DE102012201311A1

DE102012201311A1 - Verfahren zur Darstellung eines Bildes, Steuergerät für eine Projektionsvorrichtungund Projektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012201311A1
Application number: DE201210201311
Authority: DE
Inventors: Reinhold Fiess; Annette Frederiksen; Eladio Lopez
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung eines Bildes mit einer Projektionsvorrichtung, das einen Schritt des Projizierens eines Bildpunktes mit einer Wiederholfrequenz auf eine Position eines Projektionsbereichs und einen Schritt des Bewegens eines Projektionsschirms (104) zum Reflektieren des Bildpunktes, innerhalb des Projektionsbereichs mit einer Bewegungscharakteristik, die sich von der Wiederholfrequenz unterscheidet, umfasst.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Darstellung eines Bildes mit einer Projektionsvorrichtung, auf ein Steuergerät für eine Projektionsvorrichtung, auf eine Projektionsvorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Frontsichtanzeigen wie Head-up Displays (HUDs), die auf einem Laserprojektionssystem basieren, benötigten eine flache Oberfläche, die als Projektionsschirm verwendet werden kann. Der Projektionsschirm enthält in der Regel intrinsische – also mit bloßem Auge nicht sichtbare – Unebenheiten, die den sogenannten Speckle-Effekt erzeugen. Dieser Effekt führt auf dem projizierten Bild der Frontsichtanzeige zu unerwünschten sichtbaren kleinen Bereichen mit Lichtstärkeabweichungen, die als Bild-Speckle (engl. speckle = Fleck, Sprenkel) bezeichnet werden.
Die DE 10 2007 048 851 A1 befasst sich mit einer optischen Anzeigeeinrichtung mit einer Laserlichtquelle, einer Laserstrahllenkeinrichtung sowie einer Abbildungsoptik, bei der die Abbildungsoptik eine Reflexionsfläche mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Reflexionselementen aufweist, die jeweils einzeln konkav oder konvex gekrümmt sind. Hierdurch soll die numerische Apparatur vergrößert und der Speckle-Effekt verringert werden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Darstellung eines Bildes mit einer Projektionsvorrichtung, ein Steuergerät für eine Projektionsvorrichtung, eine Projektionsvorrichtung sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Bei einer Projektionsvorrichtung kann der Speckle-Effekt verringert werden, indem mehrere Bilder, die jeweils den Speckle-Effekt aufweisen, überlagert werden. Dazu kann ein Bildpunkt eines Bildes wiederholt auf den Projektionsschirm ausgestrahlt werden, wobei der Projektionsschirm zwischenzeitlich bewegt wird. Auf diese Weise wird der Bildpunkt zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedlich durch den Speckle-Effekt beeinflusst, wodurch der für einen Benutzer der Projektionsvorrichtung sichtbare Einfluss des Speckle-Effekts verringert wird.
Eine solche Möglichkeit zur Speckle-Reduktion bietet sich beispielsweise für Flying Spot Systeme an, bei denen ein Bild beispielsweise zeilenweise aufgebaut wird. Generell bietet sich diese Methode der Reduktion für alle laserbasierten Projektionssysteme (abbildend oder scannend) an. Bei den Flying Spot Systemen wird bei der Bewegung der Projektionsfläche zusätzlich das zeitliche Regime des Scannens beachtet, wie es nachfolgend noch ausgeführt wird. Die Reduktion der Speckle für laserbasierte Projektion nach dem Flying Spot Verfahren kann unter Verwendung von bewegten Projektionsflächen realisiert werden. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine Verbesserung der Bildqualität von Headup Displays. Eine Reduktion der Speckle ist in der Größenordnung Faktor 2 möglich, bei Bildwiederholraten über 60Hz ist auch eine stärkere Reduktion möglich. Dabei handelt es sich um eine unabhängige Methode, die mit anderen Maßnahmen zur Specklereduktion, z. B. einer Modulation der Laserdioden, kombinierbar ist. Kleine Frequenzen, z. B. < 60Hz, mit denen die Projektionsfläche bewegt wird, sind ausreichend. Auch ist eine Anpassung an verschiedene Bildwiederholraten über ein Regeln der Frequenz möglich, mit der die Projektionsfläche bewegt wird. Ferner wird die Möglichkeit der Nutzung reflektierender Oberflächen mit besonderen zurückstreuenden optischen Elementen erweitert, z. B. holografische Streufolien, Mikrolinsenarrays usw.
Ein Verfahren zur Darstellung eines Bildes mit einer Projektionsvorrichtung umfasst die folgenden Schritte:
Projizieren eines Bildpunktes mit einer Wiederholfrequenz auf eine Position eines Projektionsbereichs; und
Bewegen eines Projektionsschirms zum Reflektieren des Bildpunktes, innerhalb des Projektionsbereichs mit einer Bewegungscharakteristik, die sich von der Wiederholfrequenz unterscheidet.
Das Verfahren kann eingesetzt werden, um ein von einem Laser erzeugtes virtuelles Bild für das menschliche Auge möglichst störungsfrei sichtbar zu machen, indem der Speckle-Effekt ausgeschaltet oder zumindest erheblich reduziert wird. Bei dem sogenannten Speckle-Effekt handelt es sich um ein optisches Interferenzmuster, das entsteht, wenn hinreichend kohärentes Licht von einer unebenen Oberfläche reflektiert wird. Dieser Effekt zeigt sich auch, wenn eine Unebenheit oder Körnigkeit einer Oberfläche sehr fein, also für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Beim Betrachten eines von einer derartigen Oberfläche reflektierten Bildes sieht der Betrachter dann beispielsweise das Bild von einer Vielzahl heller und dunkler Flecken, die statistisch verteilte Intensitätsvariationen darstellen, durchsetzt.
Die Projektionsvorrichtung kann in Form einer Frontsichtanzeigevorrichtung bzw. eines Head-Up Device vorliegen. Es kann sich dabei um ein Laserprojektionssystem handeln. Eine derartige Vorrichtung kann z. B. in einem Fahrzeug eingesetzt werden, um relevante optische Informationen in ein Sichtfeld des Fahrers einzublenden. Das Bild kann von dem Projektionsschirm auf ein Darstellungselement, beispielsweise eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs oder ein vor der Windschutzscheibe angeordnetes transparentes Material, etwa einen Combiner, zu Deutsch Kombinierer von Informationen, reflektiert werden. Bei Verwendung eines Head-Up Device mit einem Combiner als Darstellungselement wird das Bild nicht direkt auf die Windschutzscheibe, sondern auf den Combiner projiziert. Auf dem Darstellungselement können die relevanten Informationen beispielsweise in Form eines virtuellen Bildes angezeigt werden. Das Bild kann z. B. einen Text oder ein grafisches Element enthalten. Das Bild kann einfarbig oder mehrfarbig dargestellt werden. Aus Sicht des Betrachters kann das virtuelle Bild so erscheinen, als ob das virtuelle Bild hinter dem Darstellungselement, bei einem Fahrzeug beispielsweise im Bereich der Motorhaube des Fahrzeugs oder im Vorfeld des Fahrzeugs angeordnet ist.
