-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Multiapertur-Projektor zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes aus einer relativ kurzen Entfernung auf eine beabstandete Projektionsfläche.
-
Projiziert man ein großes Bild aus einer relativ kurzen Entfernung, d.h. bei einem kleinen Projektionsverhältnis, so ist eine Weitwinkel-Projektionsoptik notwendig. Eine solche Optik ist bei guter Abbildungsleistung komplex und teuer. Außerdem benötigt die Optik viel Bauraum, was wünschenswert ist, zu vermeiden.
-
Alternativ ist es möglich, das zu projizierende Bild aus mehreren optischen Kanälen zusammenzusetzen, von denen jeder einen Teil des Bildes projiziert. Bei solchen Lösungen gibt es Kanäle, welche sozusagen „geradeaus“ projizieren. Außerdem gibt es Kanäle, deren optische Achsen relativ zu einer Kanalfläche schräg verlaufen. Die Optiken aller dieser Einzelkanäle können aus wenigen optischen Elementen bestehen, da jede Optik eines Kanals nur ein relativ kleines Winkelspektrum abbilden müssen. Eine Anordnung aus mehreren optischen Kanälen ist insgesamt günstiger und kann flexibler an den vorhandenen Bauraum angepasst werden.
-
Allerdings stößt für besonders kleine Projektionsverhältnisse (d.h. ein großes Bild aus einer relativ kurzen Entfernung) eine solche Anordnung aus mehreren optischen Kanälen, oder auch Projektionskanälen genannt, an Grenzen, an denen die Projektion eines Bildes nicht mehr vollständig gewährleistet werden kann. Eine nicht vollständige Projektion des zu projizierenden Bildes erfolgt ursächlich deswegen, weil die optischen Achsen der Randkanäle bei kleinen Projektionsverhältnissen besonders schräg verlaufen müssten. Bei einer optischen Achse welche sich relativ zu einer Objektivfläche bzw. einer Kanalfläche eines mittleren Kanals von dieser in einem Winkel von 45° in den dreidimensionalen Raum hinfort erstreckt, ist die die Abbildungsleistung und/oder die Lichtstärke des zu projizierenden Bildes mit Einbußen verknüpft. Die optische Achse ist eine gedachte Linie, die durch die Zentren der optischen Elemente verläuft. Die optische Achse ist eine Symmetrieachse bei rotationssymmetrischen Systemen.
-
DE 10 2013 208 625 A1 offenbart ein Multiapertur-Projektionsdisplay und die Einzelbilderzeugung für ein solches.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Multiapertur-Projektor zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes aus einer relativ kurzen Entfernung auf eine beabstandete Projektionsfläche bereitzustellen, wobei der Multiapertur-Projektor kompakt und simpel gebaut ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Multiapertur-Projektor bereitzustellen, mit dem Lücken oder Überlappungen im projizierten Bilddes zu projizierenden Bildes auf der Projektionsfläche vermieden werden können.
-
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
-
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, Lücken und/oder Überlappungen im projizierten Bild auf der Projektionsfläche zu vermeiden. Denn es wurde erkannt, dass eine optimale Anordnung der abbildenden Elemente in Bezug auf das zu projizierende Bild und in Bezug der abbildenden Elemente zueinander existiert, bei der die projizierten Teilbilder ideal aneinander anschließen und sich ohne signifikanten Überlapp zu einem großen projizierten Gesamtbildergänzen. Um Lücken oder Überlappungen im projizierten Bild zu vermeiden, wurde erkannt, dass sämtliche Spiegelachsen, welche auch Kippachsen hierin genannt werden, derart zu wählen sind, dass sie parallel gegenüber einer Kante eines Teilbildes des zu projizierenden Bildes verlaufen. Ferner vorteilhaft ist, wenn die Kippachsen parallel beabstandet zu dem Teilbild des zu projizierenden Bildes liegen.
-
Der vorgeschlagene Multiapertur-Projektor zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes, insbesondere aus einer relativ kurzen Entfernung, auf eine beabstandete Projektionsfläche umfasst mindestens eine Lichtquelle, welche in einem angeschalteten Zustand bewirkt, dass mindestens ein Durchlichtbild eine optische Abbildung auf die Projektionsfläche projiziert; wobei das mindestens eine Durchlichtbild in eine Mehrzahl an rechteckigen Bereichen unterteilt ist, wobei jeder rechteckiger Bereich des Durchlichtbildes ein Teildurchlichtbild ausbildet. Sofern die mindestens eine Lichtquelle ein vom dem Durchlichtbild separates Bauteil ist, wirft die mindestens eine Lichtquelle in einem angeschalteten Zustand Lichtstrahlen auf das mindestens eine Durchlichtbild zum Projizieren einer optischen Abbildung. Sofern die mindesten eine Lichtquelle in dem Durchlichtbild umfasst ist, insbesondere wenn das Durchlichtbild eine Anzahl aus OLEDs und/oder LEDs angeordnet in einer Matrixstruktur umfasst, wirft das Durchlichtbild als solches in einem angeschalteten Zustand Lichtstrahlen direkt auf optische Kanäle zum Projizieren einer optischen Abbildung Die Lichtquelle kann weißes Licht oder auch schmalbadiges, also farbiges, Licht abstrahlen. Insbesondere kann die Lichtquelle sichtbares Licht, UV-Licht und/oder IR-Licht ausstrahlen. Auch andere Lichtquellen sind möglich. Bei den Lichtquellen, welche mit dem Multiapertur-Projektor verwendet werden können, gibt es keine Einschränkung.
-
Kommt beispielsweise ein gemeinsames Durchlichtbild oder auch Dia genannt zum Einsatz, ist es essentiell, dass dieses vollständig abgebildet wird und die abgebildeten Bildteile lückenlos aneinander anschließen. Kommt eine Umlenkung mit Spiegeln für Randkanäle zum Einsatz, führt dies im Allgemeinen dazu, dass die Teilprojektionen sich nicht ohne Überschneidung aneinanderfügen lassen, sondern sich Überlappen.
-
Um diesen Umstand zu vermeiden, umfasst der vorgeschlagene Multiapertur-Projektor ein Multiapertur-Objektiv und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung, welche eine Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen zum Umlenken der durch das mindestens ein Durchlichtbild einfallenden Lichtstrahlen umfasst, wobei jedes Strahlumlenkungselement in eine unterschiedlich Richtung zeigt und einem Teildurchlichtbild zugeordnet ist. Die Strahl-Umlenkungselementanordnung weist eine Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen zum Umlenken einfallender Lichtstrahlen auf. Ein Fachmann versteht, dass vorliegend auch andere elektromagnetische Strahlen, also nicht nur Lichtstrahlen des sichtbaren Lichtes, mit dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor projizierbar sind. Daher werden vorliegend unter Lichtstrahlen auch elektromagnetische Strahlen anderer Wellenlängenbereiche verstanden. Die Strahlumlenkungselemente können durch Spiegel und/oder Prismen gegeben sein. Mit anderen Worten: ein Strahlumlenkungselement kann ein Spiegel oder ein Prisma oder eine Kombination aus Spiegel und Prisma sein.
