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WO2009003510A1 - Lens for laser projection - Google Patents

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WO2009003510A1
WO2009003510A1 PCT/EP2007/056576 EP2007056576W WO2009003510A1 WO 2009003510 A1 WO2009003510 A1 WO 2009003510A1 EP 2007056576 W EP2007056576 W EP 2007056576W WO 2009003510 A1 WO2009003510 A1 WO 2009003510A1
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WO
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projection system
mirror
projection
lens
distortion
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/056576
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German (de)
French (fr)
Inventor
Henning Rehn
Oliver Drumm
Original Assignee
Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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Publication date
Application filed by Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung filed Critical Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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Priority to TW097124119A priority patent/TW200909975A/en
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
    • G02B27/0031Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration for scanning purposes
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/16Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use in conjunction with image converters or intensifiers, or for use with projectors, e.g. objectives for projection TV

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for correcting nonlinearities arising from movements of light deflecting devices, in particular the variable speed of a projected onto a screen spot, laser projection systems, and a projection system, in particular a Laserpro ⁇ jetechnischssystem with such a device.
  • the projection beam generated by the laser must be moved at a very high speed on the projection plane to produce the image.
  • a rapidly rotating polygonal mirror for the Zeilenab ⁇ steering and an oscillating mirror for the horizontal Ablen ⁇ effect is used for example.
  • the power of the lasers at the reversal points, ie toward the edge of the image, is reduced in relation to the value in the center of the image. Because of this dimming of the order ⁇ periodic points a light loss of up to 60% is produced.
  • DE 10 2004 027 674A1 proposes to compensate for the non-linearities of the mirror oscillations by correspondingly adapting the time span during which the energy used for the representation of a pixel is emitted.
  • Kings ⁇ NEN example be adjusted when using a pulsed La ⁇ serstrahls the time intervals between the pulses. Since one pixel is generated from a plurality of pulses, its brightness can be controlled by the number of pulses generated by the pixels.
  • the object of the present invention is, therefore, an on ⁇ direction and provide a method by which the efficiency of a laser projection system is increased by reducing dimming losses.
  • This object is achieved by an apparatus and a method for compensating at least one nonlinearities ty which result from movement of a Lichtablenkeinrich-, in particular at a vibration of at least one deflection mirror in a laser projection system is formed, - in particular from variations in a Spotge ⁇ speed of a projection - wherein the pre ⁇ direction, a lens system having at least one lens comprises up, which provides a distortion that compensates for the nonlinearity, and a projection system comprising such a device.
  • the inventive Upstream of Linsensys ⁇ tems - that a lens - between the mirror and process jekomsebene can be achieved that the distortion of the lens system, the speed fluctuations of a spot completely or partially eliminated.
  • acts so the distortion, that the amount of Ge ⁇ speed of the image projected on a screen spots is constant or at least minor variations on ⁇ has, as in the prior art.
  • temporally equidistant pixels are generated, so that even with variable mirror speed and constant laser power have the same brightness on ⁇ by the laser pixels generated.
  • the lens system can consist of a single lens, but is advantageously made up of several lenses.
  • cylindrical lenses can also be used.
  • the distortion of the image is tuned to the greater of the angular amplitudes.
  • the mirror itself is preferably a micromirror oscillating in two axes, which may preferably have a size of 0.5 mm to 1.5 mm.
  • the distortion along one direction of the spot movement may be provided by means of the lens system while along the other axis the varying pixel brightness is compensated electronically as in the prior art, ie by reducing the laser power at the image edge.
  • This has the advantage that the rapid movement of the lens system is corrected, in particular at different velocities along the axes ⁇ union, while along the slow moving direction of the light intensity is dimmed. This can increase the efficiency the light output can be increased by more than 20%.
  • a cylinder lens system can be used.
  • the lens system provides a positive or negative angular magnification.
  • a higher total luminous flux can be permitted because they ultimately relate to the maximum luminance in the projection system and reduce the luminance at the same luminous flux compared to the original double angle amplitude of the mirror oscillation by imaging enlarged projection angles.
  • laser projection systems comprising a plurality of laser sources of different wavelength.
  • Such laser projection systems can be designed as individual devices or in mobile phones, digital cameras, Embedded camcorder, PDA or multimedia playback devices.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a temporal
  • 3 is a schematic representation of a preferred embodiment of the invention according Kom ⁇ compensation of the variable spot speed leading distortion for different Winkelampli- tuden the mirror oscillation; 4 shows a schematic representation of the image projected onto a screen without an objective and with an objective providing the distortion according to the invention;
  • Fig. 5 shows a first, particularly preferred mattersbei ⁇ game for an inventive lens system for monochromatic laser light
  • Fig. 6 is a schematic representation of the distortion provided by the lens system shown in Fig. 5;
  • Figure 7 shows a second, particularly preferredWhensbei ⁇ play of the lens system according to the invention for a laser projection system with three laser wavelengths.
  • FIG. 8 A schematic representation of the distortion provided by the lens system shown in FIG. 7.
  • the laser light ⁇ bundle used for the formation of the image is deflected by moving mirrors.
  • the image content is displayed on the screen in that the laser power is modulated by the image information corresponding to the current spot position.
  • the mirror is usually harmonic Vibrations offset.
  • the vibration used most frequently is a sine wave, which causes a movement of the spot on the screen, which can be expressed mathematically ⁇ table (such calculations are for a sinusoidal oscillation in a similar manner mög ⁇ Lich).
  • ⁇ m ⁇ n ⁇ t (1) causes an angular velocity of the mirror of
  • Fig. 1 shows such an attenuated laser output signal for an image constant brightness, the Ablenkspie- gel vibrations in two directions executes each with a different period, and wherein the Abschcie ⁇ deviations of the laser output signal is to be seen in accordance with the Spie ⁇ gelamba.
  • Fig. 2 shows the resulting light losses as a function of the angular amplitude of the mirror oscillation for conventional dimmed laser projectors, wherein on the x-axis, the angle amplitude in ° and on the y-axis, the loss in% are. Since mirrors with Winkelamplitu ⁇ can be realized only with great difficulty to over 10 ° in the present state of the art, the minimum occurring at RESIZE ⁇ ßeren angles can hardly be achieved; the dimming losses will therefore be on the order of 60%.
  • a device in particular a lens system of at least one lens is introduced Inventions according to the scanning mirror, which provides a distortion that kom ⁇ compensated variable spot velocity due to the mirror oscillation.
  • the spot can be reached on the screen.
  • FIG. 3 schematically shows the course of the distortion for different angular amplitudes of the mirror oscillation, wherein the distortion in% and on the y axis are shown on the x-axis.
  • Axis of the angle to the optical axis of the lens is plotted in °.
  • the graphs 2, 4, 6 show in comparison the distortions for three different angular amplitudes; wherein the graph 2 shows the course of the distortion for a mirror with an angular amplitude of 10 °, graph 4 for a mirror with an angular amplitude of 15 ° and graph 6 for a mirror with an angular amplitude of 20 °.
  • information about desired and actual coordinates of the projected pixels can be stored in suitable form in a corresponding electronic device and the instantaneous deflections of the mirror can be incorporated in real time.