Der Projektionsbereich kann zwischen einer Lichtquelle, beispielsweise einem Laser oder einem Display, und dem Darstellungselement angeordnet sein. Bei dem Projektionsbereich kann es sich um eine Ebene handeln. Bei dem Projektionsschirm, auch Projektionsfläche genannt, kann es sich um ein flaches, z. B. rechteckiges Element handeln, dessen Oberfläche geeignet ist, um von der Lichtquelle oder einem nachgeschalteten optischen Apparat emittierten Strahlen zu reflektieren. Dazu ist der Projektionsschirm in geeigneter Entfernung gegenüber einer Strahlenaustrittsöffnung der Lichtquelle oder des optischen Apparates positioniert. Die Reflexionsfläche des Projektionsschirms kann eine für das Auge nicht sichtbare feinkörnige Struktur aufweisen, auf der der Speckle-Effekt beruhen kann. Der Projektionsschirm kann Abmessung von einigen Quadratzentimetern aufweisen.
Das Bild kann eine Mehrzahl von Bildpunkten aufweisen. Die Mehrzahl von Bildpunkten kann in mehreren Spalten und Reihen des Bildes angeordnet sein. Jedem Bildpunkt eine eine Koordinate zugeordnet sein, auf die der Bildpunkt in den Projektionsbereich projiziert wird. Ein Bildpunkt kann eine Bildinformation umfassen. Der Bildpunkt kann mit der Wiederholfrequenz mehrmals auf ein und dieselbe Position des Projektionsbereichs projiziert werden. Dabei kann der Bildpunkt zu aufeinanderfolgenden Projektionszeiten jeweils die gleiche Bildinformation oder unterschiedliche Bildinformationen aufweisen. Entsprechend dazu können weitere oder alle der Mehrzahl von Bildpunkten des Bildes mit der Wiederholfrequenz auf den Projektionsbereich projiziert werden. Die Mehrzahl von Bildpunkten kann dabei jeweils gleichzeitig oder zeitlich nacheinander projiziert werden. Die Periodendauer der Wiederholfrequenz kann kleiner als die Integrationszeit des menschlichen Auges gewählt werden. Beispielsweise kann die Wiederholfrequenz so gewählt sein, dass der Bildpunkt innerhalb der Periodendauer zweimal, dreimal, viermal oder öfter in den Projektionsbereich projiziert wird. Zum Bewegen des Projektionsschirms kann der Projektionsschirm beispielsweise eine oder mehrere Linearbewegungen innerhalb des Projektionsbereichs ausführen. Zusätzlich oder alternativ kann der Projektionsschirm eine Drehbewegung ausführen. Durch die Drehbewegung kann der Projektionsschirm in der Projektionsebene gedreht oder gegenüber der Projektionsebene gekippt werden. Die Bewegungscharakteristik kann einen Ablauf der Bewegung des Projektionsschirms definieren. Der Ablauf kann periodisch oder zufallsgesteuert sein. Bei einer periodischen Bewegung kann die Bewegungscharakteristik eine Bewegungsfrequenz darstellen. Die Bewegungsfrequenz kann definieren, mit welcher Periode sich die Bewegung des Projektionsschirms wiederholt und in welchem zeitlichen Abstand sich der Projektionsschirm jeweils an der gleichen Position befindet. Indem sich die Bewegungsfrequenz von der Wiederholfrequenz unterscheidet, kann sichergestellt werden, dass ein zu zeitlich aufeinanderfolgenden Zeiten projizierter Bildpunkt zu den zeitlich aufeinanderfolgenden Zeiten von unterschiedlichen Bereichen des Projektionsschirms reflektiert wird. Dadurch wird das Bild zu zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durch unterschiedliche Speckle-Effekte beeinflusst.
Demnach kann das Verfahren einen Schritt des Projizierens zumindest eines weiteren Bildpunktes mit der Wiederholfrequenz auf zumindest eine weitere Position dem Projektionsbereich umfassen. Generell können alle Bildpunkte des darzustellenden Bildes mit der Wiederholfrequenz auf die, den einzelnen Bildpunkten zugewiesene Positionen des Projektionsbereichs projiziert werden.
Im Schritt des Bewegens kann der Projektionsschirm in zumindest zwei Richtungen bewegt werden. Beispielsweise kann die Bewegung des Projektionsschirms durch eine Überlagerung zweier linearer Bewegungen des Projektionsschirms oder durch eine Überlagerung von einer oder zwei linearen Bewegungen und einer Drehbewegung des Projektionsschirms hervorgerufen sein. Durch eine komplexe Bewegung kann der Speckle-Effekt stärker reduziert werden als bei einer einförmigen Bewegung.
Das Verfahren kann einen Schritt des Erfassens eines Speckle-Effekts des Projektionsschirms umfassen. In einem Schritt des Einstellens kann die Wiederholfrequenz und zusätzlich oder alternativ die Bewegungscharakteristik, also beispielsweise die Bewegungsfrequenz, abhängig von dem Speckle-Effekt eingestellt werden. Der Speckle-Effekt kann beispielsweise durch eine Auswertung eines oder mehrerer zeitlich aufeinanderfolgender Bilder des von dem Projektionsschirm reflektierten Lichts erfasst werden. Dazu kann ein Bildaufnehmer vorgesehen sein, der das von dem Projektionsschirm reflektierte Licht aufnehmen und als Bild darstellen kann. Mit einer geeigneten Bildauswertung können von dem Bildaufnehmer erzeugte Bilder ausgewertet werden, um ein Maß für ein Vorhandensein des Speckle-Effekts zu bestimmen. Abhängig von dem Vorhandensein des Speckle-Effekts kann ein Wert der Bewegungsfrequenz, ein Wert der Wiederholfrequenz oder Werte der Bewegungsfrequenz und der Wiederholfrequenz eingestellt werden. Dadurch kann beispielsweise ein Verhältnis zwischen der Bewegungsfrequenz und der Wiederholfrequenz verändert werden. Die Wiederholfrequenz und/oder die Bewegungsfrequenz kann solange eingestellt werden, bis der Speckle-Effekt auf ein vorbestimmtes Maß reduziert ist.
Dabei kann die Wiederholfrequenz kein Vielfaches einer Bewegungsfrequenz der Bewegungscharakteristik und die Bewegungsfrequenz der Bewegungscharakteristik kein Vielfaches der Wiederholfrequenz sein. Dadurch kann der Speckle-Effekt sehr effektiv reduziert werden.
