Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Bildes auf einem Schirm durch Ausleuchten von Bildpunkten in einer Vielzahl von Teilbildem mittels Lichtbündeln, wobei die Vorrichtung mindestens eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken mehrerer Lichtbündel in jeweils zugeordnete Bildpunkte der einzelnen Teilbilder sowie eine Steuereinrichtung zum Steuern der Intensität der Lichtbündel je nach Helligkeit des jeweils auszuleuchtenden Bildpunktes und eine Optik zwischen Schirm und Ablenkeinrichtung zum Ablenken der Lichtbündel in ein dem jeweiligen Lichtbündel zugeordnetes Teilbild aufweist.

Derartige Projektionseinrichtungen werden einerseits für ebene großflächige Bildwände oder Bildschirme dimensioniert, beispielsweise in Stadien oder in Kinos, und andererseits für zylinderwandförmige oder kugelwandförmige, kuppeiförmige Bildwände oder Bildschirme, beispielsweise für Simulatoren oder Planetarien.

Insbesondere für Planetarien, aber auch für Flugsimulatoren werden großflächige Bilddarstellungen benötigt, die dem Betrachter den Eindruck eines ihn umgebenden Raumes vermitteln. Wie der Erfolg von Showdarsteliungen im Planetarium des Forums der Technik in München gezeigt hat, finden Kuppelprojektionen von Filmen und Lasershows auch in weiten Bevölkerungskreisen Anklang, so daß erwartet wird, daß bei geeigneten kostengünstigen technischen Lösungen ein ganz neuer Unterhaltungsbereich erschlossen werden kann.

Gegenwärtig liegt bei der Projektion derartiger Bilder eine wesentliche Schwierigkeit in der Erzeugung einer genügend hohen Leuchtdichte, da bei gleich großem Zuschauerraum eine mit einer Projektion zu überdeckende Fläche wesentlich größer als beispielsweise eine übliche Kinoleinwand ist. Deshalb behilft man sich bei der Darstellung eines Bildes mit der unabhängigen Projektion von Teilbildem in einzelne aneinanderliegende Bildschirmsegmente, aus denen das

Gesamtbild zusammengesetzt ist. Trotzdem sind die dann zu verwendenden Filme wegen der hohen Beleuchtungsdichte und der damit verbundenen Wärmebelastung sehr großformatig. Aus diesem Grund sind sie außerdem auch schwer zu handhaben. Trotz der großen Filmformate ist bei heute eingesetzten Projektoren immer ein hoher Kühlaufwand erforderlich.

Diese Art der Projektion hat deshalb in der Kinotechnik für die Darstellung beispielsweise eines zweistündigen Films bisher keinen Eingang gefunden, abgesehen von Einzelfällen wie Projektionseinrichtungen bei Volksfesten, in denen nur ein kurzes Filmstück zu einem angemessenen Preis dargeboten wird.

Femer wirft die Darstellung in einer Vielzahl von Teilbildem aus geometrischen Gründen Probleme bei der Aufteilung einer insbesondere kugelförmigen Projektionsfläche in mehrere Bildsegmente auf.

Eine plane Abbildung läßt sich weiter nicht unverzerrt auf einer gekrümmten Oberfläche darsteilen. Außerdem gibt es bei der Projektion von Teilbildem immer Überlappungsbereiche, wenn beispielsweise das projizierte Bild durch gerade Randbereiche begrenzt ist. Diese Probleme kann man dadurch lösen, daß das zu projizierende Bild beispielsweise auf dem Film selbst verzerrt dargestellt wird, um die geometrischen Verzeichnungen zu kompensieren, und daß im Überlappungsbereich abgeschnitten wird. Man benötigt dann speziell bearbeitete Filme zur Kuppelprojektion. Dies ist ebenfalls ein großer Kostenfaktor, der die kommerzielle Verwertung bisher stark eingeschränkt hat.

In der WO 95/01061 wird ein Projektionssystem beschrieben, in welchem eineα Lichtstrahl mittels X-Y-Scannem abgelenkt wird und über ein aus Linsenarrays bestehendes Projektionssystem in eine Kuppel als Vektorgrafik projiziert wird. Bei dieser Anordnung sind die Ablenkspiegel im Strahlengang hintereinander angeordnet und werden in karthesischen Koordinaten angesteuert.

In dem Buch "Der Himmel auf Erden, die Welt der Planetarien" von Ludwig Meier, Verlag Johann Ambrosius Barth, Leipzig-Heidelberg, 1992, Seiten 65 bis 67, wird eine Kuppelprojektion beschrieben, bei der die Kuppel durch Projektion eines einzigen Films mit Inhalt gefüllt wird. Zur Ausleuchtung des teilkugelförmigen Schirms wird eine Fischaugenoptik eingesetzt. Diese Art der Projektion führt allerdings zu nicht überwindbaren Verzeichnungen am Bildrand. Wegen der hohen Wärmebelastung des Films durch 12 000 W Bogenlampen muß ferner eine Kühlung des schon großformatigen 70 mm Films vorgesehen werden. Außerdem bedeutet die spezielle

Herstellung eines Films von 30 Minuten Laufzeit einen Aufwand von mehreren Millionen US- Dollar

Um die Verzerrungen des pnmaren projizierten Bildes kostengünstiger zu gestalten, gibt es Vorschlage für eine Bildaufbereitung mittels Computer, die auf den Seiten 70 ff. dieses Buches naher beschrieben werden. Beispielsweise wird auf den Seiten 71 bis 75 ein Planetaπum dargestellt, bei dem die Sterne elektronisch gesteuert auf einer Bildröhre abgebildet werden. Der auf dem Schirm der Bildröhre erzeugte Bildinhalt wird anschließend wieder mit einer Fischaugenoptik in die Kuppel projiziert.

Man konnte mit einem derartigen System in gleicher Weise auch Kinofilme in eine Kuppel projizieren, jedoch sind die heutigen Rechnerleistungen zur Verzerrung des Bildes, damit diese über die Fischaugenoptik wieder geometriegerecht auf der Kuppel abgebildet werden können, ungenügend

Auf den Seiten 70 und 71 des Buches wird femer vorgeschlagen, die Bilder, ahnlich wie bei dem Beispiel mit der Elektronenstrahlrohre, mit Lasern durch Rastern auf dem gekrümmten Schirm darzustellen. Die Versuche in dieser Richtung haben aber zu keinem kommerziellen Erfolg gefuhrt, was auf die geπnge verfugbare Laserleistung, die notwendige hohe Schreibgeschwindigkeit auf dem Schirm und die daraus unter Berücksichtigung üblicher Schaltgeschwindigkeiten zur Intensitatssteuerung resultierende schlechte Auflosung zurückzuführen ist

Für kleinere Teilkugelflachen ist dagegen eine derartige Laservorrichtung aus der US 4 297 723 bekannt, bei der ein Bild auf einem teilkugelflachigen Schirm in drei getrennten Sektoren durch Rastern abgebildet wird. Drei üchtbundel zur Darstellung des Bildes in den durch drei Teilbilder ausgeleuchteten Bildsegmenten werden dabei mittels eines Spiegelsystems zusammengefaßt, mittels einer Optik auf eine, für alle Teilbilder gemeinsame Rastereinπchtung gerichtet, dann mit Hilfe einer weiteren Optik wieder getrennt und anschließend mit einer zusatzlichen Aufweitungsoptik in die einzelnen Bildsegmeπte auf den Schirm abgelenkt

Aufgrund der Zusammenfuhrung der Laserstrahlen auf praktisch einen Punkt der Ablenkeinrichtung und anschließendem Trennen ist aber eine hohe Justiergenauigkeit erforderlich. Dieser Nachteil wird besonders schwerwiegend, wenn man bedenkt, daß zur Ausleuchtung beispielsweise eines großen, halbkugelformigen Schirms wesentlich mehr als drei Bildsegmente ausgeleuchtet werden müssen, was einen praktisch nicht mehr zu

verwirklichenden Justieraufwand für das dann notwendige Spiegelsystem und die Optiken erfordern würde.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Ausleuchten mehrerer Teilbilder eines Bildes zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile im wesentlichen vermeidet. Insbesondere soll bei dieser Vorrichtung der Justieraufwand stark verringert sein.

