Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Ansteuersignalen eines

Bildprojektors mit in einem diagonalen Raster angeordneten Projektionselementen.

Zur Projektion digitaler Bilder ist es bekannt, sogenannte Digital Light Processing (DLP) Projektoren zu verwenden. Diese umfassen ein Raster rechteckiger Mikrospiegeln, die einzeln beweglich angeordnet sind, und somit einen Lichtstrahl pixelweise auf die Projektionsfläche oder einen Absorber richten können. Die Mikrospiegel sind in der Regel in einem orthogonalen, insbesondere rechteckigen Raster angeordnet, um die zweidimensionalen orthogonalen Bilddaten unmittelbar übernehmen zu können.

Insbesondere für die Anwendung bei dreidimensionalen Druckverfahren (sogenannte 3D-Drucker) hat es sich jedoch gezeigt, dass eine Anordnung der rechteckigen

Mikrospiegel in einem diagonalen Raster mit diagonal verlaufenden Spalten und Zeilen den Vorteil aufweist, dass für den Projektor eine kleinere Bauform erreicht werden kann, da die Mikrospiegel systembedingt nur um ihre diagonale Achse verdreht werden können. Derartige Projektoren werden insbesondere von dem Unternehmen Texas Instruments unter der Bezeichnung„Diamond Display" vertrieben.

Werden nun herkömmliche zweidimensionale Bilddaten auf einem derartigen„Diamond Display" angezeigt, so kommt es zu Artefakten, da sich jeder der orthogonal

angeordneten Pixel der Bilddaten mit in der Regel vier der, in einem Winkel α zu den Bilddaten diagonal angeordneten Pixel des Displays überschneidet. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Bestimmung von Ansteuersignalen eines derartigen Diamond Displays mit in einem diagonalen Raster angeordneten Projektionselementen bekannt, wobei orthogonale Schichtdaten x, y aus einem zweidimensionalen Koordinatensystem in Ansteuersignale x" für Spalten und y" für Zeilen der Projektionselemente umgewandelt werden, wobei das diagonale Raster mit dem Koordinatensystem einen Winkel α einschließt. Insbesondere ist es bekannt, die Mikrospiegel mit einem Pulsweitenmodulationsverfahren anzusteuern, sodass diese, in Abhängigkeit ihrer Überschneidung mit dem darzustellenden Pixel der Bilddaten, mehr oder weniger lange aktiviert werden.

Diese Verfahren sind zwar zur Anzeige für das menschliche Auge geeignet, führen jedoch bei der Ansteuerung von 3D-Druckern zu dem unerwünschten Effekt, dass die Kanten des darzustellenden Objekts verwischt werden. Für die Ansteuerung von SD- Druckern ist es jedoch wünschenswert, wenn die Konturen möglichst scharf gezeichnet werden, um zu verhindern, dass nicht vollständig ausgehärtetes Material an der Oberfläche hängenbleibt und sich die Baukörper dadurch nur schwer reinigen oder nachbehandeln lassen. Ein derartiges Pulsweitenmodulationsverfahren soll deshalb nach Möglichkeit verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Verfahren zur Bestimmung der

Ansteuersignale derartiger Projektoren zu schaffen, wobei die oben angeführten und andere Problemen behoben werden sollen und eine möglichst exakte Ansteuerung der einzelnen Projektionselemente sichergestellt werden soll.

Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt die Schichtdaten im orthogonalen Koordinatensystem durch eine affine Transformation um den Winkel α gedreht werden, und die auf dem Koordinatensystem gedrehten Schichtdaten x', y' in einem zweiten Schritt zur Bestimmung der

Ansteuersignale x", y" dem diagonalen Raster überlagert werden.

Indem die Schichtdaten zuerst auf dem bestehenden orthogonalen Koordinatensystem gedreht werden, und erst in einem zweiten Schritt dem diagonalen Raster überlagert werden, erfolgt eine scharfe Trennung zwischen darzustellenden und nicht

darzustellenden Pixeln. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass im ersten Schritt die Schichtdaten linear verschoben werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Verschiebungen in Abhängigkeit der Auflösung des Koordinatensystems der Schichtdaten einerseits, und der Auflösung des diagonalen Rasters andererseits, derart gewählt werden, dass im Koordinatensystem mittig dargestellte Schichtdaten auch im diagonalen Raster mittig dargestellt werden. Die lineare Verschiebung der Schichtdaten kann insbesondere auch dazu dienen, mehrere Einzelbilder angrenzend zueinander auszurichten, wenn die Lichtquelle linear verfährt und schief eingebaut ist.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass im ersten Schritt die affine

Transformation y _rr

x =—j= +—j= + x onset

Koordinatensystems und y_offset die Verschiebung in y-Richtung des orthogonalen Koordinatensystems bezeichnet. Diese Transformation wird auf die Rohdaten angewandt, anschließend werden diese gerastert und auf schwarz-weiß konvertiert.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass im zweiten Schritt zur Bestimmung der Ansteuersignale x", y" in Abhängigkeit von der Zeilenlänge w' des diagonalen Rasters die Transformation y - x + w'-l