-
Das Multiapertur-Objektiv und die Strahl-Umlenkungsanordnung, d.h. die Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen, bilden eine Anordnung von optischen Kanälen aus und sind derart zu dem mindestens einen Durchlichtbild angeordnet, dass die Lichtstrahlen nach einem Durchtritt durch das mindestens eine Durchlichtbild in die optischen Kanäle einfallen, so dass nach Durchgang der Lichtstrahlen durch die optischen Kanäle das Projizieren der optischen Abbildung auf die Projektionsfläche erfolgt. Bei dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor kann ein einziges Durchlichtbild (Dia) oder eine Mehrzahl von Durchlichtbildern (Dias) vorgesehen sein. In jedem Fall weist der vorgeschlagene Multiapertur-Projektor mindestens ein Durchlichtbild (Dia) auf.
-
Die Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen sind derart zueinander und in Bezug auf das mindestens einen Durchlichtbild angeordnet, dass jedes Strahlumlenkungselement um eine Kippachse gekippt ist, wobei die Kippachse durch eine Strahlumlenkungselementfläche verläuft und die Kippachse mit einer Seite eines rechteckigen Bereiches parallel verläuft oder die Kippachse mit mindestens einer Seite von den zwei Seiten des rechteckigen Bereichs einen 45°-Winkel einschließt.
-
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Kippachsen, wie sie hier in der vorliegenden Anmeldung benutzt werden, nur ein konzeptionelles Hilfsmittel zum Verständnis bzw. zur Konstruktion sind, und nicht notwendigerweise im fertigen Aufbau tatsächlich vorhandene drehbaren Achsen sind, jedoch solche sein könnten.
-
Die Kippachse verläuft zu einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bereiches parallel (Option A) oder die Kippachse schließt mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des mindestens einen rechteckigen Bereiches, welcher insbesondere bei nur einem Durchlichtbild eine Teilfläche des Durchlichtbildes oder bei mehreren in eine Ebene nebeneinander angeordneter Durchlichtbilder eines dieser Durchlichtbilder sein kann, einen 45°-Winkel (Option B) ein. Bei Erfüllung der Bedingung der Option A rotiert das projizierte Bild im Objektraum nicht. Das projizierte Bild wird durch ein Kippen an der Kippachse nur in eine Richtung verschoben und/oder gespiegelt, nämlich oberhalb, oder unterhalb, oder zu einer Seite der Bildsensorfläche im Objektraum. Die Ecken des gewünschten projizierten Gesamtbildes im Objektraum lassen sich durch die Erfüllung der Option A nicht erreichen. Bei Erfüllung der Bedingung der Option B, wenn also die Spiegelachse bzw. die Kippachse in einem Winkel von 45 ° (Grad) zu mindestens einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bereiches des Durchlichtbildes verläuft, erfolgt eine Rotation des projizierten Bildes im Objektraum um 90 ° (Grad). Zudem erfolgt wie bei Option A eine Verschiebung. Die Seiten des rotierten, insbesondere rechteckigen, projizierten Bildes verlaufen daher parallel zu den verschobenen Teilbildern oder dem verschobenen Teilbild gemäß Option A. Vorliegend wurde erkannt, dass wenn die Kippachse in einem anderen Winkel zu den Seiten des rechteckigen Bereiches verläuft, Lücken oder Überlappungen in den projizierten Teilbildern entstehen. Vorliegend wird beschrieben, wie aus projizierten Teilbildern ein lückenloses, überlappungsfreies projiziertes Gesamtbild erhalten wird.
-
Mit dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor kann somit ein lückenloses Bild projiziert werden, d.h. der gesamte Bereich des Durchlichtbildes kann vollständig aus relativ kurzer Entfernung auf die Projektionsfläche projiziert werden. Beispielsweise kann eine Durchlichtbild mit einer Größe von 100 cm x 50 cm in einem Abstand von 15 cm mit dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor auf eine Projektionsfläche vollständig, insbesondere lückenlos und ohne Überlappung, projiziert werden. Die Größe der Projektionsfläche selbst kann hierbei eine beliebige Größe haben.
-
Bevorzugt verläuft die Kippachse parallel, insbesondere beabstandet, zu dem Durchlichtbild bzw. zu der Fläche des oder der Durchlichtbilder. Dadurch, dass die Kippachse einerseits zu einer Seite des mindestens einen rechteckigen Bereiches parallel (Option A erfüllt) oder in einem 45° Winkel zu dieser Seite des mindestens einen rechteckigen Bereiches (Option B erfüllt) verläuft und andererseits parallel zu dem rechteckigen Bereich verläuft, ist ein zweidimensionaler Kippwinkel im dreidimensionalem Raum definiert, welcher zu einem lückenlosen projizierten Bild mit einem Projektionsverhältnis < 0,5 führt.
-
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben herausgefunden, dass eine optimale Anordnung der Mehrzahl an Strahlumlenkungselementen existiert, bei der die Teilprojektionen ideal aneinander anschließen und sich ohne Überlapp zu einen großen Gesamtbild ergänzen. Dazu sind sämtliche Spiegelachsen/Kippachsen so zu wählen, dass sie untereinander beziehungsweise zu den Kanten der rechteckigen Teilbilder (der rechteckigen Bereiche) auf dem Dia einen Winkel von 0°, 45° oder 90° bilden. Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn sämtliche Spiegelachsen/ Kippachsen so gewählt werden, dass sie in der Ebene des Dias 40, d.h. in der Dia-Fläche, liegen.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Projektions-System, welches den vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor und eine Projektionsfläche umfasst.
-
Die vorliegende Erfindung adressiert ein Problem, das bei sehr spezifischen Anordnungen des Projektions-System auftritt. Vorliegend ist der Begriff Projektions-System als den vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor und eine Projektionsfläche, aus welcher das zu projizierende Bild projiziert wird, zu verstehen. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Multiapertur-Projektors kann ein zu projizierendes Bild in Teilbilder segmentiert werden und diese Teilbilder durch mehrere optische Kanäle auf die Projektionsfläche projiziert werden, und zwar derart, dass ein vollständiges Gesamtbild entsteht. Das zu projizierende Bild ist im Projektions-System vollständig vorhanden. Das im Multiapertur-Projektor verwendete Durchlichtbild wird auch Dia genannt. Bei dem Durchlichtbild oder Dia kann es sich um eine transparente Vorlage handeln, auf der das zu projizierende Bild abgebildet ist und mittels Lichtstrahlen auf die Projektionsfläche projiziert werden kann. Die Segmentierung geschieht bei der Abbildung dadurch, dass Teile dieses Dias von verschiedenen optischen Kanälen abgebildet werden.
-
Die Wirkung des vorgeschlagenen Multiapertur-Projektors bzw. des Projektions-Systems ist die Vermeidung von Lücken oder Überlappung beim Zusammensetzen eines großen projizierten Bildes aus mehreren Teilbildern. Bei einem Mehrkanalsystem, welches in dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor verwendet wird, werden die Fläche des Dias/Durchlichtbildes und der Bauraum effektiver ausgenutzt beziehungsweise das eingesetzte Licht wird effektiver genutzt. Die Vorteile sind im Einzelnen: Kleinere Verschwendung von Fläche des Dias/Durchlichtbildes, was besonders wichtig beispielsweise bei einem steuerbaren Element wie einem DLP (für „Digital Light Processing“) oder LCD ist. Weiter vorteilhaft sind die geringere Abmessungen, das geringere Gewicht und die geringeren Kosten des Multiapertur-Projektors.