  • the same electronic device can then take over the compensation of a remaining color in the lens design transverse chromatic aberration; Transformations of the image usually implemented in projectors such as keystone correction, mirroring and the correction of the image flying-spot projection typical distortion ("bow”) can also be located here.
  • the electronic device can be designed to provide a difference between existing and optimum distortion for pixels outside the oscillation direction corrected by the device according to the invention.
  • the electronic device may contain pre-vomit ⁇ -assured information on the optical properties of the projection system and advantageously be Kings ⁇ nen also include real-time data for the elongation of the mirror vibration.
  • lens design itself is the one aberrationsbe- bordered spot size, ie, the waist or the Laserbün ⁇ del interpret on the screen so that it is slightly smaller than the theoretical pixel size at the desired on ⁇ solution of the projection system.
  • the depth of field of the projection is not significantly reduced in comparison with the case of a laser beam guided onto the screen without an objective lens.
  • Color cross errors can be permitted within certain limits and be compensated electronically by taking into account the information about the corresponding positional deviation on the screen during the conversion of the image information into the laser current.
  • FIG. 4 schematically shows the image regions illuminated on a projection surface, for: a generated image without device 8 according to the invention, a generated image with device 10 according to the invention, region 12 indicating the then usable rectangular region. Due to the cushion-shaped distortion, which depends on the distance from the optical axis, unusable corners 14, which have to be blanked out electronically, are produced. Despite this blanking, nevertheless, a light gain of approximately 10% compared with the prior art can be achieved with the device according to the invention.
  • cylindrical lens systems can also be used; for example, the movement of the spot for the fast axis, ie the horizontal deflection, and the nonlinearity along the other axis as in the prior art, can be compensated by dimming the laser at the edge of the image. In this case, the light losses Betra ⁇ gen half of what you would have without taking Whether ⁇ objectively accepted.
  • Fig. 5 shows an advantageous embodiment of the lens system according to the invention, which is designed for monochromatic light, ie a laser wavelength.
  • the distortion shown schematically in Fig. 6 for monochromatic laser radiation at a Wel ⁇ lenulate of 540 nm and a maximum angle of the scan mirror of 10 ° and a projection distance of 1 m.
  • the lens system is designed so that the spot size but ⁇ rations myselfe is smaller than the nominal Pi ⁇ xel suspend at VGA resolution, so that there are in the final composed image no uncertainty contributions due to a crosstalk of the pixel information.
  • Fig. 7 shows a particularly preferredandsbei ⁇ game of the lens system according to the invention for a laser projection system with three laser wavelengths that emit light in the range of 450 nm, 540 nm and 640 nm.
  • the assumed tilt angle of the scanner mirror is in the ⁇ sem illustrated embodiment 5 ° and the projection distance is again 1 m.
  • the exemplary embodiment shown here can be used, for example, for television sets.
  • the distortion provided by the lens system in FIG. 7 is shown in FIG.
  • aberration-induced spot size is smaller than the pixel size, so that no additional blurring is introduced into the projected image.
  • an apparatus and a method for compensating for at least one non-linearity which is caused by a movement of a light deflecting device, in particular by a vibration of at least one deflecting mirror in a laser projection system, wherein the device comprises a lens system with at least one lens, the one Provides distortion compensating for the non-linearities and a projection system, in particular a laser projection system, with such a device.

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Abstract

The invention discloses an apparatus and a method for compensating for at least one non-linearity which arises as a result of movement of a light deflection device, particularly as a result of oscillation of at least one deflection mirror in a laser projection system, wherein the apparatus has a lens system having at least one lens which provides a distortion which compensates for the non-linearities, and also a projection system, particularly a laser projection system, having such an apparatus.

Description

Objektiv für Laserprojektion Lens for laser projection
Technisches GebietTechnical area
Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Korrektur von Nichtlinearitäten, die durch Bewegungen von Lichtablenkeinrichtungen, entstehen, insbesondere der variablen Geschwindigkeit eines auf einen Schirm projizierten Spots, bei Laserprojektionssystemen, sowie ein Projektionssystem, insbesondere ein Laserpro¬ jektionssystem, mit einer solchen Vorrichtung.The present invention relates to a device and a method for correcting nonlinearities arising from movements of light deflecting devices, in particular the variable speed of a projected onto a screen spot, laser projection systems, and a projection system, in particular a Laserpro ¬ jektionssystem with such a device.
Stand der TechnikState of the art
Bei Projektionssystemen, die zur Bilderzeugung einen Laser und eine Ablenkeinrichtung verwenden, muss der vom Laser erzeugte Projektionsstrahl mit einer sehr hohen Geschwindigkeit auf der Projektionsebene bewegt werden, um das Bild zu erzeugen. Dazu wird beispielsweise ein sich sehr schnell drehender Polygonspiegel für die Zeilenab¬ lenkung und ein Schwenkspiegel für die horizontale Ablen¬ kung verwendet. Es gibt jedoch auch in zwei Achsen schwingende (Mikro-) Spiegel, die den Einsatz zweier Spiegel unnötig machen. Um mittels eines solchen Spiegels ein Bild aufzubauen, wird dieser in eine harmonische Schwingung versetzt, die die entsprechende Ablenkung des Projektionsstrahls bewirkt.In projection systems using a laser and a deflector for imaging, the projection beam generated by the laser must be moved at a very high speed on the projection plane to produce the image. For this, a rapidly rotating polygonal mirror for the Zeilenab ¬ steering and an oscillating mirror for the horizontal Ablen ¬ effect is used for example. However, there are also vibrating (micro) mirrors in two axes, which make the use of two mirrors unnecessary. In order to build up an image by means of such a mirror, it is set in a harmonic oscillation, which causes the corresponding deflection of the projection beam.
Nachteilig daran ist jedoch, dass aufgrund der Schwin¬ gungsbewegung die Geschwindigkeit des Spots am Schirm ü- ber den Auslenkungsbereich nicht konstant ist. Dies führt dazu, dass im Randbereich des Bildes, d. h. an den Umkehrpunkten der Schwingungsbewegung, die Spotgeschwindig- keit langsamer ist, was dort bei konstanter Laserleistung in einer höheren Helligkeit resultieren würde.The disadvantage of this, however, is that due to the vibra ¬ movement movement, the speed of the spot on the screen over the deflection Ü is not constant. This leads to the fact that in the edge area of the image, ie at the reversal points of the oscillation movement, the spot velocity slower, which would result in a higher brightness at constant laser power.
Um ein gleichmäßig helles Bild zu erzeugen, wird nach dem Stand der Technik die Leistung der Laser an den Umkehr- punkten, d.h. zum Bildrand hin, gegenüber dem Wert in der Bildmitte verringert. Aufgrund dieses Dimmens an den Um¬ kehrpunkten entsteht ein Lichtverlust von bis zu 60%.In order to produce a uniformly bright image, according to the prior art, the power of the lasers at the reversal points, ie toward the edge of the image, is reduced in relation to the value in the center of the image. Because of this dimming of the order ¬ periodic points a light loss of up to 60% is produced.
