Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsanordnung mit einer Lichtquelle, einem der Lichtquelle nachgeschalteten Lichtmodulator, der mit Licht der Lichtquelle beaufschlagbar ist und dieses unter Steuerung einer Steuereinrichtung auf der Basis vorgegebener Bilddaten moduliert, um ein Bild zu erzeugen, und einer dem Lichtmodulator nachgeordneten Projektionsoptik zum Projizieren des Bildes auf eine Projektionsfläche.

Bei einer solchen Projektionsanordnung ist die Projektionsanordnung bevorzugt so ausgebildet, daß das projizierte Bild möglichst wenig Verzeichnungen aufweist. Dies führt zu einer aufwendigen Projektionsoptik. Wenn die Projektionsoptik von der Projektionsfläche einen relativ geringen Abstand aufweist, ist die Projektionsoptik bevorzugt als Weitwinkeloptik ausgelegt, damit das Bild noch mit der gewünschten Größe auf die Projektionsfiäche projiziert werden kann. Eine solche Weitwinkeloptik umfaßt jedoch mehrere Linsen mit großem Durchmesser und großen Krümmungsradien, so daß die Optik relativ schwer ist. Des weiteren steigt der Aufwand, der benötigt ist, damit die Weitwinkeloptik die gewünschten Abbildungseigenschaften aufweist, überproportional mit größer werdenden Linsendurchmesser und Linsenradien an, wodurch der Aufbau der Projektionsoptik sehr kompliziert wird.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie kleiner und kompakter wird.

Die Aufgabe wird bei einer Projektionsanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung eine Ansteuereinheit und eine Korrektureinheit umfaßt und die Korrektureinheit die vorgegebenen Bilddaten derart vorverzeichnet, daß eine durch die Projektionsoptik bedingte nicht-lineare Verzeichnung kompensiert wird, wobei die Ansteuereinheit den Lichtmodulator mit den vorverzeichneten Bilddaten ansteuert.

Da somit die Möglichkeit gegeben ist, nicht-lineare Verzeichnungen der Projektionsoptik elektronisch zu kompensieren, können an die Projektionsoptik deutlich geringere optische Anforderungen gestellt werden. Dies führt zu dem Vorteil, daß die Anzahl der notwendigen Linsenelemente verringert werden kann.

Aufgrund der möglichen Verringerung der Linsenanzahl wird die Fertigung der Projektionsoptik erleichtert, was insbesondere zu einer deutlichen Reduzierung der Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung führt, da gerade die Kosten für die Fertigung der Projektionsoptik einen großen Anteil an den gesamten Herstellungskosten einnehmen.

Des weiteren läßt sich aufgrund der Reduzierung der Anzahl der Linsen eine Gewichtseinsparung realisieren, so daß auch das Gewicht der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung verringert werden kann. Dies ist gerade im Hinblick auf die Tendenz, möglichst leichte und damit leicht tragbare Projektionsanordnungen bereitzustellen, ein großer Vorteil.

Ferner ist es auch möglich, größere Fertigungstoleranzen der Linsen der Projektionsoptik zuzulassen, da diese Fehler mittels der Korrektureinheit kompensiert werden können. Dies führt wiederum zu einer vorteilhaften Verringerung der Herstellungskosten.

Die Korrektureinheit kann durch Hardware, Software oder durch eine Kombination aus beidem verwirklicht werden.

Die Vorverzeichnung durch die Korrektureinheit wird bevorzugt so gewählt, daß die nicht- linearen optischen Verzeichnungen der Projektionsoptik möglichst vollständig kompensiert werden. Dadurch ist das projizierte Bild praktisch verzeichnungsfrei.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung weist die Projektionsoptik eine Restverzeichnung von 2 2%, bevorzugt 10%, und kleiner als 50%, bevorzugt kleiner als 25%, auf. Bei einer Projektionsoptik mit einer solchen Restverzeichnung ist ein hervorragender Kompromiß zwischen dem Wunsch, eine möglichst leichte und kleine Projektionsoptik einzusetzen, und dem Wunsch, dabei den Auflösungsverlust, der dadurch auftritt, daß aufgrund der Vorverzeichnung einige Bildbereiche auf dem Lichtmodulator gestaucht werden müssen, so gering wie möglich zu halten, gefunden.