-
Projektions-Systeme bzw. Projektoren finden in folgenden Gebieten Anwendung: Projektoren in Fahrzeugen, beispielsweise zur Beleuchtung von Außen- und Innenraum, aber auch zur Information des Fahrers oder anderer Verkehrsteilnehmer, Robotik oder Machine Vision, beispielsweise zur Vereinfachung der Umgebungs-Erfassung (Beleuchtung, Musterprojektion zur 3D-Erfassung), Mobiltelefone oder andere Geräte der mobilen Unterhaltungselektronik und medizinische Anwendungen, zum Beispiel auch gezielte Desinfektion durch UV-Licht.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
- 1 schematische Ansicht eines Projektions-Systems, welches einen Multiapertur-Projektor und eine Projektionsfläche umfasst;
- 2a, b schematische Ansichten verschiedener Beispiele von Objektiven und Durchlichtbildern zur Ausbildung optischer Kanäle mit verschiedenen Blickrichtungen, nämlich geradeaus Blickrichtung (2a) und seitliche Blickrichtung (2b), welche in einem Multiapertur-Projektor wie in 1 gezeigt eingebaut sein können;
- 3a-h schematische Ansichten von Multiapertur-Projektoren (3a, c, e, g) und Darstellung des dazugehörigen resultierenden projizierten Bildes im Objektraum (3b, d, f, h);
- 4a-d schematische Ansichten von Multiapertur-Projektoren (4a, c) und Darstellung des dazugehörigen resultierenden projizierten Bildes im Objektraum (4b, d);
- 5a, b schematische Ansichten von resultierenden projizierten Teilbildes im Objektraum mit jeweils neun optischen Kanälen, wobei die optischen Kanäle in 5a keine Lücken und keine Überlappung und die optischen Kanäle in 5b Lücken und Überlappungen zeigen;
- 6a ein schematischer Multiapertur-Projektor, bei dem das Multiapertur-Objektiv zwischen der Strahl-Umlenkungselementanordnung und mindestens einem Durchlichtbild angeordnet ist;
- 6b ein schematischer Multiapertur-Projektor, bei dem die Strahl-Umlenkungselementanordnung zwischen dem Multiapertur-Objektiv und dem mindestens einen Durchlichtbild angeordnet ist; und
- 6c ein schematischer Multiapertur-Projektor, bei dem das Multiapertur-Objektiv beidseitig von jeweils einer Strahl-Umlenkungselementanordnung umgeben ist.
-
Einzelne Aspekte der hierin beschriebenen Erfindung sind nachfolgend in den 1 bis 6c beschrieben. In Zusammenschau der 1 bis 6c wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung verdeutlicht. In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden.
-
In den 1 bis 5b ist entweder ein Koordinatensystem im Bildraum (x, y, z) oder ein Koordinatensystem im Objektraum (k1, k2) eingezeichnet, worauf hierin Bezug genommen wird, um den vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor in Bezug auf die eingezeichneten Achsen bzw. das jeweils resultierende projizierte Bild weiter zu spezifizieren. Bei den Koordinaten x, y, z, k1 und k2 handelt es sich jeweils um reelle Zahlen, wobei das (x,y,z) Koordinatensystem bevorzugt kartesische Koordinaten sind und das (k1, k2) Koordinatensystem Polarkoordinaten sind.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Projektions-Systems 100, welches einen Multiapertur-Projektor 10 und eine Projektionsfläche 110 umfasst. Lichtstrahlen 120 gelangen von dem Multiapertur-Projektor 10 auf die Projektionsfläche 110, auf welcher das zu projizierende Bild des Durchlichtbildes des Multiapertur-Projektors 10 projiziert werden kann. Das eingezeichnete Koordinatensystem (x, y, z) zeigt eine Ausrichtung des Multiapertur-Projektors 10 in Relation zu einer Projektionsfläche 110.
-
In 2a und 2b sind schematische Ansichten verschiedener Beispiele von Objektiven 2 und Durchlichtbildern 40 zur Ausbildung optischer Kanäle 22 mit verschiedenen Blickrichtungen 3 gezeigt. 2a zeigt beispielsweise ein rechteckiges Durchlichtbild 40 oder Dia 40 mit einem Objektiv 2, welches auf oder parallel beabstandet zu dem Durchlichtbild 40 angeordnet ist. Mit dem Bezugszeichen 3 ist eine Blickrichtung 3 des optischen Kanals 22 in 2a angedeutet. Ohne ein Strahlumlenkungselement 4 erstreckt sich die Blickrichtung 3 des optischen Kanals 22, wie in 2a gezeigt, entlang einer Geradeaus-Richtung bzw. entlang einer z-Richtung, während sich das zugeordnete Durchlichtbild 40 entlang einer x-y Ebene erstreckt, wie dies durch ein eingezeichnetes Koordinatensystem definiert ist.
-
Das Dia 40 oder das Durchlichtbild 40 in 2a und 2b ist jeweils rechteckig mit zwei unterschiedlichen Seitenlängen 44a, 44b ausgebildet. Es ist ferner denkbar das Durchlichtbild 40 oder Dia 40 quadratisch auszubilden. Welchen Winkelbereich im Bildraum (x,y, z) ein bestimmter optischer Kanal genau einnimmt, lässt sich ermitteln, indem man dessen rechteckigen Bereich auf dem Dia 40 durch das Objektiv 2 und das Umlenkungselement 4 in den Objektraum zurückprojiziert. Das projizierte Bild 50, 52 hat seinerseits wieder im Objektraum (k1, k2) die Form eines Rechtecks. Siehe 3 und 4. Führt man dies für verschiedene Kippwinkel des Strahlumlenkungselementes 4 durch, so stellt man fest, dass dieses Rechteck unter bestimmten Umständen eine Drehung vollführt. Diese hängt jedoch vom Kippwinkel im dreidimensionalem Raum in mindestens einer Ebene ab. Mit anderen Worten, die Drehung oder Verschiebung des Rechteckes hängt von der Kippachse 5 ab, um die das Strahlumlenkungselement 4 in Bezug auf den Bildsensor 40 gekippt ist. Zwei optische Kanäle mit verschiedenen Blickrichtungen 3 erzeugen daher zwei projizierte Teilbilder r 50, 52, die gegeneinander verdreht und/oder verschoben sind.
-
In 2b ist vor dem Objektiv 2 ein Strahlumlenkungselement 4 angeordnet. Das Strahlumlenkungselement 4 kann beispielsweise ein Spiegel 34 oder ein Prisma 32 sein. Es ist ferner denkbar, dass das Strahlumlenkungselement 4 eine Kombination aus Spiegel 34 und Prisma 32 oder eine Kombination aus mehreren Spiegeln 34 und Prismen 32 ist.
-
Die verschiedenen Kombinationen aus Bildsensor 40 und Objektiv 2 und gegebenenfalls Strahlumlenkungselement 4, wie in 2a und 2b gezeigt, bilden Bausteine des vorgeschlagenen Multiapertur-Projektors 10. Der Multiapertur-Projektor 10 umfasst mindestens einen rechteckiges Dia 40, ein Multiapertur-Objektiv 20 zum Projizieren einer optischen Abbildung, und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung 30, wie dies beispielsweise in den 2a, 3a, 3c, 3e, 3g und 4 a, und 4c zu sehen ist.
