Stand der TechnikState of the art
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.The present invention relates to a method for displaying an image with a projection device, to a control device for a projection device, to a projection device and to a corresponding computer program product.
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. Front-view displays, such as head-up displays (HUDs), which are based on a laser projection system, required a flat surface that could be used as a projection screen. The projection screen usually contains intrinsic - so with the naked eye invisible - bumps that produce the so-called speckle effect. This effect results in undesired visible small areas on the projected image of the front-view display, with intensity variations called "speckle" (speckle).
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.The DE 10 2007 048 851 A1 deals with an optical display device with a laser light source, a laser beam steering device and an imaging optics, in which the imaging optics has a reflection surface with a plurality of juxtaposed reflection elements, which are each individually concave or convex curved. This is intended to increase the numerical apparatus and reduce the speckle effect.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
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.Against this background, the present invention proposes a method for displaying an image with a projection device, a control device for a projection device, a projection device and finally a corresponding computer program product according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
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.In a projection device, the speckle effect can be reduced by superimposing a plurality of images each having the speckle effect. For this purpose, a pixel of an image can be repeatedly transmitted to the projection screen, wherein the projection screen is moved in the meantime. In this way, the pixel is differently affected by the speckle effect at different times, thereby reducing the effect of the speckle effect visible to a user of the projection device.
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.Such a possibility for speckle reduction is useful, for example, for flying spot systems in which an image is constructed, for example, line by line. In general, this method of reduction is suitable for all laser-based projection systems (imaging or scanning). In the case of the flying spot systems, the movement of the projection surface additionally takes into account the temporal regime of the scan, as will be explained below. The reduction of speckle for laser-based projection according to the flying spot method can be realized by using moving projection surfaces. Advantageously, this results in an improvement of the image quality of head-up displays. A reduction of the speckle is on the order of factor 2 possible, with refresh rates over 60Hz, a greater reduction is possible. This is an independent method that can be used with other measures to reduce speckling, eg. B. a modulation of the laser diodes, can be combined. Small frequencies, z. B. <60Hz, with which the projection surface is moved, are sufficient. It is also possible to adapt to different refresh rates by regulating the frequency with which the projection surface is moved. Furthermore, the possibility of using reflective surfaces is extended with special backscattering optical elements, z. As holographic scattering films, microlens arrays, etc.
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.A method of displaying an image with a projection apparatus comprises the following steps:
Projecting a pixel at a repetition frequency to a position of a projection area; and
Moving a projection screen for reflecting the pixel within the projection area with a movement characteristic different from the repetition frequency.
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. The method can be used to make a virtual image generated by a laser visible to the human eye as trouble-free as possible by eliminating or at least significantly reducing the speckle effect. The so-called speckle effect is an optical interference pattern that arises when sufficiently coherent light is reflected from an uneven surface. This effect is also evident when a bump or graininess of a surface is very fine, so imperceptible to the human eye. When viewing an image reflected from such a surface, the viewer then sees, for example, the image of a multiplicity of light and dark spots which represent statistically distributed intensity variations.
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.The projection device may be in the form of a front-view display device or a head-up device. It can be a laser projection system. Such a device may, for. B. used in a vehicle be used to display relevant optical information in a field of view of the driver. The image may be reflected from the screen onto a display element, such as a windshield of the vehicle, or a transparent material positioned in front of the windshield, such as a combiner, for example. When using a head-up device with a combiner as a display element, the image is not projected directly onto the windshield but onto the combiner. On the display element, the relevant information can be displayed, for example in the form of a virtual image. The picture can z. B. contain a text or a graphic element. The picture can be displayed in monochrome or multicolored. From the viewpoint of the observer, the virtual image may appear as if the virtual image is arranged behind the display element, in the case of a vehicle, for example, in the region of the hood of the vehicle or in front of the vehicle.
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. The projection area can be arranged between a light source, for example a laser or a display, and the display element. The projection area can be a layer. In the projection screen, also called projection screen, it may be a flat, z. B. rectangular element, the surface of which is suitable for reflecting from the light source or a downstream optical apparatus emitted rays. For this purpose, the projection screen is positioned at a suitable distance with respect to a radiation exit opening of the light source or the optical apparatus. The reflection surface of the projection screen may have a fine grain structure, invisible to the eye, on which the speckle effect can be based. The projection screen may have dimensions of a few square centimeters.