Die Aufgabe wird ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik dadurch gelöst, daß die Optik eine flächig ausgedehnte Eintrittspupille sowie eine dieser gegenüber stark verkleinerte Austrittspupille aufweist und daß mehrere Ablenkeinrichtungen zur jeweiligen Ablenkung eines einem Teilbild zugeordneten Lichtbündels in der oder nahe der flächig ausgedehnten Eintrittspupille vorgesehen oder in dieser abgebildet sind.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Optik unterscheidet sich also zum Beispiel von der gemäß der US 4 297 723 bekannten dadurch, daß die große Fläche einer Eintrittspupille in eine sehr kleine, praktisch punktförmige Austrittspupille abgebildet wird und mehrere Ablenkeinrichtungen in der oder in der Nähe der Eintrittspupille dieser Optik angeordnet oder in dieser abgebildet sind. Ein in der Eintrittspupille erzeugter Rasterbereich wird dann aufgrund dieser Eigenschaft der Optik immer in ein Teilbild auf der Projektionsfläche, die beispielsweise eine ebene Wand oder eine Kuppel sein kann, transformiert, dessen projizierendes Lichtbündel von einer praktisch punktförmigen Austrittspupille ausgeht. Eine Winkeländerung eines in die Eintrittspupille einfallenden Lichtbündels resultiert im ausgehenden Lichtbündel ebenfalls in einer

Winkeländerung, so daß ein Rastern bezüglich des Ablenkwinkels des in die Eintrittspupille einfallenden Lichtbündels sich in einem Rastern des Ablenkwinkels des aus der Optik auslaufenden Strahls äußert, der aber fast unabhängig von der Position der Ablenkeinrichtung innerhalb der Eintrittspupille von der Austrittspupille kleiner Fläche ausgeht.

Um dieses Verhalten deutlicher zu machen, sei die Optik beispielhaft an einem afokalen Linsensystem dargestellt. Derartige Linsensysteme bestehen im wesentlichen aus zwei fokussierenden Linsensystemen, bei denen der bildseitige Brennpunkt des ersten Linsensystems im wesentlichen mit einem objektseitigen Brennpunkt des zweiten Linsensystems zusammenfällt. Ein paralleles Strahlenbündel wird durch ein derartiges Linsensystem bekanntlich im Verhältnis der Brennweite des ersten Linsensystems zu der des zweiten Linsensystems verkleinert, wobei sich aber der Tangens des Winkels eines ausgehenden Lichtbündels bezüglich des Tanges des Winkels eines einfallenden Lichtbündels um das gleiche Verhältnis vergrößert.

Bei einer Projektion auf einem Schirm im Abstand von mehreren Metern kann im allgemeinen eine gute Auflösung erreicht werden, wenn die Fläche der Austrittspupille, von welcher das durch die Optik erzeugte Lichtbündel ausgeht, im Millimeterbereich liegt, insbesondere mehrere Millimeter betragen kann. Wählt man das oben genannte Brennweitenverhältnis sehr groß, kann das in die Optik einfallende Lichtbündel zum Beispiel bis zu einigen Zentimetern verschoben werden, ohne daß das ausgehende Lichtbündel aus der Austrittspupille von einigen Millimetern Durchmesser merklich auswandert.

Der Ablenkwinkel des projizierenden Strahles wird bei einem derartigen Brennweitenverhältnis um den durch das Brennweitenverhältnis gegebenen Faktor vergrößert, so daß die Ablenkung beim Rastern nur sehr klein sein muß, um eine große Kuppelfläche zu überstreichen.

Diese Eigenschaft gilt in der gesamten Eintrittspupille, die aufgrund dieser Optik groß genug ist, um mehrere Ablenkeinrichtungen nebeneinander anzuordnen, wobei jede Ablenkeinrichtung einen Teil der Projektionsfläche rastert, indem jeweils unterschiedliche Lichtbündel durch diesen zugeordnete Ablenkeinrichtungen in verschiedenen Raumwinkelbereichen gerastert werden. Die durch das Rastern verschiedenen, unterschiedlich überstrichenen Raumwinkelbereiche sind über die Optik verschiedenen, mit den Teilbildern ausgeleuchteten Bildsegmenten auf einer beispielsweise als Schirm dienenden Kuppel zugeordnet.

Wenn das angesprochene Brennweitenverhältnis zur Veranschaulichung extrem hoch gewählt wird, beispielsweise 100, und Beugungsbegrenzung außer acht gelassen wird, wird die Wirkung der Optik besonders deutlich. Wenn sich dies verwirklichen ließe, könnte man mehrere Ablenkeinrichtungen in einer einige mehrere Dezimeter großen Eintrittspupille anordnen. In der Praxis wird man Optiken mit kleineren Brennweitenverhältnissen einsetzen, vor allem, weil man den Abstand der verschiedenen Ablenkeinrichtungen, die sich dann in kleinen örtlichen Abweichungen innerhalb der Austrittspupille bemerkbar machen, auch durch Zuordnung des Raumwinkelbereichs beim Ablenken minimieren kann.

Das benötigte Brennweitenverhältnis bei der beispielhaft genannten Optik wird im wesentlichen durch die Größe der Kuppel und der zu erzielenden Auflösung bestimmt. Für praktische Anwendungen sollte bei ähnlichen Dimensionen für die beispielhaft genannte Optik ein Brennweitenverhältnis von größer als zum Beispiel 5 bis 10 in Erwägung gezogen werden.

Eine weitere Betrachtung zeigt, daß das genannte Linsensystem für die Bilddarstellung in einer Halbkugel nicht funktionsfähig ist, wenn der Tangens des Einfallswinkels proportional in einen

Tangens des Ausfallswinkels überführt wird. Bei einem Ausfallswinkel von 90°, wie er beispielsweise beim Rastern einer Halbkugel benötigt wird, divergiert der Tangens. Das bedeutet, der Ausfallswinkel eines derartigen Linsensystems sollte unterhalb von 90° gehalten werden. Zum Überstreichen der ganzen Kuppel sollte die Aufweitungsoptik für einen funktionalen Zusammenhang zwischen Einfalls- und Ausfallswinkel ausgelegt sein, der im gesamten Winkelbereich beschränkt ist.

Eine derartige Aufweitungsoptik kann dann beispielsweise so dimensioniert werden, daß die funktionale Abhängigkeit vom Tangens des Winkels in eine nahezu ausschließliche Winkelabhängigkeit transformiert wird. Wie derartige Aufweitungsoptiken aufzubauen sind, ist dem Fachmann bekannt.

Die obigen Betrachtungen verdeutlichen auch einen wesentlichen anderen Vorteil gegenüber dem dargestellten Stand der Technik. Bei den bekannten Verfahren, eine Halbkugel auszuleuchten, bedeutet die Äquatorebene aufgrund der eingangs genannten Verzerrungen immer einen Verlust der Auflösung. Bei dem beispielhaft genannten optischen System ist dagegen der von der Optik ausgehende Laserstrahl abgesehen von Beugungsbegrenzungen im Durchmesser gegenüber dem Durchmesser des einlaufenden Strahles um das Brennweitenverhäitnis reduziert. Ein in die Eintrittspupille einfallender 1-mm-Laserstrahl könnte aufgrund der bei afokalen Systemen der genannten Art erfolgenden Verringerung des Durchmessers von Lichtbündeln erwartungsgemäß ausreichend sein, um auch auf dem Äquator einer Halbkugelfläche eine geeignete Auflösung sicherzustellen, damit beispielsweise in einem Planetarium auch sehr leuchtschwache Sterne am Himmelsäquator realistisch abgebildet werden können.