-
Während ein optischer Kanal 22 ohne Spiegel 34 oder ohne Prisma 32 geradeaus abbildet- genauer gesagt senkrecht von der Dia-Fläche 45 weg, d.h. entlang der z-Richtung - projizieren optische Kanäle 22 mit Spiegel 34 und/ Prisma 32 im einfachsten Fall seitwärts, also in verschiedene Richtungen entlang der Dia-Ebene, d.h. nicht parallel zur z-Richtung. Dazwischen sind je nach Stellung des Strahl-Umlenkungselementes 4 auch andere Projektions-Richtungen möglich. Kombiniert man auf diese Weise mehrere optische Kanäle 22 mit und ohne Strahlumlenkungselement 4, kann das Projektions-System 100 insgesamt ein besonders großes Bild aus einer kurzen Entfernung projizieren, hat also ein sehr kleines Projektionsverhältnis (deutlich < 1:1).
-
Das Durchlichtbild 40 weist eine Durchlichtbildfläche 45 auf, welche rechteckig oder quadratisch ausgebildet ist. Das Durchlichtbild 40 in 2a und 2b ist jeweils rechteckig mit zwei unterschiedlichen Seitenlängen 44a, 44b ausgebildet. Es ist aber denkbar das Durchlichtbild 40 quadratisch auszubilden.
-
Nachfolgend wird auf das Adjektiv in den Begriff „projiziertes Bild“ verzichtet und stattdessen kurz der Begriff „Bild“ verwendet. Einem Fachmann ist klar, dass von einem projizierten Bild die Rede ist, welches durch den Multiapertur-Projektor projiziert wird. Außerdem werden Teilbild und Bild synonym zu einander verwendet. Denn ein Teilbild ist stets auch immer ein Bild. Ein Gesamtbild ist aus Teilbildern(Bildern) zusammengesetzt.
-
Das Teilbild 50 des geradeaus schauenden Objektivs 2 ist wie in den 3 und 4 jeweils beispielsweise im Ursprung des k1-k2-Koordinatensystems gezeigt. Das durch das jeweilige zugehörige Strahlumlenkungselement 4 verschobene und/oder gedrehte und/oder gespiegelte seitliche Teilbild 52 grenzt jeweils derart an das geradeaus Teilbild 50 an, dass in Summe ein lückenloses Gesamtbild 54 entstehen kann, wie dies beispielsweise in 5a gezeigt ist.
-
In 2b ist vor dem Objektiv 2 ein Strahlumlenkungselement 4 angeordnet. Das Strahlumlenkungselement 4 kann beispielsweise ein Spiegel 34 oder ein Prisma 32 sein. Es ist ferner denkbar, dass das Strahlumlenkungselement 4 eine Kombination aus Spiegel 34 und Prisma 32 oder eine Kombination aus mehreren Spiegeln 34 und Prismen 32 ist.
-
In 2b weist das Strahlumlenkungselement 4 eine derartige Geometrie auf, dass das Strahlumlenkungselement 4 an einer der Durchlichtbildfläche 45 oder dem Objektiv 2 abgewandten Seite eine Strahlumlenkungselementfläche 46 aufweist, welche in einem Winkel α von dem Objektiv 2 hinfort erstreckt. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 erstreckt sich entlang einer optischen Achse 47. Die optische Achse 47 entspricht nicht der Kippachse 5. Die Kippachse 5 erstreckt sich in der Strahlumlenkungselementfläche 46, während die optische Achse 47 mit einer weiteren Achse 47a die Strahlumlenkungselementfläche 46 aufspannen. Die Kippachse kann somit parallel zu weiteren Achse 47a oder senkrecht zur optischen Achse 47 oder einen Winkel von 45 ° mit der optischen Achse 47 aufspannen.
-
Insbesondere kann sich die Strahlumlenkungselementfläche 46 in einem Winkel α > 0° oder α < 90° von dem Objektiv 2 hinfort erstrecken. Mit anderen Worten: die optische Achse 47 erstreckt sich in dem Winkel α > 0° oder α < 90° von dem Objektiv 2 hinfort. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 erstreckt sich somit im dreidimensionalen Raum und weist variable (x, y, z)-Koordinaten ausgehend von einer Oberfläche des Objektivs 2 auf, wobei x, y und z reelle Zahlen sind. Die Strahlumlenkungselementfläche 46 weist eine Kippachse 5 auf, welche - wie in 2b gezeigt ist - parallel zur x-Achse bei einem konstanten z-Wert und konstanten y-Wert verläuft, d.h. (x, y=konstant, z=konstant). Durch die Geometrie des Strahlumlenkungselements 4 bzw. durch die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 erfolgt eine Strahlumlenkung. Mit anderen Worten: das Durchlichtbild 40 bzw. Dia 40 mit seinem optischen Kanal 22 gemäß 2b weist eine von der geradeaus Richtung abweichende Blickrichtung 3 auf, nämlich seitlich in y-Richtung. Der optische Kanal 22 mit Dia 40 gemäß 2b schaut sozusagen seitlich um die Ecke.
-
Vorschlagsgemäß umfasst der Multiapertur-Projektor 10 zum Projizieren einer optischen Abbildung eines Durchlichtbildes 40 aus einer relativ kurzen Entfernung auf eine beabstandete Projektionsfläche 110 daher mindestens eine Lichtquelle 12, welche in einem angeschalteten Zustand bewirkt, dass mindestens ein Durchlichtbild 40 eine optische Abbildung auf die Projektionsfläche 110 projiziert; wobei das mindestens eine Durchlichtbild 40 in eine Anzahl an rechteckigen Bereichen unterteilt ist. Sofern die mindestens eine Lichtquelle 12 ein vom dem Durchlichtbild 40 separates Bauteil ist, wirft die mindestens eine Lichtquelle 12 in einem angeschalteten Zustand Lichtstrahlen 120 auf das mindestens eine Durchlichtbild 40 zum Projizieren einer optischen Abbildung. Sofern die mindesten eine Lichtquelle 12 in dem Durchlichtbild 40 umfasst ist, insbesondere wenn das Durchlichtbild 40 eine Anzahl aus OLEDs und/oder LEDs angeordnet in einer Matrixstruktur umfasst, wirft das Durchlichtbild 40 als solches in einem angeschalteten Zustand Lichtstrahlen direkt auf optische Kanäle 22 zum Projizieren einer optischen Abbildung. Jedenfalls ist das mindestens eine Durchlichtbild 40 in eine Anzahl an rechteckigen Bereichen 44 unterteilt. Die rechteckigen Bereiche können unterschiedliche Seitenlängen 44a, 44b aufweisen. Die Seitenlängen 44a, 44b können auch gleich lang ausgebildet sein, so dass der rechteckige Bereich 44 ein quadratischer Bereich sein kann. Jeder rechteckiger Bereich 44 des Durchlichtbildes 40 bildet ein Teildurchlichtbild aus. Ferner ist es möglich, dass statt einem Durchlichtbild 40 mehrere Durchlichtbilder 40 in dem Multiapertur-Projektor 10 vorgesehen sind. Die mehreren Durchlichtbilder 40 können in einer Ebene nebeneinander (also entlang einer x-y-Ebene) und/oder hintereinander (also entlang eine z-Richtung) angeordnet sein. Vorliegend kann mit dem Durchlichtbild 40 also auch eine Mehrzahl an Durchlichtbildern 40 gemeint sein. Unter dem Durchlichtbild 40 ist vorliegend mindestens ein Durchlichtbild 40 gemeint.