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.The image may have a plurality of pixels. The plurality of pixels may be arranged in multiple columns and rows of the image. Each pixel to be assigned a coordinate on which the pixel is projected into the projection area. A pixel may include image information. The pixel can be projected at the repetition rate several times to one and the same position of the projection area. In this case, the pixel may have the same image information or different image information at successive projection times. Accordingly, more or all of the plurality of pixels of the image may be projected onto the projection area at the repetition rate. The plurality of pixels can be projected in each case simultaneously or sequentially. The period of the repetition frequency can be chosen smaller than the integration time of the human eye. For example, the repetition frequency can be selected such that the pixel is projected into the projection area twice, three times, four times or more within the period duration. For moving the projection screen, for example, the projection screen may perform one or more linear movements within the projection area. Additionally or alternatively, the projection screen can perform a rotational movement. Due to the rotational movement, the projection screen can be rotated in the projection plane or tilted in relation to the projection plane. The movement characteristic may define a course of movement of the projection screen. The process can be periodic or random. During a periodic movement, the movement characteristic can represent a movement frequency. The movement frequency can define with which period the movement of the projection screen repeats and at which time interval the projection screen is in the same position. Since the movement frequency differs from the repetition frequency, it can be ensured that a pixel projected at temporally successive times is reflected at the temporally successive times by different regions of the projection screen. As a result, the image is influenced at different times by different speckle effects.
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.Accordingly, the method may comprise a step of projecting at least one further pixel with the repetition frequency onto at least one further position in the projection area. In general, all the pixels of the image to be displayed can be projected with the repetition frequency onto the positions of the projection area assigned to the individual pixels.
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.In the step of moving, the projection screen can be moved in at least two directions. For example, the movement of the projection screen may be caused by a superposition of two linear movements of the projection screen or by an overlay of one or two linear movements and a rotational movement of the projection screen. Through a complex movement, the speckle effect can be reduced more than with a monotonous movement.
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. The method may include a step of detecting a speckle effect of the projection screen. In a step of setting, the repetition frequency and, additionally or alternatively, the movement characteristic, that is, for example, the movement frequency, can be set as a function of the speckle effect. The speckle effect can, for example, by an evaluation of one or more temporally successive images of the be detected by the projection screen reflected light. For this purpose, an image recorder can be provided, which can receive the light reflected by the projection screen and display it as an image. With suitable image analysis, images generated by the imager can be evaluated to determine a measure of the presence of the speckle effect. Depending on the presence of the speckle effect, a value of the movement frequency, a value of the repetition frequency or values of the movement frequency and the repetition frequency can be set. As a result, for example, a ratio between the movement frequency and the repetition frequency can be changed. The repetition rate and / or the rate of movement may be adjusted until the speckle effect is reduced to a predetermined level.
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. The repetition frequency can not be a multiple of a movement frequency of the movement characteristic and the movement frequency of the movement characteristic can not be a multiple of the repetition frequency. This can effectively reduce the speckle effect.
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. For example, the repetition frequency may be greater than 40Hz. Such a value is due to the integration time of the human eye of 15Hz. The movement frequency may be, for example, greater than 50Hz.
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.A projection apparatus controller for displaying an image comprising a projection device for projecting a pixel onto a position of a projection area, a projection screen movably arranged in the projection area for reflecting the pixel, and means for moving the projection screen within the projection area has the following features on:
a first setting means for setting a repetition frequency with which the pixel is projected by the projection device to the position of the projection area; and
a second adjusting means for setting a movement frequency with which the projection screen is moved.
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.By the controller, both the repetition frequency with which the image is projected onto the projection screen and the movement frequency with which the projection screen is moved, can be adjusted. The control unit can be designed to set the repetition frequency and the movement frequency independently of one another or coordinated with one another. For example, to set the repetition frequency and the movement frequency, the controller may use data regarding a current speckle effect of the projection apparatus.