Insbesondere ist die Projektionsoptik bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung eine Weitwinkeloptik mit einem Feldwinkel von t 35°. Gerade bei solchen Weitwinkeloptiken ist der Aufwand zur optischen Kompensation der Abbildungsfehler, damit die Restverzeichnung unter einem üblichen Wert von beispielsweise 2% liegt, außerordentlich hoch, was gerade zu der unerwünschten schweren und teuren Projektionsoptik führt. Daher ist bei der

erfindungsgemäßen Projektionsanordnung, bei der die Projektionsoptik eine Weitwinkeloptik ist, die Gewichtseinsparung und die Kostenreduzierung bei der Projektionsoptik aufgrund der Korrektureinheit, die eine größere Restverzeichnung zuläßt, besonders groß.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung besteht darin, daß der Lichtmodulator ein rechteckiges Bildfeld (bildgebender Bereich) umfaßt, das dezentral zur optischen Achse der Projektionsoptik ist, wobei bevorzugt die optische Achse das Bildfeld noch trifft. In diesem Fall wird besonders bevorzugt als Lichtmodulator eine Kippspiegelmatrix verwendet, die eine Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Kippspiegeln umfaßt, die zwischen einer ersten und einer zweiten Kippstellung voneinander unabhängig hin und her gekippt werden können. Durch diese Anordnung des Lichtmodulators wird vorteilhaft erreicht, daß genügend Platz zur Beleuchtung bzw. für optischen Elemente für die Beleuchtung bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung vorhanden ist.

Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung der Lichtmodulator ein rechteckiges Bildfeld mit einer Mehrzahl von zumindest in eine erste und eine zweite Einstellung schaltbare Bildpixel umfassen, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind, wobei der einem Bildpixel zugeordnete Bildpunkt ein heller Bildpunkt ist, wenn das Bildpixel in die erste Einstellung geschaltet ist, und ein dunkler Bildpunkt ist, wenn das Bildpixel in die zweite Einstellung geschaltet ist, wobei die Korrektureinheit die Bilddaten so vorverzeichnet, daß die Bildpixel, die durch die Projektionsoptik außerhalb eines vorgegebenen rechteckigen Projektionsfeldes auf der Projektionsfläche abgebildet werden, mittels der Ansteuereinheit in die zweite Einstellung geschaltet werden. Damit wird vorteilhaft sichergestellt, daß auf die Projektionsfläche nur ein rechteckiges Bild und kein Bild mit verzerrten Rändern projiziert wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ist die Lichtquelle so ausgebildet, daß sie den Lichtmodulator abwechselnd mit Licht einer ersten und einer zweiten Farbe beaufschlagt, so daß mit dem Lichtmodulator Bilder mit unterschiedlichen Farben erzeugbar sind. Insbesondere kann die Lichtquelle den Lichtmodulator auch mit mehr als zwei Farben, z. B. mit rot, grün und blau beaufschlagen.

Dadurch wird die Projektion von mehrfarbigen Bildern ermöglicht.

Des weiteren ist es möglich, für jede Farbe einen separaten Lichtmodulator vorzusehen, wobei das durch die Lichtmodulatoren modulierte Licht, das zur Bilderzeugung verwendet