-
Der Multiapertur-Projektor 10 umfasst ferner ein Multiapertur-Objektiv 20 und eine Strahl-Umlenkungselementanordnung 30, welche eine Anzahl an Strahlumlenkungselementen 4 zum Umlenken der durch das mindestens ein Durchlichtbild 40 einfallenden Lichtstrahlen 120 umfasst. Der Multiapertur-Projektor 10 oder Bestandteile des Multiapertur-Projektors 10 sind in den 1 bis 6c gezeigt. Das Multiapertur-Objektiv 20 und die Strahl-Umlenkungsanordnung 30 bilden eine Anordnung von optischen Kanälen 22 aus, welche insbesondere in unterschiedlicher Richtungen zeigen, und sind derart zu dem mindestens einen Durchlichtbild 40 angeordnet, dass die Lichtstrahlen 120 nach einem Durchtritt durch das mindestens eine Durchlichtbild 40 in die optischen Kanäle 22 einfallen, so dass nach Durchgang der Lichtstrahlen 120 durch die optischen Kanäle 22 das Projizieren der optischen Abbildung auf die Projektionsfläche 110 erfolgt (siehe 1 bis 5).
-
Die Anzahl an Strahlumlenkungselementen 4 ist derart zueinander und in Bezug auf das mindestens einen Durchlichtbild 40 angeordnet, dass jedes Strahlumlenkungselement 4 um eine Kippachse 5 gekippt ist, wobei die Kippachse 5 durch eine Strahlumlenkungselementfläche 46 verläuft und die Kippachse 5 mit einer Seite eines rechteckigen Bereiches 44 parallel verläuft oder die Kippachse 5 mit mindestens einer Seite von zwei Seiten des rechteckigen Bereichs 44 einen 45°-Winkel einschließt.
-
Bevorzugt verläuft die Kippachse 5 parallel, insbesondere beabstandet, zu dem mindestens einen Durchlichtbild 40. Ferner bevorzugt verläuft die Kippachse 5 parallel, insbesondere beabstandet, zu dem zugehörigen Objektiv 2 des jeweiligen optischen Kanals 22. Die Kippachse 5 verläuft somit in einer x-y-Ebene, wie dies beispielsweise aus den 2b und 3a bis 4c hervorgeht. Eine Ebene des Durchlichtbildes, hierin auch Dia-Fläche 45 oder Durchlichtbildfläche 45 genannt, erstreckt sich in der x-y Ebene. Die Kippachse 5 verläuft somit parallel zur Dia-Fläche 45.
-
Bevorzugt ist das mindestens eine Durchlichtbild 40 austauschbar. Das Durchlichtbild 40 kann austauschbar beziehungsweise wechselbar ausgeführt sein, so dass mit dem gleichen Aufbau verschiedene Motive projiziert werden können. Bei dem vorgeschlagenen Multiapertur-Projektor 10 können unterschiedliche Durchlichtbilder 40 wechselweise eingesetzt werden, wodurch das zu projizierende Bild wechselbar ist. Es ist ferner denkbar, dass mehrere Durchlichtbilder 40 hintereinander, also entlang einer z-Achse, in den Multiapertur-Projektor 10 angeordnet sind. Ferner ist es denkbar, dass mehrere Durchlichtbilder 40 nebeneinander in einer Ebene, also in einer x-y Ebene, in den Multiapertur-Projektor 10 angeordnet sind. Beispielsweise kann dann jedem optischen Kanal 22 sein eigenes Durchlichtbild zugeordnet sein. Ein Durchlichtbild 40 kann eine transparente Vorlage sein, auf welcher ein zu Projizierendes Bild abgebildet ist. Das zu projizierende Bild kann auf der Vorlage eingeritzt oder aufgedruckt oder aus der Vorlage ausgeschnitten sein. Die Vorlage kann ferner in verschiedenen Farben unterschiedlich transparent sein. Die Vorlage kann aus einem transparenten Polymer oder aus Glas bestehen.
-
Das mindestens ein Durchlichtbild 40 ist in einem laufenden Betrieb des Multiapertur-Projektors 10 nicht steuerbar oder veränderbar, insbesondere wenn das Durchlichtbild 40 eine Vorlage aus transparentem Polymer oder Glas umfasst. Mit anderen Worten: Das Durchlichtbild 40 kann statisch sein. Bevorzugt kann das mindestens eine Durchlichtbild 40 als eine Abbildung auf einem Substrat aus verschiedenen transparenten Stoffen ausgebildet sein, insbesondere aus transparenten bunten oder klaren Glas oder aus transparentem bunten oder klaren Polymer.
-
Es ist auch denkbar, dass das mindestens eine Durchlichtbild 40 ein steuerbares optoelektronisches Bauteil 48 ist. Insbesondere kann das Durchlichtbild ein DMD-Bauteil sein, wobei DMD eine Abkürzung für Digital Micromirror Device ist. Im Fachjargon ist ein DMD auch als eine Mikrospiegel Matrix bekannt. Ferner kann das steuerbare optoelektronische Bauteil ein LCD (Liquid Crystal Display) sein. Insbesondere kann eine LCD-Matrix sowohl in Transmission als auch in Reflexion betrieben werden. Letztere wird auch als LCoS (Liquid Crystal on Silicon) bezeichnet. Bevorzugt ist dann jedem optischen Kanal 22 ein eigenes Durchlichtbild 40 zugeordnet. Das eigene Durchlichtbild 40 enthält nur das für diesen optischen Kanal 22 passende Teilbild. Aus der Gesamtheit der Dias 40/ Durchlichtbilder 40 entsteht dann in der Projektion ein vollständiges projiziertes Bild. Besonders im Fall von steuerbaren optoelektronisches Bauteilen 48 wie DMDs oder LCDs kann es vorteilhaft sein, für das gesamte Projektionssystem 100 ein einzelnes Dia 40 zu verwenden.
-
Generell ist es denkbar, dass der Multiapertur-Projektor 10 pixelweise steuerbar ist, wobei das mindestens eine Durchlichtbild 40 als Lichtmodulator ausgebildet ist. Beispielsweise kann das mindestens eine Durchlichtbild 40 als Amplitudenmaske und/oder als Phasenmaske ausgebildet sein oder das mindestens eine Durchlichtbild 40 kann zusätzlich eine Amplitudenmaske und/oder eine Phasenmaske umfassen. Das Durchlichtbild 40 kann folglich eine Amplitudenmaske sein oder umfassen, die durch Licht absorbierende Stoffe verschiedener Dichte realisiert ist, die auf einem Substrat aufgebracht sind. Eine Beschichtung aus Licht absorbierenden Stoffen kann ein Polymer sein, aber auch eine metallische Beschichtung, wie beispielsweise Schwarz-Chrom. Die Beschichtung kann auch verschiedene Wellenlängen des Lichts unterschiedlich stark absorbieren. Wird das Durchlichtbild 40 beispielsweise mit sichtbarem Licht beleuchtet, bedeutet dies, dass das Durchlichtbild 40 und damit die Projektion, also das projizierte Bild, farbig erscheinen.