x" =

2

y= x + y - W+l

durchgeführt wird. Der eingangs verwendete Begriff der Überlagerung der gedrehten Schichtdaten x', y' auf den diagonalen Raster bezeichnet diese Transformation. Dies kann erfindungsgemäß so realisiert werden, dass auf dem diagonalen Raster des Displays jene Pixel ausgewählt werden, die bei Überlagerung des gedrehten Musters auf das diagonale Raster zu mehr als einen bestimmten Prozentsatz, insbesondere zu mehr als 50%, bedeckt sind. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Koordinatensystem eine Auflösung von 1280 x 800 Pixel, und das diagonale Raster eine Auflösung von 912 Spalten und 1 140 Zeilen aufweist. Erfindungsgemäß kann ebenso vorgesehen sein, dass das Koordinatensystem eine orthogonale Auflösung von 854 x 480 Pixeln aufweist, welches auf ein diagonales Raster mit 608 Spalten und 684 Zeilen abgebildet wird. Auch alle weiteren Auflösungen können erfindungsgemäß vorgesehen sein. Insbesondere kann es sich bei dem Bildprojektor um einen Diamond DLP Chip handeln. Der Winkel a, den das orthogonale Koordinatensystem mit dem diagonalen Raster einschließt, kann insbesondere 45° betragen. Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Verwendung von Projektoren mit anderen Auflösungen, Bildformaten, oder Winkeln. Insbesondere erstreckt sich die Erfindung auf die Verwendung von Texas Instruments DMD (Digital Micro Mirror Device) Projektoren mit allen gängigen Auflösungen.

Die Erfindung erstreckt sich weiters auf ein Verfahren zur Ansteuerung eines

Bildprojektors, wobei die Ansteuersignale mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt werden.

Die Erfindung wird in Folge an Hand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen diagonalen Rasters mit Projektionselementen; Fig. 2a-2d zeigen verschiedene

Zwischenschritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Diamond Displays, bei dem

Projektionselemente 2 in einem diagonalen Raster 1 angeordnet sind, das in einem Winkel α von 45° zur Horizontalen angeordnet ist. Die einzelnen Projektionselemente 2 können durch Ansteuerung von Spalten 6 und Zeilen 7 einzeln ausgewählt werden, wobei zusammenhängende Spalten und Zeilen schematisch dargestellt sind. Ebenfalls dargestellt ist das am Display darzustellende Bild 5, welches durch das

erfindungsgemäße Verfahren aus orthogonalen Schichtdaten berechnet wird.

Fig. 2a zeigt eine als Vektorgrafik vorliegende zweidimensionale Struktur, die im

Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Projektionselemente des

Bildprojektors übertragen werden soll. Fig. 2b zeigt eine Darstellung der zweidimensionalen Struktur in Form von Schichtdaten 3 in einem zweidimensionalen, orthogonalen Koordinatensystem 4. Die Transformation der in Fig. 1 a dargestellten Vektorgrafik auf die in Fig. 1 b dargestellte Pixelgrafik erfolgt unter Verwendung üblicher Grafikroutinen.

Fig. 2c zeigt das Ergebnis des ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes, wobei die Schichtdaten 3 auf dem Koordinatensystem 4 um 45° gegen den Uhrzeigersinn gedreht wurden.

Ausgehend von den Schichtdaten 3 in Fig. 2b werden die Schichtdaten 3' in Fig. 1 c durch Rotation um 45° entgegen des Uhrzeigersinns erstellt. Diese Rotation kann in mathematischer Form wie folgt dargestellt werden, wobei x, y die Koordinaten der ursprünglichen Schichtdaten 3, und x', y' die Koordinaten der gedrehten Schichtdaten 3' bedeuten:

Die Variablen x_offset und y_offset bezeichnen eine Verschiebung in x- bzw. y- Richtung. Eine derartige Verschiebung oder Versatz ist in der Regel erforderlich, da sich das Format des ursprünglichen orthogonalen Koordinatensystem meist nicht unmittelbar auf das diagonale Raster abbilden lässt. So ist bei einem orthogonalen Raster im WXGA-Format die Breite w gleich 1280 und die Höhe h gleich 800. Hingegen ist bei einem üblichen Diamond Display die Anzahl der Zeilen w' gleich 1 140 und die Anzahl der in einem Winkel von 45° angeordneten Spalten h' gleich 912. Das Format des Diamond Displays berechnet sich dann zu 912 x sqrt(2) = 1289,76 bzw.

1 140/sqrt(2)=806,10. Um die ursprünglichen Schichtdaten also mittig anzeigen zu können, müssen die Schichtdaten um die Hälfte der Differenz zur Mitte verschoben werden. Darüber hinaus erfolgt eine Verschiebung der y-Koordinaten um die Anzahl der Zeilen w' nach unten, sodass der Offset wie folgt berechnet wird:

K

- h

2

dx + dy

x _ offset = dy - dx

y _ offset = w'-f

Erfindungsgemäß kann aber auch vorgesehen werden, den Offset auf andere Art zu berechnen, die an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst ist.

Fig. 2d zeigt das Bild 5, welches bei Überlagerung der gedrehten und gegebenenfalls verschobenen Schichtdaten 3' auf das diagonale Raster 1 erzielt wird. Die dabei durchgeführte Transformation kann wie folgt dargestellt werden:

-x'+w'-i

x"= y"= x'+y'-w'+l

Dabei bezeichnen x' und y' die Koordinaten des gedrehten Bildes aus Fig. 2c und Anzahl der Zeilen des diagonalen Rasters. Das Symbol |_·*ϋ bezeichnet die größte ganze Zahl kleiner oder gleich x . Das Ergebnis der Transformation sind

Ansteuersignale x" für Spalten 6 sowie y" für Zeilen 7 des diagonalen Rasters 1 .

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern erstreckt sich auf sämtliche Verfahren im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche.