to at least one further pixel.
  • a projection beam is moved harmonically over the image plane.
  • the speed of the projection beam varies depending on the position of the pixel to be displayed.
  • a pixel in the center of a line of the screen has a lesser amount of time (i.e., the projection beam has a correspondingly higher speed) than a pixel on the edge of the screen.
  • This effect is efficiently compensated for by introducing in particular a holding period for all those points which have a longer duration than the pixel where the projection beam has the highest velocity.
  • the approach presented here can be used separately for the projection beam comprising a plurality of light beams or for each individual light beam.
  • the term holding period includes a value (e.g., a modulation current for at least one laser of the at least one light beam) or information for the pixel.
  • An embodiment is that at least partially the holding period for the at least one pixel is extended depending on a location of the projection of the respective pixel.
  • the holding period by means of at least one
  • Sample hold level can be extended.
  • the holding period is set asynchronously with the base clock. It is therefore not necessary that the
  • Base clock is an integer multiple of each possible holding period. This can advantageously reduce the base clock or the maximum necessary operating frequency of the digital components.
  • a development is that at least one digital / analog converter is used to control the at least one light beam
  • At least partially the holding period for the at least one pixel is extended by a pixel clock is determined based on the base clock, wherein based on the pixel clock, the holding period for the at least one pixel is extended.
  • the pixel clock corresponds to an integer multiple of the base clock.
  • the holding period may be asynchronous to the base clock as well as to the pixel clock.
  • the holding period is adjustable by means of a delay stage.
  • the delay stage can be controlled by means of a (digital) control signal.
  • a digital signal of a predetermined width e.g. 4 bit or 5 bit, depending on a necessary quantization of the delay.
  • the delay stage comprises a sample-hold stage and a timer, wherein the timer controls the sample-hold stage based on the drive signal.
  • the digital drive signal can be used to generate a pulse whose length is correlated with the drive signal and thus dictates the hold duration for the sample hold stage.
  • drive signals prefferably specified in an analog manner and for the sample hold level to be controlled on the basis of these analog drive signals.
  • Control signals depending on the respective projection necessary holding period for reaching or falling below a predetermined minimum requirement (resolution error).
  • a first information of the pixel is changed in dependence on a second information.
  • the first information of the pixel may be changed during the time period for the projection of the pixel.
  • the first information of the pixel can be adapted to the second information of the pixel already before the expiration of the time duration of the first pixel.
  • advantageously two pixels are buffered and their information compared with each other or adapted as described.
  • only the previous value can be temporarily stored.
  • the first information comprises an amplitude and / or a brightness for representing the pixel.
  • the second information may include an amplitude and / or a brightness of at least one subsequent pixel.
  • the brightness of a pixel may depend on the height of the modulator current of a laser.
  • the first information of the pixel is changed such that the second information is achieved substantially with reaching the at least one subsequent pixel.
  • the achievement of the at least one subsequent pixel may include one of the following criteria:
  • a memory for at least one pixel is provided for comparing the first information of the pixel with the second information.
  • the memory may comprise two alternately controlled sample-hold stages.
  • An embodiment is that at least two digital / analog converters are provided, which alternately drive the light beam, for comparison of the first information of the pixel with the second information.
  • the digital / analog converters take over the functionality of the memory by alternately comparing the output signals of the digital / analog converter.
  • a digital / analog converter could be provided which has a higher sampling rate by a factor of two. Storage can then take place by means of sample hold stages.
  • Another embodiment is that the first information of the pixel is changed in response to a second information by a necessary for the falling edge fall time of a duration of the Pixel is subtracted substantially at the end of the pixel.
  • the at least one light beam is parameterized such that a aberration is compensated.
  • Inaccuracies for example, occur at the image plane (projection plane) a possible offset between the light beams of multiple light sources (e.g., three differently colored lasers).
  • the light sources at a given time illuminate different points of the projection surface.
  • Such an error steadily increases with decreasing illumination time and thus with higher resolution.
  • the holding period for each at least one light beam is set so that each at least one light beam is projected into an area corresponding to the respectively associated pixel.
  • Projection device is locally deflected.
  • the deflecting projection device is a micromirror, in particular a two-dimensional resonant micromirror.
  • the at least one light beam is composed of at least one light source.
  • the at least one light source comprises at least one laser, in particular at least one laser diode.
  • the light beam is composed of a red laser, a blue laser and two green lasers.
  • the light beam may be composed of multiples of the above combinations.
  • the at least one light beam is projected by means of a flying spot method.
  • Light beam comprising a processor unit and / or a hard-wired circuitry and / or a programmable logic specified, which is arranged such that the method as described herein is feasible.
  • Said processor unit can be or comprise any type of processor or computer or computer with correspondingly necessary peripherals (memory, input / output interfaces, input / output devices, etc.).
  • the hard-wired circuit unit or freely programmable logic may be an FPGA, CPLD, ASIC or other integrated circuit.
  • a device for projecting at least one light beam comprising a delay stage, based on which at least partially a holding period for at least one pixel over at least one further pixel can be extended.
  • Digital / analog converter is provided for controlling the at least one light beam
  • Base clock is operable, - wherein at least partially the holding period for the at least one pixel is extendable by using the base clock a pixel clock can be determined, based on the pixel clock, the holding period for the at least one pixel is extendable.
  • An embodiment is that the pixel clock corresponds to an integer multiple of the base clock.
  • An alternative embodiment is that the delay stage by means of a drive signal, in particular a digital drive signal, can be controlled.
  • Time control comprises, wherein the timing controls the sample hold level based on the drive signal.
  • the device has a unit for contrast enhancement, wherein a first information of the pixel is changeable in dependence on a second information.
  • a development consists in that the first information of the pixel can be changed during the time period for the projection of the pixel.
  • the first information comprises an amplitude and / or a brightness for representing the pixel.
  • the second information may include an amplitude and / or a brightness of at least one subsequent pixel.
  • Another embodiment is that the first information of the pixel is variable such that the second information is achieved substantially with reaching the at least one subsequent pixel.
  • the achievement of the at least one subsequent pixel comprises one of the following criteria:
  • a memory for at least one pixel is provided for comparing the first information of the pixel with the second information.
  • the memory comprises two alternately controlled sample-hold stages.
  • a development consists in that the first information of the pixel can be changed as a function of a second information by subtracting a fall time necessary for the falling edge from a duration of the pixel essentially at the end of the pixel.
  • the at least one light beam can be parameterized in such a way that an aberration is compensated.
  • the holding period is set for each at least one light beam based on the delay stage such that each at least one light beam is projected into an area corresponding to the respectively associated pixel.
  • a deflecting projection device which locally deflects the at least one light beam.
  • the deflecting projection device may comprise a micromirror, in particular a two-dimensional resonant micromirror.
  • the at least one light beam can be composed of at least one light source.
  • the at least one light source may preferably comprise at least one laser, in particular at least one laser diode.
  • the light beam is composed of a red laser, a blue laser and a green laser.
  • the light beam is composed of a red laser, a blue laser and two green lasers.
  • the device projects the at least one light beam by means of a flying spot method.
  • FIG. 7 shows a block diagram for driving a laser by means of a delay stage.
  • 10 shows a block diagram for driving a laser by means of a (programmable) delay stage comprising a time control and a switch with a sample hold stage; 11 is a block diagram of a circuit based on which
  • Pulse can be generated edge-selectively with a predetermined width
  • Fig. 12 is a timing diagram associated with Fig. 11;
  • FIG. 13 shows a block diagram for an edge-selective generation of pulses of predetermined width
  • FIG. 14 is a timing diagram associated with FIG. 13, in particular as a function of pixels n, n + 1, etc., as well as in dependence on a base clock;
  • FIG. 17A shows a comparison of the contrast with compensation and without compensation as a function of a rising or falling time of an edge
  • FIG. 7B shows a comparison of the contrast ratio
  • FIG. 7C shows an energy loss and thus a loss of brightness due to the compensation of the non-ideal edge in FIG.
  • Fig. 18 is a block diagram for driving a laser by means of a contrast enhancement unit
  • FIG. 19 shows a timing diagram associated with FIG. 18 based on the projection of a checkerboard pattern according to FIG.
  • FIG. 20 is a timing diagram associated with FIG. 18 based on the projection of different bright pixels, wherein a pixel n-1 has a brightness reduced only slightly compared to a pixel n-2; FIG.
  • Fig.21 an alternative embodiment of a
  • Block diagram for controlling a laser by means of a unit for contrast enhancement wherein instead of the two sample-hold stages according to Figure 18, two digital / analog converters are used;
  • FIG. 22 is a timing diagram associated with FIG.
  • the approach described herein enables efficient reduction of a spatial allocation error by means of a programmable or analog controlled delay stage in a signal path between a digital to analogue converter and an output stage or driver circuit.
  • Another advantageous approach is to combine the solutions. Both the solution for reducing the spatial allocation error and the optimization of the contrast by compensation of the finite edge steepness influence the time per pixel.
  • FIG. 7 shows a block diagram for driving a laser 703 by means of a delay stage 706.
  • An n-bit width digital signal 705 is converted into an analog signal by a digital-to-analog converter 701 (DAC), delayed in time by means of the adjustable delay stage 706, and amplified by a driver for driving the laser 703.
  • the laser 703 is connected at its anode to a supply voltage 704 (VDD). This results in an intended asynchrony between a base clock for operation of the digital / analog converter 701 and a pixel clock in which the respective pixels are represented.
  • a micromirror for deflecting the projection beam has a horizontal frequency of 27 kHz and a vertical frequency of
  • 701 has a temporal resolution of less than 280ps, so that the local resolution error (or assignment error) is less than 1%.
  • the resolution error corresponds to a defective spatial extent of a pixel on the
  • FIG. 9 shows an assignment of the time ranges to specific pixels.
  • a center pixel n e.g., a pixel having the coordinates (latitude, high) 320, 240
  • the time range required for that pixel n corresponds to the base clock. This results from the fact that for the pixel n the shortest occurring time range of all projected pixels is needed because the projection beam passes over this pixel n at the highest speed.
  • the time range T p for the pixel n determines the
  • Duration of the basic clock at which the digital / analogue converter is to be operated is 18ns.
  • a base clock of 56MHz results since the described time range for the pixel n is 18ns.
  • a time range for a pixel n + 1 is larger than the time range for the pixel n by an additional time domain ⁇ t p .
  • the additional time domain ⁇ t p is set to 280ps to allow for an allocation error below 1%.
  • a time range for a pixel n + 2 is an additional time range 2 ⁇ t p greater than the time range for the pixel n + 1.
  • the additional time domain per pixel required for the pixels from the image center to the edge becomes larger. From a certain pixel m is the additional time range
  • the time base (reference clock) of the entire system is chosen such that it is an integer divisor of the time domain of the temporally shortest pixel (pixel clock).
  • a 4-bit interface with a base clock of 112MHz can be used to drive the delay stage.
  • the model shown in Fig. 6 is applicable to the two-dimensional micromirror as well as other mirror system approaches.
  • FIG. 10 shows a block diagram for driving a laser 1008 by means of a (programmable)
  • Delay stage 1001 comprising a timer 1005 and a switch 1004.
  • An n-bit wide digital signal 1010 is converted into an analog signal by a digital-to-analog converter 1002 (DAC) and applied to the switch 1004.
  • a digital drive signal 1011 of the timing controller 1005 controls the switch 1004 such that the analog signal of the digital-to-analog converter 1002 is mapped to the respective time ranges of the pixels.
  • the output of the switch 1004 is connected to an output stage 1006 comprising a driver 1007, the laser 1008 and a supply voltage 1009 for the laser.
  • the switch 1004 includes a so-called sample-hold stage. This holds an analog input value or stores it for a given period even if the input value is no longer applied to the sample hold level.
  • the time control 1005 is parameterized by the drive signal 1011, controls the switch 1004 in accordance with the value of the drive signal 1011 and thus reaches the sample hold stage delay corresponding to the drive signal 1011.
  • the timing control 1005 and possible implementations and configurations thereof will be described.
  • FIG. 11 shows a block diagram of a circuit by means of which pulses can be generated edge-selectively with a predetermined width.
  • FIG. 12 shows a timing diagram associated with FIG.
  • FIG. 11 shows an input signal U 1 , which is applied to an input of a NAND gate 1103 and to an input of a NOR gate 1106. Furthermore, the input signal U 1 is connected to the other input of the NAND gate 1103 via a delay stage 1101 and a subsequent inverter 1102. Also, the input signal U 1 is connected through a delay stage 1104 and a subsequent inverter 1105 to the other input of the NOR gate 1106.
  • the NAND gate 1103 provides as an output a voltage U 3
  • the NOR gate 1106 provides as an output a voltage U a .
  • Delay stages 1101 and 1104 delay the signal by a time ⁇ t, respectively.
  • the voltage curves U 1 , U 3 and U b are shown in the timing diagram of Fig.12.
  • FIG. 13 shows a block diagram for an edge-selective generation of pulses of predetermined width.
  • FIG. 13 comprises a block 1303, which essentially corresponds to the block circuit according to FIG.
  • a (preprocessed) pixel clock 1301 is applied to the block 1303 instead of the input signal U 1 .
  • the respective delay stages are adjustable based on a control signal (control parameter) 1302.
  • a signal 1304 instead of the voltage U b of FIG. 11
  • a signal 1305 instead of the voltage U a of FIG. 11
  • a pulse generation unit 1306 comprising two inverters 1307 and 1309 and a NAND gate 1308 and a NOR gate 1310.
  • the signal 1304 is passed once directly and once through the inverter 1307 with the NAND gate 1308 connected.
  • Signal 1305 is connected once directly and once through inverter 1309 to NOR gate 1310.
  • the output of the NAND gate 1308 is connected through an inverter 1311 to a SET input of a flip-flop 1314.
  • the output of the NOR gate 1310 is connected to a RESET input of the flip-flop 1314.
  • the flip-flop 1314 is designed in particular as an RS flip-flop.
  • Signal is referred to as signal 1312 and the signal taken at the output of NOR gate 1310 is referred to as signal 1313.
  • signal 1312 the signal taken at the output of NOR gate 1310 is referred to as signal 1313.
  • a drive signal 1315 is tapped.
  • FIG. 14 shows a timing diagram associated with FIG. 13, in particular as a function of pixels n, n + 1, etc., as well as in dependence on a basic clock.
  • the base clock is synchronous with the pixel clock 1301, since, by way of example, the pixel n is the pixel in which the projection beam is the largest Has speed and therefore the smallest time interval is available for all pixels of this pixel n.
  • Signal 1304 describes the output of a first delay stage. With each transition of pixel clock 1301 from logic “0” to logic “1” (rising edge), a logic “0" peak is generated for signal 1304 on the condition that signal 1305 is logic “0” at this time. This is not the case for pixel n + 4 (signal 1305 is logic “1” on the rising edge of pixel clock 1301), so far there is no falling edge in signal 1304.
  • the signal 1305 has a transition to logical "1" with each falling edge of the pixel clock 1301.
  • the pulse widths of the signals 1304 and 1305 are dependent on the control signal 1302 (see Fig. 13).
  • the rising edge (transition from logic “0” to logic “1”) of the signal 1304 and the falling edge (transition from logic “1” to logic “0") of the signal 1305 respectively generate the short pulses according to signal 1312 and signal 1313. These pulses are used to set (based on the signal 1312) and reset (based on the signal 1313) of the flip-flop 1314.
  • the signal 1315 at the Q output of the flip-flop 1314 is used to drive the sample-hold stage.
  • Control signal 1315 of the sample hold level are changed and take into account that a pixel in the center of the image (“Pixel n") has a shorter time duration than a pixel on the edge of the projected image, in particular that the time duration of the pixel n increases in the direction of the edges.
  • the pulse width of the logic "1" pulse for the pixel n is less than the pulse width of the logic "0" pulse for the pixel n + 1. This means that the pulse widths of the logical "1" pulse as well as the logical "0" pulse continuously increase from the center of the image to the image edge of the projected image.
  • this pulse width of the drive signal 1315 requires an integer multiple of the period of the base clock (as in FIG. 14 for picture elements n + 4), the pixel clock 1301 is halved (from pixel n + 5 the pixel clock 1301 is halved relative to the pixel n + 4) 13, the edges of the pixel clock 1301 represent the time reference for the circuit according to FIG. 13, and thus the signals 1304 and 1305 corresponding to the pixel n + 5 are generated correspondingly from the changed pixel clock 1301.
  • the edges of the drive signal 1315 determine a control signal 1401 of the sample hold stage according to FIG. With each pulse of the control signal 1401, the switch 1004 in Fig. 10 is closed for the duration of the pulse. Thus, the output value of the digital-to-analog converter is stored by the sample-hold stage for this period of time and forwarded to the output stage 1006. This signal for the output stage 1006 is shown as signal 1402 in FIG.
  • the width of the pulses is determined by the control signal 1302 (see FIG. 13) of the digital interface. This allows the exact time assignment of the time range required for each pixel to the respective position of the pixel on the screen. Since the time duration per pixel continuously increases from the center of the image in the direction of the edge areas, it is possible to provide a controlled counter instead of a digital interface (with, for example, a width of 4 bits), which autonomously predefines the respectively required delay of the pixels. This has the advantage that the width of a data bus can be reduced.
  • FIG. 15 shows a diagram with time profiles of drive signals for a laser, wherein a change of the drive duration can take place as a function of pixel contents as well as of rise and fall times of the modulation current required for the laser.
  • each pixel requires a time duration T p .
  • Switching times of the laser are rising or falling edges, each requiring a certain period of time t c .
  • This time duration t c is dependent, in particular, on pixel information, for example an amplitude or
  • the compensation presented here makes it possible to set this essentially to the information (amplitude or brightness) of the following pixel at the end of the time period for one pixel. This is especially true if the amplitude of the subsequent pixel is less than the amplitude of the current pixel.
  • Fig. 16 shows a table comparing magnitudes such as contrast, contrast ratio, maximum intensity and minimum intensity for the cases with and without compensation.
  • the time t rf shown in Fig. 16 is required to go from 0% of the maximum intensity to 100%. In practice, it is preferable for t rf to be a period of time which takes the maximum intensity to go from 10% to 90% of its value. Furthermore, for simplicity, a linear increase (also for a range of 0% to 100%) can be assumed.
  • Fig.l7A shows a comparison of the contrast
  • FIG. 7B shows a comparison of the contrast ratio with compensation (graph 1703) and without compensation (graph 1704) as a function of the rising or falling time of the edge.
  • FIG. 17C shows an energy loss and thus a loss of brightness 1705 due to the compensation of the non-ideal edge as a function of the rise or fall time of the edge.
  • the graphs shown in FIGS. 17A, 17B and 17C are based on the following parameters:
  • the parameter Aos set / A max is produced by the influence of extraneous light and by a spatial extent of the projection beam.
  • Contrast ratio with the same edge steepness For example, a contrast of 85% or a contrast ratio of 15: 1 results without compensation, in contrast to 98% as contrast or 90: 1 as contrast ratio with compensation taking into account a slope of 2ns.
  • Compensation process can be realized.
  • a loss of brightness due to the compensation process can be compensated by adjusting the modulation current of the lasers.
  • FIG. 18 shows a block diagram for driving a laser 1808 by means of a contrast enhancement unit 1813.
  • An n bit width digital signal 1810 is converted into an analog signal by a digital to analog converter 1802 (DAC) and applied to a switch 1801 and to a switch 1804.
  • the switch 1801 includes a sample-hold stage triggered by a signal 1814
  • the switch 1804 includes a sample-hold stage that is triggered by a signal 1815.
  • the output of the switch 1801 is connected to a switch 1812.
  • the output of switch 1804 is also connected to switch 1812, switch 1812 connecting its output to either the output of switch 1801 or to the output of switch 1804 by means of a switching signal 1816.
  • Switches 1804 are respectively connected to inputs of contrast enhancement unit 1813, and the output of unit 1813 provides switch signal 1816 to switch 1812.
  • a timer 1805 is from a digital
  • Control signal 1811 parameterized, wherein each one output of the timer 1805, the signal 1814, the signal 1815 and provides a signal 1817 to drive the contrast enhancement unit 1813.
  • the output of the switch 1812 is connected to an output stage 1806 comprising a driver 1807, the laser 1808 and a supply voltage 1809 for the laser.
  • the switches 1801 and 1804 in Fig. 18 each comprise or each describe a sample-hold stage as an analog memory member having an output voltage of the
  • Digital / analog converter 1802 for a predetermined period of time (which is particularly large in relation to a time required for the representation of a single pixel) to store.
  • Fig.18 two such sample-hold stages in the form of the switches 1801 and 1804 are provided. Accordingly, a plurality of switches or memory stages may be present.
  • the contrast enhancement unit 1813 compares an amplitude value of a current pixel with an amplitude value of a subsequent pixel. In response to the amplitude difference between the amplitude values stored in switches 1801 and 1804, a switchover instant for switch 1812 is determined.
  • the switch 1812 switches between the signals applied to the switches 1801 and 1804 and forwards the switched-through signal to the output stage 1806.
  • the switches 1801 and 1804 are driven by the timing controller 1805 (which is particularly designed as a digital processing stage) via the signals 1814 and 1815.
  • the time control 1805 is in particular parameterized by means of the digital interface of the imaging system.
  • the parameterization in particular includes a predefinition of certain system properties, for example a determined edge steepness.
  • Contrast enhancement unit 1813 by means of signal 1816, switches switch 1812 in accordance with the voltage values stored in switches 1801 and 1804 and receives control signals 1817 from timer 1805.
  • FIG. 19 shows a timing diagram associated with FIG. 18 based on the projection of a checkerboard pattern according to FIG.
  • the switch 1804 is closed. This is represented by a pulse 1901 of the signal 1815 for driving the switch 1804.
  • the information regarding the amplitude of the pixel n-2 is present and can be forwarded by means of the switch 1812 to the output stage 1806.
  • the image information of the pixel n-1 is latched based on the sample hold level of the switch 1801.
  • the contrast enhancement unit 1813 has information regarding the amplitude of the current pixel n-2 and the amplitude of the subsequent pixel n-1 at the time Ti.
  • the contrast enhancement unit 1813 may be known in the art
  • Slope determine a switching time for the switch 1812. This effectively compensates for an effect of blurring between individual pixels and thus greatly improves the contrast between pixels of different brightnesses.
  • I denotes an intensity and t rf a time required for an edge rise or fall.
  • FIG. 20 shows a timing diagram associated with FIG. 18 based on the projection of different light pixels.
  • a pixel n-1 has only a slightly reduced brightness compared to a pixel n-2.
  • the rising edges of signals 1814 and 1815 serve to synchronize in time with the base clock.
  • the signal 1816 again preferably corresponds to a signal manipulated by delay elements.
  • the time difference between the rising edge of the signal 1815 and the rising edge of the signal 1816 as well as between the rising edge of the signal 1814 and the falling edge of the signal 1816 depends on the image information of the successive pixels depending on the color.
  • the following is an example of a transition from the pixel n-2 to the pixel n-1.
  • the amplitude difference between two temporally successive pixels corresponds to the maximum dynamics of the output stage 1806. Since it can be assumed that the parasitic capacitances of the laser diode are recharged by means of a constant current ⁇ La se r, edges of finite slope for a cross current result the laser diode.
  • This maximum rise hrs. Fall time corresponds to a time t r between the rising edge of signal 1814 and the falling edge of signal 1816. The maximum rise or fall time is preferably known to the system.
  • the time duration t c indicates how long the output signal ⁇ laser requires to build up or reduce the amplitude difference between adjacent pixels.
  • the time difference between the rising edge of the signal 1814 and the falling edge of the signal 1816 thus becomes:
  • this time difference ⁇ t 0. This relationship is shown in Fig.20 in the transition from the pixel n to the pixel n + 1.
  • time duration t r can also be regarded as a time buffer, which is reduced depending on the amplitude difference.
  • FIG. 1 An alternative embodiment for driving a laser 2112 by means of a contrast enhancement unit 2107 is shown in FIG.
  • Fig. 21 shows two digital / analogue converters 2101 and 2102 which are respectively supplied with digital image data 2104 and 2105.
  • a switch 2108 switches between the analog outputs of the digital-to-analog converters 2101 and 2102, respectively, and connects the respective through-connected analog signal to an output stage 2110.
  • the output stage 2110 includes a driver 2111, the laser 2112 and a supply voltage 2113 for the laser.
  • a time control 2103 is provided, which is parameterized by a digital signal 2106, wherein an output of the time control 2103 provides a signal for the unit 2107 for contrast enhancement.
  • Contrast enhancement unit 2107 includes two inputs, one each connected to the output of digital to analog converter 2101 and 2102, respectively. The output of the contrast enhancement unit 2107 provides a signal to drive the switch 2108.
  • An advantage of the circuit according to Fig. 21 is that the switches 1801 and 1804 according to Fig. 18 can be dispensed with, since the amplitude values of adjacent pixels are provided by a respective digital-to-analog converter 2101 and 2102 and held for a predetermined period of time.
  • the switching of the switch 2108 is not synchronous with the pixel clock.
  • FIG. 22 shows a timing diagram associated with FIG. In the time control 2103, the changing pixel clock is doubled. This frequency increase is preferably carried out electronically by means of an edge-triggered flip-flop, which reacts selectively to the falling and the rising edge of the input clock with a change in state.
  • the pixel clock is shown as constant in FIG. In particular, only the falling edges of the doubled pixel clock can be used as a time base for the sake of simplicity.
  • the amplitude difference determined by the contrast enhancement unit 2107 is converted into a delay of the doubled pixel clock by an analog circuit (see signal 2201 in Fig. 22).
  • FIG. 11 A step which generates edge-selectively pulses with a certain width is shown in FIG. 11 and FIG.
  • the width of the generated pulse corresponds to the delay .DELTA.t or the delay difference of the two signal lines, which end in the logic gate (NAND or NOR).
  • Two flanks are thus available as reference: The rising edge of the doubled pixel clock and the falling edge of the output signal of the described delay circuit. Both lead to a switch of the switch 2108 in Fig.21 and the switch 1812 in Fig.18. Thus, successful digital control can be performed.
  • the contrast can be increased by the functionality of the units described above for improving the spatial allocation, which is preferably controlled by the timer and in turn drives a switch (changeover switch).
  • the spatial allocation is made possible by the parameterized closing of at least one switch and the associated at least one sample hold stage.
  • an allocation error can also be compensated in the time control.
  • the result is a corresponding predistortion of the projected image.
  • This predistortion can at least partially compensate for mounting inaccuracy of the optics or the laser in a sub-pixel region (i.e., in an area less than one pixel).
  • the image information of the digital source by means of delays of the individual laser sources can be pre-processed to each other so that the error is compensated (ie the pixel is properly represented by the electronics on the projection plane).
  • the approaches presented here allow a decoupling of the data interface and the conversion rate of the digital / analog converter from the high temporal Requirements for the amplitude modulation of the respective light source, in particular of the laser.
  • Another advantage is the simpler and cheaper technical feasibility of the digital / analog converter and reduced demands on the interfaces of the imaging system, since no temporal quantization of the shortest pixels and thus no multiplication of the processing speed are needed.
  • a further advantage is that the required delay does not have to be realized in a color-specific manner, and consequently the individual delay stages of the three colors can be parameterized via an interface with a small bit width.
  • the delay is carried out separately per color, so that, for example, the inaccuracy of the assembly of the respective light sources can be compensated by appropriate manipulation of the time-division multiplex method.
  • Micromirror in particular two-dimensional resonant micromirror
  • VDD voltage
  • DAC digital-to-analog converter
  • control signal (control parameter)
  • Switch 1804 1816 A switching signal for switching the switch 1812 1817 Signal for controlling the contrast enhancement unit 1813

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls angegeben bei dem zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängert wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls.
In Projektoren, die auf einem sogenannten "Flying-Spot"- Funktionsprinzip beruhen, werden mittels eines zweidimensionalen resonanten Mikrospiegels Lichtstrahlen (typischerweise bestehend aus den drei Grundfarben rot, grün und blau) ausgelenkt und auf eine Bildebene proj iziert .
Fig.l zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung des Funktionsprinzips der "Flying-Spot"-Projektion. Dabei werden Lichtstrahlen unterschiedlicher Farben von Laserquellen 101 (rot R) , 102 (blau B) und 103 (grün G) jeweils auf einen halbdurchlässige Spiegel (Transmission und Reflektion der Spiegel erfolgt in Abhängigkeit der Wellenlänge) 104, 105, 106 und dann als ein gemeinsamer Strahl 110 (auch als Projektionsstrahl bezeichnet) auf einen zweidimensionalen resonanten Mikrospiegel 107 gerichtet, der den gemeinsamen Strahl 110 zweidimensional ablenkt und auf eine Bildebene 108 projiziert. Dabei wird in der Bildebene 108 das Bild durch den kontinuierlich harmonisch abgelenkten gemeinsamen Strahl 110 aufgebaut (siehe Strahlverlauf 109 in der Bildebene 108) .
Eine Bildinformation wird durch eine Intensitätsmodulation der jeweiligen Lichtquelle 101 bis 103 synchron zu der Auslenkung des Mikrospiegels 107 generiert und dargestellt.
Aufgrund der nichtlinearen Auslenkung des Mikrospiegels 107 und des resultierenden nichtlinearen Strahlenverlaufs 109 in der Bildebene 108 wird ein Zeitmultiplexverfahren zur Darstellung einzelner, örtlich diskreter Bildinformationen ("Bildpunkte" oder "Pixel") eingesetzt: Somit werden in definierten Zeitabschnitten bestimmte Informationen auf die Bildebene projiziert.
Projizierte Information bedeutet insbesondere eine Überlagerung der Helligkeiten und Farben der Lichtstrahlen erzeugt von den Lichtquellen 101 bis 103, wobei die Helligkeit eines Lichtstrahls anhand einer Amplitude der zugehörigen Lichtquelle einstellbar ist.
Vorzugweise handelt es sich bei den Lichtquellen jeweils um einen Laser, insbesondere um eine Laserdiode. Somit entspricht der Strom durch den Laser der Helligkeit des von ihm ausgestrahlten Lichts.
Fig.2 zeigt eine Darstellung von Scanzeitbereichen je Bildpunkt in Sekunden in Abhängigkeit von einer Position des jeweiligen Bildpunkts, und zwar sowohl für eine Spalte (siehe Kurve 201) als auch für eine Zeile (siehe Kurve 202) .
Beispielhaft ist ein projiziertes Bild 640 Bildpunkte breit und 480 Bildpunkte hoch. Durch die in Fig.l gezeigte und beschriebene Auslenkung 109 des gemeinsamen Strahls 110 ergibt sich, dass beispielsweise bei einem zeilenweisen Aufbau des Bildes der gemeinsame Strahl 110 in der Mitte der Zeile deutlich schneller ist als in einem Randbereich.
Beispielhaft weist der Mikrospiegel in dem Beispiel gemäß Fig.2 eine Horizontalfrequenz von 27kHZ und eine Vertikalfrequenz von l,2kHz bei einer Auflösung von 640 mal 480 Bildpunkten auf.
Damit ergeben sich ein Zeitbereich, eine zeitlich bedingte Länge sowie eine Dauer für jeden Bildpunkt aus einer räumlichen Zuordnung der Bildpunkte in einem XY- Koordinatensystem über die Zeit mittels eines Zeitmultiplexverfahrens .
Fig.3 zeigt einen Ausschnitt aus Fig.2 für die Zeitbereiche entlang einer (horizontalen) Zeile im Bereich der Mitte der Bildebene (Bildmitte) .
Anhand der vorstehend genannten Parameter wird deutlich, dass die benötigte zeitliche Auflösung der Elektronik für eine Modulation der Intensität bzw. Amplitude der
Lichtstrahlen zur örtlich fehlerfreien Darstellung der Bildinformation auf der Projektionsfläche in einem Bereich liegt, der kleiner als eine Pikosekunde ist. Theoretisch ließe sich mit entsprechend zeitlich hochauflösenden und aufwändigen Schaltungen ein Zuordnungsfehler reduzieren.
Ein derartiger Aufwand erfordert jedoch teure Bauteile und ist praktisch, z.B. abhängig von der gewählten Auflösung, nicht immer machbar.
Wird jedoch die zeitliche Auflösung vermindert, reduziert sich die Bildqualität und es treten Verzerrung auf Bildpunktebene aufgrund der fehlenden räumlichen Zuordnungen auf.
Ein weiteres Problem besteht in der Transformation zwischen Zeitbereich und Ortsbereich aufgrund der nichtlinearen Auslenkung des Mikrospiegels .
In einem Zeitabschnitt, in dem ein Bildpunkt durch das Zeitmultiplexverfahren selektiert ist, beeinflussen
Anstiegs- und Abfallzeiten der Elektronik den Kontrast zwischen den Bildpunkten. Dieser Einfluss wird durch die Dauer eines Anstiegs bzw. Abfalls einer Signalflanke verstärkt: Je länger die Flanke im Verhältnis zu dem für den Bildpunkt zur Verfügung stehenden Zeitraum ist, desto schlechter ist der Kontrast zwischen den Bildpunkten. Gemäß den obigen Ausführungen zu Fig.2 und Fig.3 ist bei konstanter Flankensteilheit der Kontrast dann am schlechtesten, wenn für die Bildpunkte insgesamt am wenigsten Zeit zur Verfügung steht, also in der Bildmitte.
Fig.4 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt eines zu projizierenden Bildes in einer Bildebene mit dem größtmöglichen Kontrast, d.h. einem Übergang von weiß auf schwarz oder umgekehrt zwischen je zwei Bildpunkten.
Fig.5 zeigt entsprechend vereinfacht eine Ansteuerspannung
501 für einen Laser und ein sich daraus ergebender Strom
502 durch den Laser.
Der Stromverlauf 502 durch den Laser ist typischerweise proportional zur einer emittierten Lichtmenge und entspricht somit der von einem Betrachter empfundenen Helligkeit.
In Fig.5 sind die Bildpunkte n-2, n-1 und n dargestellt, die beispielhaft eine Zeitdauer Tp aufweisen und die ein hell-dunkel-hell Muster gemäß Fig.4 aufweisen. Die Ansteuerspannung 501 schaltet den Laser an, aus und wieder an.
Aufgrund der endlichen Flankensteilheit ergeben sich beim Einschalten des Lasers Einschaltverzögerungen 503 und 505 sowie beim Ausschalten des Lasers Ausschaltverzögerungen 504 und 506.
Diese Verzögerungen verschlechtern signifikant den Kontrast zwischen den Bildpunkten. Insbesondere werden während der Verzögerungen 504 und 506 die dunklen Bildpunkte teilweise ausgeleuchtet, wodurch ein maximal erreichbarer Kontrast der Projektionseinheit bei der Darstellung von Kanten im Bild (hohe Ortsfrequenz bzw. Raumfrequenz) deutlich abnimmt . Fig.6 zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers 603.
Ein digitales Signal 605 mit n Bit Breite wird von einem Digital/Analog-Wandler 601 (DAC) in ein analoges Signal umgesetzt und mittels eines Treibers zur Ansteuerung des Lasers 603 verstärkt. Der Laser 603 ist mit seiner Anode an einer Versorgungsspannung 604 (VDD) angeschlossen und wird über den Digital/Analog-Wandler 601 mittels eines Treibers 602 angesteuert.
Eine Bildquelle, z.B. ein Personalcomputer oder ein Personal Digital Assistant (PDA) liefern digitale Signale 605 mit einer Breite von n Bit, die von dem Digital/Analog- Wandler 601 entsprechend in ein analoges Signal (Stromsignal oder Spannungssignal) zur Ansteuerung des Lasers 603 umgesetzt werden.
Die benötigte hohe zeitliche Auflösung wird durch eine hohe Wandlungsrate (Samplingrate) erreicht. Dies stellt extreme Anforderungen an die Wandlungsrate des Digital/Analog- Wandlers 601.
Wird beispielhaft das oben beschriebene System mit einer Auflösung von 640 mal 480 Bildpunkten, einer Horizontalfrequenz von 27KHz und einer Vertikalfrequenz von 1,18KHz betrachtet, so muss der Digital/Analog-Wandler 601 eine zeitliche Auflösung von weniger als 280ps bereitstellen, damit der örtliche Auflösungsfehler unterhalb 1% liegt.
Dies bedeutet eine Bandbreitenanforderung von 3GHz sowohl an die digitalen Schnittstellen als auch an die Wandlungsrate des Digital/Analog-Wandlers 601. Eine derartige Elektronik ist, sofern überhaupt realisierbar, mithin extrem aufwändig, verlustbehaftet und teuer. Weiterhin ist zu beachten, dass die in Fig.6 dargestellte Schaltung und der sich hieraus ergebende Aufwand separat für jeden Laser notwendig wird und sich die damit verbundenen Kosten vervielfachen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere bei dem "Flying-Spot" Ansatz eine einfache, effiziente sowie fehlertolerante und kostengünstige Möglichkeit der Projektion zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls angegeben, bei dem zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängert wird.
Insbesondere beim Flying-Spot-Verfahren wird ein Projektionsstrahl harmonisch über die Bildebene bewegt. Wie vorstehend erläutert, variiert die Geschwindigkeit des Projektionsstrahls abhängig von der Position des darzustellenden Bildpunkts. Insofern weist ein Bildpunkt in der Mitte einer Zeile der Projektionsfläche eine geringere Zeitdauer auf (d.h. der Projektionsstrahl hat hier eine entsprechend höhere Geschwindigkeit) als ein Bildpunkt am Rand der Projektionsfläche.
Dieser Effekt wird effizient dadurch kompensiert, dass insbesondere eine Haltedauer für alle diejenigen Punkte eingeführt wird, die eine größere Zeitdauer aufweisen als der Bildpunkt, bei dem der Projektionsstrahl die größte Geschwindigkeit hat.
Der hier vorgestellte Ansatz kann für den Projektionsstrahl umfassend mehrere Lichtstrahlen oder aber für jeden einzelnen Lichtstrahl separat eingesetzt werden.
Der Begriff der Haltedauer umfasst insbesondere einen Wert (z.B. einen Modulationsstrom für mindestens einen Laser des mindestens einen Lichtstrahls) oder eine Information für den Bildpunkt.
Basistakt, mit dem die digitalen Komponenten einer
Schaltung betrieben werden.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird abhängig von einem Ort der Projektion des jeweiligen Bildpunkts.
Vorteilhaft kann die Haltedauer mittels mindestens einer
Sample-Hold-Stufe verlängert werden.
Insbesondere wird die Haltedauer asynchron zu dem Basistakt eingestellt. Es ist somit nicht notwendig, dass der
Basistakt ein ganzzahliges Vielfaches jeder möglichen Haltedauer ist. Damit lässt sich vorteilhaft der Basistakt bzw. die maximale notwendige Betriebsfrequenz der digitalen Komponenten reduzieren.
Eine Weiterbildung ist es, dass mindestens ein Digital/Analog-Wandler zur Ansteuerung des mindestens einen Lichtstrahls eingesetzt wird,
- bei dem der Digital/Analog-Wandler mit einem Basistakt betrieben wird,
- bei dem zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird, indem anhand des Basistakts ein Pixeltakt ermittelt wird, wobei basierend auf dem Pixeltakt die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass der Pixeltakt einem ganzzahligen Vielfachen des Basistakts entspricht.
Vorteilhaft kann die Haltedauer asynchron zu dem Basistakt als auch zu dem Pixeltakt sein.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Haltedauer mittels einer Verzögerungsstufe einstellbar ist. Insbesondere kann die Verzögerungsstufe mittels eines (digitalen) Ansteuersignals angesteuert werden.
Hierbei ist vorzugsweise ein digitales Signal einer vorgegebenen Breite, z.B. 4Bit oder 5Bit, einsetzbar, abhängig von einer notwendigen Quantisierung der Verzögerung.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die Verzögerungsstufe eine Sample-Hold-Stufe und eine Zeitsteuerung umfasst, wobei die Zeitsteuerung anhand des Ansteuersignals die Sample-Hold-Stufe steuert.
Somit kann das digitale Ansteuersignal verwendet werden, um einen Impuls zu generieren, dessen Länge mit dem Ansteuersignal korreliert ist und somit die Haltedauer für die Sample-Hold-Stufe vorgibt.
Es ist auch möglich, dass die Ansteuersignale analog vorgegeben werden und anhand dieser analogen Ansteuersignale die Sample-Hold-Stufe angesteuert wird.
Vorzugsweise entsprechen die digitalen oder analogen
Ansteuersignale der abhängig von der jeweiligen Projektion notwendigen Haltedauer zum Erreichen bzw. Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestanforderung (Auflösungsfehler) .
Eine andere Ausgestaltung ist es, dass eine erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information verändert wird. Insbesondere kann die erste Information des Bildpunkts während der Zeitdauer für die Projektion des Bildpunkts verändert werden.
Hierdurch kann effektiv das Problem der endlichen Flankensteilheit und die sich daraus ergebende Kontrastabnahme kompensiert werden. So kann die erste Information des Bildpunkts bereits vor Ablauf der Zeitdauer des ersten Bildpunkts an die zweite Information des Bildpunkts angepasst werden. Hierzu werden vorteilhaft zwei Bildpunkte zwischengespeichert und deren Informationen miteinander verglichen bzw. wie beschrieben adaptiert.
Alternativ kann auch lediglich der vorherige Wert zwischengespeichert werden.
Eine Weiterbildung ist es, dass die erste Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit zur Darstellung des Bildpunkts umfasst. Entsprechend kann die zweite Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit mindestens eines nachfolgenden Bildpunkts umfassen.
Insbesondere kann die Helligkeit eines Bildpunkts von der Höhe des Modulatiosstroms eines Lasers abhängen.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die erste Information des Bildpunkts verändert wird derart, dass die zweite Information erreicht wird im wesentlichen mit Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts. Insbesondere kann das Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts eines der folgenden Kriterien umfassen:
- mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts;
- im wesentlichen mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen der für den Bildpunkts vorgegebenen räumlichen Ausdehnung.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass ein Speicher für mindestens einen Bildpunkt vorgesehen ist zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Insbesondere kann der Speicher zwei abwechselnd angesteuerte Sample-Hold-Stufen umfassen.
Eine Ausgestaltung ist es, dass mindestens zwei Digital/Analog-Wandler vorgesehen sind, die abwechselnd den Lichtstrahl ansteuern, zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Hierbei übernehmen die Digital/Analog-Wandler die Funktionalität des Speichers, indem abwechselnd die Ausgangssignale der Digital/Analog-Wandler verglichen werden.
Alternativ könnte auch ein Digital/Analog-Wandler vorgesehen sein, der eine um den Faktor zwei höhere Sampling-Rate aufweist. Eine Speicherung kann dann mittels Sample-Hold-Stufen erfolgen.
Eine andere Ausgestaltung besteht darin, dass die erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information verändert wird, indem eine für die abfallende Flanke notwendige Abfallzeit von einer Dauer des Bildpunkts im wesentlichen am Ende des Bildpunkts abgezogen wird.
Weiterhin ist es eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Lichtstrahl derart parametrisiert wird, dass ein Abbildungsfehler kompensiert wird.
Beispielsweise können so statische Montageungenauigkeiten der Lichtquellen bzw. der Laser oder der optischen Komponenten kompensiert werden. Durch derartige
Ungenauigkeiten ergibt sich beispielsweise auf der Bildebene (Projektionsebene) ein möglicher Versatz zwischen den Lichtstrahlen mehrerer Lichtquellen (z.B. drei verschiedenfarbige Laser) . Somit beleuchten die Lichtquellen zu einem vorgegebenen Zeitpunkt unterschiedliche Punkte der Projektionsfläche. Ein derartiger Fehler nimmt mit abnehmender Beleuchtungszeitdauer und somit mit höherer Auflösung beständig zu.
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht die Kompensation derartiger Montagefehler im resultierenden Subpixelbereich (d.h. in einem Bereich kleiner als ein Bildpunkt) ohne aufwändige und kostenintensive Montagetechnik.
Insofern ist es eine Weiterbildung, dass die Haltedauer für jeden mindestens einen Lichtstrahl so eingestellt wird, dass jeder mindestens eine Lichtstrahl in einen Bereich projiziert wird, der dem jeweils zugehörigen Bildpunkt entspricht.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass der mindestens eine Lichtstrahl mittels einer umlenkenden
Projektionseinrichtung örtlich abgelenkt wird. Vorzugsweise ist die umlenkende Projektionseinrichtung ein Mikrospiegel, insbesondere ein zweidimensionaler resonanter Mikrospiegel. Eine andere Weiterbildung ist es, dass der mindestens eine Lichtstrahl aus mindestens einer Lichtquelle zusammengesetzt ist.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Lichtquelle mindestens einen Laser, insbesondere mindestens eine Laserdiode, umfasst.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und einem grünen Laser zusammengesetzt ist.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und zwei grünen Lasern zusammengesetzt ist.
Entsprechend kann der Lichtstrahl aus Vielfachen der obigen Kombinationen zusammengesetzt sein.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung wird der mindestens eine Lichtstrahl mittels eines Flying-Spot- Verfahrens projiziert.
Weiterhin wird zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe eine Vorrichtung zur Projektion mindestens eines
Lichtstrahls umfassend eine Prozessoreinheit und/oder eine festverdrahtete Schaltungsanordnung und/oder eine freiprogrammierbare Logik angegeben, die derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hier beschrieben durchführbar ist.
Besagte Prozessoreinheit kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output-Schnittstellen, Ein- Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder umfassen. Bei der festverdrahteten Schaltungseinheit oder freiprogrammierbaren Logik kann es sich um einen FPGA, CPLD, ASIC oder um eine sonstige integrierte Schaltung handeln.
Auch wird zur Lösung der obigen Aufgabe eine Vorrichtung zur Projektion mindestens eines Lichtstrahls angegeben umfassend eine Verzögerungsstufe, anhand derer zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängerbar ist.
Dies Weiterbildungen, Ausgestaltungen und sonstigen Ausführungen zu den unterschiedlichen Verfahren gelten entsprechend sinngemäß ebenso für die Vorrichtungen.
Es ist eine Weiterbildung, dass zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt anhand der Verzögerungsstufe verlängerbar ist abhängig von einem Ort der Projektion des jeweiligen Bildpunkts.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass ein
Digital/Analog-Wandler zur Ansteuerung des mindestens einen Lichtstrahls vorgesehen ist,
- wobei der Digital/Analog-Wandler mit einem
Basistakt betreibbar ist, - wobei zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängerbar ist, indem anhand des Basistakts ein Pixeltakt bestimmbar ist, wobei basierend auf dem Pixeltakt die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängerbar ist.
Eine Ausgestaltung ist es, dass der Pixeltakt einem ganzzahligen Vielfachen des Basistakts entspricht.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass die Verzögerungsstufe mittels eines Ansteuersignals, insbesondere eines digitalen Ansteuersignals, ansteuerbar ist.
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass die Verzögerungsstufe eine Sample-Hold-Stufe und eine
Zeitsteuerung umfasst, wobei die Zeitsteuerung anhand des Ansteuersignals die Sample-Hold-Stufe steuert.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die Vorrichtung eine Einheit zur Kontrastverbesserung aufweist, wobei eine erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information veränderbar ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die erste Information des Bildpunkts während der Zeitdauer für die Projektion des Bildpunkts veränderbar ist.
Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass die erste Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit zur Darstellung des Bildpunkts umfasst. Entsprechend kann die zweite Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit mindestens eines nachfolgenden Bildpunkts umfassen.
Eine andere Ausgestaltung ist es, dass die erste Information des Bildpunkts veränderbar ist derart, dass die zweite Information erreicht wird im wesentlichen mit Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts.
Auch ist es eine Möglichkeit, dass das Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts eines der folgenden Kriterien umfasst:
- mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts;
- im wesentlichen mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen der für den Bildpunkts vorgegebenen räumlichen Ausdehnung. Auch ist es eine weitere Ausgestaltung, dass ein Speicher für mindestens einen Bildpunkt vorgesehen ist zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass der Speicher zwei abwechselnd angesteuerte Sample-Hold-Stufen umfasst.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass mindestens zwei Digital/Analog-Wandler vorgesehen sind, die abwechselnd den Lichtstrahl ansteuern, zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information veränderbar ist, indem eine für die abfallende Flanke notwendige Abfallzeit von einer Dauer des Bildpunkts im wesentlichen am Ende des Bildpunkts abgezogen wird .
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der mindestens eine Lichtstrahl derart parametrisierbar ist, so dass ein Abbildungsfehler kompensiert wird.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die Haltedauer für jeden mindestens einen Lichtstrahl anhand der Verzögerungsstufe derart eingestellt ist, dass jeder mindestens eine Lichtstrahl in einen Bereich projiziert wird, der dem jeweils zugehörigen Bildpunkt entspricht.
Ferner ist es eine Ausgestaltung, dass eine umlenkende Projektionseinrichtung vorgesehen ist, die den mindestens einen Lichtstrahl örtlich abgelenkt. Insbesondere kann die umlenkende Projektionseinrichtung einen Mikrospiegel, insbesondere einen zweidimensionalen resonanten Mikrospiegel, umfassen. Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung kann der mindestens eine Lichtstrahl aus mindestens einer Lichtquelle zusammengesetzt sein. Vorzugsweise kann die mindestens eine Lichtquelle mindestens einen Laser, insbesondere mindestens eine Laserdiode, umfassen.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und einem grünen Laser zusammengesetzt ist.
Es ist eine andere Weiterbildung, dass der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und zwei grünen Lasern zusammengesetzt ist.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass die Vorrichtung den mindestens einen Lichtstrahl mittels eines Flying-Spot- Verfahrens projiziert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
Fig.7 ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers mittels einer Verzögerungsstufe.
Fig.8 eine Darstellung quantisierter Zeitbereiche je Bildpunkt in einem Bereich um die Bildmitte;
Fig.9 eine Zuordnung der Zeitbereiche zu bestimmten Bildpunkten;
Fig.10 ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers mittels einer (programmierbaren) Verzögerungsstufe umfassend eine Zeitsteuerung sowie einen Schalter mit einer Sample-Hold-Stufe; Fig.11 ein Blockschaltbild einer Schaltung, anhand derer
Pulse flankenselektiv mit einer vorgegebenen Breite erzeugt werden können;
Fig.12 ein zu Fig.11 gehöriges Zeitdiagramm;
Fig.13 ein Blockschaltbild für eine flankenselektive Erzeugung von Pulsen vorgegebener Breite;
Fig.14 ein zu Fig.13 gehöriges Zeitdiagramm insbesondere in Abhängigkeit von Bildpunkten n, n+1, etc. sowie in Abhängigkeit von einem Basistakt;
Fig.15 ein Diagramm mit zeitlichen Verläufen von Ansteuersignalen für einen Laser, wobei eine
Änderung der Ansteuerdauer in Abhängigkeit von Bildpunktinhalten sowie von Anstiegs- bzw. Abfallzeiten des für den Laser erforderlichen Modulationsstroms erfolgen kann;
Fig.16 eine Tabelle, die Größen wie Kontrast,
Kontrastverhältnis, maximale Intensität und minimale Intensität für die Fälle mit und ohne Kompensation gegenüberstellt;
Fig.l7A einen Vergleich des Kontrastes mit Kompensation und ohne Kompensation in Abhängigkeit von einer Anstiegs- bzw. Abfallzeit einer Flanke;
Fig.l7B einen Vergleich des Kontrastsverhältnisses mit
Kompensation und ohne Kompensation in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke;
Fig.l7C einen Energie- und somit einen Helligkeitsverlust durch die Kompensation der nichtidealen Flanke in
Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke; Fig.18 ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers mittels einer Einheit zur Kontrastverbesserung;
Fig.19 ein zu Fig.18 gehöriges Zeitdiagramm basierend auf der Projektion eines Schachbrettmusters gemäß Fig.4;
Fig.20 ein zu Fig.18 gehöriges Zeitdiagramm basierend auf der Projektion unterschiedlicher heller Bildpunkte, wobei ein Bildpunkt n-1 eine gegenüber einem Bildpunkt n-2 nur geringfügig reduzierte Helligkeit aufweist;
Fig.21 eine alternative Ausgestaltung eines
Blockschaltbilds zur Ansteuerung eines Lasers mittels einer Einheit zur Kontrastverbesserung, wobei anstelle der beiden Sample-Hold-Stufen gemäß Fig.18 zwei Digital/Analog-Wandler eingesetzt werden;
Fig.22 ein zu Fig.21 gehöriges Zeitdiagramm.
Der hierin beschriebene Ansatz ermöglicht insbesondere eine effiziente Verminderung eines räumlichen Zuordnungsfehlers mittels einer programmierbaren oder einer analog geregelten Verzögerungsstufe in einem Signalpfad zwischen einem Digital/Analog-Wandler und einer Ausgangsstufe bzw. Treiberschaltung.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass ein Ausgangssignal des Digital/Analog-Wandlers für eine vorgegebene Zeitdauer gehalten wird, so dass eine Verweildauer der korrekten Darstellung des Bildpunkts abhängig von der jeweiligen Geometrie bzw. Position des Bildpunkts innerhalb des projizierten Bildes entspricht. Weiterhin erlaubt der hierin vorgestellte Ansatz eine Lösung des Problems der endlichen Flankensteilheit derart, dass eine Information (z.B. eine Amplitude oder eine Helligkeit) pro Bildpunkt in Abhängigkeit von einer Information (z.B. einer Amplitude oder einer Helligkeit) mindestens eines nachfolgenden Bildpunkts verändert wird, insbesondere indem eine für die abfallende Flanke notwendige Abfallzeit von der nominellen Zeit für einen Bildpunkt am Ende des Bildpunkts abgezogen wird.
Hierdurch wird wirksam verhindert, dass aufgrund der endlichen Flankensteilheit die eindeutige räumliche Zuordnung der Bildpunkte auf der Projektionsfläche verloren geht.
Ein weiterer vorteilhafter Ansatz besteht in der Kombination der Lösungen. Sowohl die Lösung zur Reduzierung des räumlichen Zuordnungsfehlers als auch die Optimierung des Kontrastes durch Kompensation der endlichen Flankensteilheit beeinflussen die Zeit je Bildpunkt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, durch Manipulation der Zeit je Bildpunkt eine Montageungenauigkeit in einem vertikalen Subpixelbereich zu kompensieren.
VERBESSERUNG DER RÄUMLICHEN ZUORDNUNG
Fig.7 zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers 703 mittels einer Verzögerungsstufe 706.
Ein digitales Signal 705 mit n Bit Breite wird von einem Digital/Analog-Wandler 701 (DAC) in ein analoges Signal umgesetzt, mittels der einstellbaren Verzögerungsstufe 706 zeitlich verzögert und anhand eines Treibers zur Ansteuerung des Lasers 703 verstärkt. Der Laser 703 ist mit seiner Anode an einer Versorgungsspannung 704 (VDD) angeschlossen. Hieraus folgt eine beabsichtigte Asynchronität zwischen einem Basistakt zum Betrieb des Digital/Analog-Wandlers 701 und einem Pixeltakt in dem die jeweiligen Bildpunkte dargestellt werden.
Wird beispielhaft ein System mit einer Auflösung von 640 mal 480 Bildpunkten angenommen, bei dem ein Mikrospiegel zur Ablenkung des Projektionsstrahls eine Horizontalfrequenz von 27KHz und eine Vertikalfrequenz von
1,18KHz aufweist, so benötigt der Digital/Analog-Wandler
701 eine zeitliche Auflösung von weniger als 280ps, damit der örtliche Auflösungsfehler (oder Zuordnungsfehler) unterhalb 1% liegt.
Der Auflösungsfehler entspricht einer fehlerhafte räumlichen Ausdehnung eines Pixels auf der
Projektionsebene .
Hieraus resultiert eine zeitliche Quantisierung je Bildpunkt in der Bildmitte gemäß Fig.8.
In Fig.9 ist eine Zuordnung der Zeitbereiche zu bestimmten Bildpunkten dargestellt.
Für einen mittleren Bildpunkt n (z.B. einen Bildpunkt mit den Koordinaten (Breite, Höhe) 320, 240) einer Projektionszeile entspricht der für diesen Bildpunkt n benötigte Zeitbereich dem Basistakt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass für den Bildpunkt n der kürzeste vorkommende Zeitbereich aller projizierten Bildpunkte benötigt, weil der Projektionsstrahl diesen Bildpunkt n mit der größten Geschwindigkeit überstreicht.
Somit bestimmt der Zeitbereich Tp für den Bildpunkt n die
Dauer des Basistakts, mit der der Digital/Analog-Wandler zu betreiben ist. Im Beispiel ergibt sich bei einer Spiegelfrequenz von vertikal l,18kHz und horizontal 27kHz sowie einer Auflösung von 640x480 ein Basistakt von 56MHz, da der beschriebene Zeitbereich für den Bildpunkt n 18ns beträgt.
Um eine vorgegebene Genauigkeit bei der Zuordnung von Zeit und Position jedes einzelnen Bildpunkts zu erreichen, ist gemäß Fig.9 ein Zeitbereich für einen Bildpunkt n+1 um einen zusätzlichen Zeitbereich Δtp größer als der Zeitbereich für den Bildpunkt n.
Gemäß des vorliegenden Beispiels wird der zusätzliche Zeitbereich Δtp auf 280ps gesetzt um einen Zuordnungsfehler unter 1% zu ermöglichen.
Weiterhin ist ein Zeitbereich für einen Bildpunkt n+2 um einen zusätzlichen Zeitbereich 2Δtp größer als der Zeitbereich für den Bildpunkt n+1. Somit wird der für die Bildpunkte von der Bildmitte zum Rand benötigte zusätzliche Zeitbereich pro Bildpunkt größer. Ab einem bestimmten Bildpunkt m beträgt der zusätzlichen Zeitbereich
m- Δtp = Tp
Das bedeutet, dass der Pixeltakt ab dem Bildpunkt m halbiert werden kann, da gilt:
m ■ Δtp + Tp = 2 • ATp
Vorteilhaft wird die Zeitbasis (Bezugstakt) des gesamten Systems so gewählt, dass dieser ein ganzzahliger Teiler des Zeitbereichs des zeitlich kürzesten Bildpunkts (Pixeltakt) ist. Beispielsweise kann eine 4Bit-Schnittstelle mit einem Basistakt von 112MHz zur Ansteuerung der Verzögerungsstufe dienen.
Das in Fig.6 gezeigte Modell ist für den zweidimensionalen Mikrospiegel ebenso wie für andere Ansätze von Spiegelsystemen anwendbar.
Fig.10 zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers 1008 mittels einer (programmierbaren)
Verzögerungsstufe 1001 umfassend eine Zeitsteuerung 1005 sowie einen Schalter 1004.
Ein digitales Signal 1010 mit n Bit Breite wird von einem Digital/Analog-Wandler 1002 (DAC) in ein analoges Signal umgesetzt und an den Schalter 1004 angelegt. Ein digitales Ansteuersignal 1011 der Zeitsteuerung 1005 steuert den Schalter 1004 derart, dass das analoge Signal des Digital/Analog-Wandlers 1002 auf die entsprechenden Zeitbereiche der Bildpunkte abgebildet wird.
Der Ausgang des Schalters 1004 ist mit einer Ausgangsstufe 1006 umfassend einen Treiber 1007, den Laser 1008 sowie eine Versorgungsspannung 1009 für den Laser verbunden.
Der Schalter 1004 umfasst eine sog. Sample-Hold-Stufe . Diese hält einen analogen Eingangswert bzw. speichert diesen für einen vorgegebenen Zeitraum selbst wenn der Eingangswert nicht mehr an der Sample-Hold-Stufe anliegt.
Die Zeitsteuerung 1005 wird durch das Ansteuersignal 1011 parametrisiert, steuert entsprechend dem Wert des Ansteuersignals 1011 den Schalter 1004 an und erreicht somit dem Ansteuersignal 1011 entsprechende Verzögerung der Sample-Hold-Stufe. Nachfolgend werden die Zeitsteuerung 1005 sowie mögliche Umsetzungen und Ausgestaltungen derselben beschrieben.
Zunächst zeigt Fig.11 ein Blockschaltbild einer Schaltung, anhand derer Pulse flankenselektiv mit einer vorgegebenen Breite erzeugt werden können. Fig.12 zeigt ein zu Fig.11 gehöriges Zeitdiagramm.
Fig.11 zeigt ein Eingangssignal U1, das an einem Eingang eines NAND-Gatters 1103 sowie an einem Eingang eines NOR- Gatters 1106 anliegt. Weiterhin wird das Eingangssignal U1 über eine Verzögerungsstufe 1101 und einen nachfolgenden Inverter 1102 mit dem anderen Eingang des NAND-Gatters 1103 verbunden. Auch wird das Eingangssignal U1 über eine Verzögerungsstufe 1104 und einen nachfolgenden Inverter 1105 mit dem anderen Eingang des NOR-Gatters 1106 verbunden. Das NAND-Gatter 1103 liefert als ein Ausgangssignal eine Spannung U3, das NOR-Gatter 1106 liefert als ein Ausgangssignal eine Spannung Ua.
Die Verzögerungsstufen 1101 und 1104 verzögern das Signal jeweils um eine Zeitdauer Δt .
Die Spannungsverläufe U1, U3 und Ub sind in dem Zeitdiagramm von Fig.12 dargestellt.
In dem idealisierten Zeitdiagramm von Fig.12 ist gezeigt, dass eine steigende Flanke des Eingangssignals U1 dazu führt, dass die Spannung Ub für die Zeitdauer Δt von "1" auf "0" wechselt. Entsprechend bedingt eine fallende Flanke des Eingangssignals U1, dass die Spannung Ua für die Zeitdauer Δt von "0" auf "1" wechselt.
Fig.13 zeigt ein Blockschaltbild für eine flankenselektive Erzeugung von Pulsen vorgegebener Breite. Fig.13 umfasst einen Block 1303, der im wesentlichen der Blockschaltung gemäß Fig.11 entspricht. Im Unterschied zu Fig.11 ist in den Block 1303 anstatt des Eingangssignals U1 ein (vorverarbeiteter) Pixeltakt 1301 angelegt. Weiterhin sind die jeweiligen Verzögerungsstufen anhand eines Steuersignals (Steuerparameter) 1302 einstellbar. Am Ausgang des Blocks 1303 stehen ein Signal 1304 (anstelle der Spannung Ub von Fig.11) sowie ein Signal 1305 (anstelle der Spannung Ua von Fig.11) zur Verfügung.
Dem Block 1303 nachgeschaltet ist eine Einheit 1306 zur Pulserzeugung (Pulsgenerator) umfassend zwei Inverter 1307 und 1309 sowie ein NAND-Gatter 1308 und ein NOR-Gatter 1310. Das Signal 1304 wird einmal direkt und einmal über den Inverter 1307 mit den NAND-Gatter 1308 verbunden. Das
Signal 1305 wird einmal direkt und einmal über den Inverter 1309 mit den NOR-Gatter 1310 verbunden.
Der Ausgang des NAND-Gatters 1308 wird über einen Inverter 1311 mit einem SET-Eingang eines Flipflops 1314 verbunden. Der Ausgang des NOR-Gatters 1310 wird mit einem RESET- Eingang des Flipflops 1314 verbunden. Das Flipflop 1314 ist insbesondere als ein RS-Flipflop ausgeführt.
Das an dem Ausgang des NAND-Gatters 1308 abgegriffene
Signal wird als Signal 1312 und das an dem Ausgang des NOR- Gatters 1310 abgegriffene Signal wird als Signal 1313 bezeichnet. An einem Q-Ausgang des Flipflops 1314 wird ein Ansteuersignal 1315 abgegriffen.
Fig.14 zeigt ein zu Fig.13 gehöriges Zeitdiagramm insbesondere in Abhängigkeit von Bildpunkten n, n+1, etc. sowie in Abhängigkeit von einem Basistakt.
Für den Bildpunkt n ist der Basistakt mit dem Pixeltakt 1301 synchron, da beispielhaft der Bildpunkt n derjenige Bildpunkt ist, bei dem der Projektionsstrahl die größte Geschwindigkeit aufweist und daher unter allen Bildpunkten für diesen Bildpunkt n der geringste Zeitraum verfügbar ist.
Das Signal 1304 beschreibt das Ausgangssignal einer ersten Verzögerungsstufe. Mit jedem Übergang des Pixeltakts 1301 von logisch "0" auf logisch "1" (steigende Flanke) wird für das Signal 1304 ein logischer "0"-PuIs erzeugt unter der Bedingung, dass das Signal 1305 zu diesem Zeitpunkt logisch "0" ist. Dies ist für den Bildpunkt n+4 nicht der Fall (Signal 1305 ist logisch "1" bei steigender Flanke des Pixeltakts 1301) , insofern gibt es in dem Signal 1304 hier keine fallende Flanke.
Das Signal 1305 weist mit jeder fallenden Flanke des Pixeltakts 1301 einen Übergang nach logisch "1" auf.
Die Pulsbreiten der Signale 1304 und 1305 sind von dem Steuersignal 1302 (siehe Fig.13) abhängig.
Die steigende Flanke (Übergang von logisch "0" auf logisch "1") des Signals 1304 und die fallende Flanke (Übergang von logisch "1" auf logisch "0") des Signals 1305 erzeugen jeweils die kurzen Pulse gemäß Signal 1312 sowie gemäß Signal 1313. Dies Pulse dienen dem Setzen (anhand des Signals 1312) sowie dem Rücksetzen (anhand des Signals 1313) des Flipflops 1314.
Das Signal 1315 am Q-Ausgang des Flipflops 1314 dient dem Ansteuern der Sample-Hold-Stufe .
Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass das Ansteuersignal 1315 der Sample-Hold-Stufe asynchron zu dem Basistakt ist und somit eine hohe Ortsauflösung des Projektionssystems erreicht werden kann. Somit kann die Pulsbreite des
Ansteuersignals 1315 der Sample-Hold-Stufe verändert werden und berücksichtigen, dass ein Bildpunkt in der Bildmitte ("Bildpunkt n") eine kürzere Zeitdauer aufweist als ein Bildpunkt am Rand des projizierten Bildes, insbesondere, dass die Zeitdauer von dem Bildpunkt n in Richtung der Ränder zunimmt .
Dabei ist die Pulsbreite des logisch "1"-Pulses für den Bildpunkt n geringer als die Pulsbreite des logisch "0"- Pulses für den Bildpunkt n+1. Das bedeutet, dass die Pulsbreiten des logisch "1"-Pulses als auch des logisch "0"-Pulses von Bildmitte bis zum Bildrand des projizierten Bildes beständig zunimmt.
Benötigt diese Pulsbreite des Ansteuersignals 1315 ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer des Basistakts (wie beispielsweise in Fig.14 für Bildpunkt n+4), wird der Pixeltakt 1301 halbiert (ab Bildpunkt n+5 ist der Pixeltakt 1301 gegenüber dem Bildpunkt n+4 halbiert), wobei die Flanken des Pixeltakts 1301 den zeitlichen Bezug für die Schaltung gemäß Fig.13 darstellen und somit die Signale 1304 und 1305 ab dem Bildpunkt n+5 entsprechend aus dem veränderten Pixeltakt 1301 generiert werden.
Die Flanken des Ansteuersignals 1315 bestimmen ein Steuersignal 1401 der Sample-Hold-Stufe gemäß Fig.10. Mit jedem Puls des Steuersignals 1401 wird der Schalter 1004 in Fig.10 für die Zeitdauer des Pulses geschlossen. Damit wird der Ausgangswert des Digital/Analog-Wandlers von der Sample-Hold-Stufe für diese Zeitdauer gespeichert und an die Ausgangsstufe 1006 weitergeleitet. Dieses Signal für die Ausgangsstufe 1006 ist in Fig.14 als Signal 1402 dargestellt.
Die Breite der Pulse wird durch das Steuersignal 1302 (siehe Fig.13) der digitalen Schnittstelle bestimmt. Dies ermöglicht die genaue zeitliche Zuordnung des für jeden Bildpunkt benötigten Zeitbereichs zu der jeweiligen Position des Bildpunkts auf der Projektionsfläche. Da die Zeitdauer pro Bildpunkt von der Bildmitte in Richtung der Randbereiche kontinuierlich zunimmt, ist es möglich, anstelle einer digitalen Schnittstelle (mit beispielsweise einer Breite von 4Bit) einen gesteuerten Zähler vorzusehen, der autark die jeweils benötigte Verzögerung der Bildpunkte vorgibt. Dies hat den Vorteil, dass sich die Breite eines Datenbusses reduzieren lässt.
VERBESSERUNG DES KQNTRASTS
In Fig.15 ist ein Diagramm mit zeitlichen Verläufen von Ansteuersignalen für einen Laser gezeigt, wobei eine Änderung der Ansteuerdauer in Abhängigkeit von Bildpunktinhalten sowie von Anstiegs- bzw. Abfallzeiten des für den Laser erforderlichen Modulationsstroms erfolgen kann.
In Fig.5 ist die Ansteuerung des Lasers ohne den hier vorgestellten Ansatz zur Kompensation gezeigt. Ohne
Kompensation ist eine eindeutige Trennung benachbarter Bildpunkte nicht möglich.
Hingegen erlaubt die Kompensation gemäß Fig.15 eine eindeutige Trennung benachbarter Bereiche: Jeder Bildpunkt benötigt eine Zeitdauer Tp. Durch die endlichen
Schaltzeiten des Lasers ergeben sich ansteigende bzw. abfallende Flanken, die jeweils eine bestimmte Zeitdauer tc benötigen. Diese Zeitdauer tc ist insbesondere abhängig von einer Bildpunktinformation, z.B. einer Amplitude oder
Helligkeit eines nachfolgenden bzw. vorhergehenden
Bildpunkts .
Die hier vorgestellte Kompensation ermöglicht es, dass im wesentlichen mit Ablauf der Zeitdauer für einen Bildpunkt dieser bereits auf die Information (Amplitude oder Helligkeit) des nachfolgenden Bildpunkts eingestellt ist. Dies gilt insbesondere falls die Amplitude des nachfolgenden Bildpunkts geringer ist als die Amplitude des aktuellen Bildpunkts.
Somit wird erreicht, dass ein Abklingen der Amplitude eines Bildpunkts auf den Wert der Amplitude des benachbarten bzw. des räumlich nächsten Bildpunkts abgeschlossen ist, bevor der Zeitbereich Tp des benachbarten bzw. räumlich nächsten Bildpunkts beginnt.
Dieses Verhalten kann durch folgende Ausdrücke abhängig von Intensitäten I beschrieben werden.
Kontrastdefinition:
K = 1 max 1min
* max i 1min
Kontrastverhältnis :
Kv : l = y≡^ : l
^ min
Fig.16 zeigt eine Tabelle, die Größen wie Kontrast, Kontrastverhältnis, maximale Intensität und minimale Intensität für die Fälle mit und ohne Kompensation gegenüberstellt.
Die in Fig.16 ausgewiesene Zeit trf wird benötigt, um von 0% der maximalen Intensität zu 100% zu gelangen. In der Praxis wird vorzugsweise für trf eine Zeitdauer angenommen, die die maximale Intensität benötigt, um von 10% auf 90% ihres Werts zu gelangen. Weiterhin kann vereinfachend hierfür ein linearer Anstieg (auch für einen Bereich von 0% bis 100%) angenommen werden.
Fig.l7A zeigt einen Vergleich des Kontrastes mit
Kompensation (Graph 1701) und ohne Kompensation (Graph 1702) in Abhängigkeit von einer Anstiegs- bzw. Abfallzeit einer Flanke.
Fig.l7B zeigt einen Vergleich des Kontrastsverhältnisses mit Kompensation (Graph 1703) und ohne Kompensation (Graph 1704) in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke.
Fig.l7C zeigt einen Energie- und somit einen Helligkeitsverlust 1705 durch die Kompensation der nichtidealen Flanke in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke.
Beispielhaft liegen den in den Figuren 17A, 17B und 17C gezeigten Graphen die folgenden Parameter zugrunde:
Tp = 18ns .^i = O1Ol
Der Parameter Aosset/Amax entsteht durch Einfluss von Fremdlicht und durch eine räumliche Ausdehnungen des Projektions strahl s .
Durch Vergleich der Graphen von Fig.l7A und Fig.l7B ergibt sich durch die hier beschriebene Kompensation eine deutliche Verbesserung des Kontrasts bzw. des
Kontrastverhältnisses bei gleicher Flankensteilheit. So ergibt sich zum Beispiel ein Kontrast von 85% beziehungsweise ein Kontrastverhältnis von 15:1 ohne Kompensation im Gegensatz zu 98% als Kontrast bzw. 90:1 als Kontrastverhältnis mit Kompensation bei Berücksichtigung einer Flankensteilheit von 2ns.
Soll beispielsweise ein Kontrastverhältnis von 90:1 erreicht werden, resultiert hieraus eine Anstiegs- bzw. Abfallzeit von 2ns bei 5% Helligkeitsverlust mit dem beschriebenen Kompensationsverfahren oder weniger als 200ps bei 0% Energieverlust ohne das Kompensationsverfahren.
Damit ist ersichtlich, dass sich eine Kontrastverhältnis von 90:1 nicht ohne das hier vorgestellte
Kompensationsverfahren realisieren lässt. Ein durch das Kompensationsverfahren bedingter Helligkeitsverlust kann durch eine Anpassung des Modulationsstromes der Laser kompensiert werden.
Fig.18 zeigt ein Blockschaltbild zur Ansteuerung eines Lasers 1808 mittels einer Einheit 1813 zur KontrastVerbesserung.
Ein digitales Signal 1810 mit n Bit Breite wird von einem Digital/Analog-Wandler 1802 (DAC) in ein analoges Signal umgesetzt und an einem Schalter 1801 sowie an einem Schalter 1804 angelegt. Der Schalter 1801 umfasst eine Sample-Hold-Stufe, die von einem Signal 1814 getriggert wird, und der Schalter 1804 umfasst eine Sample-Hold-Stufe, die von einem Signal 1815 getriggert wird.
Der Ausgang des Schalters 1801 ist mit einem Schalter 1812 verbunden. Der Ausgang des Schalters 1804 ist ebenfalls an dem Schalter 1812 angeschlossen, wobei der Schalter 1812 mittels eines Schaltsignals 1816 seinen Ausgang entweder mit dem Ausgang des Schalters 1801 oder mit dem Ausgang des Schalters 1804 verbindet.
Der Ausgang des Schalters 1801 sowie der Ausgang des
Schalters 1804 sind jeweils mit Eingängen der Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung verbunden, der Ausgang der Einheit 1813 liefert das Schaltsignal 1816 für den Schalter 1812.
Eine Zeitsteuerung 1805 wird von einem digitalen
Ansteuersignal 1811 parametrisiert , wobei je ein Ausgang der Zeitsteuerung 1805 das Signal 1814, das Signal 1815 und ein Signal 1817 zur Ansteuerung der Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung bereit stellt.
Der Ausgang des Schalters 1812 ist mit einer Ausgangsstufe 1806 umfassend einen Treiber 1807, den Laser 1808 sowie einer Versorgungsspannung 1809 für den Laser verbunden.
Die Schalter 1801 und 1804 in Fig.18 umfassen oder beschreiben je eine Sample-Hold-Stufe, als ein analoges Speicherglied, das eine Ausgangsspannung des
Digital/Analog-Wandlers 1802 für eine vorgegebene Zeitdauer (die insbesondere in Relation zu einer für die Darstellung eines einzelnen Bildpunkts benötigte Zeitdauer groß ist) zu speichern.
In Fig.18 sind zwei solche Sample-Hold-Stufen in Form der Schalter 1801 und 1804 vorgesehen. Entsprechend können mehrere Schalter bzw. Speicherstufen vorhanden sein.
Die Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung vergleicht einen Amplitudenwert eines aktuellen Bildpunkts mit einem Amplitudenwert eines nachfolgenden Bildpunkts. In Abhängigkeit der Amplitudendifferenz zwischen den in den Schaltern 1801 und 1804 gespeicherten Amplitudenwerten wird ein Umschaltzeitpunkt für den Schalter 1812 ermittelt.
Der Schalter 1812 schaltet zwischen den an den Schaltern 1801 und 1804 anliegenden Signalen um und leitet das durchgeschaltete Signal an die Ausgangsstufe 1806 weiter.