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.Thus, the first and second adjustment means may each be adapted to adjust the repetition frequency and the movement frequency in response to information about a current speckle effect of the image.
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.A projection apparatus for displaying an image has the following features:
a projection device for projecting a pixel at a repetition frequency to a position of a projection area;
a projection screen for reflecting the pixel, the projection screen being movably disposed in the projection area; and
means for moving the projection screen within the projection area with a movement characteristic different from the repetition frequency.
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. The repetition frequency and the movement characteristic, for example the movement frequency, can for example be set by a control device for a projection device. The projection apparatus may further comprise a deflection mirror in order to create a further reflection of the original image reflected by the projection screen and, under certain circumstances, to redirect it to the presentation element, through which the virtual image finally appears visible to the eye of the viewer.
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.A computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program product is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
1 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of a projection device according to an embodiment of the present invention;
2 eine Darstellung des Speckle-Effekts; 2 a representation of the speckle effect;
3 ein Blockschaltbild einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 a block diagram of a projection apparatus according to an embodiment of the present invention;
4 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a schematic representation of a projection device according to an embodiment of the present invention;
5 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 5 a schematic representation of a projection device according to an embodiment of the present invention;
6 eine schematische Darstellung eines Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 a schematic representation of a projection screen according to an embodiment of the present invention;
7 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 7 a schematic representation of a projection device according to an embodiment of the present invention;
8 eine schematische Darstellung eines Aktors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 8th a schematic representation of an actuator according to an embodiment of the present invention;
9 eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 9 a schematic representation of a surface of a projection screen according to an embodiment of the present invention;
10 eine schematische Darstellung einer Oberfläche eines Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 10 a schematic representation of a surface of a projection screen according to an embodiment of the present invention;
11 eine Darstellung der Wiederholfrequenz und der Bewegungsfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 11 a representation of the repetition frequency and the movement frequency according to an embodiment of the present invention;
12 eine Darstellung der Bewegung des Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 12 a representation of the movement of the projection screen according to an embodiment of the present invention;
13 eine Darstellung der Wiederholfrequenz und der Bewegungsfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 13 a representation of the repetition frequency and the movement frequency according to an embodiment of the present invention;
14 eine Darstellung der Specklereduktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 14 a representation of the Specklereduktion according to an embodiment of the present invention;
15 eine schematische Darstellung der Bewegung des Projektionsschirms gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 15 a schematic representation of the movement of the projection screen according to an embodiment of the present invention; and
16 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 16 a flowchart of an embodiment of the present invention.
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.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
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. 1 shows a schematic representation of a projection device according to an embodiment of the present invention. The projection device can be used, for example, in a vehicle to display an image in a field of view of the driver.
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.The projection device has a light source 102 , here in the form of a laser projector, a projection screen 104 , here in the form of a projection surface, and a folder mirror 106 on. The deflection mirror 106 is shown as representative of one or a plurality of optical elements. The laser projector 102 is designed to receive one or more light rays on the projection screen 104 to project. From the projection screen 104 the light rays are on the deflection mirror 106 and from the deflecting mirror 106 reflected in a field of view of a user of the projection device. In this way, those of the laser projector appear 102 emitted light rays as a virtual image in the field of view of the user.
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.The projection device can be part of a head-up display. In this case, the projection device can be arranged in the region of the windshield of a vehicle. The laser projector 102 is designed to take a picture on the screen 104 to create. From there, the picture is about one or more optical elements 106 guided. For the driver creates a virtual picture.
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.When reflecting the picture on the projection screen 104 the speckle effect occurs. To reduce this effect, the projection screen becomes 104 in the time interval between two consecutive projections of a same pixel of the image. In this way, a pixel of the image becomes a first point in time from a first position of the projection screen 104 and at a second time, the same pixel of the image becomes a second position of the screen 104 reflected. If the content of the image to be displayed changes between the first time and the second time, the pixel may have image information other than the second time at the first time. If the content of the image to be displayed does not change between the first time and the second time, the pixel may have the same image information at the first time as at the second time.
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. 2 shows a representation of the speckle effect, as in the basis of 1 described projection device can occur if the speckle effect is not reduced by a suitable movement of the projection screen. According to the in 1 described Embodiment shows 2 a bacon pattern 210 which results from projecting an image with a laser projection system.