Beispielsweise kann die Wiederholfrequenz größer als 40Hz sein. Ein solcher Wert bietet sich aufgrund der Integrationszeit des menschlichen Auges von 15Hz an. Die Bewegungsfrequenz kann beispielsweise größer als 50Hz sein.
Ein Steuergerät für eine Projektionsvorrichtung zur Darstellung eines Bildes, die eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Bildpunktes auf eine Position eines Projektionsbereichs, einen bewegbar in dem Projektionsbereich angeordneten Projektionsschirm zum Reflektieren des Bildpunktes und eine Einrichtung zum Bewegen des Projektionsschirms innerhalb des Projektionsbereichs umfasst, weist die folgenden Merkmale auf:
eine erste Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Wiederholfrequenz mit der der Bildpunkt durch die Projektionseinrichtung auf die Position des Projektionsbereichs projiziert wird; und
eine zweite Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Bewegungsfrequenz mit der der Projektionsschirm bewegt wird.
Durch das Steuergerät kann sowohl die Wiederholfrequenz, mit der das Bild auf den Projektionsschirm projiziert wird als auch die Bewegungsfrequenz, mit der der Projektionsschirm bewegt wird, eingestellt werden. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Wiederholfrequenz und die Bewegungsfrequenz unabhängig voneinander oder aufeinander abgestimmt einzustellen. Um die Wiederholfrequenz und die Bewegungsfrequenz einzustellen, kann das Steuergerät beispielsweise Daten bezüglich eines aktuellen Speckle-Effekts der Projektionsvorrichtung verwenden.
Somit können die erste und die zweite Einstelleinrichtung jeweils ausgebildet sein, um die Wiederholfrequenz und die Bewegungsfrequenz abhängig von einer Information über einen aktuellen Speckle-Effekt des Bildes einzustellen.
Eine Projektionsvorrichtung zur Darstellung eines Bildes weist folgende Merkmale auf:
eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Bildpunktes mit einer Wiederholfrequenz auf eine Position eines Projektionsbereichs;
einen Projektionsschirm zum Reflektieren des Bildpunktes, wobei der Projektionsschirm bewegbar in dem Projektionsbereich angeordnet ist; und
eine Einrichtung zum Bewegen des Projektionsschirms innerhalb des Projektionsbereichs mit einer Bewegungscharakteristik, die sich von der Wiederholfrequenz unterscheidet.
Die Wiederholfrequenz und die Bewegungscharakteristik, beispielsweise die Bewegungsfrequenz, können beispielsweise von einem Steuergerät für eine Projektionsvorrichtung eingestellt werden. Die Projektionsvorrichtung kann ferner einen Umlenkspiegel aufweisen, um eine weitere Reflexion des von dem Projektionsschirm reflektierten Urbildes zu erstellen und diese unter Umständen vergrößert auf das Darstellungselement umzulenken, durch das dann schließlich das virtuelle Bild für das Auge des Betrachters sichtbar erscheint.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Darstellung des Speckle-Effekts;
3 ein Blockschaltbild einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine schematische Darstellung eines Aktors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11 eine Darstellung der Wiederholfrequenz und der Bewegungsfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 eine Darstellung der Bewegung des Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
13 eine Darstellung der Wiederholfrequenz und der Bewegungsfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
14 eine Darstellung der Specklereduktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
15 eine schematische Darstellung der Bewegung des Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
16 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Projektionsvorrichtung kann beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt werden, um ein Bild in einen Sichtbereich des Fahrers einzublenden.
Die Projektionsvorrichtung weist eine Lichtquelle 102, hier in Form eines Laserprojektors, einen Projektionsschirm 104, hier in Form einer Projektionsfläche, und einen Umlenkspiegel (folder mirror) 106 auf. Der Umlenkspiegel 106 ist stellvertretend für ein oder für eine Mehrzahl optischer Elemente gezeigt. Der Laserprojektor 102 ist ausgebildet, um einen oder mehrere Lichtstrahlen auf den Projektionsschirm 104 zu projizieren. Von dem Projektionsschirm 104 werden die Lichtstrahlen auf den Umlenkspiegel 106 und von dem Umlenkspiegel 106 in einen Sichtbereich eines Benutzers der Projektionsvorrichtung reflektiert. Auf diese Weise erscheinen die von dem Laserprojektor 102 ausgesendeten Lichtstrahlen als ein virtuelles Bild im Sichtbereich des Benutzers.
Die Projektionsvorrichtung kann Teil eines Head-up Displays sein. In diesem Fall kann die Projektionsvorrichtung im Bereich der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angeordnet sein. Der Laserprojektor 102 ist dabei ausgebildet, um ein Bild auf der Projektionsfläche 104 zu erzeugen. Von dort aus wird das Bild über ein oder mehrere optische Elemente 106 geführt. Für den Fahrer entsteht ein virtuelles Bild.
Bei der Reflexion des Bildes auf dem Projektionsschirm 104 tritt der Speckle-Effekt auf. Um diesen Effekt zu reduzieren, wird der Projektionsschirm 104 in dem Zeitraum bewegt, der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Projektionen eines selben Bildpunkts des Bildes liegt. Auf diese Weise wird ein Bildpunkt des Bildes zu einem ersten Zeitpunkt von einer ersten Position des Projektionsschirms 104 und zu einem zweiten Zeitpunkt wird derselbe Bildpunkt des Bildes von einer zweiten Position des Projektionsschirms 104 reflektiert. Ändert sich der dazustellende Inhalt des Bildes zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt, so kann der Bildpunkt zu dem ersten Zeitpunkt eine andere Bildinformation als zu dem zweiten Zeitpunkt aufweisen. Ändert sich der dazustellende Inhalt des Bildes zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt nicht, so kann der Bildpunkt zu dem ersten Zeitpunkt dieselbe Bildinformation wie zu dem zweiten Zeitpunkt aufweisen.
2 zeigt eine Darstellung des Speckle-Effekts, wie er bei der anhand von 1 beschriebenen Projektionsvorrichtung auftreten kann, wenn der Speckle-Effekt nicht durch eine geeignete Bewegung des Projektionsschirms reduziert wird. Entsprechend dem in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel zeigt 2 ein Specklemuster 210, welches bei der Projektion eines Bildes mit einem Laserprojektionssystem entsteht.