Da die abgegebene Leistung von Lasern, insbesondere von Laserprojektoren, in der Regel aufgrund einer limitier- ten maximalen Leistung der zur Verfügung stehenden Laserquellen und auch der Anforderungen bezüglich der Augensicherheit begrenzt sein muss, ist es oft nicht möglich, einfach die Lichtintensität in der Bildmitte zu erhöhen, wodurch die mögliche Bildhelligkeit eines solchen Laser- projektionssystems limitiert ist.Since the power output of lasers, in particular of laser projectors, usually has to be limited due to a limited maximum power of the available laser sources and also the requirements regarding eye safety, it is often not possible to simply increase the light intensity in the center of the image increase, whereby the possible image brightness of such a laser projection system is limited.
Im Stand der Technik ist in der DE 10 2004 027 674Al vorgeschlagen, die Nichtlinearitäten der Spiegelschwingungen dadurch zu kompensieren, dass die Zeitspanne, während der die für die Darstellung eines Pixels verwendete Energie abgestrahlt wird, entsprechend angepasst wird. Dazu kön¬ nen beispielsweise bei der Verwendung eines gepulsten La¬ serstrahls die zeitlichen Abstände zwischen den Pulsen angepasst werden. Da ein Pixel aus einer Vielzahl von Pulsen erzeugt wird, kann über die Anzahl der den Pixel erzeugten Pulse dessen Helligkeit gesteuert werden.In the prior art, DE 10 2004 027 674A1 proposes to compensate for the non-linearities of the mirror oscillations by correspondingly adapting the time span during which the energy used for the representation of a pixel is emitted. For this purpose, Kings ¬ NEN example, be adjusted when using a pulsed La ¬ serstrahls the time intervals between the pulses. Since one pixel is generated from a plurality of pulses, its brightness can be controlled by the number of pulses generated by the pixels.
Nachteilig an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass eine komplexe Ansteuerung für den Laser nötig ist. Dies bedeutet einen erheblich erhöhten elektronischen Aufwand, der wiederum das gesamte Laserprojektionssystem verteu- ert . Zudem ist auch hierbei die mögliche Bildhelligkeit reduziert .A disadvantage of this prior art, however, is that a complex control for the laser is necessary. This means a considerably increased electronic effort, which in turn makes the entire laser projection system more expensive. ert. In addition, the possible image brightness is also reduced here.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe vorliegender Erfindung ist deshalb, eine Vor¬ richtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels derer durch Verringerung von Dimm-Verlusten die Effizienz eines Laserprojektionssystems erhöht wird.The object of the present invention is, therefore, an on ¬ direction and provide a method by which the efficiency of a laser projection system is increased by reducing dimming losses.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kompensieren mindestens einer Nichtlineari- tät, die durch eine Bewegung einer Lichtablenkeinrich- tung, insbesondere bei einer Schwingung von mindestens einem Ablenkspiegel, in einem Laserprojektionssystem, entsteht, - insbesondere von Variationen in einer Spotge¬ schwindigkeit an einer Projektionsfläche - wobei die Vor¬ richtung ein Linsensystem mit mindestens einer Linse auf- weist, die eine Verzeichnung bereitstellt, die die Nicht- linearität kompensiert, sowie ein Projektionssystem mit einer solchen Vorrichtung.This object is achieved by an apparatus and a method for compensating at least one nonlinearities ty which result from movement of a Lichtablenkeinrich-, in particular at a vibration of at least one deflection mirror in a laser projection system is formed, - in particular from variations in a Spotge ¬ speed of a projection - wherein the pre ¬ direction, a lens system having at least one lens comprises up, which provides a distortion that compensates for the nonlinearity, and a projection system comprising such a device.
Durch das erfindungsgemäße Vorschalten eines Linsensys¬ tems - also eines Objektivs - zwischen Spiegel und Pro- jektionsebene kann erreicht werden, dass die Verzeichnung des Linsensystems die Geschwindigkeitsschwankungen eines Spots ganz oder teilweise eliminiert. Erfindungsgemäß be¬ wirkt also die Verzeichnung, dass der Betrag der Ge¬ schwindigkeit des auf einem Schirm projizierten Spots konstant ist oder zumindest geringere Variationen auf¬ weist als beim Stand der Technik. Dadurch werden zeitlich äquidistante Pixel erzeugt, so dass auch bei variabler Spiegelgeschwindigkeit und konstanter Laserleistung die von dem Laser erzeugten Pixel die gleiche Helligkeit auf¬ weisen. Das Linsensystem kann aus einer einzigen Linse bestehen, ist jedoch vorteilhafterweise aus mehreren Linsen aufgebaut, Vorteilhafterweise können auch Zylinder- linsen zum Einsatz kommen.The inventive Upstream of Linsensys ¬ tems - that a lens - between the mirror and process jektionsebene can be achieved that the distortion of the lens system, the speed fluctuations of a spot completely or partially eliminated. According to the invention be ¬ acts so the distortion, that the amount of Ge ¬ speed of the image projected on a screen spots is constant or at least minor variations on ¬ has, as in the prior art. As a result, temporally equidistant pixels are generated, so that even with variable mirror speed and constant laser power have the same brightness on ¬ by the laser pixels generated. The lens system can consist of a single lens, but is advantageously made up of several lenses. Advantageously, cylindrical lenses can also be used.
Die Verwendung eines f-theta-Objektivs für ein Laserpro¬ jektionssystem ist in der DE 4 324 849 beschrieben, wobei jedoch dieses verzeichnungsfrei ausgelegt ist. Demgegen¬ über soll jedoch die hier vorgestellte Optik das Bild ge- zielt verzeichnen, um besagten Linearisierungseffekt be¬ reitzustellen .The use of an f-theta lens for a Laserpro ¬ jektionssystem is described in DE 4324849, but this distortion is designed. In contrast, ¬ but on targeted manner to the image recorded the presented optics to said linearization effect be ¬ riding determine.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem die Spiegelschwingung um eine erste und eine zweite Achse erfolgt, wobei die Winkelamplituden für die erste und zweite Achse unterschiedlich sein können, wird die Verzeichnung der Abbildung auf die größere der Winkelamplituden abgestimmt. Der Spiegel selbst ist vorzugsweise ein in zwei Achsen schwingender Mikrospiegel, der bevorzugt eine Größe von 0,5 mm bis 1,5 mm aufweisen kann.In a particularly preferred embodiment, in which the mirror oscillation takes place about a first and a second axis, wherein the angular amplitudes for the first and second axes may be different, the distortion of the image is tuned to the greater of the angular amplitudes. The mirror itself is preferably a micromirror oscillating in two axes, which may preferably have a size of 0.5 mm to 1.5 mm.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Verzeichnung entlang einer Richtung der Spotbewegung mittels des Linsensystems bereitgestellt werden, während entlang der anderen Achse die variierende Pixelhelligkeit wie beim Stand der Technik elektronisch, d.h. durch Ver- ringern der Laserleistung am Bildrand kompensiert wird. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere bei unterschied¬ lichen Geschwindigkeiten entlang der Achsen die schnelle Bewegungsrichtung mit dem Linsensystem korrigiert wird, während entlang der langsamen Bewegungsrichtung die Lichtintensität gedimmt wird. Dadurch kann die Effizienz der Lichtausbeute um mehr als 20% gesteigert werden. In diesem Fall kann vorteilhaft ein Zylinderlinsensystem verwendet werden.In another preferred embodiment, the distortion along one direction of the spot movement may be provided by means of the lens system while along the other axis the varying pixel brightness is compensated electronically as in the prior art, ie by reducing the laser power at the image edge. This has the advantage that the rapid movement of the lens system is corrected, in particular at different velocities along the axes ¬ union, while along the slow moving direction of the light intensity is dimmed. This can increase the efficiency the light output can be increased by more than 20%. In this case, advantageously, a cylinder lens system can be used.