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.Speckle, which is perceived by a graininess in the image, is an unwanted effect of laser-based projection systems. The laser light is reflected by a projection surface, which has a certain roughness. These bumps can be considered as scattering centers that emit spherical waves of different phases and interfere with the retina. As a result, the viewer sees a randomly distributed grainy image 210 consisting of intensity minima and maxima, which changes with movement of the eye. This is very disturbing and therefore unacceptable. This effect is reduced or eliminated by moving the projection surface.
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. 3 shows a block diagram of a projection device according to an embodiment of the present invention. The projection device has a laser projection system 102 and a projection screen 104 on. The shown construction of the laser projection system 102 has a signal input 320 for receiving an image signal and a movable mirror 322 for projecting a light beam onto the projection screen to produce an image corresponding to the image signal. In this embodiment, the signal input is 320 around a video input to receive a video signal and at the mirror 322 around a scanning micromirror (scanning mirror). The mirror is arranged tiltable about two axes. In the laser projection system 102 can it be in the 1 shown light source and the projection screen to the in 1 act shown projection screen.
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.The projection device also has a power supply 324 , An institution 325 for video and signal processing, a laser driver 326 , a red laser 328 , a green laser 330 , a blue laser 332 , An institution 334 for signal generation and control by means of a control loop, a mirror driver 336 and a facility 338 for position sensing.
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.The device 325 for video and signal processing is designed to evaluate the image signal and suitable control signals for driving the laser driver 326 and the Spiegelterd 336 issue. The image signal may include, for each pixel of an image to be displayed, information about a position of a respective pixel within the image and information about a color and light intensity of the respective pixel. The laser driver 326 is trained to use the laser 328 . 330 . 332 for a pixel so that the lasers 328 . 330 . 332 provide a light beam with a color and light intensity corresponding to the pixel. From the lasers 328 . 330 . 332 emitted light rays can be bundled by means of suitable lenses and mirrors to a common light beam and the mirror 322 be directed. The seal driver 336 is trained to the mirror 322 in such a way that the light beam directed onto the mirror is projected onto a position of a projection area corresponding to the pixel in which the projection screen is projected 104 is arranged. According to the illustrated embodiment, the plurality of pixels of an image are projected line by line in the projection area. The device 338 for position sensing is formed to a position of the mirror 332 to recognize and information about the position of the mirror 332 to the institution 334 issue.
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. A refresh rate with the picture on the projection screen 104 can be projected fixed or be adjustable. For example, the repetition frequency may be dependent on a speckle effect of the projection screen 104 be set.
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.The use of a laser projection system 102 Among the advantages of the "flying spot" method in head-up displays are their contrast and brightness. In a laser projection system 102 after the "flying spot" procedure, as in 3 is shown, the light of a red, green and blue laser diode 328 . 330 . 332 , wherein also monochromatic embodiments are possible, by a beam combining element, for. As dichroic mirrors, merged. This beam hits one or two micromechanical mirrors 322 , the laser beam in two axes on a projection screen 104 distracted. The picture is written line by line like an old cathode ray tube.
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. 4 shows a schematic representation of a projection device according to an embodiment of the present invention. Shown is a projector 102 , for example in the form of in 3 shown laser projection system and a projection screen 104 , The projection screen 104 can be used as a projection screen as based on 1 described, are used. The projection screen 104 is within a projection range of the projector 102 movably arranged in two directions. According to this embodiment, projection surface 104 Rectangular and along their main extension directions, transverse to a projection axis of the projector 102 , For example, in the vertical and horizontal directions, movable. This is the projection screen 104 movable in a mechanical frame 440 arranged. The frame is adapted to an outer shape of the projection surface and according to this Embodiment also executed rectangular. Opposite the frame 440 can the projection screen 104 be moved by means of at least one drive.