Ein weiteres im Stand der Technik die Kuppelprojektion behinderndes Problem wird durch die Erfindung ebenfalls in einfacher Weise gelöst. Bei gleichmäßigem Rastern von Sektoren gemäß bekannten Verfahren erfolgt die Ablenkung in Äquatorebene immer am schnellsten, da dort in gleicher Zeit der größte Weg mit höchster Auflösung ausgeleuchtet werden muß. Das heißt, die durch elektronische Schaltgeschwindigkeiten bedingten Zeiten wirken sich hier ebenfalls in einem Auflösungsverlust aus, punktförmige Sterne werden als Striche abgebildet.

Aufgrund der Erfindung lassen sich nun für in der Nähe des Äquators darzustellende Teilbilder mehrere Ablenkeinrichtungen überlagern. Bei entsprechender Anzahl von Ablenkeinrichtungen, von denen jede nur für eine reduzierte Anzahl von Sternen einen Punkt erzeugt, steht dann jeder genügend Zeit zur Beleuchtung der einzelnen Bildpunkte zur Verfügung. Auf extrem schnelle

Elektronik mit einem problematischen Hochfrequenzverhalten bezuglich Funkstorungen oder auch Einstreuungen kann dann im wesentlichen verzichtet werden, ohne daß die Auflosung beeinträchtigt ist

Durch die optischen Eigenschaften des Linsensystems liegen die über die Optik transformierten Teilbereiche im oben angegebenen Beispiel eines afokalen Linsensystems in der Austnttspupille eng nebeneinander.

Das vorher beschπebene Abbildungspnnzip ist jedoch nicht auf Kuppein beschrankt. Zur Vergrößerung der Leuchtdichte bzw. zur Erreichung besonders hoher Auflosung bei einfach zu realisierenden Ablenkungsgeschwindigkeiten laßt sich ein ähnliches Linsensystem auch unter Berücksichtigung der erfindungsgemaßen Merkmale gleichfalls auch vorteilhaft für flache Bildschirme oder andere Projektionsflachen beliebiger Form einsetzen

Wenn die erfindungsgemaße Anordnung von Ablenkeinrichtungen in der Eintnttspupille auch konstruktiv sehr einfach erfolgen kann, kann es ferner zweckmäßig sein, die Ablenkungseinrichtungen in einiger Entfernung von der Eintnttspupille anzuordnen, wo möglicherweise mehr Raum für die Anordnung einer Vielzahl von Ablenkeinrichtungen gegeben ist. Dann erfolgt erfindungsgemaß eine Abbildung der Ablenkbereiche vom Ort der Ablenkeinrichtungen in die Eintnttspupille mittels einer zusatzlichen Optik, beispielsweise durch Einsatz von Pupilleπversetzern Ein Pupillenversetzer ist zweckmaßigerweise ein afokales optisches System, welches die optischen Verhaltnisse am Ort seiner Eintnttspupille in den Ort seiner Austnttspupille transformiert

Bezüglich der Darstellung auf einem ebenen Bildschirm und wenn das Bild zeilenmaßig rasterbar ist, ist bei einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, daß die Teilbilder jeweils mehrere Zeilen enthalten

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß eine zentral in der Eintnttspupille angeordnete Ablenkeinrichtung ein Teilbild erzeugt, dessen Zentrum auf der optischen Achse der Optik liegt. Damit nutzt man die Symmetπe der Optik für eine qualitativ hochwertige Bilddarstellung aus. Weiter kann damit bei einer Kuppelprojektion das geometnsche Problem einer Singularität am Pol behoben werden, da gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung die Intensität am Pol in Richtung der optischen Achse eindeutig für einen auf dieser einfallenden Strahl mathematisch wohldefiniert ist

Die Erfindung läßt sich wie ausgeführt allgemein für die Bilddarstellung beliebig gekrümmter Schirme einsetzen. Insbesondere für flache Schirme bei Sportveranstaltungen oder Hintergrundprojektionen bei der Filmproduktion ist der Einsatz der Erfindung sinnvoll, wenn mehrere Teilbilder gerastert werden müssen, weil der Schirm zu groß ist, um diesen beispielsweise mit einer einzigen Laserquelle niedriger Leistung auszuleuchten.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Schirm dagegen sphärisch gekrümmt und die Ablenkeinrichtungen sind in Verbindung mit der Optik jeweils für die Ausleuchtung von Teilkugelflächen des Schirms ausgelegt. Damit läßt sich beispielsweise ein Planetarium in einfacher weise verwirklichen.

Für diesen sphärisch gekrümmten Schirm ergeben sich auch besonders einfache geometrische Beziehungen, welche die Kuppelabbildung über nicht überlappende Teilbilder wesentlich erleichtem, wenn gemäß einer weiterführenden bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dem sphärisch gekrümmten Schirm ein Kugelmittelpunkt zugeordnet ist und die Austrittspupille der Optik so angeordnet ist, daß der Kugelmittelpunkt in dieser liegt. Dann pflanzen sich die von der Optik ausgehenden Lichtbündel auf gleichen Radien zum Schirm fort. Dadurch läßt sich beispielsweise unabhängig vom gerasterten Raumwinkelbereich die gleiche Leuchtstärke und Auflösung in allen mit den Teilbildem ausgeleuchteten Bildsegmenten auf einfache Art gewährleisten.

Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die mehrere Lichtbündel mittels deren zugeordneten Ablenkeinrichtungen kreisringförmig in der Eintrittspupille der Optik ablenkt. Diese Steuereinrichtung für das Ansteuern der Ablenkeinrichtungen ist so ausgelegt, daß der äußere Radius eines mittels einer Ablenkeinrichtung ausgeleuchteten Kreisrings gleich dem inneren Radius eines Kreisrings ist, der durch eine andere Ablenkeinrichtung ausgeleuchtet ist.

Aufgrund dieser Weiterbildung läßt sich die Fläche des Schirms mit geringem Steueraufwand für die Abienkeinrichtungen besonders einfach überdecken. Bei der oben beispielhaft genannten Optik mit afokalem Linsensystem sind dann die Bildsegmente einzelne geometrische Kugelzonen, welche die Kugelfläche aufgrund der angegebenen Beziehungen der Radien ohne Überlappungsbereiche überdecken. Bei anderen aus dem Stand der Technik bekannten Aufteilungen in Bildsegmente hatte sich ein Überlappen von diesen beim Rastern der primären Lichtbündel als nachteilig erwiesen und erforderte eine spezielle Steuerung der

Ablenkeinrichtungen oder ein Dunkeltasten von Bildpunkten. Derartige, teilweise aufwendige Steuerungen erübrigen sich bei dieser Weiterbildung der Erfindung.

Insbesondere wird eine Halbkugel bei dieser Art des Rasterns gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung in einfacher Weise ausgeleuchtet, wenn die Steuereinrichtung für den äußeren Radius des größten Kreisrings bei kreisförmiger Ablenkung des in die Optik einfallenden Lichtbündels so ausgelegt ist, daß auf diesem Radius das die Optik verlassende Lichtbündel innerhalb einer Äquatorebene einer Kugel liegt.

Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung haben die von dem jeweils einer Ablenkeinrichtung zugeordneten Lichtbündel überstrichenen, mit Teilbildem ausgeleuchteten Bildsegmente auf dem Schirm gleiche Flächen.

Aufgrund dieser Weiterbildung der Erfindung kann bei allen Lichtbündeln für die jeweils zugeordneten einzelnen Bildsegmente die gleiche Lichtintensität vorgesehen werden. Dadurch ist einerseits eine Standardisierung für einzelne, die Lichtbündel erzeugende Lichtquellen gegeben, andererseits wird dadurch eine optimale Energieausnutzung der Lichtquellen ermöglicht, wodurch die Bau- und Betriebskosten, weil eine eventuelle Kühlung mit nur minimaler Leistung verwendet werden kann, in vorteilhafter Weise gesenkt werden.