Wird, wie ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt, ein ro- tationssymmetrisches Objektiv verwendet, muss berücksich¬ tigt werden, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Verzeichnung zunächst ein kissenförmiger Bereich projiziert wird. Um ein rechteckiges Bild zu erhalten, müssen die Ecken dieses Bereiches elektronisch ausgeblendet werden. Dies bedingt einen gewissen Lichtverlust, der jedoch von dem insgesamt erzielten Lichtgewinn übertroffen wird, so dass auch bei diesem Ausführungsbeispiel noch eine gegen¬ über dem Stand der Technik um mindestens 10% höhere Effi¬ zienz erreicht wird.If, as a further embodiment, showing a ro- used tationssymmetrisches lens, must be into account ¬ Untitled that due to the distortion of the present invention initially a pillow-shaped portion is projected. To get a rectangular image, the corners of this area must be hidden electronically. This causes a certain loss of light, which is however surpassed by the overall light gain achieved, so that even in this embodiment, an over ¬ over the prior art by at least 10% higher Effi ¬ ciency is achieved.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Linsensystem eine positive oder negative Winkelvergrößerung bereitstellt. Dadurch kann im Hinblick auf die Anforderungen der Augensicherheit insgesamt ein höherer Lichtstrom zugelassen werden, weil diese sich letztendlich auf die maximale Leuchtdichte im Projektionssystem beziehen und ein gegenüber der ursprünglichen doppelten Winkelamplitude der Spiegelschwingung durch die Abbildung vergrößerter Projektionswinkel die Leuchtdichte bei gleichem Lichtstrom reduziert .It is particularly advantageous if the lens system provides a positive or negative angular magnification. As a result, with regard to the requirements of eye safety, a higher total luminous flux can be permitted because they ultimately relate to the maximum luminance in the projection system and reduce the luminance at the same luminous flux compared to the original double angle amplitude of the mirror oscillation by imaging enlarged projection angles.
Besonders vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Vor¬ richtung in einem Laserprojektionssystem einzusetzen, das mehrere Laserquellen unterschiedlicher Wellenlänge aufweist. Solche Laserprojektionssysteme können als Einzel¬ gerät ausgebildet oder in Mobiltelefone, Digitalkameras, Camcorder, PDA oder Multimediawiedergabegeräte eingebet¬ tet sein.It is particularly advantageous according to the invention before use ¬ direction in a laser projection system comprising a plurality of laser sources of different wavelength. Such laser projection systems can be designed as individual devices or in mobile phones, digital cameras, Embedded camcorder, PDA or multimedia playback devices.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeich- nungen definiert.Further advantages and preferred embodiments are defined in the subclaims, the description and the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert werden. Dabei sind die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele rein exemplarischer Natur und sollen nicht dazu verwendet werden, den Rahmen der Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele einzuschränken. Die Figuren zeigen:The invention will be explained in detail by means of execution ¬ examples. The embodiments shown in the figures are purely exemplary in nature and should not be used to limit the scope of the invention to the illustrated embodiments. The figures show:
Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines zeitlichenFig. 1 is a schematic representation of a temporal
Verlaufs einer Laserleistung für die Projektion eines Bildes konstanter Helligkeit bei einem in zwei Achsen schwingenden Spiegel gemäß dem Stand der Technik;A laser power for the projection of a constant brightness image in a two-axis oscillating mirror according to the prior art;
Fig. 2 Eine schematische Darstellung der Lichtstromverluste durch das Dimmen am vertikalen und horizontalen Bildrand als Funktion des Ablenkwinkels ( = doppelter Kippwinkel) des Spiegels;2 a schematic representation of the luminous flux losses due to the dimming on the vertical and horizontal image edge as a function of the deflection angle (= double tilt angle) of the mirror;
Fig. 3 Eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäß zur Kom¬ pensation der variablen Spotgeschwindigkeit führenden Verzeichnung für verschiedene Winkelampli- tuden der Spiegelschwingung; Fig. 4 Eine schematische Darstellung des auf einen Schirm projizierten Bildes ohne Objektiv und mit einem die erfindungsgemäße Verzeichnung bereitstellenden Objektiv;3 is a schematic representation of a preferred embodiment of the invention according Kom ¬ compensation of the variable spot speed leading distortion for different Winkelampli- tuden the mirror oscillation; 4 shows a schematic representation of the image projected onto a screen without an objective and with an objective providing the distortion according to the invention;
Fig. 5 Ein erstes, besonders bevorzugtes Ausführungsbei¬ spiel für ein erfindungsgemäßes Linsensystem für monochromatisches Laserlicht;Fig. 5 shows a first, particularly preferred Ausführungsbei ¬ game for an inventive lens system for monochromatic laser light;
Fig. 6 Eine schematische Darstellung der durch das in Fig. 5 dargestellte Linsensystem bereitgestellten Verzeichnung;Fig. 6 is a schematic representation of the distortion provided by the lens system shown in Fig. 5;
Fig. 7 Ein zweites, besonders bevorzugtes Ausführungsbei¬ spiel des erfindungsgemäßen Linsensystems für ein Laserprojektionssystem mit drei Laserwellenlängen; undFigure 7 shows a second, particularly preferred Ausführungsbei ¬ play of the lens system according to the invention for a laser projection system with three laser wavelengths. and
Fig. 8 Eine schematische Darstellung der durch das in Fig. 7 dargestellte Linsensystem bereitgestellten Verzeichnung .FIG. 8 A schematic representation of the distortion provided by the lens system shown in FIG. 7.
Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention
In auf dem flying-spot-Prinzip basierenden Projektionssystemen, vorzugsweise bei Laserprojektionssystemen, wird das für die Erzeugung des Bildes verwendete Laserlicht¬ bündel mittels sich bewegender Spiegel abgelenkt. Der Bildinhalt wird dabei auf dem Schirm dargestellt, indem die Laserleistung durch die der momentanen Spotposition entsprechende Bildinformation moduliert wird.In on the flying-spot-principle-based projection systems, preferably in laser projection systems, the laser light ¬ bundle used for the formation of the image is deflected by moving mirrors. The image content is displayed on the screen in that the laser power is modulated by the image information corresponding to the current spot position.
Für die vertikale und horizontale Ablenkung des Laser¬ strahls wird der Spiegel in üblicherweise harmonische Schwingungen versetzt. Die am Häufigsten verwendete Schwingung ist eine Sinusschwingung, die eine Bewegung des Spots am Schirm bewirkt, die folgendermaßen mathema¬ tisch ausgedrückt werden kann (solche Berechnungen sind für eine sinusähnliche Schwingung auf ähnliche Weise mög¬ lich) .For the vertical and horizontal deflection of the laser ¬ beam, the mirror is usually harmonic Vibrations offset. The vibration used most frequently is a sine wave, which causes a movement of the spot on the screen, which can be expressed mathematically ¬ table (such calculations are for a sinusoidal oscillation in a similar manner mög ¬ Lich).