Speckle, die durch eine Körnigkeit im Bild wahrgenommen wird, sind ein ungewollter Effekt von laserbasierten Projektionssystemen. Das Laserlicht wird von einer Projektionsfläche reflektiert, welche eine gewisse Rauigkeit aufweist. Diese Unebenheiten können als Streuzentren betrachtet werden, welche Kugelwellen unterschiedlicher Phase aussenden und auf der Netzhaut interferieren. Dadurch sieht der Betrachter ein zufällig verteiltes körniges Bild 210 bestehend aus Intensitätsminima und -maxima, welches sich bei Bewegung des Auges verändert. Dies wird als sehr störend empfunden und ist daher nicht akzeptabel. Dieser Effekt wird reduziert oder eliminiert, indem die Projektionsfläche bewegt wird.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Projektionsvorrichtung weist ein Laser Projektionssystem 102 und einen Projektionsschirm 104 auf. Der gezeigte Aufbau des Laser Projektionssystems 102 weist einen Signaleingang 320 zum Empfangen eines Bildsignals und einen beweglichen Spiegel 322 zum Projizieren eines Lichtstrahls auf den Projektionsschirm auf, um ein dem Bildsignal entsprechendes Bild zu erzeugen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Signaleingang 320 um einen Videoeingang zum Empfangen eines Videosignals und bei dem Spiegel 322 um einen scannenden Mikrospiegel (scanning mirror). Der Spiegel ist um zwei Achsen kippbar angeordnet. Bei dem Laser Projektionssystem 102 kann es sich um die in 1 gezeigte Lichtquelle und bei dem Projektionsschirm um den in 1 gezeigten Projektionsschirm handeln.
Die Projektionsvorrichtung weist ferner eine Energieversorgung 324, eine Einrichtung 325 zur Video- und Signalverarbeitung, einen Lasertreiber 326, einen roten Laser 328, einen grünen Laser 330, einen blauen Laser 332, eine Einrichtung 334 zur Signalerzeugung und Regelung mittels eines Regelkreises, einen Spiegeltreiber 336 und eine Einrichtung 338 zur Positionssensierung auf.
Die Einrichtung 325 zur Video- und Signalverarbeitung ist ausgebildet, um das Bildsignal auszuwerten und geeignete Steuersignale zum Ansteuern des Lasertreibers 326 und des Spiegeltreibers 336 auszugeben. Das Bildsignal kann für jeden Bildpunkt eines darzustellenden Bildes eine Information über eine Position eines jeweiligen Bildpunkts innerhalb des Bildes und eine Information über eine Farbe und Lichtintensität des jeweiligen Bildpunkts aufweisen. Der Lasertreiber 326 ist ausgebildet, um die Laser 328, 330, 332 für einen Bildpunkt so anzusteuern, dass die Laser 328, 330, 332 einen Lichtstrahl mit einer dem Bildpunkt entsprechenden Farbe und Lichtintensität bereitstellen. Von den Lasern 328, 330, 332 ausgesendete Lichtstrahlen können mittels geeigneter Linsen und Spiegel zu einem gemeinsamen Lichtstrahl gebündelt und auf den Spiegel 322 gerichtet werden. Der Siegeltreiber 336 ist ausgebildet, um den Spiegel 322 so auszurichten, dass der auf den Spiegel gerichtete Lichtstrahl an eine dem Bildpunkt entsprechende Position eines Projektionsbereichs projiziert wird, in dem der Projektionsschirm 104 angeordnet ist. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Mehrzahl von Bildpunkten eines Bildes zeilenweise in den Projektionsbereich projiziert. Die Einrichtung 338 zur Positionssensierung ist ausgebildet, um eine Position des Spiegels 332 zu erkennen und eine Information über die Position des Spiegels 332 an die Einrichtung 334 auszugeben.
Eine Wiederholfrequenz mit der ein Bild auf den Projektionsschirm 104 projiziert wird kann fest vorgegeben sein oder einstellbar sein. Beispielsweise kann die Wiederholfrequenz abhängig von einem Speckle-Effekt des Projektionsschirm 104 eingestellt werden.
Der Einsatz eines Laserprojektionssystems 102 nach dem "Flying Spot"-Verfahren in Head-Up-Displays hat unter anderem Vorteile hinsichtlich Kontrast und Helligkeit. In einem Laserprojektionssystem 102 nach dem "Flying Spot"-Verfahren, wie es in 3 gezeigt ist, wird das Licht einer roten, grünen und blauen Laserdiode 328, 330, 332, wobei auch monochromatische Ausführungsformen möglich sind, durch ein Strahlvereinigungselement, z. B. dichroitische Spiegel, zusammengeführt. Dieser Strahl trifft auf einen oder zwei mikromechanische Spiegel 322, die den Laserstrahl in zwei Achsen auf eine Projektionsfläche 104 ablenken. Dabei wird das Bild zeilenweise, wie bei einer alten Elektronenstrahlröhre, geschrieben.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist ein Projektor 102, beispielsweise in Form des in 3 gezeigten Laser Projektionssystems und eine Projektionsfläche 104. Die Projektionsfläche 104 kann als Projektionsschirm, wie anhand von 1 beschrieben, eingesetzt werden. Die Projektionsfläche 104 ist innerhalb eines Projektionsbereichs des Projektors 102 in zwei Richtungen beweglich angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist Projektionsfläche 104 rechteckförmig ausgeführt und entlang ihrer Haupterstreckungsrichtungen, quer zu einer Projektionsachse des Projektors 102, beispielsweise in vertikaler und horizontaler Richtung, bewegbar. Dazu ist die Projektionsfläche 104 beweglich in einem mechanischen Rahmen 440 angeordnet. Der Rahmen ist an eine äußere Form der Projektionsfläche angepasst und gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls rechteckförmig ausgeführt. Gegenüber dem Rahmen 440 kann die Projektionsfläche 104 mittels zumindest einem Antrieb bewegt werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind zur Bewegung der Projektionsfläche 104 zwei Solenoide 442 oder Zylinderspulen vorgesehen, die mit zwei Federn 444, hier in Form von Flachfedern zusammenwirken. Ein erstes Solenoid 442 ist an einer ersten Längsseite, hier der Oberseite, des Rahmens 440 angeordnet und ausgebildet, um die Projektionsfläche 104 parallel zu einer zweiten Längsseite, hier der rechten Seite, des Rahmens 440 zu bewegen. Zwischen einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden dritten Längsseite des Rahmens 440 und einer angrenzenden Längsseite der Projektionsfläche 104 ist eine der Blattfedern 444 angeordnet. Die Blattfeder 444 kann eine dem ersten Solenoid 442 entgegenwirkende Rückstellkraft ausüben. Ein optionales zweites Solenoid 442 ist an der zweiten Längsseite des Rahmens 440 angeordnet und ausgebildet, um die Projektionsfläche 104 parallel zu der ersten Längsseite des Rahmens 440 zu bewegen. Zwischen einer der zweiten Längsseite gegenüberliegenden vierten Längsseite des Rahmens 440 und einer angrenzenden Längsseite der Projektionsfläche 104 ist eine weitere der Blattfedern 444 angeordnet. Die Blattfeder 444 kann eine dem zweiten Solenoid 442 entgegenwirkende Rückstellkraft ausüben.