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.According to this embodiment are for moving the projection surface 104 two solenoids 442 or cylindrical coils provided with two springs 444 , cooperate here in the form of flat springs. A first solenoid 442 is on a first longitudinal side, here the top, of the frame 440 arranged and trained to the projection surface 104 parallel to a second longitudinal side, here the right side, of the frame 440 to move. Between a third longitudinal side of the frame opposite the first longitudinal side 440 and an adjacent longitudinal side of the projection surface 104 is one of the leaf springs 444 arranged. The leaf spring 444 can be a first solenoid 442 exercise counteracting restoring force. An optional second solenoid 442 is on the second longitudinal side of the frame 440 arranged and trained to the projection surface 104 parallel to the first longitudinal side of the frame 440 to move. Between a fourth longitudinal side of the frame opposite the second longitudinal side 440 and an adjacent longitudinal side of the projection surface 104 is another of the leaf springs 444 arranged. The leaf spring 444 can be a second solenoid 442 exercise counteracting restoring force.
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.An image sensor 446 is adjacent to the screen 104 arranged. The image sensor 446 is formed to at least a portion of the surface of the screen 104 to record on the by the projector 102 the image to be displayed is projected. Based on the image sensor 446 captured data can be one from the projection screen 104 caused speckle effect are detected. Data on a currently occurring speckle effect may be received by one or more controllers of the projection device and used to determine the refresh rate of the image representation and, additionally or alternatively, the motion characteristic of the movement of the projection surface 104 to cause a reduction in the speckle effect. The image sensor may thus be part of a control loop for reducing the speckle effect.
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. 5 shows a further schematic representation of in 4 shown projection device according to an embodiment of the present invention. Shown is the projection screen 104 that in the frame 440 is arranged and over the solenoids 442 and the leaf springs 444 within the frame 440 held and opposite the frame 440 can be moved. To a movement of the projection screen 104 To enable, the frame assigns 440 an inner dimension greater than an outer dimension of the projection surface 104 is.
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.The projection device has a control unit 548 on, which is trained to the solenoids 442 head for. Thus, movements of the projection surface 104 via the control unit 548 to be controlled. For example, the control unit 548 be formed to data regarding the speckle effect of the in 4 shown image sensor or coupled to the image sensor evaluation, based on a suitable for reducing the speckle effect movement characteristic for moving the projection surface 104 to determine and the solenoids 442 to control according to the appropriate movement characteristics. For example, the control unit 548 be formed to a self-contained trajectory of the projection surface 104 to determine and determine a movement frequency with which the projection surface 104 is periodically guided along the trajectory.
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.According to the in the 4 and 5 shown embodiments are horizontal crazy movements of the screen 104 realized by means of a solenoid which is on one side of the mechanical frame 440 is arranged, which is the projection screen 104 supports. The projection screen 104 can thus by a solenoid 442 to be moved.
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.According to one embodiment, an actuator, here in the form of a solenoid 442 that with a flat spring 444 coupled, the projection screen 104 move horizontally. To reduce the speckle effect becomes a suitable control unit 548 that of the "Flying-Spot" projection system 102 dependent required frequencies with which the projection surface 104 goes crazy. In addition, an image sensor 446 be arranged to the speckle effect of the projection screen 104 and an image processing unit may be provided which calculates the contrast and that to the solenoid 442 will determine the shift amplitude to be applied. An additional solenoid 442 can be attached to the other transverse side to apply a vertical movement and thereby bring about a combination of both movements. The control unit 548 will be the appropriate signals, in frequency and amplitude, on both solenoids 442 create a smooth movement of the screen 104 to create.
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. 6 shows a schematic representation of a projection screen according to an embodiment of the present invention. Shown is a projection screen 104 in a frame 440 is arranged. The projection screen 104 is on each side of a flat spring 444 with the frame 440 connected. The flat springs 444 are each arcuately executed, with a vertex of the arc each with the projection surface 104 and end portions of the flat springs 444 each with the frame 440 are connected. Unlike the ones based on the 4 and 5 described embodiments, the projection surface 104 by means of an actuator, a rotational movement in the frame 440 To perform a stretched surface.