Die Schwingung eines Scannerspiegels in einer EbeneThe vibration of a scanner mirror in a plane
θ = θmήnωt (1) bedingt eine Winkelgeschwindigkeit des Spiegels vonθ = θ m ήnωt (1) causes an angular velocity of the mirror of
θ = 6>mωcos ωt = ω-]θ2 - θ2 (2)θ = 6> m ωcos ωt = ω-] θ 2 - θ 2 (2)
Bezeichnet man den Winkel des am Spiegel reflektierten Strahls zur Achse mit 3 = 2 θ, ist der Auftreffpunkt am Schirm durch die GleichungIf the angle of the beam reflected at the mirror is referred to the axis with 3 = 2 θ, the impact point on the screen is given by the equation
yo=z-tan3 (3)y o = z-tan3 (3)
gegeben. Dies führt zu einer Spotgeschwindigkeit vongiven. This leads to a spot speed of
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001
und am Rand { θ → θm und y0 — > 0 ) wegenand at the edge {θ → θ m and y 0 -> 0)
yo+tyo jyo + tyo j
Ky0) - f — (5)Ky 0 ) - f - (5)
zu größeren Helligkeiten an den Umkehrpunkten.to greater brightness at the reversal points.
An diesen Umkehrpunkten wird deshalb nach dem Stand der Technik zur Erzeugung eines gleichmäßig hellen Bildes die Laserleistung reduziert, wodurch ein Lichtverlust von bis zu 60% auftritt.At these reversal points, therefore, the state of the art is used to produce a uniformly bright image Reduces the laser power, resulting in a light loss of up to 60%.
Fig. 1 zeigt ein solches gedämpftes Laserleistungssignal für ein Bild konstanter Helligkeit, wobei der Ablenkspie- gel Schwingungen in zwei Richtungen mit jeweils unterschiedlicher Periode ausführt und bei dem die Abschwä¬ chungen des Laserleistungssignals entsprechend der Spie¬ gelbewegung zu sehen ist.Fig. 1 shows such an attenuated laser output signal for an image constant brightness, the Ablenkspie- gel vibrations in two directions executes each with a different period, and wherein the Abschwä ¬ deviations of the laser output signal is to be seen in accordance with the Spie ¬ gelbewegung.
Fig. 2 zeigt die sich daraus ergebenden Lichtverluste als Funktion der Winkelamplitude der Spiegelschwingung für herkömmliche gedimmte Laserprojektoren, wobei auf der x- Achse die Winkelamplitude in ° und auf der y-Achse der Verlust in % angeben sind. Da Spiegel mit Winkelamplitu¬ den von über 10° beim gegenwärtigen Stand der Technik nur sehr aufwendig realisiert werden können, ist das bei grö¬ ßeren Winkeln auftretende Minimum kaum zu erreichen; die Verluste durch das Dimmen werden daher eher in einer Größenordnung von 60% liegen.Fig. 2 shows the resulting light losses as a function of the angular amplitude of the mirror oscillation for conventional dimmed laser projectors, wherein on the x-axis, the angle amplitude in ° and on the y-axis, the loss in% are. Since mirrors with Winkelamplitu ¬ can be realized only with great difficulty to over 10 ° in the present state of the art, the minimum occurring at RESIZE ¬ ßeren angles can hardly be achieved; the dimming losses will therefore be on the order of 60%.
Um diese Lichtverluste zu kompensieren, wird erfindungs- gemäß nach dem Scanspiegel eine Vorrichtung, insbesondere ein Linsensystem aus mindestens einer Linse eingebracht, das eine Verzeichnung bereitstellt, die die variable Spotgeschwindigkeit aufgrund der Spiegelschwingung kom¬ pensiert .To compensate for this loss of light, a device, in particular a lens system of at least one lens is introduced Inventions according to the scanning mirror, which provides a distortion that kom ¬ compensated variable spot velocity due to the mirror oscillation.
Ein Objektiv, welches in das projizierte Bild eine Ver¬ zeichnungA lens, which in the projected image Ver ¬ drawing
yW-f*nS (6) y W -f * nS (6)
/tanύ* einbringt, verändert den Ort des Laserspots am Projekti¬ onsschirm gemäß/ * Tanύ introduces, changes the location of the laser spot on Projekti ¬ onsschirm according to
y(S) = fton3(ß+ϊ) = yo(ß+ϊ) (7) Erfindungsgemäß soll durch eine entsprechend gewählte Verzeichnung eine konstante Geschwindigkeity (S) = fton3 (β + ϊ) = y o (β + ϊ) (7) According to the invention, a constant speed is to be achieved by a correspondingly selected distortion
y = f (1 + tan2 3)(ß(3) + l) + tan S^- 3 = const. (8) dθy = f (1 + tan 2 3) (ß (3) + l) + tan S ^ - 3 = const. (8) dθ
des Spots am Schirm erreicht werden.the spot can be reached on the screen.
Die sich durch Lösung dieser Gleichung ergebende VerzeichnungThe distortion resulting from solving this equation
ß{3) = &m cot 3 aresin 1 (9)
Figure imgf000011_0001
bewirkt einen konstanten Betrag der Spotgeschwindigkeit am Schirm
ß {3) = & m cot 3 aresin 1 (9)
Figure imgf000011_0001
causes a constant amount of spot speed on the screen
y{ß) = f3m aresin — = ym arcsin(sin ωt) (10)y {β) = f3 m aresine - = y m arcsin (sin ωt) (10)
Im Ergebnis linearisiert ein Objektiv mit diesem Verlauf der Verzeichnung die Spotbewegung in einer Dimension, d.h. für eine Schwingungsachse des Spiegels. Für den Ein¬ satz dieses Kompensationsverfahrens in zwei Dimensionen, d.h. für die Darstellung eines rechteckigen Bildes mit- tels eines in zwei zueinander orthogonalen Achsen schwingenden Spiegels sind analoge Überlegungen erforderlich.As a result, a lens with this pattern of distortion linearizes the spot movement in one dimension, ie for one axis of oscillation of the mirror. For the A ¬ set this compensation method in two dimensions, that is, for a rectangular image representation means of a vibrating with- in two mutually orthogonal axes mirror analogous considerations are required.
Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf der Verzeichnung für verschiedene Winkelamplituden der Spiegelschwingung, wobei auf der x-Achse die Verzeichnung in % und auf der y- Achse der Winkel zur optischen Achse des Objektivs in ° aufgetragen ist.3 schematically shows the course of the distortion for different angular amplitudes of the mirror oscillation, wherein the distortion in% and on the y axis are shown on the x-axis. Axis of the angle to the optical axis of the lens is plotted in °.