Für eine Verbesserung der Auflösung ist es jedoch auch günstig, Intensitätsänderungen der Lichtbündel über eine Intensitätssteuerung auszugleichen und gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung vorzusehen, daß das mit den Ablenkeinrichtungen dargestellte Bild in Zeilen und Bildpunkte aufgelöst ist und die mit Teilbildem ausgeleuchteten Bildsegmente jeweils gleiche Zeilenzahl aufweisen.

Bei einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens eine Ablenkeinrichtung einen Spiegel enthält.

Zum Ablenken von Lichtbündeln kann man beispielsweise akustooptische Elemente einsetzen, die sehr schnelle Ablenkungen gestatten. Aufgrund der Erfindung sind jedoch schnelle Ablenkungen nicht unbedingt erforderlich. Deshalb kann man sich die Vorteile von Spiegeln zunutze machen:

Spiegel sind vor allem wegen ihrer Farbfehlerfreiheit zu bevorzugen, damit farbige Bilder ohne störende Farbränder dargestellt werden können. Insbesondere kommt auch in einem

Planetarium, in dem im wesentlichen weiße Sterne auf einem schwarzen Hintergrund projiziert werden, diese Farbfehlerfreiheit positiv zur Geltung, da man zur Darstellung der weißen Sterne zweckmaßigerweise ein Gemisch von Licht verschiedener Wellenlangen im üchtbundel verwenden wird

Die folgenden Weiterbildungen der Erfindung mittels Spiegel enthaltender Ablenkeinnchtungen sind vor allem für eine vereinfachte Ausgestaltung ausgelegt

Die erste dieser Weiterbildungen der Erfindung sieht vor, daß der Spiegel mit einer Spiegelfläche gegenüber deren Flachennormalen um eine geneigte Achse mit einem von Null verschiedenen Winkel drehbar angeordnet ist Aufgrund dieser Ausgestaltung und Anordnung beschreibt das an dieser Spiegelfläche reflektierte, in die Optik abgelenkte üchtbundel in der Eintnttspupille in einer gedachten Ebene zwischen Spiegel und Optik im allgemeinen eine Ellipse, die durch eine speziell gekrümmte Spiegelfläche und/oder nachfolgende Optik in einen Kreis transformiert werden kann Dadurch laßt sich die vorher genannte Abbildung von Kreisπngen in der Eintnttspupille der Optik in einfacher Weise verwirklichen

Insbesondere kann der gesamte Kreisπng mit einer zusätzlich zu der Drehbewegung auf die Achse aufgeprägten Kippbewegung gerastert werden

Für die Bewegungssteuerung ist es aber gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, wenn in der Ablenkeinπchtung zusätzlich ein in zwei Richtungen verschwenkbarer Spiegel vorgesehen ist Der drehbare Spiegel erzeugt bei entsprechender Ansteuerung einzelne Kreise des Lichtbundels, deren Radius aufgrund der Schwenkbewegung und unterschiedlicher Ausfaliswinkel des Lichtbundels zeitlich mit dem Schwenkspiegel geändert wird Ein mögliches Auswandern des Kreisringes aufgrund der Kippbewegung hat wegen der oben genannten ortsunkritischen Ausbildung der Optik auf das aus der Austnttspupille austretende Lichtbundel keinen oder nur einen vernachlassigbaren Einfluß

Bei einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung muß nur ein einziger Spiegel für alle Richtungen eingesetzt werden, wenn in der Ablenkeinnchtung ein in zwei Richtungen verschwenkbarer Spiegel vorgesehen ist

Die oben als gunstig erkannten Kreisnnge lassen sich damit ebenfalls bei der folgenden Weiterbildung der Erfindung in einfacher Weise verwirklichen, bei welcher der in zwei

Richtungen verschwenkbare Spiegel zum Verschwenken zwei zueinander orthogonale Achsen

aufweist und in der Vorrichtung eine Steuereinrichtung für diese Achsen vorgesehen ist, mit der eine periodisch sinusförmig variierende Winkeländerung auf beide Achsen beaufschlagbar ist, wobei die aufgeprägte Winkeländerung der einen Achse gegenüber der der anderen Achse um 90° phasenverschoben ist.

Insbesondere ergeben sich sehr gute sinusförmige Ansteuerungen mit nur geringem Oberwellenanteil, der aus Eigenschwingungen des Spiegels resultieren könnte, wenn gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung das Schwingungsverhalten des Spiegels um jede der Achsen ein Frequenzspektrum mit einer Mittenfrequenz und einer definierten Bandbreite hat und die von der Steuereinrichtung erzeugte Frequenz der periodisch sinusförmig variierenden Winkeländerung gleich der Mittenfrequenz ist oder in deren Nähe innerhalb der Bandbreite liegt. Dann ist die sinusförmige Anregung durch die Steuereinrichtung praktisch gleich der Resonanzfrequenz der Spiegelschwingung, wodurch ein möglicher Anteil von Schwebungsfrequenzen und höheren Harmonischen gering gehalten werden kann. Für die Ansteuerung der Schwingung ist femer nur der geringstmögliche Energiebedarf erforderiich. Spannungen im Spiegel bei der Anregung der Winkeländerungen werden außerdem vermieden, so daß auch ein Verschleiß des Spiegels und mechanischer Elemente zur Spiegelbewegung verringert ist.

Bei hohen Ablenkfrequenzen sollten dann allerdings die Spiegelmasse und -Fläche sehr gering gehalten werden. Das bedeutet, daß man derartige Spiegel am günstigsten mit Hilfe mikromechanischer Techniken herstellt, was weiter einen sehr kompakten Aufbau erlaubt, so daß auf einfache Weise sogar bis zu mehrere hunderte von Ablenkeinrichtungen auf einem Siliziumsubstrat integriert werden könnten. Je nach konstruktiven Erfordernissen läßt sich dann möglicherweise sogar die Steuereinrichtung auf dem gleichen Chip integrieren. Ähnliche Spiegelanordnungen sind schon mit in einer Richtung verkippbaren Spiegeln von der Firma Texas Instruments, allerdings für andere Anwendungen, hergestellt worden.

Bei einer anderen vorzugsweisen Weiterbildung der Erfindung sind zum Erzeugen der Lichtbündel Lichterzeugungseinrichtungen für Licht mit mindestens drei unterschiedlichen Wellenlängen vorgesehen. Aufgrund dieser Weiterbildungen lassen sich auch farbige Bilder darstellen. Dies ist auch bei Planetarien zweckmäßig, da die Planeten in natura deutlich erkennbar von weiß verschiedene Farben zeigen. Bei der Darstellung von Sternen, beispielsweise mit Hilfe von Lasern, ist der Einsatz von Licht mit mehreren Wellenlängen ebenfalls vorteilhaft, damit die Farbe der abgebildeten Sterne weiß erscheint.

Wie vorhergehend schon angeführt wurde, sollte die Austrittspupille sehr geringe Abmessungen haben. Das bedeutet, daß schon kleine optische Störungen, wie Staub und Kratzer auf Linsen, die Abbildungseigenschaften erheblich verschlechtem können. Eine hohe Qualitätsüberwachung der die Optik aufbauenden Linsen und Spiegel ist daher zweckmäßig.

Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung liegen die Foki der Optik in einem Raumbereich außerhalb der die Optik aufbauenden optischen Elemente. Damit kann der Einfluß der oben genannten Störungen weitgehend vermieden oder verringert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielshalber noch eingehender erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Aufbau einer Optik, in deren Eintrittspupille zwei Ablenkeinrichtungen angeordnet sind;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Optik nach Fig. 1 zur Erläuterung der

Abbildung von Lichtbündeln, die an unterschiedlichen Orten in der Optik einfallen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Optik nach Fig. 1 zur Erläuterung der

Winkeländerung eines einfallenden Lichtbündels und insbesondere der Abbildung eines Kugelsektors mittels eines vom einfallenden Lichtbündel gerasterten Kreisrings;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Ablenkeinrichtung;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel für eine andere Ablenkeinrichtung, die sich insbesondere zur Erzeugung der bei Fig. 3 beschriebenen Kreisringe eignet;

Fig. 6 eine Eintrittspupille in der sieben Ablenkeinrichtungen angeordnet sind;

Fig. 7 eine Optik mit einer Eintrittspupille gemäß Fig. 6 zur Kuppelprojektion.