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. 7 shows a schematic representation of a projection device with the in 6 shown projection screen according to an embodiment of the present invention. Next to the projection screen 104 shows the projection device according to the basis of 4 described projection device a projector 102 and an image sensor 446 on. On a the projector 102 opposite surface has the projection surface 104 a recess 750 for receiving an output of an actuator. According to this embodiment, the recess 750 circular executed. A rotational movement of the output of the actuator leads to the indicated by an arrow rotation of the projection surface 104 , The recess 750 can with respect to a likewise circular, free-standing end portion of an actuator, as in 8th shown to have some play, so no rotation of the screen 104 results, but a circular motion. Alternatively, the recess and the corresponding end portion may be semicircular.
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. 8th shows a schematic representation of an actuator according to an embodiment of the present invention. The actuator has a vibration motor 852 with a free-standing end section. The free end portion has a shape corresponding to a shape of in 7 shown recess corresponds in the projection surface. In this way, the end portion of the actuator can be inserted into the recess of the projection surface and transmit a movement of the end portion on the projection surface. The vibration motor may for example be designed as an electric motor. In 8th is for the vibration motor 852 a motor axis 854 and an axis 856 of the end section in the form of an eccentric wheel.
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.As in the 6 to 8th shown, the projection screen can 104 be moved in both directions by a small vibration motor 852 at the back, here at the recess 750 the projection surface 104 is arranged. Small vibration motors 852 have on their axis an eccentric mass, which is a periodic deflection of the projection surface 104 cause. The projection screen 104 can thus by a small vibration motor 852 be moved, which may be, for example, a vibration motor of a mobile phone.
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.The projection screen 104 is inside the mechanical frame 440 attached, the on each transverse side of a flat spring 444 having. These flat springs 444 push the screen 104 on opposite sides. The vibrating motor generates by turning 852 a rotational movement of the projection surface 104 which reduces the speckle effects. The rotational speed of the vibration motor 852 depends on the frequencies of the "flying" projection system. For the horizontal movement is that an image sensor 446 can be arranged to the speckle effect of the screen 104 and an image processing unit may be provided which can calculate the contrast and determine the rotational speed applied to the vibration motor 852 is to create.
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. 9 shows a schematic representation of a projection surface 104 a projection screen according to an embodiment of the present invention. Shown are planar waves 960 from the direction indicated by the arrow perpendicular to the projection surface 104 to meet. The speckle effect can be considered through a virtual grid 962 caused and causes a backscattered light 964 in the form of the so-called speckles. In 9 is a situation in which the projection screen 104 is fixed.
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. 10 shows a schematic representation of the projection surface 104 of in 9 shown projection screen according to an embodiment of the present invention. Unlike the in 9 the situation shown is the projection surface 104 according to the in 10 shown situation, and as indicated by a double arrow, in a direction transverse to the direction of incidence of the planar waves 960 , The movement of the projection screen 104 can be based on the 4 to 8th described described. By the movement of the projection surface 104 becomes the virtual grid 962 changed, resulting in a form of backscattered light 964 changed so that the speckles are reduced.
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.Reflective surfaces, such as the surface of the screen 104 can be patterned with special optical elements that enhance, for example, the backscattered light intensity. Such types of structures can produce unwanted speckle effects that can be seen by an observer. This is the case, for example, with projection surfaces structured with holographic diffusers.
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.The 9 and 10 illustrate the optical effect caused by a dislocation of the Projection surface is achieved. The inhomogeneities of the structured surface can be compared with a non-uniform grid (virtual grid). Planar wave propagation produces a variable backscattered light intensity. By moving the projection surface, the backscattered light is smoothed, reducing the speckle effect.
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. 11 shows a representation of the repetition frequency and the movement frequency according to an embodiment of the present invention. The movement frequency is that frequency with which the projection surface described with reference to the preceding figures is moved. The repetition frequency is the frequency with which a pixel of the image to be displayed is repeatedly projected onto the projection surface. Shown is a diagram in which on the abscissa the time in milliseconds [ms] and on the ordinate the amplitude [au] is plotted.
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.To represent a first movement frequency is a first time course 1170 the movement of the projection surface with 60Hz and a second time course 1172 the movement of the projection surface with 90Hz shown. The movement of the projection surface in each case has a sinusoidal course.