Die Schalter 1801 und 1804 werden von der Zeitsteuerung 1805 (die insbesondere als eine digitale Verarbeitungsstufe ausgeführt ist) über die Signale 1814 und 1815 angesteuert. Die Zeitsteuerung 1805 wird insbesondere mittels der digitalen Schnittstelle des bildgebenden Systems parametrisiert . Hierbei umfasst die Parametrisierung insbesondere eine Vorgabe bestimmter Systemeigenschaften, z.B. eine ermittelte Flankensteilheit.
Die Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung schaltet mittels des Signals 1816 den Schalter 1812 entsprechend den in den Schaltern 1801 und 1804 gespeicherten Spannungswerten um und erhält Steuersignale 1817 von der Zeitsteuerung 1805.
Fig.19 zeigt ein zu Fig.18 gehöriges Zeitdiagramm basierend auf der Projektion eines Schachbrettmusters gemäß Fig.4.
Unmittelbar vor dem Beginn einer für einen nachfolgenden Bildpunkt n-2 erforderlichen Zeitdauer Tp wird der Schalter 1804 geschlossen. Dies ist durch einen Puls 1901 des Signals 1815 zur Ansteuerung des Schalters 1804 dargestellt.
Damit liegt die Information betreffend die Amplitude des Bildpunkts n-2 vor und kann mittels des Schalters 1812 an die Ausgangsstufe 1806 weitergeleitet werden.
Spätestens zu einem Zeitpunkt
Ti=Tp-tc
wird die Bildinformation des Bildpunkts n-1 zwischengespeichert anhand der Sample-Hold-Stufe des Schalters 1801.
Somit stehen der Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung zum Zeitpunkt Ti Informationen betreffend die Amplitude des aktuellen Bildpunkts n-2 sowie die Amplitude des nachfolgenden Bildpunkts n-1 zur Verfügung. Damit kann die Einheit 1813 zur Kontrastverbesserung bei bekannter
Flankensteilheit einen Umschaltzeitpunkt für den Schalter 1812 ermitteln. Hierdurch wird effizient ein Effekt des Verwaschens zwischen einzelnen Bildpunkten kompensiert und somit der Kontrast zwischen Bildpunkten unterschiedlicher Helligkeiten stark verbessert.
Eine Abschätzung der Zeitdauer tc kann in erster Nährung mit der Annahme erfolgen, dass der Anstieg des Stromes iLaser bei sprunghafter Änderung des Eingangssignals Ui linear über die Zeit ist. Damit gilt näherungsweise:
,
wobei I eine Intensität und trf eine für einen Flankenanstieg oder -abfall benötigte Zeit bezeichnen.
Für den Fall, dass der nachfolgende Bildpunkt n-1 eine höheren Modulationsstrom benötigt als der aktuelle Bildpunkt n-2 folgt vorzugsweise
tc = Q.
Das bedeutet, dass nur dann der Zeitbereich eines Bildpunkts angepasst wird, wenn zwei benachbarte Bildpunkte einen Helligkeitsunterschied aufweisen. Dieses Vorgehen dient der Erhöhung des Wirkungsgrads bzw. der Bildhelligkeit.
Fig.20 zeigt ein zu Fig.18 gehöriges Zeitdiagramm basierend auf der Projektion unterschiedlicher heller Bildpunkte.
Insbesondere weist ein Bildpunkt n-1 eine gegenüber einem Bildpunkt n-2 nur leicht reduzierte Helligkeit auf.
Die steigenden Flanken der Signale 1814 und 1815 dienen der zeitlichen Synchronisierung mit dem Basistakt. Das Signal 1816 entspricht wiederum vorzugsweise einem durch Verzögerungsglieder manipulierten Signal.
Die Zeitdifferenz zwischen der steigenden Flanke des Signals 1815 und der steigenden Flanke des Signals 1816 als auch zwischen der steigenden Flanke des Signals 1814 und der fallenden Flanke des Signals 1816 hängt von der Bildinformation der aufeinander folgenden Bildpunkte je nach Farbe ab.
Nachfolgend wird beispielhaft ein Überganges von dem Bildpunkt n-2 zu dem Bildpunkt n-1 betrachtet.
Im deutlichsten Fall entspricht der Amplitudenunterschied zwischen zwei zeitlich aufeinander folgenden Bildpunkten der maximalen Dynamik der Ausgangsstufe 1806. Da angenommen werden kann, dass die parasitären Kapazitäten der Laserdiode mittels eines konstanten Stromes ∑Laser umgeladen werden, ergeben sich Flanken endlicher Steilheit für einen Querstrom durch die Laserdiode. Diese maximale Anstiegsbzw. Abfallzeit entspricht einer Zeitdauer tr zwischen der steigenden Flanke des Signals 1814 und der fallenden Flanke des Signals 1816. Die maximale Anstiegs- bzw. Abfallzeit ist vorzugsweise dem System bekannt.
Die Zeitdauer tc zeigt an, wie lange das Ausgangssignal ∑Laser benötigt, um die Amplitudendifferenz zwischen benachbarten Bildpunkten auf- bzw. abzubauen. Die Zeitdifferenz zwischen der steigenden Flanke des Signals 1814 und der fallenden Flanke des Signals 1816 ergibt sich damit zu:
At = tr- tc
Im Falle der maximalen Amplitudendifferenz zwischen den benachbarten Bildpunkten ist diese Zeitdifferenz Δt=0. Dieser Zusammenhang ist in Fig.20 in dem Übergang von dem Bildpunkt n zu dem Bildpunkt n+1 gezeigt.
Somit kann Zeitdauer tr auch als ein Zeitpuffer betrachtet werden, der je nach Amplitudendifferenz abgebaut wird.
Insbesondere gibt es somit einen Zusammenhang zwischen der Zeitdauer tc und der Amplitudendifferenz, so dass die Zeitdauer tc bei jedem Übergang zwischen von einem Bildpunkt auf den nächsten Bildpunkt von der Elektronik neu berechnet wird. Vorzugweise findet dies in Echtzeit statt.
Entsprechend zu den obigen Ausführungen betreffend den Zusammenhang zwischen den Signalen 1816 und 1814 lässt sich der Zusammenhang zwischen den Signalen 1815 und 1816 beschreiben .
Eine alternative Ausgestaltung zur Ansteuerung eines Lasers 2112 mittels einer Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung ist in Fig.21 dargestellt.
Fig.21 zeigt zwei Digital/Analog-Wandler 2101 und 2102, die jeweils mit digitalen Bilddaten 2104 und 2105 beaufschlagt werden. Ein Umschalter 2108 schaltet zwischen den analogen Ausgängen der Digital/Analog-Wandler 2101 bzw. 2102 um und verbindet das jeweils durchgeschaltete Analogsignal mit einer Ausgangsstufe 2110.
Die Ausgangsstufe 2110 umfasst einen Treiber 2111, den Laser 2112 sowie eine Versorgungsspannung 2113 für den Laser .
Weiterhin ist eine Zeitsteuerung 2103 vorgesehen, die von einem digitalen Signal 2106 parametrisiert wird, wobei ein Ausgang der Zeitsteuerung 2103 ein Signal für die Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung bereit stellt. Die Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung umfasst zwei Eingänge, von denen je einer mit dem Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 2101 bzw. 2102 verbunden sind. Der Ausgang der Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung liefert ein Signal zur Ansteuerung des Schalters 2108.
Ein Vorteil der Schaltung gemäß Fig.21 besteht darin, dass die Schalter 1801 und 1804 gemäß Fig.18 entfallen können, da die Amplitudenwerte benachbarter Bildpunkte von je einem Digital/Analog-Wandler 2101 und 2102 bereitgestellt und über einen vorgegebenen Zeitraum gehalten werden.
Hierbei ist von Vorteil, dass sich eine maximal notwendige Verarbeitungsgeschwindigkeit für jeden der Digital/Analog- Wandler 2101 und 2102 gegenüber dem Digital/Analog-Wandler 1802 von Fig.18 reduziert, da für die Digital/Analog- Wandler 2101 und 2102 ein Zeitraum von
2 • Tp - tc
zur Verfügung steht, um die Konvertierung vorzunehmen.
Wie vorstehend im Zusammenhang mit Fig.18 und Fig.19 erläutert wurde, erfolgt das Umschalten des Schalters 2108 (Schalter 1812 in Fig.18) nicht synchron zu dem Pixeltakt.
Fig.22 zeigt ein zu Fig.21 gehöriges Zeitdiagramm. In der Zeitsteuerung 2103 erfolgt eine Verdopplung des sich ändernden Pixeltakts. Diese Frequenzerhöhung erfolgt bevorzugt elektronisch mittels eines flankengetriggerten Flipflops, das selektiv auf die fallende als auch die steigende Flanke des Eingangstaktes mit einer Zustandsänderung reagiert.
Zur vereinfachten Darstellung ist in Fig.22 der Pixeltakt als konstant dargestellt. Insbesondere können zur Vereinfachung auch lediglich die fallenden Flanken des verdoppelten Pixeltakts als Zeitbasis herangezogen werden. Die von der Einheit 2107 zur Kontrastverbesserung ermittelte Amplitudendifferenz wird durch eine analoge Schaltung in eine Verzögerung des verdoppelten Pixeltakts umgesetzt (siehe Signal 2201 in Fig.22) .
Durch eine Kombination des Originalsignals sowie des Signals 2201 durch Logikgatter ergibt sich ein flankenselektiver Puls.
Eine Stufe, die flankenselektiv Pulse mit bestimmter Breite erzeugt, ist in Fig.11 und Fig.12 dargestellt.
Die Breite des generierten Pulses entspricht dabei der Verzögerung Δt bzw. dem Laufzeitunterschied der beiden Signalleitungen, die in den Logikgatter (NAND oder NOR) enden. Damit stehen zwei Flanken als Bezug zur Verfügung: Die steigende Flanke des verdoppelten Pixeltaktes und die fallende Flanke des Ausgangssignals der erläuterten Verzögerungsschaltung. Beide führen zu einem Umschalten des Schalters 2108 in Fig.21 bzw. des Schalters 1812 in Fig.18. Somit kann erfolgreiche eine digitale Ansteuerung durchgeführt werden.
KOMBINATION: VERBESSERUNG DER RÄUMLICHEN ZORDNUNG SOWIE VERBESSERUNG DES KONTRASTS
Die vorstehend ausgeführten Ansätze können vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
Beispielsweise kann der Kontrast durch die Funktionalität der vorstehend beschriebenen Einheiten zur Verbesserung der räumlichen Zuordnung erhöht werden, die vorzugsweise von der Zeitsteuerung angesteuert wird und ihrerseits einen Schalter (Umschalter) ansteuert. Die räumliche Zuordnung wird wie beschrieben durch das parametrisierte Schließen mindestens eines Schalters und der damit verbundenen mindestens einen Sample-Hold-Stufe ermöglicht.
Entsprechend kann ein Zuordnungsfehler auch in der Zeitsteuerung kompensiert werden.
KOMPENSATION VON MONTAGEUNGENAUIGKEITEN
Fig.10 stellt eine mögliche Lösung für die räumliche Zuordnung von Bildpunkten dar. Wird die Parametrisierung der Zeitsteuerung 1005 entsprechend vorgegeben, so ergibt sich eine entsprechende Vorverzerrung des projizierten Bildes.
Durch diese Vorverzerrung kann einer Montageungenauigkeit der Optiken oder des Lasers in einem Subpixelbereich (d.h. in einem Bereich der kleiner als ein Bildpunkt ist) zumindest teilweise kompensiert werden.
Wirkt sich z.B. der Montagefehler auf der Projektionsebene derart aus, dass die jeweils ausgeleuchteten Bildbereiche der einzelnen Laser um nicht mehr als einen Bildpunkt unterscheiden, kann die Bildinformation der digitalen Quelle mittels Verzögerungen der einzelnen Laserquellen zueinander so vorverarbeitet werden, dass der Fehler kompensiert wird (d.h. der Bildpunkt wird durch die Elektronik entsprechend richtig auf der Projektionsebene abgebildet) .
Weitere Vorteile:
Die hier vorgestellten Ansätze ermöglichen eine Entkopplung der Datenschnittstelle und der Wandlungsrate des Digital/Analog-Wandlers von den hohen zeitlichen Anforderungen an die Amplitudenmodulation der jeweiligen Lichtquelle, insbesondere des Lasers.
Der Ansatz erlaubt die Bereitstellung eines Laserprojektionssystem auf Basis des "Flying-Spot"-
Verfahrens bei verbesserter Bildqualität, da Bildpunkte mit hoher zeitlicher Auflösung und damit hoher Ortsauflösung bei geringem Fehler dargestellt werden können.