Fig. 1 zeigt schematisch zwei Lichtquellen 2 und 4, die wegen der hohen Parallelität der Lichtbündel vorzugsweise Laser sind. Mit diesen werden Bildpunkte auf einem in der Fig. 2 angedeuteten Schirm 5 ausgeleuchtet. Die Bildpunkte werden durch Modulation der Lichtbündel

über die jeweiligen Steuereinrichtungen 6 und 8 bezüglich des darzustellenden Bildinhalts, d.h. Farbe und Helligkeit von Bildpunkten, ausgeleuchtet.

An die Steuereinrichtungen 6 und 8 sind weiter zwei in der Eintrittspupille angeordnete Ablenkeinrichtungen 10 und 12 zur Ablenkung zweier Lichtbündel 14 und 16 in eine nachfolgende Optik 20 angeschlossen. Die Steuereinrichtungen 6 und 8 erzeugen dabei das auf dem Schirm darzustellende Bild, und zwar im Ausführungsbeispiel durch Rastern wie beim Femsehen, wobei aber statt des beim Femsehen üblichen Elektronenstrahls Lichtbündel 14, 16 intensitätsmäßig gesteuert werden und auf den jeweils zu beleuchtenden Bildpunkt mit Hilfe der Ablenkeinrichtungen 10 und 12 abgelenkt werden. Wenn sich auch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele auf ein gleichmäßiges Rastern der Bildpunkte beziehen, ist die Erfindung auch für andere Arten von Ablenkungen, beispielsweise durch Beleuchten von ausschließlich darzustellenden Punkten und Linien, wie es von Vektorgraphiken bekannt ist, einsetzbar.

Die Ablenkeinrichtungen 10 und 12 sind im Ausführungsbeispiel in weit größerem Abstand von der Optik 20 angeordnet als in der Fig. 1 gezeigt ist. Dies ist in der Figur 1 durch eine Unterbrechung der Linien, die die von den Ablenkeinrichtungen 10 und 16 abgelenkten Lichtbündel 14 und 16 darstellen, veranschaulicht.

Die schematisch dargestellte Optik 20 weist zwei Linsensysteme 22 und 24 auf, die jeweils durch eine periodisch unterbrochene Linie schematisch dargestellt sind. Diese Linien sind bei einem praxisgerechten Aufbau in bekannter Weise durch die üblichen beiden Hauptebenen von Linsensystemen zu ersetzen. Zur Erläuterung der Optik 20 ist aber der in Fig. 1 gezeigte prinzipielle Aufbau ausreichend, der es dem Fachmann auf dem Gebiet der Optik erlaubt, die bei der Erfindung eingesetzte Optik 20 zu dimensionieren.

Die folgenden Betrachtungen beziehen sich auch nur auf die Abbildungseigenschaften. Eine Korrektur gegen Verzerrungen und Farbfehler kann auf übliche Weise durch Auswahl der Linseneigenschaften in den einzelnen Linsensystemen 22 und 24 vorgenommen werden, wobei eine Gesamtkorrektur der Optik einer Korrektur jedes einzelnen Linsensystems 22, 24 zur Vereinfachung des Aufbaus der Optik 20 vorzuziehen ist.

Die Linsensysteme 22 und 24 der Optik 20 sind in der Prinzipdarstellung von Fig. 1 als

Einzellinsen an der Position der unterbrochenen Linien aufzufassen. Der bildseitige Brennpunkt des Linsensystems 22 fällt beim Ausführungsbeispiel mit dem objektseitigen Brennpunkt des

Linsensystems 24 zusammen. Dadurch entsteht ein afokales Linsensystem, welches ein parallel

zur optischen Achse 28 einfallendes Lichtbündel 30 oder 32 wieder in ein parallel zur optischen Achse auslaufendes Lichtbündel 34 oder 36 überführt.

Die Abbildungseigenschaften eines afokalen Linsensystems sind im wesentlichen durch das Brennweitenverhältnis der beiden Linsensysteme 22 und 24 gegeben, das in der Prinzipzeichnung gemäß Fig. 1 die Größe elf hat. Wie aus den nachfolgenden Erläuterungen deutlich wird, ist ein größeres Brennweitenverhältnis wünschenswert, dieses ließe sich aber zur Erläuterung des Prinzips nur in extrem ungünstiger Weise zeichnerisch darstellen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten optischen System ist die Brennweite des Linsensystems 24 kleiner als die des optischen Systems 22. Aufgrund des Brennweitenverhältnisses rücken die beiden vom Linsensystem 24 ausgehenden parallelen Lichtbündel 34 und 36 um den Reziprokwert des Brennweitenverhälnisses näher zusammen als die von den Ablenkeinrichtungen 10 und 12 ausgehenden und in die Optik 20 einfallenden Lichtbündel 30 bzw. 32. Bei entsprechender Wahl des Brennweitenverhältnisses und geeigneter Wahl der Abstände der Ablenkeinrichtungen 10 und 12 werden daher alle Lichtbündel 30 und 32 praktisch zu einem einzigen ausgehenden Lichtbündel zusammengefaßt. Die sich daraus ergebende Positionsunabhängigkeit der Ablenkeinrichtungen 10 und 12 verringert den Justieraufwand beträchtlich.

Die Winkelabhängigkeit zwischen einem in die Optik einlaufenden Lichtbündel und dem auslaufenden Lichtbündel ist ebenfalls in Fig. 1 schematisch dargestellt. Das dabei zu betrachtende einfallende Lichtbündel ist mit einem dick gezeichneten Pfeil 40 dargestellt. Dieses fällt parallel zur optischen Achse 28 ein, so daß es aufgrund der Eigenschaften von afokalen Linsensystemen in Richtung des dick gezeichneten Pfeils 42 wieder aus dem Linsensystem 20 die Optik 20 verläßt.

Wenn das einfallende Lichtbündel dagegen in einem kleinen Winkel zur optischen Achse 28 einfällt, wie es mit dem durchbrochenen Pfeil 44 angedeutet ist, wird das Lichtbündel zu einem größeren Winkel ausgelenkt, wie es durch den Pfeil 46 dargestellt ist.

Der gemeinsame Ort auf der optischen Achse 28, von dem die Lichtbündel aus dem Linsensystem bei unterschiedlichen Winkeln des einfallenden Lichtbündels herausgehen, ist von dem objektseitig liegenden Ort für die Ablenkung des Lichtbündels abhängig. Es ist daher für eine gleichmäßige Ausleuchtung, beispielsweise einer Kugelfläche als Schirm 5, zweckmäßig, alle Abienkeinrichtungen 10 und 14 in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur optischen Achse 28 anzuordnen. Insbesondere ergeben sich optisch besonders günstige Eigenschaften, wenn der

gemeinsame Ort der Ablenkung in der Nähe des bildseitigen Brennpunkts des Linsensystems 24 liegt, d. h. wenn die Ebene, in der die Ablenkeinrichtungen 10 und 12 angeordnet sind, in der Nähe der objektseitigen Brennebene des Linsensystems 22 liegt.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 läßt sich insbesondere gut für eine Projektion auf einen flachen Schirm einsetzen. Dabei kann man, wie bei afokalen Systemen häufig üblich ist, einen funktionalen Zusammenhang zwischen Einfalls- und Ausfallswinkel nach der Tangensbedingung vorzusehen. Ein derartiger Zusammenhang ist für eine Kuppelprojektion mit Ausfallswinkeln im Bereich 90° nicht möglich, da der Tangens in der Nähe von 90° divergiert.