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. The refresh rate is 60Hz. To represent the repetition frequency are first times 1174 marked, to each of which a first pixel of the image to be displayed is projected onto the projection surface and second times 1176 marked, to each of which a second pixel of the image to be displayed is projected onto the projection surface.
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. 12 shows a further illustration of the repetition frequency and the movement frequencies 11 , according to an embodiment of the present invention. Shown are positions of the screen 104 within a projection area 1204 , within which the projection surface 104 is moved to the in 11 shown first times 1174 , to each of which a first pixel 1210 of the image to be displayed on the screen 104 is projected. The times are t 0 = 0 ms, t 1 = 16.7 ms, t 2 = 33.3 ms, t 3 = 50.0 ms and t 4 = 66.7 ms.
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 a column marked 60Hz, the positions of the screen are 104 at the respective first times in the case that the projection surface with the in 11 shown first movement frequency of 60Hz is moved. This will be the first pixel 1210 , who always in the same position in the projection area 1204 is projected, always from the same position of the screen 104 projected. For this reason, a movement of the projection surface at 60 Hz at a refresh rate of 60 Hz does not reduce speckle.
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.In a column marked 90Hz, the positions of the screen are 104 at the respective second times in the case that the projection surface with the in 11 shown second movement frequency of 90Hz is moved. This will be the first pixel 1210 , who always in the same position in the projection area 1204 is projected, alternating from two different position of the screen 104 projected. For this reason, a movement of the projection surface acts 104 with 90Hz at a refresh rate of 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. 13 shows a representation of a time course 1370 the movement frequency and a time course of the repetition frequency 1374 according to an embodiment of the present invention. Shown is a diagram in which the time in milliseconds [ms] is plotted on the abscissa and the amplitude in millimeters [mm] on the ordinate. The refresh rate 1374 , for example, the in 1 shown projector is 60.00Hz. The movement frequency of the example in 1 shown wall as a projection screen is 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. 14 shows for the basis of 13 Example parameters shown a result of the Specklereduktion. Shown is a diagram in which the time in milliseconds [ms] is plotted on the abscissa and the number of speckle images on the ordinate. Through the graph shown 1480 the number of independent states is shown at an amplitude of 1.0mm. The result is an average of 3.26 and a 1.81 lard reduction.
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. 15 shows a schematic representation of the movement of the projection surface 104 according to an embodiment of the present invention. The projection screen will start from a first position 1591 , according to the direction of the arrow, first to the left to a second position 1592 , then down to a third position 1593 , then right to a third position 1593 and finally back up the first position 1591 postponed. A period of one complete revolution of the projection surface 104 is determined by the movement frequency of the projection surface 104 specified. In the 15 shown movement form is advantageous in terms of the speckler reduction.
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. 16 shows a flowchart of a method for displaying an image with a projection device embodiment of the present invention. The projection device can be a projection device described with reference to the preceding figures, for example in the form of a "flying spot" system. In one step 1601 For example, a pixel of the image to be displayed is projected at a repetition frequency to a position of a projection area of the projection apparatus. Within the projection area, a projection screen, also referred to as a projection surface, arranged. In one step 1602 The projection screen is moved within the projection area with a movement frequency. The movement frequency differs from the repetition frequency with which the pixels of the image to be displayed are each projected again into the projection area. The steps 1601 . 1602 can be executed in parallel with each other in time.
Im Folgenden werden anhand der vorangegangenen Figuren Ausführungsbeispiele zur Specklereduktion und Speckleregelung mittels einer bewegten Projektionsfläche 104 für Flying-Spot-Systeme beschrieben.In the following, with reference to the preceding figures, exemplary embodiments for reducing speckling and bacon control by means of a moving projection surface 104 for flying spot systems.
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. The reduction of speckle is made by the superposition of different speckle images. Ie. If n different speckle images are generated within the integration time of the eye (approximately 67 ms, 15 Hz), the speckle contrast reduces by √n. In a flying spot system, the pixels are written sequentially one after the other. A refresh rate of z. For example, 60Hz means that a particular pixel is written at 0, then again at 16ms, 33.3ms, 50ms, and so on. In order to achieve a speckle reduction, a different speckle pattern should be generated at each of these times, but the projection surface should be 104 in a different position. However, this does not just apply to one pixel, but to all pixels. To achieve this, the frequency at which the projection surface is supposed to be 104 moved suitable to the refresh rate can be selected.