wird, durch geeignete optische Mittel überlagert und als gemeinsames Strahlenbündel der Projektionsoptik zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Projektionsanordnung kann auch noch so ausgestaltet werden, daß die Korrektureinheit die vorgegebenen Bilddaten für das Bild mit der ersten Farbe und für das Bild mit der zweiten Farbe derart unterschiedlich vorverzerrt, daß die chromatische Queraberration der Projektionsoptik gleich mitkompensiert wird. Dadurch wird der Aufbau der Projektionsoptik wiederum vereinfacht, wodurch eine weitere Gewichts-und Kosteneinsparung möglich ist. Dies kann auch bei mehr als zwei Farben durchgeführt werden und ist insbesondere auch bei dem Aufbau anwendbar, bei dem mehrere Lichtmodulatoren (einer für jede Farbe) vorgesehen sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemä#en Projektionsanordnung ist diese als Rückprojektionsanordnung ausgebildet, wobei sie aufgrund der elektronischen Korrektur der nicht-linearen Abbildungsfehler der Projektionsoptik mit einem sehr geringen Abstand der Projektionsoptik von der Rückprojektionsfläche angeordnet werden kann, so daß die Rückprojektionsanordnung sehr kompakt verwirklicht werden kann. Es ist natürlich auch möglich, die erfindungsgemäße Projektionsanordnung als Frontprojektionsanordnung auszubilden. In diesem Fall kann auch ein sehr geringer Abstand von der Projektionsfläche zu einem vorteilhaften Aufbau eingesetzt werden, bei dem zumindest der Lichtmodulator und die Projektionsoptik an einem Ende eines an oder oberhalb der Projektionsfläche befestigten Arms vorgesehen sind, wobei der Arm bevorzugt schwenkbar ausgebildet ist, so daß der Abstand zur Projektionsfläche veränder-bzw. einstellbar ist.

Als Lichtmodulator kann auch noch ein reflektives oder transmissives LCD-Modul verwendet werden, wobei in diesem Fall entsprechend polarisiertes Licht verwendet wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung trifft eine Verlängerung der optischen Achse der Projektionsoptik auf die Projektionsfläche unter einem Winkel, der ungleich 90° ist, und die Korrektureinheit führt auch noch eine derartige Vorverzeichnung der Bilddaten durch, daß die aufgrund der schrägen Projektion auf die Projektionsfläche bedingte Verzeichnung des projizierten Bildes kompensiert wird. Damit wird in vorteilhafter Weise auch gleich noch die bei einer Schrägprojektion erzeugte Verzeichnung kompensiert, so daß eine sehr kompakte Projektionsanordnung mit geringer bis möglichst keiner Verzeichnung bereitgestellt werden kann. Die Verkippung der Verlängerung der optischen Achse der Projektionsoptik zur Senkrechten auf die

Projektionsfläche beträgt 5-15°, sie kann jedoch auch bis zu 45° betragen, wobei der Maximalwert so gewählt wird, daß die Auflösungsverluste nicht deutlich sichtbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung ; Fig. 2a eine schematische Ansicht des bildgebenden Bereichs des Lichtmodulators ; Fig. 2b eine schematische Ansicht eines unverzerrt und eines verzerrt abgebildeten Bildes ; Fig. 2c eine schematische Ansicht eines verzeichnet abgebildeten Bildes ; Fig. 3a eine schematische Ansicht des bildgebenden Bereiches des Lichtmodulators ; Fig. 3b eine schematische Ansicht des projizierten Bildes mit elektronischer Kompensation, und Fig. 4 eine Schnittansicht der Projektionsoptik der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung.

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte erfindungsgemäße Projektionsanordnung umfaßt eine Lichtquelle 1 (z. B. eine Bogen-oder Halogenlampe), die weißes Licht abgibt, das auf ein der Lichtquelle 1 nachgeordnetes und um eine Achse 2 drehbares Farbrad 3 trifft, das zumindest drei Segmente aufweist, die bei Drehung des Farbrads 3 nacheinander mit dem weißen Licht der Lichtquelle 1 beaufschlagt werden und jeweils nur rotes, grünes und blaues Licht durchlassen, wodurch ein dem Farbrad 3 nachgeschalteter Lichtmodulator 4 abwechselnd mit rotem, grünem und blauem Licht beleuchtbar ist. Das Farbrad kann alternativ auch mehr als drei Segmente, z. B. noch ein zusätzliches weißes Segment, das weißes Licht durchläßt, aufweisen.

Der Lichtmodulator 4 ist einer Kippspiegelmatrix, die eine Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Kippspiegeln umfaßt, die voneinander unabhängig jeweils zwischen einer ersten und einer zweiten Kippstellung hin und her schwenkbar sind und somit das auf sie einfallende Licht selektiv mit zwei unterschiedlichen Kippwinkeln reflektieren können, so daß auf der Kippspiegelmatrix ein bezüglich des Lichtausfallwinkels moduliertes Bild (Farbteilbiid) erzeugbar ist.