-
Weiter bevorzugt ist das mindestens eine Durchlichtbild 40 aus einer Matrix aus anorganischen und/oder organischen LEDs ausgebildet. Mit anderen Worten: Bevorzugt umfasst das mindestens eine Durchlichtbild 40 die mindestens eine Lichtquelle 12 in Form einer Matrix aus anorganischen und/oder organischen LEDs. Die LEDs sind Licht emittierende Dioden, welche im weitesten Sinne auch als selbstleuchtend bezeichnet werden können. Denn LED sind Licht emittierende Bauelemente, welche, insbesondere bei Energiezufuhr, selbstleuchtend sind. Umfasst das Durchlichtbild 40 OLEDs oder LEDs ist das Durchlichtbild 40 selbstleuchtend, so dass es keiner weiteren Lichtquelle bedarf. Zudem kann eine Matrix aus OLEDs und/oder LEDs pixelweise steuerbar sein. Hierzu kann einer Steuerung vorgesehen sein, welche die OLEDs und/oder LEDs pixelweise ansteuert. Die LEDs/OLEDs als solche können das zu projizierende Bild generieren, indem die OLEDs/LEDs entsprechend angesteuert werden, Lichtstrahlen 120 auszusenden. Pro Pixel kann eine Anzahl an OLEDS und/oder LEDs ansteuerbar sein. Beispielsweise können 640×480 oder 1920×1080 LEDs /OLEDs sein. Im angeschalteten Zustand der LEDs und/oder OLEDs können somit die Lichtstrahlen 120 direkt auf einen optischen Kanal 22 gerichtet. Es ist auch möglich, dass die Lichtstrahlen der LEDs/OLEDs zunächst auf ein weiteres Durchlichtbild 40 treffen und dieses transmittieren und anschließend erst auf einen optischen Kanal gerichtet sind.
-
Bevorzugt ist jedem optischen Kanal 22 ein Durchlichtbild 40 zugeordnet. Insbesondere ist jedem optischen Kanal 22 ein eigenes Durchlichtbild 40 zugeordnet. Hierdurch entspricht die Anzahl der optischen Kanäle 22 der Anzahl der Durchlichtbilder 40. Soll beispielsweise ein Panoramabild projiziert werden, so kann das gesamte Panoramabild in Teildurchlichtbilder unterteilt werden und jedem Teildurchlichtbild ein eigener optischer Kanal 22 zugewiesen werden. Vorliegend wird ein optischer Kanal 22 durch ein Objektiv 2 mit oder ohne Strahlumlenkungselement 4 definiert.
-
Bevorzugt sind die Strahlumlenkungselemente 4 Spiegel 34 und/oder Prismen 32. Ein Strahlumlenkungselement 4 kann demnach ein Spiegel 34 sein, oder kann ein Prisma 32 sein, oder kann eine Kombination aus Spiegel 34 und Prisma 32 sein. Solche Spiegel 34 und/oder Prismen 32 sind in den 2 bis 4 schematisch dargestellt.
-
Die 6a, 6b und 6c zeigen jeweils eine schematische Anordnung eines Multiapertur-Projektors 10 . 6a zeigt einen Multiapertur-Projektor 10, bei dem das Multiapertur-Objektiv 20 zwischen der Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 und mindestens einem Durchlichtbild 40 angeordnet ist. Bevorzugt sind das Multiapertur-Objektiv 20 und die Strahl-Umlenkungsanordnung 30 derart zueinander angeordnet, dass sich das Multiapertur-Objektiv 20 zwischen der Strahl-Umlenkungsanordnung 30 und dem mindestens einen Durchlichtbild 40 befindet.
-
6b zeigt einen Multiapertur-Projektor 10, bei dem die Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 zwischen dem Multiapertur-Objektiv 20 und dem mindestens einen Durchlichtbild 40 angeordnet ist. 6c zeigt einen Multiapertur-Projektor 10, bei dem das Multiapertur-Objektiv 20 beidseitig von jeweils einer Strahl-Umlenkungselementanordnung 30 umgeben ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Multiapertur-Projektor 10 somit zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen 30 auf, wobei die zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen 30 das Multiapertur-Objektiv 20 beidseitig umgeben und wobei eine der zwei Strahl-Umlenkungsanordnungen 30 an dem mindestens einen Durchlichtbild 40 angebracht ist. Dies ist schematisch in 6c gezeigt.
-
Bevorzugt ist das Multiapertur-Objektiv 20 eine Objektiv-Anordnung, welche aus zwei oder mehreren Objektiven 2 gebildet ist. Die Objektive 2 der Objektiv-Anordnung sind dabei nebeneinander angeordnet, insbesondere ist jedem Objektiv 2 ein optischer Kanal 22 zugeordnet. Die Anzahl der optischen Kanäle 22 ist gleich der Anzahl an Objektiven 2. Ein Teilbereich auf dem Durchlichtbild/Dia wird also durch ein zugeordnetes Objektiv 2 abgebildet. Mit anderen Worten: jedes Objektiv 2 mit seinem optischen Kanal 22 fängt die Lichtstrahlen 120 eines nur dem Objektiv zugeordneten Durchlichtbildes 40 ein..
-
Bevorzugt weist mindestens ein Strahlumlenkungselement 4 eine metallische und/oder eine dielektrische Beschichtung 60, 62 auf. Insbesondere ist die metallische und/oder die dielektrische Beschichtung 60, 62 an einer Oberfläche 64, wie beispielsweise auf der Strahlumlenkungselementfläche, des Strahlumlenkungselements 4 aufgebracht, um zwei benachbarte optische Kanäle 22 voneinander zu trennen und/oder um Reflexionen in dem Strahlumlenkungselement 4 zu ermöglichen. Eintreffende elektromagnetische Strahlen oder Lichtstrahlen werden gemäß der Lehre von Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel innerhalb des Strahlumlenkungselements 4 an der metallischen Beschichtung 60 oder an der dielektrischen Beschichtung 62 reflektiert bzw. umgelenkt. Ferner sind auch Strahlumlenkungselemente 4 ohne Beschichtung denkbar. Diese können dann beispielsweise eine innere Totalreflexion ausnutzen, um die elektromagnetischen Strahlen umzulenken. Die Strahlumlenkungselemente 4 können dann ganz oder teilweise durch Prismen oder durch Spiegel und Prismen-Spiegel-Kombinationen gegeben sein. Bevorzugt ist daher mindestens ein Strahlumlenkungselement 4 dazu ausgebildet, die Strahlumlenkung mittels innerer Totalreflexion umzusetzen. Generell kann kanalweise entscheiden werden, wie man die Reflexion herbeiführt. Mit anderen Worten: Manche Strahlumlenkungselemente 4 können beschichtet sein, andere können eine Totalreflexion ausnutzen, andere wiederum können mindestens einen Spiegel und/oder mindestens ein Prisma enthalten.
-
Bevorzugt ist zwischen der mindestens einen Lichtquelle 12 und dem mindestens einen Durchlichtbild 40 mindestens ein optisches Bauelement zur Kollimierung und/oder Homogenisierung des Lichtes 120 angeordnet. Die Beleuchtung des Dias 40 bzw. des Durchlichtbildes 40 kann durch eine oder mehrere Lichtquellen 12, d.h. durch mindestens eine Lichtquelle, erfolgen. Diese Lichtquellen 12 können LEDs und/oder OLEDs sein, jedoch auch Glühlampen oder Gasentladungs-Lampen mit niedrigem oder hohem Druck oder aufgeweitete Laserstrahlung sind denkbar. Die Beleuchtung kann mit einer einzelnen Wellenlänge erfolgen oder mit einen Spektrum von Wellenlängen. Das mindestens ein optisches Bauelement zur Kollimierung und/oder Homogenisierung des Lichtes trägt dazu bei, dass das zu projizierende Bild mit einem gleichmäßig starken Lichtkegel, insbesondere mit gleichmäßig verteilter Lichtintensität, projiziert werden kann. Insbesondere nach einer Kollimierung weisen die Lichtstrahlen 120, insbesondere parallel beabstandet, in eine Richtung. Die eine Richtung weist bevorzugt auf die Projektionsfläche 110.
-
Bevorzugt ist jedem Strahlumlenkungselement 4 ein Objektiv 2 zugeordnet, wobei nicht jedem Objektiv 2 ein Strahlumlenkungselement 4 zugeordnet ist, sodass die Anzahl der Strahlumlenkungselemente 4 kleiner oder gleich der Anzahl an Objektiven 2 ist. Mit anderen Worten, die Anzahl der nebeneinander angeordneten Strahlumlenkungselemente 4 kann kleiner oder gleich der Anzahl an Objektiven 2 sein. Beispielsweise zeigen 3 und 4 jeweils eine schematische Perspektive eines Auszuges eines Multiapertur Projektors 10. 3a bis 3d zeigen jeweils zwei Objektive 2, in einer 1x2 Matrixstruktur nebeneinander angeordnet, wobei nur ein einziges Strahlumlenkungselement 4 auf einem der zwei Objektive 2 angeordnet ist. Diese Anordnung in der Matrixstruktur gibt gleichzeitig eine mögliche Kanalzuordnung an, welcher Teil des mindestens einen Durchlichtbildes 40 durch welchen optischen Kanal 22 projiziert wird. In den 3 bis 4 ist jeweils auch ein Teilbild 50 eingezeichnet, welches durch den optischen Kanal 22 des zugehörigen Objektivs 2 nach Projektion im Objektraum resultiert.
-
In den 3 bis 4 ist jeweils ein Koordinatensystem im Objektraum eingezeichnet, wobei dieses Koordinatensystem die Achsen k1 und k2 hat. Das Objektiv 2 ohne Strahlumlenkungselement 4 blickt in einer geradeaus Richtung, also entlang einer optischen Achse (in z-Richtung) senkrecht zu einer Dia-Fläche 45, welche parallel zu einer x-y Ebene verläuft. Ein geradeauslaufender optischer Kanal 22 eines Objektives 2 bedarf keiner Ablenkung bzw. keiner Umlenkung eines Lichtstrahles. Das Objektiv 2 mit Strahlumlenkungselement 4 weist eine seitliche Blickrichtung auf. Mit anderen Worten: das Objektiv 2 kann mit Hilfe des Strahlumlenkungselements 4 in eine bestimmte seitliche Richtung schauen.
-
Bevorzugt verläuft die Kippachse 5 parallel, insbesondere beabstandet, zu der Dia-Fläche 45. Mit anderen Worten, die Kippachse 5 nimmt einen konstanten Wert auf der z-Achse ein und erstreckt sich entweder entlang der x-Achse oder entlang der y-Achse parallel zu einer Seitenlänge 44a, 44b des mindestens einen Durchlichtbildes 40 (siehe 3a und 3c) oder erstreckt sich in der x-y-Ebene, so dass die Kippachse 5 einen Winkel von 45° Grad mit einer Seitenlänge 44 des mindestens einen Bildsensors 40 einschließt (siehe 3e). In der 3b sind die Teilbilder 50, 52 eingezeichnet, welche durch die in 3a gezeigten Objektive 2 mit und ohne Umlenkungselement 4 resultieren. Das Teilbild 50 wird in den entsprechenden Figuren jeweils durch das geradeaus schauende Objektiv 2 mit Bildsensor 40 und ohne Umlenkungselement 4 erzeugt. Das geradeaus blickende Teilbild 50 ist jeweils im Ursprung des Objektraumes (k1, k2) eingezeichnet.
-
Bevorzugt weist jedes Strahlumlenkungselement 4 eine Strahlumlenkungselementfläche 46 auf, welche die Form eines Parallelogramms oder eines Trapez oder eines Dreiecks oder eines Ovals oder eines Kreises oder eines Polygons aufweist. Es ist ferner denkbar, dass die Strahlumlenkungselementfläche einen asymmetrischen Umfang aufweist. Es ist denkbar, einen Spiegel oder ein Prisma in einer gewünschten Form, insbesondere aus Platzgründen, zuzuschneiden. Das Strahlumlenkungselement 4 kann auch Teil des optischen Systems des Objektivs sein, also optisch wirksam sein. Der optische Kanal 22 kann dann ein hybrides Abbildungssystem sein, das sowohl refraktive als auch reflektive Elemente enthält. Der Spiegel kann dabei beliebige Formen von reflektiven optischen Elementen aufweisen, beispielsweise parabolisch, hyperbolisch oder kugelförmig. Er kann außerdem auch eine andere rotationssymmetrische asphärische Form haben oder eine Freiform-Fläche aufweisen. Ferner kann ein Umlenkungselement 4 segmentiert ausgebildet sein, d.h. aus mehreren Flächen zusammengesetzt sein und gegebenenfalls Knicke aufweisen.
-
In 3 sind einige Stellungen der Strahlumlenkungselemente 4 und der resultierenden Bilder 50, 52 im Objektraum gezeigt. Betrachtet man die Stellung eines Strahlumlenkungselementes 4 als Ergebnis einer Kippung des Strahlumlenkungselementes 4 um eine Kippachse 5, so stellt sich heraus, dass die Kippachse 5 für eine Rotation des Bildes bzw. Teilbildes 52 maßgeblich ist. Genauer gesagt ist ausschlaggebend, wie die Kippachse 5 im Verhältnis zu dem dem optischen Kanal 22 zugeordneten rechteckigen Bildsensor 40 oder rechteckigen Bildsensorbereich verläuft.
-
Die Teilbilder 52 resultieren von einem Objektiv 2 mit Bildsensor 40 und einem Umlenkungselement 4, welches in eine seitliche Richtung schaut, wie oben bereits beschrieben. Beispielsweise ist das Teilbild 52 aus 3b nach oben gespiegelt, also entlang einer k2-Achse gespiegelt und entlang der k1-Achse verschoben. Beispielsweise ist das Teilbild 52 aus 3d nach rechts zu Seite gespiegelt, also entlang einer k1-Achse gespiegelt und entlang der k2-Achse verschoben. Die Kippachsen 5 in 3a und 3c sind jeweils parallel verlaufend zu einer Seite des Durchlichtbildes 40 angeordnet.
-
In den 3a und 3c ist die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 jeweils parallel zu einer der Seiten des Dias 40. Das dazugehörige Teilbild 52 ist nach oben gespiegelt (3b) oder nach rechts gespiegelt (3d). Eine Verschiebung nach oben oder nach rechts kann durch einen zugehörigen Kippwinkel eingestellt werden.
-
In 3e schließt die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 einen Winkel von 45° zu den Seiten des Dias 40 ein. Das resultierende Teilbild 52 ist um einer 45°-Achse gespiegelt. Mit anderen Worten, das Teilbild 52 ist nach links oben verschoben, was durch den Kippwinkel eingestellt werden kann (3f).
-
In 3g schließt die Kippachse 5 des Strahlumlenkungselements 4 einen anderen Winkel als 45° zu den Seiten des Dias 40 ein. Das resultierende Teilbild 52 ist um eine Achse gespiegelt, die von 45° abweicht, wodurch das Teilbild eine Drehung vollführt. Dies führt dazu, dass es mit anderen Teilbildern 52 zu Überlappungen 70 und Lücken 70 kommt (siehe auch 5b).