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. The 11 and 12 show the result of a moving projection surface at 60Hz and 90Hz, assuming an image refresh rate of 60 Hz. A movement of the projection surface 104 at 60 Hz, as indicated by the curve 1170 is shown, resulting in no Specklekontrast, since the projection surface 104 at each pixel is back in the same place. In contrast, a frequency of 90Hz for the movement of the screen 104 chosen as it is through the bend 1172 is shown, so different pixels can be considered. The marked areas 1176 show the times at which a same pixel is written. It can be seen that the projection surface is once in one extreme position and then in the other. This results in two different speckle images that overlap and result in a speckle reduction of sqrt (2). If you now consider another pixel to the marked areas 1174 , one recognizes that for this pixel the projection surface 104 always in the same place and there is accordingly no Specklereduktion.
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. To reduce speckling so a frequency is sought, which generates the largest possible number of different Specklebilder for all pixels. At a refresh rate of 60Hz, a maximum of four different states are possible at the above-mentioned integration time of the eye, ie. h., it can be achieved by a factor of 2 a Specklereduktion.
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.The 11 and 12 show the principle of operation using two simple examples with 60 and 90Hz. In principle, that is the frequency of the projection screen 104 should not be a multiple or divisor of the refresh rate of the projector.
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. For the speckle images of two states to be independent of each other, the projection surface must be 104 have moved a certain distance. The size of this distance depends on the application. In 15 This is shown for an arrangement where the distance between the projector and the screen 104 500mm and the distance between projection screen 104 and camera or the observer is 300mm. In this specific case, the projection screen 104 to be moved by 600μm to create independent speckle patterns. In the case of a 60Hz projector with four states should be between all states mind. 600μm.
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.The total amplitude with which the projection surface 104 is to be moved, then depends on the form of movement. With a sinusoidal excitation, the nonlinear area around the reversal points should be considered. From the parameters image repetition rate f1, frequency of the projection surface f2, amplitude of the projection surface movement A_w, motion shape, for example sinusoidal or triangular, and required distance between two projection surface positions distance_speckle for independent speckle images, the attained speckle reduction can be calculated.
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
For each pixel, the four screen positions A_1, A_2, A_3 and A_4 can be calculated. For example, for a sinusoidal motion: A_1 = round (A_w * sin (2 * pi () * f2 * t_s (x)) * 1000) / 1000; % Position 1 wall A_2 = round (A_w * sin (2 * pi () * f2 * (t1 + t_s (x))) * 1000) / 1000; % Position 2 wall A_3 = round (A_w * sin (2 * pi () * f2 * (t2 + t_s (x))) * 1000) / 1000; % Position 3 wall A_4 = round (A_w * sin (2 * pi () * f2 * (t3 + t_s (x))) * 1000) / 1000; % Position 4 wall With t0 = 0; % [s] 0ms (Values are valid for 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.Then the distances between the positions can be evaluated. If the distances between the positions are greater than the distance distance_speckle, the number of independent states increases by 1, otherwise less.
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.For the parameters
f1 = 60 Hz
f2 = 46 Hz
A_w = 1 mm
distance_speckle = 0.6 mm
this results in the 13 and 14 shown result with a speckler reduction of 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.In order to reduce the effect of the reversal points, a motion form in two directions is advantageous, as in 15 is shown. This reduces the amplitude, since the movement is distributed in two directions, here horizontal and vertical.
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.The problem of turning points is also less relevant. Variable motion in both directions with intrinsic frequency and amplitude characteristics produces variable backscattering patterns.
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.Also advantageous are the small required frequencies. Even frequencies of z. B. 17.5 Hz are possible for a head-up display, if sufficient Störlichtunterdrückung is present. By changing the frequency, the speckle contrast can be regulated. The realization of the movement of the projection surface can be done in various embodiments, as for example with reference to 4 to 7 is shown.
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. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102007048851 A1 [0003] DE 102007048851 A1 [0003]