Für eine Kuppelprojektion ist es empfehlenswert, wie in einem späteren Ausführungsbeispiel detaillierter gezeigt ist, einen funktionalen Zusammenhang zu wählen, bei dem der Ausfallswinkel proportional zum Einfallswinkel ist. Dies ist in Fig. 1 schematisch angedeutet, bei der ein in Richtung des Pfeils 44 abgetastetes Lichtbündel aus der Optik 20 in Richtung des Pfeils 46 austritt. Ein parallel zur optischen Achse in Richtung des Pfeils 40 einlaufendes Lichtbündel wird dagegen unabgelenkt an den Ausgang der Optik 20 überführt, wie durch den Pfeil 42 gezeigt ist.

Bei geeigneter Auslegung der Optik 20 und Anordnung der Ablenkeinrichtung 10 und 12 spielt die Farbkorrektur der Optik 20 nur eine unwesentliche Rolle. Wie vorher schon ausgeführt wurde, hängt der gemeinsame Ort, von dem verschieden abgelenkte Lichtbündel ausgehen, von dem Abstand der Ablenkeinrichtungen 10 und 12 von der Eintrittspupille der Optik 20 ab. Rastert man nun ein aus Laserlicht mit verschiedenen Wellenlängen bestehendes Lichtbündel nicht als Gesamtbündel, sondern getrennt für jede Wellenlänge mit einer eigenen Ablenkeinrichtung, kann man durch Wahl des Abstandes der jeweiligen Ablenkeinrichtung 10 oder 12 einen wellenlängenunabhängigen gleichen Ort für das aus der Optik 20 austretende Lichtbündel einstellen. Ist auch das Brennweitenverhältnis von der Wellenlänge abhängig, läßt sich dies durch Wahl unterschiedlicher Ablenkwinkel beim Rastern ausgleichen.

Optische Verzerrungen des Linsensystems lassen sich auch durch Verzerrung der dargestellten Information beim Rastern ausgleichen, indem das abzubildende Bild beispielsweise in einen Bildspeicher eingelesen wird, jedoch zur Darstellung als für die Verzeichnungen korrigiertes verzerrtes Bild zur Darstellung ausgelesen werden. Zweckmäßig ist es dann, zum Erreichen einer gleichmäßigen Zeilendichte beim Rastern, die aus dem Bildspeicher ausgelesene Information mit bekannten Algorithmen für den jeweilig abzubildenden Ort zu interpolieren.

Diese Ausgleichmoglichkeiten zur Korrektur von Abbildungsfehlern der Optik 20 ermöglichen eine wesentliche Erleichterung beim Aufbau der Optik 20, da diese Abbildungsfehler sowohl für Verzeichnungen als auch für Farbfehler durch die Ansteuerung und das' Positionieren der Ablenkeinnchtungen zumindest teilweise elektronisch oder informationstechnisch ausgeglichen werden können. Eine Änderung des Durchmessers des möglicherweise aus der Optik 20 austretenden Lichtbundels, der in Abhängigkeit vom ausgeleuchteten Ort unterschiedlich große Bildpunkte auf dem Schirm erzeugen konnte, kann dabei unbeachtet bleiben, da der Durchmesser des einfallenden Lichtbundels durch das Brennweitenverhäitnis der Linsensysteme 22 und 24 herabgesetzt wird, also beispielsweise bei Laserstrahlen von geπngerem Durchmesser als 1 mm hinter der Optik 20 bei Betrachtung ohne Beugungseinfluß kleiner als 1/10 mm ist.

Denkbar ist auch ein sehr vereinfachtes optisches System 20, das beispielsweise ein Hologramm sein kann Üblicherweise lassen sich wegen der farbabhangigen Abbildungseigenschaft bei Farbbildsystemen keine holographischen Systeme einsetzen Hier kann man jedoch aufgrund der erfindungsgemaßen Merkmale Hologramme verwenden, da Farbfehler, wie dargestellt, durch geeignete Anordnung von Ablenkeinrichtungen für Lichtbundel verschiedener Wellenlange ausgeglichen werden können

Die wesentlichen Eigenschaften der Optik werden noch einmal bezüglich der Figuren 2 und 3 verdeutlicht

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemaß einsetzbare Optik 20 in noch weiter vereinfachter Weise. Die wesentlichen Merkmale der Optik 20 sind eine stark vergrößerte Eintnttspupille 50 und eine nahezu punktförmige Austnttspupille 52 Je kleiner die Austnttspupille 52 ist, desto besser laßt sich die Erfindung für eine Kuppelprojektion einsetzen Die maximal toleπerbare Große der Austnttspupille 52 ist im wesentlichen durch den Kuppeldurchmesser und durch das vom menschlichen Auge gegebene Auflösungsvermögen bestimmt Bei Kuppeldurchmessem im Bereich einiger Meter reicht es aus, wenn die Austnttspupille einen Durchmesser unterhalb eines Millimeters und insbesondere im Bereich von Bruchteilen eines Millimeters hat

Die Eintnttspupille soll mehrere Lichtbundel 54, 55, 56, 57 aus mehreren Ablenkeinnchtungen aufnehmen und bei senkrechtem Eintreten in die Eintnttspupille 50 in einem einzigen parallelen ausgehenden Lichtbundel 58 vereinigen. Die geforderte Große der Eintnttspupille ist also im wesentlichen durch die Anzahl der Ablenkeinnchtungen und deren Große bestimmt. Da man mehrere Ablenkeinnchtungen mikromechanisch anfertigen kann, laßt sich der Durchmesser der Eintnttspupille durchaus auf einige Millimeter beschranken Das bedeutet für die Optik 20 ein

Verhältnis vom Durchmesser der Eintrittspupille 50 zu dem der Austrittspupille 52 im Bereich von ungefähr 10 zu 1. Bei größeren Ablenkeinrichtungen, die zweckmäßig sein können, um die Wärmebelastung der Ablenkeinrichtungen aufgrund von sehr hoher Laserieistung abführen zu können, können allerdings sogar Durchmesserverhältnisse von Austrittspupille 52 zu Eintrittspupille 50 von 100 : 1 und größer erforderlich werden, was eine hohe Anforderung an die Optikberechnung stellt.

Die Figur 3 zeigt das Abbildungsverhalten der Optik 20 bei Winkeländerung von beispielhaft gezeigten Lichtbündeln 60 und 62. Diese treten aus der Austrittspupille 52 der Optik 20 als Lichtbündel 64 und 66 mit einem vergrößerten Winkel aus. Weiter ist in Fig. 3 beispielhaft gezeigt, daß durch Ablenken des Lichtbündels 60 und 62 zur Darstellung eines Kreisrings 68 in einer Ebene zwischen Eintrittspupilie und Optik 20 die austretenden Lichtbündel 64, 66 eine Mantelfläche 70 einer Kugelschicht entsteht. Femer ist beispielhaft ein Kreis 71 gezeigt, der als Polfläche 72 über die Optik 20 in der Kuppel abgebildet wird. Durch derartige Teilflächen, die durch mehrere Ablenkeinrichtungen 10, 12 erzeugt werden, kann die gesamte Kuppeloberfläche überdeckt werden. Dabei sind die Teilflächen zweckmäßigerweise so dimensioniert, daß Flächen gleicher Helligkeit erzeugt werden. Die Optik 20 eignet sich daher außerordentlich gut für eine Kuppelprojektion, wobei der Mittelpunkt eines zur Projektion eingesetzten kugelförmigen Schirms 5 zweckmäßigerweise in der Austrittspupille 52 liegt.

Wird statt des Kreisrings 68 eine Kreisfläche gerastert, ist es bei geeignetem Linsensystem sogar möglich, eine Halbkugel vollständig mit Bildinformation zu füllen.

Der Helligkeitseindruck ist bei herkömmlichen Laserleistungen wegen der großen auszuleuchtenden Fläche im allgemeinen sehr gering. Bei einem Laser großer Leistung ist zu erwarten, daß die Belastung der Ablenkeinrichtung, aufgrund einer wenn auch minimalen

Absorption in der Ablenkeinrichtung, eine Vielzahl von Ablenkeinrichtungen erforderlich macht.