-
Das Teilbild aus 3f ist beispielsweise gedreht, gespiegelt und parallel zu den Achsen im Objektraum verschoben, so dass das Teilbild in 3f nur an einer Ecke des geradeaus blickenden, also gerade aus projizierten, Teilbildes 50 anschließt. Die Kippachse 5 in 3e verläuft in einem 45° Winkel zu einer Seite des Durchlichtbildes 40.
-
Das Teilbild aus 3h ist beispielsweise gedreht, gespiegelt und nicht parallel zu den Achsen im Objektraum verschoben, so dass das Teilbild in 3h zu Lücken 72 und/oder einer Überlappung 70 mit anderen Teilbildern 52 führt (vgl. 5b). Die Kippachse 5 in 3g verläuft nicht in einem 45° Winkel zu einer Seite des Durchlichtbildes 40.
-
4a und 4c zeigen jeweils einen Multiapertur-Projektor 10 mit vier optischen Kanälen 22 und 4b und 4d zeigen die dazugehörigen Bilder 50, 52 im Objektraum. In 4a sind die Kippachsen 5 entweder parallel verlaufend oder sie schließen einen Winkel von 45° zu den Seiten des Dias 40 ein. Es resultiert ein lückenloses Gesamtbild (4b). In 4d sind die Kippachsen 5 entweder parallel verlaufend oder schließen keinen Winkel von 45° zu den Seiten des Bildsensors 40 ein. Es resultiert ein Gesamtbild mit Lücken 72 und Überlappungen 70 (4b)
-
5a beispielsweise zeigt ein lückenloses Gesamtbild 54, welches aus einem geradeaus Teilbild 50 und acht umliegenden Teilbildern 52 zusammengesetzt ist. Um ein solches lückenloses Gesamtbild zu erzeugen, wurde beispielsweise ein Multiapertur-Projektor 10 wie in 4a gezeigt verwendet, welches beispielsweise um fünf weitere optische Kanäle 22 erweitert wurde. Die optischen Kanäle aus 5a sind beispielsweise in einer 3x3-Matrixstruktur angeordnet. Die optischen Kanäle können allgemein in einer m x n-Matrixstruktur angeordnet sein, wobei m und n natürliche zahlen sind.
-
5b zeigt ein Gesamtbild mit Lücken 72 und Überlappungen 72. Um ein solches Gesamtbild mit Lücken 72 und Überlappungen 70 zu erzeugen wurde beispielsweise ein Multiapertur-Projektor 10 wie in 4c gezeigt verwendet, welches eine Kippachse 5 aufweist, welche weder parallel noch in einem 45° Winkel zu den Seiten 44 des Bildsensors 40 verläuft.
-
Sind die Objektive 2, welche ein Objektiv-Array bilden, zwischen dem Durchlichtbild 40 und der Strahl-Umlenkungselementanordnung 30, welche beispielsweise ein Prismen-Array und oder ein Spiegel-Array sein kann, angebracht, so kann das Objektiv-Array besonders kompakt ausgeführt sein.
-
Bevorzugt ist die Objektiv-Anordnung monolithisch ausgebildet. Monolithisch bedeutet in diesem Zusammenhang aus einem Stück bestehend oder einteilig. Bevorzugt sind die Linsen 26 der Objektive 2 nebeneinander auf einem gemeinsamen Glas-Wafer (nicht dargestellt) angeordnet. Mit anderen Worten: die Linsen 24 sind bevorzugt in einer Ebene angeordnet. Der Glas-Wafer fungiert damit als ein Träger oder als ein Substrat, was mit Wafer-Level-Optik bezeichnet werden kann. Die Objektive können auch jeweils aus mehreren Linsen bestehen; dann beispielsweise besteht die Objektiv-Anordnung aus mehreren übereinander gestapelten Glas-Wafern.
-
Bevorzugt sind jedem Objektiv 24 des Multiapertur-Objektivs 20 mehrere Pixel des mindestens einen Durchlichtbildes zugeordnet. Mit anderen Worten, die in den 2 bis 4 gezeigten Objektive 2 sind jeweils mit einem Durchlichtbild 40 gekoppelt, insbesondere verbunden, so dass ein optischer Kanal 22 eines Objektives 24 auf eine Anzahl an Pixeln des Durchlichtbildes 40 führt. Wenn das Durchlichtbild 40 Pixel aufweist, ist das Durchlichtbild bevorzugt ein steuerbares Durchlichtbild 40.
-
Bevorzugt weist der Multiapertur-Projektor mehrere, insbesondere vier, sechs, neun oder fünfzehn, optische Kanäle auf. Insbesondere gibt die Anzahl an Objektiven 2 die Anzahl an optischen Kanälen 22 vor. In der 4 sind beispielsweise vier optische Kanäle 22 zu sehen. Die optischen Kanäle sind bevorzugt in Matrix-Form angeordnet. In 4 sind vier Kanäle in 1x4-Matrixstruktur angeordnet. Entsprechend sind die Objektive 2 bzw. das Durchlichtbild oder die Durchlichtbilder 40 in einer Matrixstruktur angeordnet.
-
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Auf eine Darstellung der vorliegenden Erfindung in Form von Verfahrensschritten wird vorliegend aus Redundanzgründen abgesehen. Einige oder alle der Verfahrensschritte könnten durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden. Insbesondere ist dies der Fall, wenn ein Fokussiermechanismus und/oder ein Bildsensor betrieben werden oder sogar miteinander interagieren.
-
In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
-
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das die vorgeschlagene Lehre ausführbare digitale Speichermedium computerlesbar sein.
-
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der hierin beschriebenen Lehre umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Merkmale als Verfahren durchgeführt wird.
-
Allgemein können Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Lehre als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
-
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
-
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Merkmal als Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Merkmale als Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, ein Verfahren zu dem hierin beschriebenen System durchzuführen.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen des Verfahrens zu dem hierin beschriebenen System installiert ist.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Merkmals in Form eines Verfahrens zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
-
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um das hierin beschriebene Verfahren durchzuführen. Allgemein wird das Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Objektiv
- 3
- Blickrichtung
- 4
- Strahlumlenkungselement
- 5
- Kippachse
- 10
- Multiapertur-Projektor
- 12
- Lichtquelle
- 20
- Multiapertur-Objektiv
- 22
- optischer Kanal
- 26
- Linse
- 30
- Strahl-Umlenkungselementanordnung
- 32
- Prisma
- 34
- Spiegel
- 40
- Durchlichtbild/Dia
- 44
- rechteckiger Bereich (des Durchlichtbildes 40)
- 44a
- Seitenlänge (des Durchlichtbildes 40)
- 44b
- Seitenlänge (des Durchlichtbildes 40)
- 45
- Dia-Fläche/ Durchlichtbildfläche
- 46
- Strahlumlenkungselementfläche
- 48
- optoelektronisches Bauteil
- 50
- geradeaus Bild
- 52
- seitliches Bild
- 54
- Gesamtbild
- 60
- metallische Beschichtung
- 62
- dielektrische Beschichtung
- 64
- Oberfläche
- 70
- Überlappung
- 72
- Lücke
- 100
- Projektionssystem
- 110
- Projektionsfläche
- 120
- Lichtstrahlen