Zur Steuerung des Lichtmodulators 4 enthält die erfindungsgemäße Projektionsanordnung eine Steuereinrichtung 5, die mit den Bilddaten versorgt wird (Pfeil A) und auf Basis dieser Bilddaten und gleichzeitig in Abhängigkeit von der Drehstellung des Farbrads 3 und somit von der Farbe des Lichtes, mit dem der Lichtmodulator 4 gerade beaufschlagt wird, den Lichtmodulator 4 ansteuert, um das gewünschte Bild zu erzeugen.

Dem Lichtmodulator 4 ist eine Projektionsoptik 6 nachgeordnet, die in der schematischen Darstellung in Fig. 1 eine Blende 7 und eine dieser nachgeschalteten Linse 8 enthält. Die Blende 7 ist so ausgebildet und angeordnet, daß das von den Kippspiegeln, die in der ersten Kippstellung sind, reflektierte Licht zur Linse 8 gelangt, während das von den Kippspiegeln, die in der zweiten Kippstellung sind, reflektierte Licht auf die Blende 7 trifft und durch diese abgeschattet wird.

Das auf die Linse 8 treffende Licht wird durch sie auf eine Projektionsfläche 9 projiziert, so daß das von den in der ersten Kippstellung befindlichen Kippspiegeln reflektierte Licht heligeschaltete Bildpunkte erzeugt, während das von den in der zweiten Kippstellung befindlichen Kippspiegeln reflektierte Licht dunkeigeschaftete Biidpunkte ergibt. Um einen Bildpunkt mit einer zwischen einem hell-und einem dunkelgeschalteten Bildpunkt liegenden Helligkeit auf der Projektionsfläche zu erzeugen, können der entsprechende Kippspiegel während der Zeitdauer, in der das Bild mit der Kippspiegelmatrix erzeugt wird, so zwischen der ersten und zweiten Kippstellung hin und her gekippt werden, daß der Kippspiegel sich während einem der gewünschten Helligkeit entsprechenden Zeitabschnitte der Zeitdauer in der ersten Kippstellung befindet.

Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, trifft die Verlängerung der optischen Achse OA der Projektionsoptik 6 unter einem Winkel a zum Lot der Projektionsfläche 9 auf die Projektionsfläche 9, wobei hier der Winkel a 15° beträgt. Ferner ist der Lichtmodulator 4 so dezentral zur optischen Achse OA der Projektionsoptik 6 angeordnet, daß sein unterer Rand, in Fig. 1 gesehen, unterhalb der optischen Achse OA und sein oberer Rand oberhalb der optischen Achse liegt. Die optische Achse geht somit durch den Lichtmodulator hindurch, nicht jedoch durch die Mitte des Lichtmodulators.

Die Kippspiegel der Kippspiegelmatrix sind in einem rechteckigen Bereich angeordnet, so daß der Lichtmodulator 4 ein rechteckiges Bildfeld 10 umfaßt, wie in Fig. 2a dargestellt ist. Dieses rechteckige Bildfeld 10 sollte idealerweise als rechteckiges Bild 11 (Fig. 2b) auf die Projektionsfläche 9 abgebildet werden.

In Fig. 2b ist ferner mit einer gestrichelten Linie noch die durch die Projektionsoptik 6 bedingte Verzerrung (Restverzeichnung) dargestellt, wobei die Verzerrung für den Fall gezeigt ist, daß die Verlängerung der optischen Achse senkrecht auf die Projektionsfläche trifft. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Restverzeichnung der Projektionsoptik 6 10%, wobei die Restverzeichnung als ((a'lAx') l (alAx))-1 für den Fall der senkrechten Projektion bestimmt ist (a ist die Länge der Bilddiagonalen von dem Punkt 12, in dem die Verlängerung der optischen Achse OA auf die Projektionsfläche 9 trifft, zu einer unteren Ecke 13 des projizierten Bildes 11', und Ax ist der Abstand des Punktes 12 zu seinem auf der Diagonalen benachbarten Bildpunkt 14 und a'und Ax'bezeichnen die entsprechenden Abstände des verzerrt projizierten Bildes (Fig. 2b, bei der verzerrten Projektion ist der benachbarte Bildpunkt mit 14'bezeichnet). In der vorliegenden Beschreibung wird die Restverzeichnung somit bei senkrechter Projektion gemäß obiger Formel definiert.