Ein Bildsensor 446 ist benachbart zu der Projektionsfläche 104 angeordnet. Der Bildsensor 446 ist ausgebildet, um zumindest einen Abschnitt der Oberfläche der Projektionsfläche 104 zu erfassen, auf die von dem Projektor 102 das darzustellende Bild projiziert wird. Basierend auf den von dem Bildsensor 446 erfassten Daten kann ein von der Projektionsfläche 104 hervorgerufener Speckle-Effekt erkannt werden. Daten über einen aktuell auftretenden Speckle-Effekt können von einem oder mehreren Steuergeräten der Projektionsvorrichtung empfangen werden und verwendet werden, um die Wiederholfrequenz der Bilddarstellung und zusätzlich oder alternativ die Bewegungscharakteristik der Bewegung der Projektionsfläche 104 zu verändern, um eine Verringerung des Speckle-Effekts zu bewirken. Der Bildsensor kann somit Teil einer Regelschleife zur Reduzierung des Speckle-Effekts sein.
5 zeigt eine weitere schematische Darstellung der in 4 gezeigten Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist die Projektionsfläche 104, die in dem Rahmen 440 angeordnet ist und über die Solenoide 442 und die Blattfedern 444 innerhalb des Rahmens 440 gehalten und gegenüber dem Rahmen 440 bewegt werden kann. Um eine Bewegung der Projektionsfläche 104 zu ermöglichen, weist der Rahmen 440 eine Innenabmessung auf, die größer als eine Außenabmessung der Projektionsfläche 104 ist.
Die Projektionsvorrichtung weist eine Steuereinheit 548 auf, die ausgebildet ist, um die Solenoide 442 anzusteuern. Somit können Bewegungen der Projektionsfläche 104 über die Steuereinheit 548 gesteuert werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit 548 ausgebildet sein, um Daten bezüglich des Speckle-Effekts von dem in 4 gezeigten Bildsensor oder einer mit dem Bildsensor gekoppelten Auswerteeinrichtung zu empfangen, basierend darauf eine zur Reduzierung des Speckle-Effekts geeignete Bewegungscharakteristik zum Bewegen der Projektionsfläche 104 zu ermitteln und die Solenoide 442 entsprechend der geeigneten Bewegungscharakteristik anzusteuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit 548 ausgebildet sein, um eine in sich geschlossene Bewegungsbahn der Projektionsfläche 104 zu ermitteln und eine Bewegungsfrequenz zu bestimmen, mit der die Projektionsfläche 104 periodisch entlang der Bewegungsbahn geführt wird.
Gemäß den in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen werden horizontale verrückende Bewegungen der Projektionsfläche 104 mittels eines Solenoids realisiert, der an einer Seite des mechanischen Rahmens 440 angeordnet ist, der die Projektionsfläche 104 stützt. Die Projektionsfläche 104 kann somit durch ein Solenoid 442 bewegt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Aktor, hier in Form eines Solenoids 442, der mit einer Flachfeder 444 gekoppelt ist, die Projektionsfläche 104 horizontal verrücken. Um den Speckle-Effekt zu reduzieren, wird eine geeignete Steuereinheit 548 die von dem „Flying-Spot“ Projektionssystem 102 abhängigen benötigten Frequenzen, mit der die Projektionsfläche 104 verrückt wird, erzeugen. Zusätzlich kann ein Bildsensor 446 angeordnet werden, um den Speckle-Effekt der Projektionsfläche 104 zu erfassen und eine Bildverarbeitungseinheit kann vorgesehen werden, die den Kontrast berechnen und die an das Solenoid 442 anzulegende Verschiebungsamplitude bestimmen wird. Ein zusätzliches Solenoid 442 kann an der anderen Querseite angebracht werden, um eine vertikale Bewegung zu applizieren und dadurch eine Kombination beider Bewegungen herbeiführen. Die Steuereinheit 548 wird die geeigneten Signale, in Frequenz und Amplitude, an beiden Solenoiden 442 erzeugen, um eine weiche Bewegung der Projektionsfläche 104 zu erzeugen.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine Projektionsfläche 104, die in einem Rahmen 440 angeordnet ist. Die Projektionsfläche 104 ist an jeder Seite über eine Flachfeder 444 mit dem Rahmen 440 verbunden. Die Flachfedern 444 sind jeweils bogenförmig ausgeführt, wobei ein Scheitel des Bogens jeweils mit der Projektionsfläche 104 und Endabschnitte der Flachfedern 444 jeweils mit dem Rahmen 440 verbunden sind. Im Unterschied zu den anhand der 4 und 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die Projektionsfläche 104 mittels eines Aktors eine Drehbewegung in der von dem Rahmen 440 umspannten Fläche ausführen.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung mit dem in 6 gezeigten Projektionsschirm gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Neben der Projektionsfläche 104 weist die Projektionsvorrichtung entsprechend zu der anhand von 4 beschriebenen Projektionsvorrichtung einen Projektor 102 und einen Bildsensor 446 auf. Auf einer dem Projektor 102 gegenüberliegenden Oberfläche weist die Projektionsfläche 104 eine Aussparung 750 zur Aufnahme eines Abtriebs eines Aktors auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Aussparung 750 kreisförmig ausgeführt. Eine Drehbewegung des Abtriebs des Aktors führt zu der durch einen Pfeil angedeuteten Drehbewegung der Projektionsfläche 104. Die Aussparung 750 kann bezüglich eines ebenfalls kreisförmigen, frei stehenden Endabschnitts eines Aktors, wie er in 8 gezeigt ist, etwas Spiel haben, damit sich keine Rotation der Projektionsfläche 104 ergibt, sondern eine kreisförmige Bewegung. Alternativ können die Aussparung und der entsprechende Endabschnitt halbkreisförmig ausgeführt sein.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines Aktors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Aktor weist einen Vibrationsmotor 852 mit einem frei stehenden Endabschnitt auf. Der frei stehende Endabschnitt weist eine Form auf, die zu einer Form der in 7 gezeigten Aussparung in der Projektionsfläche korrespondiert. Auf diese Weise kann der Endabschnitt des Aktors in die Aussparung der Projektionsfläche eingeführt werden und eine Bewegung des Endabschnitts auf die Projektionsfläche übertragen. Der Vibrationsmotor kann beispielsweise als Elektromotor ausgeführt sein. In 8 ist für den Vibrationsmotor 852 eine Motorachse 854 und eine Achse 856 des Endabschnitts in Form eines exzentrischen Rads gezeigt.