Diese können dann, wegen der mit Hilfe der in Fig. 1 und 2 dargestellten Eigenschaften der

Optik 20, nebeneinander angeordnet werden. Zur vollständigen Ausleuchtung einer Halbkugel werden bevorzugt von jeder der nebeneinander liegenden Ablenkeinrichtungen verschiedene

Kreisringe 68 abgebildet. Die einzelnen Kugelsektoren setzen sich bei gleichem Abstand der

Ablenkeinrichtungen von der Optik 20 dann zu einer Halbkugel zusammen, wenn der äußere

Durchmesser des einen Kreisrings 68 jeweils gleich dem inneren Durchmesser eines anderen

Kreisrings 68 ist und der äußere Durchmesser des größten Kreisrings 68 über die Optik 20 in die Äquatorebene des halbkugelflächigen Schirms 5 abgebildet wird.

Zum Erreichen einer gleichmäßigen Leuchtdichte auf dem sphärischen, also kugelflächenförmigen Schirm 5 ist es zweckmäßig, die einzelnen Teilflächen 70 mit gleicher Fläche zu wählen, da man dann die beispielhaft zum Erzeugen der Eingangslichtbündel einsetzbaren Laser 2 und 4 für gleiche Lichtleistung auswählen und diese auch gleichmäßig ansteuern kann. Insbesondere läßt sich mit der Ausleuchtung einer sphärischen Fläche durch Kugelsektoren 70 eine Kugel ohne Überlappungsbereiche gleichmäßig ausleuchten.

Ein anderes, im besonderen vorteilhaftes Kriterium zur Dimensionierung der Aufteilung in Teilflächen ist, daß die Ablenkfrequenz jeder Ablenkeinrichtung für die jeweilige Teilfläche gleich groß gewählt wird und damit jede Teilfläche die gleiche Zeilenzahl erhält. Das heißt, alle Ablenkeinrichtungen sind konstruktiv gleich ausgebildet und werden so angesteuert, daß gleiche Bewegungsabläufe gewährleistet sind. Die Anzahl der zu rastemden Zeilen jedes rechteckförmigen Teilbildes bei einem flachen Bildschirm bzw. die Länge der Zeile einer vollständigen Abtastung jedes Teilbildes eines kreisringförmigen Gebietes bei einem sphärischen Bildschirmgebietes ist dann für jedes Teilbild gleich groß. Die Einstellung gleicher Helligkeit erfolgt dann durch die Modulation der Intensität der Lichtbündel.

Wie die kreisförmige Ablenkung verwirklicht werden kann, wird beispielhaft anhand der Figuren 4 und 5 gezeigt.

Die in Fig. 4 dargestellte Ablenkeinrichtung 10 weist einen Spiegel 74 auf, der um zwei Achsen 76 und 78 drehbar gelagert ist. Bei Ansteuerung der Achsen mit einer Sinus- und einer Kosinusschwingung gleicher Amplitude wird ein einfallendes Lichtbündel 14 aufgrund der Reflexion am Spiegel 74 als ausgehendes Lichtbündel 30 abgelenkt, welches in einer Ebene zwischen Ablenkeinrichtung und der Optik 20 einen Kreis beschreibt. Durch periodische Änderung der Amplitude der Sinus- und Kosinusschwingung läßt sich so in einfacher Weise der Kreisring 68 ausleuchten.

Da aufgrund des mit der Optik 20 erzielbaren großen Ablenkwinkels des ausgehenden Lichtbündels der Ablenkwinkel der Ablenkeinrichtung 10 nur gering sein muß, läßt sich das Verkippen der Spiegel 74 auch in sehr einfacher Weise verwirklichen. Man kann beispielsweise statt fester Achsen 76 und 78 unter alle vier Ecken des Spiegels 74 Piezokristalle anordnen, die phasengerecht zur Erzeugung der genannten Sinus- und Kosinusschwingung angesteuert werden. Die Ablenkeinrichtung gemäß Fig. 4 kann dann beispielsweise mikromechanisch hergestellt werden, was es erlaubt, mehrere Spiegel zusammen mit einer Ansteuerelektronik auf

einem gemeinsamen Substrat zu integrieren. So entsteht ein kompaktes Bauelement für mehrere Ablenkeinrichtungen, welches auch in einer kleinen Eintrittspupille 50 Platz findet.

Wegen der Kleinheit bei dieser Ausbildungsform lassen sich auch eventuell störende Effekte durch eine Schwingungsanregung der Oberfläche des Spiegels 74 beseitigen, indem dieser so dimensioniert wird, daß seine Resonanzfrequenz mit der Anregefrequenz übereinstimmt, beispielsweise, wenn die die Kippung steuernden Quarze gleichzeitig als Oszillatoren zum Erzeugen der Zeilenfrequenz beim Rastern eingesetzt werden.

Das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbeispiel verwendet einen rotierenden Spiegel 80. Die Rotationsachse 82 ist bei diesem aber um einen von Null verschiedenen Winkel gegenüber dessen Flächennormalen 84 verkippt, so daß aufgrund der Reflexionsgesetze bei Drehung dieses Spiegels 80 mit dem ausfallenden Lichtbündel 30 eine Ellipse auf einer Ebene zwischen Ablenkeinrichtung und der Optik 20 beschrieben wird. Die Ellipse läßt sich durch eine weitere, nicht gezeigte Optik und/oder eine entsprechende Krümmung des Spiegels 80 in einen Kreis transformieren. Der gewünschte Kreisring 68 kann dann beispielsweise durch Variation der Winkelabweichung zwischen Rotationsachse 82 und Flächennormale 84 ausgeleuchtet werden.

Statt einer Änderung des Winkels zwischen Rotationsachse 82 und Flächennormale 84 kann jedoch auch ein zusätzlicher Schwenkspiegel 86 vorgesehen werden, der den Einfallswinkel des einfallenden Lichtbündels 14 oder des ausfallenden Lichtbündels 30 zeitlich variiert. Dann entsteht zwar kein Kreisring 68 wie in Fig. 3 dargestellt, da jeder Kreis durch die Kippung leicht gegenüber dem vorher gerasterten Kreis aus der Konzentrizität verschoben wird, dies ist aber wegen der in Fig. 2 dargestellten Eigenschaften der Optik 20 irrelevant, da sich Ortsverschiebungen des einfallenden Lichtbündels in der Eintrittspupille auf das ausfallende Lichtbündel überhaupt nicht bzw. nur geringfügig auswirken.

Dieses Beispiel zeigt, daß das aufgrund der Optik 20 gewährleistete unkritische Positionieren auch den Einsatz anderer Ablenkeinrichtungen ermöglicht. Wird die Erfindung beispielsweise zur Darstellung verschiedener Teilbilder eines flachen Schirms eingesetzt, kann man auch in der bei Laser-TV üblichen Weise mit einem Schwenkspiegel und einem Polygonspiegel rastern. Wegen der Eigenschaften der Optik 20, die kleine Ablenkwinkei in deren Eintrittspupillen erfordern, ist es aber auch möglich, akustooptische Modulatoren zur Ablenkung einzusetzen. Deren Einsatz war bisher in der Laser-TV-Technik wegen der weilenlängenabhängigen, Farbfehler verursachenden Ablenkung nur beschränkt möglich. Jedoch können die Laserstrahlen verschiedener Wellenlängen unabhängig voneinander abgelenkt und anschließend mit der Optik 20

zusammengeführt werden, wodurch, wie vorhergehend beschrieben, auch Farbfehler durch geeignete Wahl der Position der Ablenkeinrichtungen 10 und 12 und der Rastergröße in einfacher Weise kompensiert werden. Der einleitend eingeführte Begriff der Teilbilder bezieht sich in diesem Fall für jede Ablenkeinrichtung zwar auf das gleiche Bild, eine Teilung in Teilbilder ist dann aber bezüglich der Wellenlänge gegeben. Darauf ist die Erfindung aber auch nicht beschränkt. Gleichermaßen können 3N Teilbilder für N räumlich getrennte Teilbilder für je 3 Farben gerastert werden.