Aufgrund der schrägen Projektion auf die Projektionsfläche 9 tritt auch noch eine lineare Verzeichnung (sogenannter Keystone-Effekt) auf, die in Fig. 2c durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Des weiteren weist die Projektionsoptik 6, die hier eine Weitwinkeloptik mit einem Feldwinkel von 43'zist, auch noch die in Verbindung mit Fig. 2b beschriebene nicht- lineare Restverzeichnung auf, so daß bei einer Projektion das projizierte Bild die in Fig. 2c mit der durchgezogenen Linie angedeuteten Verzeichnungen aufweisen würde (ohne elektronische Korrektur).

Um diese Verzeichnung bei der Abbildung elektronisch zu kompensieren, enthält die Steuereinrichtung neben einer Ansteuereinheit 15 noch eine Korrektureinheit 16, die die vorgegebenen Bilddaten so verarbeitet, daß sie genau entgegengesetzt zur optischen Verzeichnung vorverzeichnet sind. Die vorverzeichneten Bilddaten gibt die Korrektureinheit an die Ansteuereinheit 15 weiter, die auf der Basis dieser Bilddaten den Lichtmodulator 4 ansteuert.

Um die vorgegebenen Bilddaten entsprechend vorzuverzeichnen, geht man von einem gewünschten Bild 17 auf der Projektionsfläche 9 aus, wobei das gewünschte Bild eine rechteckige Form aufweist und innerhalb des in Fig. 2c gezeigten verzeichneten Bildes liegt (Fig. 3b). Alle Bildpixel der Kippspiegelmatrix, die durch die Projektionsoptik 6 außerhalb des gewünschten Bildes 17 abgebildet werden, werden bei der Bilddatenverarbeitung der Korrektureinheit 16 dunkelgeschaltet. Dies sind die Bereich 18 und 19 des rechteckigen Bildfeldes 10 des Lichtmodulators 4, wie in Fig. 3a gezeigt ist. Die restlichen Biidpixel, die im Bereich 20 des Bildfeldes 10 liegen, ergeben bei der Abbildung mittels der Projektionsoptik 6

das in Fig. 3b gezeigte Bild 17 mit der rechteckigen Form, wobei die Korrektureinheit 16 die Bilddaten dazu entsprechend umsortiert und zum Teil Bilddaten auch wegläßt (wodurch ein Auflösungsverlust auftritt). Es erfolgt somit eine Stauchung oder Streckung in den entsprechenden Bildabschnitten auf dem Lichtmodulator. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel führt die elektronische Korrektur zu einem Auflösungsverlust von ca. 10 bis 20%.

Somit kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung die Projektionsoptik 6 eine Restverzeichnung von 10% aufweisen, und es wird immer noch ein unverzeichnetes rechteckiges Bild 17 auf die Projektionsfläche 9 projiziert. Da insbesondere bei Weitwinkelobjektiven, wie bei der hier vorliegenden Projektionsoptik 6, große Linsen mit großen Krümmungen notwendig sind, bei denen eine optischen Verzeichnungskorrektur sehr aufwendig ist und zu großen und schweren Objektiven führt, kann bei der erfindungsgemäßen Projektionsanordnung eine sehr viel kleinere, leichtere und auch kostengünstiger zu fertigende Projektionsoptik 6 eingesetzt werden.

In Fig. 4 ist ein Schnittbild einer Ausführungsform der Projektionsoptik 6 gezeigt, wobei beispielhaft der Strahlverlauf des von zwei Bildpunkten des Lichtmodulators 4 reflektierten Lichtes eingezeichnet ist.

In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist es auch möglich, daß die Korrektureinheit 16 die Vorverzerrung für die unterschiedlichen Farbteilbilder (hier : rotes, grünes und blaues Farbteilbild) so durchführt, daß dabei auch noch die chromatische Queraberration (unterschiedliche Farbanteile des gleichen Bildpunktes werden auf der Projektionsfläche 9 nicht exakt übereinander, sondern nebeneinander projiziert) kompensiert wird.