Wie in den 6 bis 8 gezeigt, kann die Projektionsfläche 104 in beide Richtungen bewegt werden, indem ein kleiner Vibrationsmotor 852 an der Rückseite, hier an der Aussparung 750 der Projektionsfläche 104 angeordnet wird. Kleine Vibrationsmotoren 852 weisen an ihrer Ache eine exzentrische Masse auf, die eine periodische Auslenkung der Projektionsfläche 104 bewirken. Die Projektionsfläche 104 kann somit durch einen kleinen Vibrationsmotor 852 bewegt werden, bei dem es sich beispielsweise um einen Vibrationsmotor eines Mobiltelefons handeln kann.
Die Projektionsfläche 104 ist innerhalb des mechanischen Rahmens 440 befestigt, der an jeder Querseite eine Flachfeder 444 aufweist. Diese Flachfedern 444 drücken die Projektionsfläche 104 an gegenüberliegenden Seiten. Durch Drehen erzeugt der Vibrationsmotor 852 eine Drehbewegung der Projektionsfläche 104, durch die die Speckle-Effekte reduziert werden. Die Drehgeschwindigkeit des Vibrationsmotors 852 hängt von den Frequenzen des „Flying“ Projektionssystems ab. Für die horizontale Bewegung gilt, dass ein Bildsensor 446 angeordnet werden kann, um den Speckle-Effekt der Projektionsfläche 104 zu erfassen und eine Bildverarbeitungseinheit kann vorgesehen werden, die den Kontrast berechnen und die Drehgeschwindigkeit bestimmen kann, die an den Vibrationsmotor 852 anzulegen ist.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsfläche 104 eines Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind planare Wellen 960, die aus der durch den Pfeil angedeuteten Richtung senkrecht auf die Projektionsfläche 104 treffen. Der Speckle-Effekt kann als durch ein virtuelles Gitter 962 verursacht veranschaulicht werden und bewirkt ein zurückgestreutes Licht 964 in Form der sogenannten Speckles. In 9 ist eine Situation dargestellt, in der die Projektionsfläche 104 fixiert ist.
10 zeigt eine schematische Darstellung der Projektionsfläche 104 des in 9 gezeigten Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu der in 9 gezeigten Situation ist die Projektionsfläche 104 gemäß der in 10 gezeigten Situation bewegt und zwar, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet, in einer Richtung quer zur Auftreffrichtung der planaren Wellen 960. Die Bewegung der Projektionsfläche 104 kann wie anhand der 4 bis 8 beschrieben erfolgen. Durch die Bewegung der Projektionsfläche 104 wird das virtuelle Gitter 962 verändert, wodurch sich eine Form des zurückgestreuten Lichts 964 so verändert, dass die Speckles reduziert werden.
Reflektierende Oberflächen, wie die Oberfläche der Projektionsfläche 104 können mit besonderen optischen Elmenten strukturiert werden, die beispielsweise die zurückgestreute Lichtintensität verstärken. Solche Art von Strukturen können ungewünschte Lichtwellenveränderungen (Speckle Effekt) hervorrufen, die von einem Beobachter gesehen werden können. Dies ist beispielsweise bei Projektionsoberflächen der Fall, die mit holografischen Diffusoren strukturiert sind.
Die 9 und 10 illustrieren den optischen Effekt, der durch ein Verrücken der Projektionsoberfläche erzielt wird. Die Inhomogenitäten der strukturierten Oberfläche können mit einem ungleichmäßigen Gitter (virtuelles Gitter) verglichen werden. Eine planare Wellenausbreitung erzeugt eine variable zurückgestreute Lichtintensität. Durch Bewegen der Projektionsoberfläche wird das zurückgestreute Licht geglättet, wodurch der Speckle-Effekt reduziert wird.
11 zeigt eine Darstellung der Wiederholfrequenz und der Bewegungsfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei handelt es sich bei der Bewegungsfrequenz um diejenige Frequenz, mit der die anhand der vorangegangenen Figuren beschriebene Projektionsfläche bewegt wird. Bei der Wiederholfrequenz handelt es sich um diejenige Frequenz, mit der ein Bildpunkt des darzustellenden Bildes wiederholt auf die Projektionsfläche projiziert wird. Gezeigt ist ein Diagramm, bei dem auf der Abszisse die Zeit in Millisekunden [ms] und auf der Ordinate die Amplitude [a.u.] aufgetragen ist.
Zur Darstellung einer ersten Bewegungsfrequenz ist ein erster zeitlicher Verlauf 1170 der Bewegung der Projektionsfläche mit 60Hz und ein zweiter zeitlicher Verlauf 1172 der Bewegung der Projektionsfläche mit 90Hz gezeigt. Die Bewegung der Projektionsfläche weist jeweils einen sinusförmigen Verlauf auf.
Die Wiederholfrequenz beträgt 60Hz. Zur Darstellung der Wiederholfrequenz sind erste Zeitpunkte 1174 markiert, zu denen jeweils ein erster Bildpunkt des darzustellenden Bildes auf die Projektionsfläche projiziert wird und zweite Zeitpunkte 1176 markiert, zu denen jeweils ein zweiter Bildpunkt des darzustellenden Bildes auf die Projektionsfläche projiziert wird.
12 zeigt eine weitere Darstellung der Wiederholfrequenz und der Bewegungsfrequenzen aus 11, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind Positionen der Projektionsfläche 104 innerhalb eines Projektionsbereichs 1204, innerhalb dessen die Projektionsfläche 104 bewegt wird, zu den in 11 dargestellten ersten Zeitpunkten 1174, zu denen jeweils ein erster Bildpunkt 1210 des darzustellenden Bildes auf die Projektionsfläche 104 projiziert wird. Bei den Zeitpunkten handelt es sich um t₀ = 0ms, t₁ = 16,7ms, t₂ = 33,3ms, t₃ = 50,0ms und t₄ = 66,7ms.
In einer mit 60Hz gekennzeichneten Spalte sind die Positionen der Projektionsfläche 104 zu den jeweiligen ersten Zeitpunkten für den Fall gezeigt, dass die Projektionsfläche mit der in 11 gezeigte ersten Bewegungsfrequenz von 60Hz bewegt wird. Hierbei wird der erste Bildpunkt 1210, der stets auf die gleiche Position in den Projektionsbereich 1204 projiziert wird, stets von der gleichen Position der Projektionsfläche 104 projiziert. Aus diesem Grund wirkt eine Bewegung der Projektionsfläche mit 60Hz bei einer Bildwiederholrate von 60Hz nicht specklereduzierend.
In einer mit 90Hz gekennzeichneten Spalte sind die Positionen der Projektionsfläche 104 zu den jeweiligen zweiten Zeitpunkten für den Fall gezeigt, dass die Projektionsfläche mit der in 11 gezeigte zweiten Bewegungsfrequenz von 90Hz bewegt wird. Hierbei wird der erste Bildpunkt 1210, der stets auf die gleiche Position in den Projektionsbereich 1204 projiziert wird, abwechseln von zwei unterschiedlichen Position der Projektionsfläche 104 projiziert. Aus diesem Grund wirkt eine Bewegung der Projektionsfläche 104 mit 90Hz bei einer Bildwiederholrate von 60Hz specklereduzierend.
13 zeigt eine Darstellung eines zeitlichen Verlaufs 1370 der Bewegungsfrequenz und einen zeitlichen Verlauf der Wiederholfrequenz 1374 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist ein Diagramm, bei dem auf der Abszisse die Zeit in Millisekunden [ms] und auf der Ordinate die Amplitude in Millimeter [mm] aufgetragen ist. Die Wiederholfrequenz 1374, beispielsweise des in 1 gezeigten Projektors beträgt 60,00Hz. Die Bewegungsfrequenz der beispielsweise in 1 gezeigten Wand als Projektionsschirm beträgt 46,00Hz.
14 zeigt für die anhand von 13 gezeigten Beispielparameter ein Ergebnis der Specklereduktion. Gezeigt ist ein Diagramm, bei dem auf der Abszisse die Zeit in Millisekunden [ms] und auf der Ordinate die Anzahl der Specklebilder aufgetragen ist. Durch den gezeigten Graphen 1480 wird die Anzahl unabhängiger Zustände bei einer Amplitude von 1,0mm dargestellt. Es ergibt sich ein Mittelwert von 3,26 und eine Specklereduktion von 1,81.
15 zeigt eine schematische Darstellung der Bewegung der Projektionsfläche 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei wird der Projektionsschirm ausgehend von einer ersten Position 1591, entsprechend der Pfeilrichtung, zunächst nach links in eine zweite Position 1592, dann nach unten in eine dritte Position 1593, dann nach rechts in eine dritte Position 1593 und schließlich wieder nach oben die erste Position 1591 verschoben. Eine Zeitdauer eines kompletten Umlaufs der Projektionsfläche 104 wird durch die Bewegungsfrequenz der Projektionsfläche 104 vorgegeben. Die in 15 gezeigte Bewegungsform ist vorteilhaft in Bezug auf die Specklereduktion.
16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Darstellung eines Bildes mit einer Projektionsvorrichtung Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Bei der Projektionsvorrichtung kann es sich um eine anhand der vorangegangenen Figuren beschriebene Projektionsvorrichtung, beispielsweise in Form eines „Flying-Spot“ Systems handeln. In einem Schritt 1601 wird ein Bildpunkt des darzustellenden Bildes mit einer Wiederholfrequenz auf eine Position eines Projektionsbereichs der Projektionsvorrichtung projiziert. Innerhalb des Projektionsbereichs ist ein Projektionsschirm, auch als Projektionsfläche bezeichnet, angeordnet. In einem Schritt 1602 wird der Projektionsschirm innerhalb des Projektionsbereichs mit einer Bewegungsfrequenz bewegt. Die Bewegungsfrequenz unterscheidet sich dabei von der Wiederholfrequenz, mit der die Bildpunkte des darzustellenden Bildes jeweils erneut in den Projektionsbereich projiziert werden. Die Schritte 1601, 1602 können zeitlich parallel zueinander ausgeführt werden.
Im Folgenden werden anhand der vorangegangenen Figuren Ausführungsbeispiele zur Specklereduktion und Speckleregelung mittels einer bewegten Projektionsfläche 104 für Flying-Spot-Systeme beschrieben.
Die Reduktion der Speckle erfolgt durch die Überlagerung von verschiedenen Specklebildern. D. h. wenn innerhalb der Integrationszeit des Auges (ca. 67 ms, 15 Hz) n verschiedene Specklebilder erzeugt werden, so reduziert sich der Specklekontrast um √n. Bei einem Flying Spot System werden die Pixel sequenziell nacheinander geschrieben. Eine Bildwiederholrate von z. B. 60Hz bedeutet, dass ein bestimmtes Pixel zur Zeit 0, dann wieder zur Zeit 16ms, 33,3ms, 50ms usw. geschrieben wird. Um eine Specklereduktion zu erreichen, soll zu jedem dieser Zeitpunkte ein anderes Specklemuster erzeugt werden, dafür soll sich die Projektionsfläche 104 an einer anderen Position befinden. Dies gilt jedoch nicht nur für ein Pixel, sondern für alle Pixel. Um dies zu erreichen, soll die Frequenz, mit der sich die Projektionsfläche 104 bewegt geeignet zur Bildwiederholrate gewählt werden.
Die 11 und 12 zeigen das Ergebnis einer bewegten Projektionsfläche mit 60Hz und 90Hz, bei einer zugrunde gelegten Bildwiederholrate von 60 Hz. Eine Bewegung der Projektionsfläche 104 mit 60 Hz, wie es durch die Kurve 1170 dargestellt ist, führt zu keinem Specklekontrast, da die Projektionsfläche 104 bei jedem Pixel wieder an der gleichen Stelle ist. Wird dagegen eine Frequenz von 90Hz für die Bewegung der Projektionsfläche 104 gewählt, wie es durch die Kurve 1172 dargestellt ist, so können verschiedene Pixel betrachtet werden. Die eingezeichneten Bereiche 1176 zeigen die Zeiten, zu denen ein gleiches Pixel geschrieben wird. Man erkennt, dass sich die Projektionsfläche einmal in der einen Extremposition befindet und dann in der anderen. Damit ergeben sich zwei verschiedene Specklebilder, die sich überlagern und eine Specklereduktion von sqrt(2) ergeben. Betrachtet man jetzt ein anderes Pixel zu den eingezeichneten Bereichen 1174, so erkennt man, dass sich für dieses Pixel die Projektionsfläche 104 immer an der gleichen Stelle befinden und es dementsprechend keine Specklereduktion gibt.
Zur Specklereduktion wird also eine Frequenz gesucht, die für alle Pixel eine möglichst große Anzahl unterschiedlicher Specklebilder erzeugt. Bei einer Bildwiederholrate von 60Hz sind bei der oben angegebenen Integrationszeit des Auges maximal vier verschiedene Zustände möglich, d. h., es kann eine Specklereduktion um den Faktor 2 erreicht werden.
Die 11 und 12 zeigen die prinzipielle Funktionsweise anhand zwei einfacher Beispiele mit 60 und 90Hz. Prinzipiell gilt, dass die Frequenz der Projektionsfläche 104 kein Vielfaches bzw. kein Teiler der Bildwiederholrate des Projektors sein sollte.