Gegenüber den vorhergehenden, mehr theoretischen Ausführungsbeispielen soll im folgenden ein praktischer Anwendungsfall im einzelnen beschrieben werden. Für diesen wurden folgende Überlegungen angestellt:

Wollte man zum Beispiel mit einer einzigen Ablenkeinrichtung eine Projektion in einer Halbkugelfläche durchführen, würde man, wie im Stand der Technik schon beschrieben, eine Fischaugenoptik benötigen, die einen Scanwinkel ± θ in einen Projektionswinkel von ± 90° transformiert.

Geht man von einem Kuppelradius von r = 8 m aus, dann müßte

- eine Fläche von f = 2πr^ bei 400 Quadratmeter beleuchtet und

- die gesamte Datenfülle zur Erzeugung eines den Halbraum füllenden Bildes über eine einzige Ablenkeinrichtung 10 übertragen werden.

Die Erzeugung einer ausreichend hohen Beleuchtungsstärke auf der Projektionsfläche setzt entsprechend starke Lichtquellen voraus. Vergleicht man die Beleuchtungsstärke auf dieser Halbkugelfläche mit der bei einem Kinoformat mit einer Diagonalen von 12 m, errechnet sich, daß bei gleichem Lichtstrom die Beleuchtungsstärke auf der Halbkugelfläche um einen Faktor 6,7 geringer als auf dieser Kinoleinwand ist.

Das heißt, um bei der Kuppelprojektion einen gegenüber dem Kino vergleichbaren Helligkeitseindruck zu erhalten, würde man ohne die Optik 20 Laser mit einem Faktor 7 höherer Nutzlichtausbeute benötigen. Weiter müßte bei vergleichbarer Auflösung die nötige Datenmenge bei an die physikalischen Grenzen stoßenden hohen Rastergeschwindigkeiten übertragen werden, was technisch problematisch ist.

Beide Forderungen lassen sich gemäß den oben dargestellten Betrachtungen erfüllen, wenn man zum Beispiel sieben Scannereinheiten möglichst dichtgepackt innerhalb einer Eintrittspupille einer Optik anordnet, wobei jeder Scanner eine Ringzonenfläche von 1/7 der Gesamtfläche der Halbkugel überdeckt. Gemäß dem vorherigen Zahlenbeispiel sollte jede Ablenkeinrichtung also ungefähr 60 Quadratmeter ausleuchten.

Die Fig. 6 zeigt dafür die Anordnung von sieben kreisförmig rastemden Ablenkeinrichtungen 10 gemäß Fig. 4 von 4 mm Größe in einer Eintrittspupille 50. Die Eintrittspupille der Optik 20 ist dafür auf 14,5 mm dimensioniert.

Die Optik 20 wurde bezüglich der Bildfehlerkorrektur so ausgelegt, daß zwischen dem Einfallswinkel und dem Ausfallswinkel Proportionalität besteht, es wurde also eine Verzeichnungskorrektur nach der Winkelbedingung durchgeführt. Für die Ablenkeinrichtung ergibt sich der in der Tabelle I angegebene Ablenkbereich für den Einfallswinkel θ und den Ausfallswinkel θ' der Optik 20 für jede der in der Eintrittspupille 50 angegebenen Ablenkeinrichtungen 10.

Jeder der sieben Ablenkspiegel hat eine eigene, ihm zugeordnete Ablenkung. Die Spiegelnormale ist für jede der Ablenkeinrichtungen 10 gegenüber der optischen Achse geneigt, wodurch genügend Platz dafür zur Verfügung steht, daß ein Lichtbündel zwischen Eintrittspupille und Linsenscheitel der ersten Linse auf die Spiegel der Ablenkeinrichtungen 10 einfallen kann und in Richtung Optik reflektiert wird. Um genügend Platz für den Einfall von Laserstrahlen auf die Ablenkeinrichtung 10 zu schaffen, wurde der Abstand des ersten Linsenscheitels 101 von der Eintrittspupille auf ungefähr 19 cm ausgelegt (gemäß der Darstellung in Figur 7).

Im Ausführungsbeispiel wurde aufgrund der folgenden Überlegungen eine Vergrößerung der nachfolgenden Optik von ungefähr 8 gewählt:

Je höher man die Vergrößerung ansetzt, desto kleiner werden die Durchmesser der durch die Optik 20 in die Austrittspupille abgebildeten Ablenkbereiche der einzelnen Ablenkeinrichtungen 10. Dann bleiben unabhängig vom Austrittspupillen-Durchmesser zwar die erreichbaren Helligkeitseindrücke in den Ringzonen unverändert, aber die sich ergebenden Bildpunktdurchmesser verändern sich auch direkt proportional mit dem Durchmesser der Austrittspupille.

Bei sehr kleinen, im Material einer Linse liegenden Austrittspupillen könnte die Wärmebelastung die Linse zerstören. Deswegen liegt im Ausführungsbeispiel die Austrittspupille außerhalb vom Linsenmaterial zwischen den Linsenscheiteln 116 und 117.

Das Ausführungsbeispiel für die Optik 20 ist in Abbildung 7 schematisch dargestellt. Die Krümmung der einzelnen Linsenflächen 101 bis 122 ist weiter in Tabelle II angegeben. Fe er zeigt die Tabelle II den Scheitelabstand der einzelnen Linsenflächen und den Brechungsindex n sowie die Abbesche Zahl v des verwendeten Glases.

Wie aus den Strahlverläufen in Fig. 7 ersichtlich ist, wirkt ein erstes Linsensystem, das sich zwischen den Scheiteln 101 bis 108 erstreckt, für den zentralen Strahl im wesentlichen fokussierend. Das zweite Linsensystem, das sich zwischen den Linsenscheiteln 109 bis 122 erstreckt, fokussiert die verschiedenen, von diesem Fokus ausgehenden Lichtbündel wieder in praktisch einen Punkt, der Austrittspupille 52. Das optische System ist insgesamt so ausgelegt, daß eine Proportionalität zwischen Einfallswinkel und Ausfallswinkel besteht.

Tabelle I

Ablenkeinrichtung Einfallswinkel θ in ° Ausfallswinkel θ' in °

1 9,622-10,588 81,787-90

2 8,635 - 9,622 73,398-81,787

3 7,603 - 8,635 64,623 -73,398

4 6,488 - 7,603 55,150-64,623

5 5,225 - 6,488 44,415-55,150

6 3,647 - 5, 225 31,003-44,415

7 0 - 3,647 0-31,003

Die Ablenkeinrichtung 7 liegt zentrisch in der Eintrittspupille. Alle Winkel beziehen sich auf die optische Achse.

98/15938

24 Tabelle II

Bezugszeichen Krümmungs¬ Bezugszeichen Scheitelabstand n _c v _c radius (mm) zw. Scheiteln (mm)

101 338,7 101 -102 14,0 1,7343 28,2

102 127,8 102-103 35,0 1,5544 63,2

103 - 266,5 103-104 1,8 1

104 158,7 104-105 21,0 1 ,5544 63,2

105 oo 105-106 1,8 1

106 90,3 106-107 35,0 1,6099 56,3

107 171,7 107- 108 10,5 1 ,5848 40,5

108 57,0 108-109 130,4 1

109 115,9 109-110 14,0 1,6539 55,6

110 -210,1 110-111 1,8 1

111 115,9 111 -112 14,0 1,6539 55,6

112 -210,1 112-113 1,8 1

113 122,6 113-114 19,2 1,6099 56,3

114 -43,8 114-115 7,0 1,7617 27,3

115 31,5 115-116 24,5 1 ,6539 55,6

116 334,9 116-117 10,1 1

117 39,6 117-118 49,7 1,6942 30,9

118 258,2 118-119 21,1 1

119 -20,9 119-120 7,0 1,6539 55,6

120 - 130,3 120-121 30,3 1

121 -40,8 121 - 122 12,2 1,6099 56,3

122 -96,1

ie Eintrittspupille 50 befindet sich 189 mm vom ersten Linsenscheitel 101 entfernt.