Die Graphen 2, 4, 6 zeigen im Vergleich die Verzeichnungen für drei unterschiedliche Winkelamplituden; wobei der Graph 2 den Verlauf der Verzeichnung für einen Spiegel mit einer Winkelamplitude von 10°, Graph 4 für einen Spiegel mit einer Winkelamplitude von 15° und Graph 6 für einen Spiegel mit einer Winkelamplitude von 20° zeigt.The graphs 2, 4, 6 show in comparison the distortions for three different angular amplitudes; wherein the graph 2 shows the course of the distortion for a mirror with an angular amplitude of 10 °, graph 4 for a mirror with an angular amplitude of 15 ° and graph 6 for a mirror with an angular amplitude of 20 °.
Da die Schwingungsamplitude den Verlauf der Verzeichnung vorgibt, kann bei Spiegelschwingung in zwei Achsen mit unterschiedlichen Amplituden die Linearisierung nur entlang einer Achse exakt sein. Bei den üblicherweise gerin¬ gen Differenzen zwischen beiden Winkelamplituden wird bei Auslegung der Verzeichnung auf eine von diesen oder auf einen Zwischenwert ein Großteil der beschriebenen erfindungsgemäßen Vorteile wirksam bleiben; die Variation der Spotgeschwindigkeit entlang der anderen Achse ist auch in diesem Fall noch deutlich geringer als ohne Kompensation. Verbleibende Abweichungen des Ortes und der Geschwindig- keit des Spots von Idealfall können elektronisch kompensiert werden.Since the oscillation amplitude predetermines the course of the distortion, in the case of mirror oscillation in two axes with different amplitudes, the linearization can only be exact along one axis. With the commonly clotting ¬ gen differences between two angular amplitudes of the distortion is a large part of the advantages of the invention described remain effective for one of them or at an intermediate value at design; the variation of the spot speed along the other axis is still significantly lower in this case than without compensation. Remaining deviations of the location and the speed of the spot from the ideal case can be compensated electronically.
Hierzu können in einer entsprechenden elektronischen Vorrichtung Informationen zu Soll- und Ist-Koordinate der projizierten Pixel in geeigneter Form gespeichert sein und die momentanen Auslenkungen des Spiegels in Echtzeit einfließen. Dieselbe elektronische Vorrichtung kann dann auch die Kompensation eines etwa beim Objektivdesign verbliebenen Farbquerfehlers übernehmen; üblicherweise in Projektoren implementierte Transformationen des Bildes wie Trapezkorrektur, Spiegelung und die Korrektur der bei flying-spot-Projektion typischen Verzerrung ("Bow") können ebenso hier angesiedelt sein.For this purpose, information about desired and actual coordinates of the projected pixels can be stored in suitable form in a corresponding electronic device and the instantaneous deflections of the mirror can be incorporated in real time. The same electronic device can then take over the compensation of a remaining color in the lens design transverse chromatic aberration; Transformations of the image usually implemented in projectors such as keystone correction, mirroring and the correction of the image flying-spot projection typical distortion ("bow") can also be located here.
Zudem kann die elektronische Vorrichtung dazu ausgelegt sein, einen Unterschied zwischen vorhandener und optima- ler Verzeichnung für Pixel außerhalb der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung korrigierten Schwingungsrichtung bereitzustellen.In addition, the electronic device can be designed to provide a difference between existing and optimum distortion for pixels outside the oscillation direction corrected by the device according to the invention.
Zudem kann die elektronische Vorrichtung vorab gespei¬ cherte Informationen über die optischen Eigenschaften des Projektionssystems enthalten und vorteilhafterweise kön¬ nen zudem in Echtzeit Daten zur Elongation der Spiegelschwingungen enthalten sein.In addition, the electronic device may contain pre-vomit ¬-assured information on the optical properties of the projection system and advantageously be Kings ¬ nen also include real-time data for the elongation of the mirror vibration.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die elektronische Vor¬ richtung die Kompensation der durch die Spiegelschwingung verursachte Variation der Spotbewegung mittels Dimmen und/oder Koordinatentransformation bereitstellt.It is particularly advantageous when the electronic Before ¬ direction to compensate for the variation of the spot motion caused by the vibration mirror by means of dimming and / or coordinate transformation provides.
Beim Objektivdesign selbst wird man die aberrationsbe- grenzte Spotgröße, d.h. die Taille des oder der Laserbün¬ del am Schirm so auslegen, dass sie geringfügig kleiner als die theoretische Pixelgröße bei der gewünschten Auf¬ lösung des Projektionssystems ist. Somit werden weder zu hohe Anforderungen an das Objektiv gestellt, noch wird die Auflösung durch Übersprechen der Pixelinformation beeinträchtigt. Im Verlauf der Untersuchungen hat es sich zudem herausgestellt, dass dann auch die Schärfentiefe der Projektion nicht wesentlich gegenüber dem Fall eines ohne Objektiv auf den Schirm gelenkten Laserbündels verringert ist . Farbquerfehler können in gewissen Grenzen zugelassen und elektronisch kompensiert werden, indem die Information über die entsprechende Ortsabweichung am Schirm bei der Umwandlung der Bildinformation in den Laserstrom berück- sichtigt wird.When lens design itself is the one aberrationsbe- bordered spot size, ie, the waist or the Laserbün ¬ del interpret on the screen so that it is slightly smaller than the theoretical pixel size at the desired on ¬ solution of the projection system. Thus, neither too high demands on the lens are made, nor is the resolution affected by crosstalk of the pixel information. In the course of the investigations, it has also been found that the depth of field of the projection is not significantly reduced in comparison with the case of a laser beam guided onto the screen without an objective lens. Color cross errors can be permitted within certain limits and be compensated electronically by taking into account the information about the corresponding positional deviation on the screen during the conversion of the image information into the laser current.
Fig. 4 zeigt schematisch die auf einer Projektionsfläche ausgeleuchteten Bildbereiche, für: ein erzeugtes Bild oh¬ ne erfindungsgemäße Vorrichtung 8, ein erzeugtes Bild mit erfindungsgemäßer Vorrichtung 10, wobei der Bereich 12 den dann nutzbaren rechteckigen Bereich angibt. Aufgrund der vom Abstand zur optischen Achse abhängigen kissenför- migen Verzeichnung entstehen nicht nutzbare Ecken 14, die elektronisch ausgeblendet werden müssen. Trotz dieser Ausblendung kann dennoch mit der erfindungsgemäßen Vor- richtung ein Lichtgewinn von ungefähr 10% gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden.4 schematically shows the image regions illuminated on a projection surface, for: a generated image without device 8 according to the invention, a generated image with device 10 according to the invention, region 12 indicating the then usable rectangular region. Due to the cushion-shaped distortion, which depends on the distance from the optical axis, unusable corners 14, which have to be blanked out electronically, are produced. Despite this blanking, nevertheless, a light gain of approximately 10% compared with the prior art can be achieved with the device according to the invention.
Alternativ können auch Zylinderlinsensysteme zur Anwendung kommen; beispielsweise kann die Bewegung des Spots für die schnelle Achse, d. h. die horizontale Ablenkung, kompensiert werden und die Nichtlinearität entlang der anderen Achse wie beim Stand der Technik dadurch, dass der Laser am Bildrand gedimmt wird. In diesem Fall betra¬ gen die Lichtverluste die Hälfte dessen, was man ohne Ob¬ jektiv in Kauf zu nehmen hätte.Alternatively, cylindrical lens systems can also be used; for example, the movement of the spot for the fast axis, ie the horizontal deflection, and the nonlinearity along the other axis as in the prior art, can be compensated by dimming the laser at the edge of the image. In this case, the light losses Betra ¬ gen half of what you would have without taking Whether ¬ objectively accepted.