Ein weiterer Vorteil ist die einfachere und günstigere technische Realisierbarkeit der Digital/Analog-Wandler und verminderte Anforderungen an die Schnittstellen der bildgebenden System, da keine zeitliche Quantisierungen der kürzesten Bildpunkte und damit keine Vervielfachung der Verarbeitungsgeschwindigkeit benötigt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die erforderliche Verzögerung nicht farbspezifisch realisiert werden muss und demzufolge die einzelnen Verzögerungsstufen der drei Farben über eine Schnittstelle mit geringer Bitbreite parametrisiert werden können.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Verzögerung separat pro Farbe ausgeführt ist, so dass beispielsweise die Ungenauigkeit der Montage der jeweiligen Lichtquellen durch entsprechende Manipulation des Zeitmultiplex- Verfahrens kompensiert werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch bei einer relativ ausgeprägten Einfluss der Flankensteilheit ein hoher Kontrast erreichbar ist. Dadurch sinken die Anforderungen an die analoge Elektronik für kurze Schaltzeiten und dementsprechend steile Flanken. Weiterhin vermindern sich die Anforderungen an die Technologie der analogen Treiberschaltung, die den Modulationsstrom bereitstellt . Bezugszeichenliste :
101 rote Lichtquelle
102 blaue Lichtquelle 103 grüne Lichtquelle
104 Umlenkspiegel
105 Umlenkspiegel
106 Umlenkspiegel
107 Mikrospiegel, insbesondere zweidimensionaler resonanter Mikrospiegel
108 Bildebene
109 Strahlenverlauf des Projektionsstrahls in der Bildebene
110 gemeinsamer Strahl, Projektionsstrahl
201 Kurve zur Darstellung von Scanzeitbereichen für eine Spalte je Bildpunkt in Sekunden in Abhängigkeit von einer Position des jeweiligen Bildpunkts 202 Kurve zur Darstellung von Scanzeitbereichen für eine Zeile je Bildpunkt in Sekunden in Abhängigkeit von einer Position des jeweiligen Bildpunkts
501 Ansteuerspannung für Laser 502 Laserstrom
503 Einschaltverzögerung
504 Ausschaltverzögerung
505 Einschaltverzögerung
506 Ausschaltverzögerung
601 Digital/Analog-Wandler (DAC)
602 Treiber
603 Laser
604 Versorgungsspannung (VDD) 605 digitales Signal
701 Digital/Analog-Wandler (DAC) 702 Treiber
703 Laser
704 Versorgungsspannung (VDD)
705 digitales Signal
706 Verzögerungsstufe
1001 Verzögerungsstufe
1002 Digital/Analog-Wandler
1004 Schalters (mit Sample-Hold-Stufe;
1005 ZeitSteuerung
1006 Ausgangsstufe
1007 Treiber
1008 Laser
1009 VersorgungsSpannung
1010 digitales Signal
1011 Ansteuersignal
1101 Verzögerungsstufe
1102 Inverter
1103 NAND-Gatter
1104 Verzögerungsstufe
1105 Inverter
1106 NOR-Gatter
1301 Pixeltakt
1302 Steuersignals (Steuerparameter)
1303 Block gemäß Fig.11
1304 Signal am Ausgang des NAND-Gatters
1305 Signal am Ausgang des NOR-Gatters 1306 Einheit zur Pulserzeugung (Pulsgenerator)
1307 Inverter
1308 NAND-Gatter
1309 Inverter
1310 NOR-Gatter 1311 Inverter
1312 Signal am Ausgang des Inverters 1311
1313 Signal am Ausgang des NOR-Gatters 1310 1314 Flipflop (RS-Flipflop)
1315 Ansteuersignal
1701 Kurvenverlauf für Kontrast mit Kompensation in Abhängigkeit von einer Anstiegs- bzw. Abfallzeit einer Flanke
1702 Kurvenverlauf für Kontrast ohne Kompensation in Abhängigkeit von einer Anstiegs- bzw. Abfallzeit einer Flanke 1703 Kurvenverlauf für Kontrastsverhältnisses mit
Kompensation in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke
1704 Kurvenverlauf für Kontrastsverhältnisses ohne Kompensation in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke
1705 Kurvenverlauf für Energie- und somit Helligkeitsverlust durch die Kompensation der nichtidealen Flanke in Abhängigkeit von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Flanke
1801 Schalter (mit Sample-Hold-Stufe)
1802 Digital/Analog-Wandler
1804 Schalter (mit Sample-Hold-Stufe)
1805 Zeitsteuerung 1806 Ausgangsstufe
1807 Treiber
1808 Laser
1809 Versorgungsspannung
1810 digitales Signal (mit n Bit Breite) 1811 digitales Ansteuersignal
1812 Schalter (Umschalter)
1813 Einheit zur Kontrastverbesserung
1814 Signal zum Triggern der Sample-Hold-Stufe in Schalter 1801 1815 Signal zum Triggern der Sample-Hold-Stufe in
Schalter 1804 1816 Schaltsignal zum Umschalten des Schalters 1812 1817 Signal zur Ansteuerung der Einheit zur Kontrastverbesserung 1813
1901 Puls
2101 Digital/Analog-Wandler
2102 Digital/Analog-Wandler
2103 Zeitsteuerung
2104 digitale Bilddaten 2105 digitale Bilddaten
2106 digitales Signal (zur Parametrisierung er Zeitsteuerung 2103)
2107 Einheit zur Kontrastverbesserung
2108 Umschalter 2110 Ausgangsstufe
2111 Treiber
2112 Laser
2113 Versorgungsspannung
2201 Verzögerungssignal

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Projizieren mindestens eines Lichtstrahls — bei dem zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird abhängig von einem Ort der Projektion des jeweiligen Bildpunkts.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem mindestens ein Digital/Analog-Wandler zur Ansteuerung des mindestens einen Lichtstrahls eingesetzt wird,
- bei dem der Digital/Analog-Wandler mit einem Basistakt betrieben wird,
- bei dem zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird, indem anhand des Basistakts ein Pixeltakt ermittelt wird, wobei basierend auf dem Pixeltakt die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Pixeltakt einem ganzzahligen Vielfachen des Basistakts entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Haltedauer mittels einer Verzögerungsstufe einstellbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Verzögerungsstufe mittels eines Ansteuersignals, insbesondere eines digitalen Ansteuersignals, angesteuert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die
Verzögerungsstufe eine Sample-Hold-Stufe und eine Zeitsteuerung umfasst, wobei die Zeitsteuerung anhand des Ansteuersignals die Sample-Hold-Stufe steuert.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information verändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die erste Information des Bildpunkts während der Zeitdauer für die Projektion des Bildpunkts verändert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die erste Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit zur Darstellung des Bildpunkts umfasst.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die zweite Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit mindestens eines nachfolgenden Bildpunkts umfasst .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die erste Information des Bildpunkts verändert wird derart, dass die zweite Information erreicht wird im wesentlichen mit Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts eines der folgenden Kriterien umfasst: - mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts; - im wesentlichen mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen der für den Bildpunkts vorgegebenen räumlichen Ausdehnung.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem ein Speicher für mindestens einen Bildpunkt vorgesehen ist zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Speicher zwei abwechselnd angesteuerte Sample-Hold-Stufen umfasst.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, bei dem mindestens zwei Digital/Analog-Wandler vorgesehen sind, die abwechselnd den Lichtstrahl ansteuern, zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, bei dem die erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information verändert wird, indem eine für die abfallende Flanke notwendige Abfallzeit von einer Dauer des Bildpunkts im wesentlichen am Ende des Bildpunkts abgezogen wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Lichtstrahl derart parametrisiert wird, dass ein Abbildungsfehler kompensiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Haltedauer für jeden mindestens einen Lichtstrahl so eingestellt wird, dass jeder mindestens eine Lichtstrahl in einen Bereich projiziert wird, der dem jeweils zugehörigen Bildpunkt entspricht.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Lichtstrahl mittels einer umlenkenden Projektionseinrichtung örtlich abgelenkt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die umlenkende Projektionseinrichtung einen Mikrospiegel, insbesondere einen zweidimensionalen resonanten Mikrospiegel, umfasst.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Lichtstrahl aus mindestens einer Lichtquelle zusammengesetzt ist.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die mindestens eine Lichtquelle mindestens einen Laser, insbesondere mindestens eine Laserdiode, umfasst.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und einem grünen Laser zusammengesetzt ist.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und zwei grünen Lasern zusammengesetzt ist.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Lichtstrahl mittels eines Flying-Spot-Verfahrens projiziert wird.
27. Vorrichtung zur Projektion mindestens eines
Lichtstrahls umfassend eine Prozessoreinheit und/oder eine festverdrahtete Schaltungsanordnung und/oder eine freiprogrammierbare Logik, die derart eingerichtet ist, dass das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführbar ist.
28. Vorrichtung zur Projektion mindestens eines Lichtstrahls umfassend eine Verzögerungsstufe anhand derer zumindest teilweise eine Haltedauer für mindestens einen Bildpunkt gegenüber mindestens einem weiteren Bildpunkt verlängerbar ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt anhand der Verzögerungsstufe verlängerbar ist abhängig von einem Ort der Projektion des jeweiligen Bildpunkts.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29 umfassend einen Digital/Analog-Wandler zur Ansteuerung des mindestens einen Lichtstrahls,
- bei der der Digital/Analog-Wandler mit einem Basistakt betreibbar ist,
- bei der zumindest teilweise die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängerbar ist, indem anhand des Basistakts ein Pixeltakt bestimmbar ist, wobei basierend auf dem Pixeltakt die Haltedauer für den mindestens einen Bildpunkt verlängerbar ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der der Pixeltakt einem ganzzahligen Vielfachen des Basistakts entspricht .
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 31, bei der die Verzögerungsstufe mittels eines
Ansteuersignals, insbesondere eines digitalen Ansteuersignals, ansteuerbar ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, bei der die
Verzögerungsstufe eine Sample-Hold-Stufe und eine Zeitsteuerung umfasst, wobei die Zeitsteuerung anhand des Ansteuersignals die Sample-Hold-Stufe steuert.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 33, umfassend eine Einheit zur Kontrastverbesserung, bei der eine erste Information des Bildpunkts in
Abhängigkeit von einer zweiten Information veränderbar ist .
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, bei der die erste Information des Bildpunkts während der Zeitdauer für die Projektion des Bildpunkts veränderbar ist.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 oder 35, bei der die erste Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit zur Darstellung des Bildpunkts umfasst.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, bei der die zweite Information eine Amplitude und/oder eine Helligkeit mindestens eines nachfolgenden Bildpunkts umfasst.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 37, bei der die erste Information des Bildpunkts veränderbar ist derart, dass die zweite Information erreicht wird im wesentlichen mit Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, bei der das Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts eines der folgenden Kriterien umfasst:
- mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen des mindestens einen nachfolgenden Bildpunkts; - im wesentlichen mit, kurz vor oder kurz nach Erreichen der für den Bildpunkts vorgegebenen räumlichen Ausdehnung.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 39, bei der ein Speicher für mindestens einen Bildpunkt vorgesehen ist zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, bei der der Speicher zwei abwechselnd angesteuerte Sample-Hold-Stufen umfasst .
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 41, bei der mindestens zwei Digital/Analog-Wandler vorgesehen sind, die abwechselnd den Lichtstrahl ansteuern, zum Vergleich der ersten Information des Bildpunkts mit der zweiten Information.
43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 42, bei der die erste Information des Bildpunkts in Abhängigkeit von einer zweiten Information veränderbar ist, indem eine für die abfallende Flanke notwendige Abfallzeit von einer Dauer des Bildpunkts im wesentlichen am Ende des Bildpunkts abgezogen wird.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 43, bei der der mindestens eine Lichtstrahl derart parametrisierbar ist, so dass ein Abbildungsfehler kompensiert wird.
45. Vorrichtung nach Anspruch 44, bei der die Haltedauer für jeden mindestens einen Lichtstrahl anhand der Verzögerungsstufe derart eingestellt ist, dass jeder mindestens eine Lichtstrahl in einen Bereich projiziert wird, der dem jeweils zugehörigen Bildpunkt entspricht .
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 45, bei der eine umlenkende Projektionseinrichtung vorgesehen ist, die den mindestens einen Lichtstrahl örtlich abgelenkt.
47. Vorrichtung nach Anspruch 46, bei der die umlenkende Projektionseinrichtung einen Mikrospiegel, insbesondere einen zweidimensionalen resonanten Mikrospiegel, umfasst.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 47, bei der der mindestens eine Lichtstrahl aus mindestens einer Lichtquelle zusammengesetzt ist.
49. Vorrichtung nach Anspruch 48, bei der die mindestens eine Lichtquelle mindestens einen Laser, insbesondere mindestens eine Laserdiode, umfasst.
50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 49, bei der der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und einem grünen Laser zusammengesetzt ist .
51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 50, bei der der Lichtstrahl aus einem roten Laser, einem blauen Laser und zwei grünen Lasern zusammengesetzt ist.
52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 51, die den mindestens einen Lichtstrahl mittels eines Flying- Spot-Verfahrens projiziert.
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