Damit die Specklebilder zweier Zustände voneinander unabhängig sind, muss sich die Projektionsfläche 104 eine bestimmte Wegstrecke bewegt haben. Die Größe dieser Wegstrecke ist von der Anwendung abhängig. In 15 ist dies für eine Anordnung gezeigt, bei der der Abstand zwischen Projektor und Projektionsfläche 104 500mm und der Abstand zwischen Projektionsfläche 104 und Kamera oder dem Beobachter 300mm beträgt. In diesem konkreten Fall soll die Projektionsfläche 104 um 600µm bewegt werden, damit unabhängige Specklemuster entstehen. Im Falle eines 60Hz Projektors mit vier Zuständen sollen zwischen allen Zuständen mind. 600µm liegen.
Die Gesamtamplitude, mit der die Projektionsfläche 104 bewegt werden soll, hängt dann auch von der Bewegungsform ab. Bei einer sinusförmigen Anregung soll der nichtlineare Bereich um die Umkehrpunkte berücksichtigt werden. Aus den Parametern Bildwiederholrate f1, Frequenz der Projektionsfläche f2, Amplitude der Projektionsflächenbewegung A_w, Bewegungsform, also beispielsweise sinusförmig oder dreieckig, und benötigter Abstand zwischen zwei Projektionsflächenpositionen abstand_speckle für unabhängige Specklebilder kann die erreichte Specklereduktion berechnet werden.
Für jedes Pixel können die vier Leinwandpositionen A_1, A_2, A_3 und A_4 berechnet werden. Beispielsweise gilt für eine sinusförmige Bewegung: A_1 = round(A_w·sin(2·pi()·f2·t_s(x))·1000)/1000; % Position 1 Wand A_2 = round(A_w·sin(2·pi()·f2·(t1 + t_s(x)))·1000)/1000; % Position 2 Wand A_3 = round(A_w·sin(2·pi()·f2·(t2 + t_s(x)))·1000)/1000; % Position 3 Wand A_4 = round(A_w·sin(2·pi()·f2·(t3 + t_s(x)))·1000)/1000; % Position 4 Wand mit

t0 = 0; % [s] 0ms (Werte gelten für f1 = 60Hz)

t1 = 1/f1; % [s] 16,7ms

t2 = 2·t1; % [s] 33,3ms

t3 = 3·t1; % [s] 50ms
Anschließend können die Abstände zwischen den Positionen ausgewertet werden. Falls die Abstände zwischen den Positionen größer als der Abstand abstand_speckle betragen, erhöht sich die Anzahl unabhängiger Zustände um 1, sonst weniger.
Für die Parameter
f1 = 60 Hz
f2 = 46 Hz
A_w = 1 mm
abstand_speckle = 0.6 mm
ergibt sich das in den 13 und 14 gezeigte Ergebnis mit einer Specklereduktion von 1,81.
Um den Effekt der Umkehrpunkte zu reduzieren, ist eine Bewegungsform in zwei Richtungen vorteilhaft, wie es in 15 gezeigt ist. Dadurch reduziert sich die Amplitude, da die Bewegung in zwei Richtungen, hier horizontal and vertikal, verteilt wird.
Auch das Problem der Umkehrpunkte ist weniger relevant. Eine variable Bewegung in beide Richtungen mit intrinsischer Charakteristik in Bezug auf Frequenz und Amplitude erzeugt variable zurückstreuende Verhaltensmuster.
Vorteilhaft sind auch die kleinen benötigten Frequenzen. Selbst Frequenzen von z. B. 17,5 Hz sind für ein Head-up Display möglich, wenn eine ausreichende Störlichtunterdrückung vorhanden ist. Durch Ändern der Frequenz kann der Specklekontrast geregelt werden. Die Realisierung der Bewegung der Projektionsfläche kann in verschiedenen Ausführungsformen, wie es beispielsweise anhand der 4 bis 7 gezeigt ist.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007048851 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Darstellung eines Bildes mit einer Projektionsvorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Projizieren (1601) eines Bildpunktes (1601) mit einer Wiederholfrequenz (1174) auf eine Position eines Projektionsbereichs (1204); und Bewegen (1602) eines Projektionsschirms (104) zum Reflektieren des Bildpunktes, innerhalb des Projektionsbereichs mit einer Bewegungscharakteristik (1170), die sich von der Wiederholfrequenz unterscheidet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, mit einem Schritt des Projizierens (1601) zumindest eines weiteren Bildpunktes mit der Wiederholfrequenz (1174) auf zumindest eine weitere Position des Projektionsbereichs (1204).
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Bewegens (1602) der Projektionsschirm (104) in zumindest zwei Richtungen bewegt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Erfassens eines Speckle-Effekts des Projektionsschirms (104) und mit einem Schritt des Einstellens der Wiederholfrequenz (1174) und/oder der Bewegungscharakteristik (1170) abhängig von dem Speckle-Effekt.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Wiederholfrequenz (1174) kein Vielfaches einer Bewegungsfrequenz der Bewegungscharakteristik (1170) und die Bewegungsfrequenz der Bewegungscharakteristik (1170) kein Vielfaches der Wiederholfrequenz (1174) ist.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Wiederholfrequenz (1174) größer als 40Hz ist.
Steuergerät für eine Projektionsvorrichtung zur Darstellung eines Bildes, die eine Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Bildpunktes (1210) auf eine Position eines Projektionsbereichs(1204), einen bewegbar in dem Projektionsbereich angeordneten Projektionsschirm (104) zum Reflektieren des Bildpunktes und eine Einrichtung (336) zum Bewegen des Projektionsschirms innerhalb des Projektionsbereichs umfasst, wobei das Steuergerät die folgenden Merkmale aufweist: eine erste Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Wiederholfrequenz mit der der Bildpunkt durch die Projektionseinrichtung auf die Position des Projektionsbereichs projiziert wird; und eine zweite Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Bewegungsfrequenz mit der der Projektionsschirm bewegt wird.
Steuergerät gemäß Anspruch 7, bei der die erste und die zweite Einstelleinrichtung jeweils ausgebildet sind, um die Wiederholfrequenz (1174) und die Bewegungsfrequenz (1170) abhängig von einer Information über einen aktuellen Speckle-Effekt des Bildes einzustellen.
Projektionsvorrichtung zur Darstellung eines Bildes mit folgenden Merkmalen: einer Projektionseinrichtung (102) zum Projizieren eines Bildpunktes (1210) mit einer Wiederholfrequenz (1174) auf eine Position eines Projektionsbereichs (1204); einem Projektionsschirm (104) zum Reflektieren des Bildpunktes, wobei der Projektionsschirm bewegbar in dem Projektionsbereich angeordnet ist; und einer Einrichtung (442; 852) zum Bewegen des Projektionsschirms innerhalb des Projektionsbereichs mit einer Bewegungscharakteristik (1170), die sich von der Wiederholfrequenz unterscheidet.
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.