In letzter Konsequenz kann das Objektiv aus zueinander orthogonal orientierten Zylinderlinsensystemen oder sogar Freiformflächen bestehen, um im zweidimensionalen Fall eine Abhängigkeit der Verzeichnung von beiden orthogona¬ len Winkelkoordinaten ohne Mischterm zu erzielen; somit würde man zu guter Letzt noch die oben beschriebenen her- vorstehenden Ecken und die damit verbundenen Lichtverluste vermeiden.Ultimately, the objective of mutually orthogonally oriented cylindrical lens systems, or even free-form surfaces can be made to achieve the two-dimensional case, a dependency of the distortion of two orthogona ¬ len angular coordinates without mixing term; Thus, in the end, one would still use the above described avoid protruding corners and the associated light losses.
Fig. 5 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Linsensystems, das für monochromati- sches Licht, d.h. eine Laserwellenlänge ausgelegt ist. Mittels des in Fig. 5 schematisch dargestellten Linsensystems wird für monochrome Laserstrahlung bei einer Wel¬ lenlänge von 540 nm und einem maximalen Winkel des Scanspiegels von 10° und einem Projektionsabstand von 1 m die in Fig. 6 schematisch dargestellte Verzeichnung erzielt. Das Linsensystem ist so ausgelegt, dass die aber¬ rationsbedingte Spotgröße kleiner als die nominelle Pi¬ xelgröße bei VGA-Auflösung ist, so dass in dem endgültig aufgebauten Bild keine Unscharfebeiträge aufgrund eines Übersprechens der Pixelinformation entstehen.Fig. 5 shows an advantageous embodiment of the lens system according to the invention, which is designed for monochromatic light, ie a laser wavelength. By means of the lens system shown schematically in Fig. 5 is achieved, the distortion shown schematically in Fig. 6 for monochromatic laser radiation at a Wel ¬ lenlänge of 540 nm and a maximum angle of the scan mirror of 10 ° and a projection distance of 1 m. The lens system is designed so that the spot size but ¬ rationsbedingte is smaller than the nominal Pi ¬ xelgröße at VGA resolution, so that there are in the final composed image no uncertainty contributions due to a crosstalk of the pixel information.
Fig. 7 zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbei¬ spiel des erfindungsgemäßen Linsensystems für ein Laserprojektionssystem mit drei Laserwellenlängen, die Licht im Bereich von 450 nm, 540 nm und 640 nm abgeben. Der an- genommene Kippwinkel des Scannerspiegels beträgt in die¬ sem dargestellten Ausführungsbeispiel 5° und der Projektionsabstand ist wiederum 1 m. Das hier dargestellte Aus¬ führungsbeispiel kann beispielsweise für Fernsehgeräte zum Einsatz kommen. Die von dem Linsensystem in Fig. 7 bereitgestellte Verzeichnung ist in Fig. 8 dargestellt.Fig. 7 shows a particularly preferred Ausführungsbei ¬ game of the lens system according to the invention for a laser projection system with three laser wavelengths that emit light in the range of 450 nm, 540 nm and 640 nm. The assumed tilt angle of the scanner mirror is in the ¬ sem illustrated embodiment 5 ° and the projection distance is again 1 m. The exemplary embodiment shown here can be used, for example, for television sets. The distortion provided by the lens system in FIG. 7 is shown in FIG.
Genauso ist, wie im Beispiel für den monochromen Laser auch hier aberrationsbedingte Spotgröße geringer als die Pixelgröße, damit keine zusätzlichen Unscharfen in das projizierte Bild eingeführt werden. Offenbart wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kompensieren von mindestens einer Nichtlinearität , die durch eine Bewegung einer Lichtablenkeinrichtung, insbesondere durch eine Schwingung von mindestens einem Ab- lenkspiegel in einem Laserprojektionssystem, entsteht, wobei die Vorrichtung ein Linsensystem mit mindestens einer Linse aufweist, das eine Verzeichnung bereitstellt, die die Nichtlinearitäten kompensiert, sowie ein Projektionssystem, insbesondere ein Laserprojektionssystem, mit einer solchen Vorrichtung. Likewise, as in the example for the monochrome laser, aberration-induced spot size is smaller than the pixel size, so that no additional blurring is introduced into the projected image. Disclosed is an apparatus and a method for compensating for at least one non-linearity, which is caused by a movement of a light deflecting device, in particular by a vibration of at least one deflecting mirror in a laser projection system, wherein the device comprises a lens system with at least one lens, the one Provides distortion compensating for the non-linearities and a projection system, in particular a laser projection system, with such a device.

Claims

Ansprüche claims
1. Vorrichtung zum Kompensieren mindestens einer Nicht- linearität, die durch eine Bewegung einer Lichtab¬ lenkeinrichtung, insbesondere durch eine Schwingung von mindestens einem Ablenkspiegel, in einem Laser- projektionssystem, entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Linsensystem mit mindestens einer Linse aufweist, das eine Verzeichnung bereit¬ stellt, die die Nichtlinearität kompensiert.1. A device for compensating at least one non-linearity, which is formed by a movement of a Lichtab ¬ steering device, in particular by a vibration of at least one deflecting mirror, in a laser projection system, characterized in that the device comprises a lens system with at least one lens that provides a distortion ready ¬ which compensates the non-linearity.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die durch die Vor- richtung kompensierte Nichtlinearität eine Variation in einer Spotgeschwindigkeit an einer Projektionsflä¬ che ist.2. Device according to claim 1, wherein the non-linearity compensated by the device is a variation in a spot speed on a projection surface .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Lichtablenkeinrichtung ein in zwei Achsen schwingender Mikrospiegel ist.3. A device according to claim 2 or 3, wherein the light deflecting means is a vibrating in two axes micromirror.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spiegelschwingung eine Sinusförmige oder Sinusähnliche Schwingung ist.The device of claim 3, wherein the mirror vibration is a sinusoidal or sine-like vibration.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Schwin- gungen in Richtung der ersten und der zweiten Achse mit unterschiedlicher Frequenz erfolgt.5. Apparatus according to claim 3 or 4, wherein the vibrations in the direction of the first and the second axis takes place at a different frequency.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei der Spiegel einen Durchmesser von 0,5 mm bis 1,5 mm aufweist . 6. Apparatus according to claim 3, 4 or 5, wherein the mirror has a diameter of 0.5 mm to 1.5 mm.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verzeichnung positiv, insbesondere kissen- förmig, ist.7. Device according to one of the preceding claims, wherein the distortion is positive, in particular pillow-shaped.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verzeichnung des Linsensystems auf eine8. Device according to one of the preceding claims, wherein the distortion of the lens system to a
Winkelamplitude einer Spiegelschwingungsrichtung abgestimmt ist.Angle amplitude of a mirror vibration direction is tuned.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Verzeichnung des Linsensystems auf eine größtmögliche Winkelampli- tude der Spiegelschwingungen abgestimmt ist.9. Apparatus according to claim 8, wherein the distortion of the lens system is tuned to a maximum angle amplitude of the mirror oscillations.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Vorrichtung weiterhin eine elektronische Einrichtung aufweist, die die Verzeichnung für die andere Spie¬ gelschwingungsrichtung anpasst.10. Apparatus according to claim 8 or 9, wherein the device further comprises an electronic device which adjusts the distortion for the other Spie ¬ gelschwingungsrichtung.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die elektronische Vorrichtung die Anpassung mittels Dimmen und/oder Koordinatentransformation bereitstellt .11. The apparatus of claim 10, wherein the electronic device provides the adjustment by means of dimming and / or coordinate transformation.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die e- lektronische Vorrichtung in Echtzeit Daten zur Elon- gation der Spiegelschwingungen bereitstellt.12. Device according to claim 10 or 11, wherein the electronic device provides data in real time for the elungation of the mirror oscillations.
13. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 11 oder 12, wobei die Verzeichnung des Linsensystems die Kompensation für die schnellere Schwingungsrichtung bereitstellt und die elektronische Einrichtung die Kompensation für die langsame Schwingungsrichtung bereitstellt. 13. The apparatus of claim 5 and 11 or 12, wherein the distortion of the lens system provides the compensation for the faster vibration direction and the electronic device provides the compensation for the slow vibration direction.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Linsensystem eine Winkelvergrößerung bereitstellt .14. Device according to one of the preceding claims, wherein the lens system provides an angular magnification.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Linsensystem mindestens eine Zylinderlinse aufweist .15. Device according to one of the preceding claims, wherein the lens system has at least one cylindrical lens.
16. Verfahren zum Kompensieren von mindesten einer Nicht- linearität, die durch eine Bewegung einer Lichtab¬ lenkeinrichtung, insbesondere durch eine Schwingung von mindestens einem Ablenkspiegel, in einem Laser¬ projektionssystem, entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrekturvorrichtung eingesetzt wird, die ein Linsensystem mit mindestens einer Linse aufweist, die ein von einem Lichtbündel geschriebenes Bild der- art verzeichnet, dass die Nichtlinearität kompensiert wird.16. A method for compensating for nonlinearity at least one non caused by a movement of a Lichtab ¬ steering device, in particular by a vibration of at least one deflection mirror in a laser ¬ projection system is formed, characterized in that a correction device is used comprising a lens system with at least one lens that records an image written by a light beam such that the nonlinearity is compensated.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 eingesetzt wird.17. The method of claim 16, wherein a device according to any one of claims 1 to 15 is used.
18. Projektionssystem, mit dem ein Bild mittels eines Lichtbündels auf eine Projektionsfläche geschrieben wird, mit einer ein Lichtbündel abgebenden Lichtquel¬ le und einer Lichtablenkeinrichtung, die das von der Lichtquelle abgegebene Lichtbündel in Richtung der Projektionsfläche derart ablenkt, dass das Lichtbün- del auf der Projektionsfläche ein Bild erzeugt, da¬ durch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtablenkeinrichtung und der Projektionsfläche eine Vorrich- tung zum Kompensieren von mindestens einer Nichtline- arität, die durch die Bewegung der Lichtablenkeinrichtung entsteht, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 angeordnet ist.18. Projection system, with which an image is written by means of a light beam onto a projection surface, with a Lichtbündel donating Lichtquel ¬ le and a light deflecting device that deflects the emitted light beam from the light source in the direction of the projection surface such that the Lichtbün- del on the Projection generated an image, since ¬ characterized in that between the light deflection device and the projection surface a Vorrich- to compensate for at least one non-linearity, which is caused by the movement of the light deflecting device, according to one of claims 1 to 15 arranged.
19. Projektionssystem nach Anspruch 18, wobei die Lichtablenkeinrichtung ein Scannerspiegel, insbesondere ein in zwei Achsen schwingender Mikrospiegel ist.19. A projection system according to claim 18, wherein the light deflection device is a scanner mirror, in particular a two-axis oscillating micromirror.
20. Projektionssystem nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Bewegung der Lichtablenkeinrichtung eine Sinusförmige oder eine Sinusähnliche Schwingung ist.The projection system according to claim 18 or 19, wherein the movement of the light deflecting means is a sinusoidal or sine-like vibration.
21. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Lichtquelle ein Laser oder ein Lasersystem ist.21. A projection system according to any one of claims 18 to 20, wherein the light source is a laser or a laser system.
22. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei weiterhin eine elektronische Vorrichtung vor¬ handen ist, die die Leistung der Lichtquelle steuert.22. The projection system of claim 18, further comprising an electronic device that controls the power of the light source.
23. Projektionssystem nach Anspruch 22, wobei die elektronische Vorrichtung vorab gespeicherte Informationen über die optischen Eigenschaften des Projektionssys- tems enthält und/oder in Echtzeit Daten zur Elongati- on der Spiegelschwingungen bereitstellt.23. The projection system according to claim 22, wherein the electronic device contains previously stored information about the optical properties of the projection system and / or provides data in real time for the elongation of the mirror oscillations.
24. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei die Ausdehnung einer von dem Lichtbündel auf der Projektionsfläche beleuchteten Fläche nach Durch- laufen der Vorrichtung kleiner oder gleich der nötigen Pixelgröße ist.24. The projection system according to claim 18, wherein the extent of an area illuminated by the light beam on the projection surface after passing through run the device is less than or equal to the required pixel size.
25. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 24, wobei weiterhin eine elektronische Einrichtung vor- handen ist, die dazu ausgelegt ist, Farbquerfehler zu korrigieren .25. A projection system according to any one of claims 18 to 24, further comprising an electronic device adapted to correct lateral color aberrations.
26. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei das erzeugte Bild zeilenweise aufgebaut ist.26. A projection system according to any one of claims 18 to 25, wherein the generated image is constructed line by line.
27. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 25, wobei das erzeugte Bild durch eine Lissajousfigur aufgebaut wird.27. A projection system according to any one of claims 18 to 25, wherein the generated image is constructed by a Lissajous figure.
28. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 27, wobei das Projektionssystem ein Laserprojektionssys¬ tem, insbesondere ein Fernseher, ist.28. The projection system of any one of claims 18 to 27, wherein the projection system a Laserprojektionssys ¬ system, in particular a TV is.
29. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 28, wobei das Projektionssystem ein Laserprojektionssys¬ tem, insbesondere ein mobiles Projektionssystem oder ein in ein mobiles Endgerät eingebettetes Projekti¬ onssystem, ist.29. The projection system of any one of claims 18 to 28, wherein the projection system a Laserprojektionssys ¬ system, in particular a mobile projection system or embedded in a mobile terminal Projekti ¬ onssystem is.
30. Projektionssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 29, wobei ein an der Projektionsfläche auftreffender Lichtstrom zwischen 5 Im und 30 Im beträgt. 30. A projection system according to any one of claims 18 to 29, wherein an incident on the projection surface luminous flux is between 5 Im and 30 Im.
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