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Dokumentenidentifikation DE10057920B4 22.02.2007
Titel Verfahren und Vorrichtungen zur Korrektur von Farbverfälschungen bei Projektionen
Anmelder CODIXX AG, 39179 Barleben, DE
Erfinder Volke, André, Dipl.-Inf., 39261 Zerbst, DE;
Naumann, Stefan, Dipl.-Chem., 06114 Halle, DE;
Ryll, Thomas, Dipl.-Ing., 39120 Magdeburg, DE
Vertreter Anwaltskanzlei Gulde Hengelhaupt Ziebig & Schneider, 10179 Berlin
DE-Anmeldedatum 22.11.2000
DE-Aktenzeichen 10057920
Offenlegungstag 06.06.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2007
IPC-Hauptklasse G03B 35/26(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G03B 21/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G02B 27/26(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Korrektur von Farbverfälschungen, welche bei der Projektion von Bildern mittels Projektoren, deren Farbanteile unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, und bei Verwendung zusätzlicher, polarisierender Komponenten auftreten.

In z.B. Polysiliziumprojektionssystemen sind funktionsbedingt die Polarisationsebenen der in den drei Grundfarben projizierenden Lichtbündel 90° zueinander orientiert, d.h., dass zwei der Grundfarben eine gleiche Orientierung besitzen, meistens rot, blau senkrecht auf grün.

Bei einem in der DE 195 25 871 C1 beschriebenen Stereoprojektionssystem würde beim Betrachten der aufeinanderprojizierten Stereobilder eines der Bilder in Grüntönen und das andere Bild in rot-blau (lila) Farbtönen erscheinen.

Da Polysiliziumprojektoren die besten Eigenschaften bezüglich Schnelligkeit, Kontrast und Lichtstärke besitzen und derzeit weltweit aus diesen Gründen am häufigsten eingesetzt werden, ist es wünschenswert, die bestehenden Mängel der Farbverfälschung auszugleichen.

Aus EP 0 734 184 A2 ist ein Polysiliziumprojektionssystem, bei dem die Farbanteile des zu projizierenden Lichts (beim Austritt aus dem Projektionssystem) gleiche Polarisationsebenen aufweisen. Daher ist bei einem solchen Polysiliziumprojektionssystem eine Korrektur von Farbverfälschungen nicht erforderlich. Jedoch ist das in EP 0 734 184 A2 offenbarte Polysiliziumprojektionssystem sehr komplex und daher kostenintensiv.

Weitere Projektionssysteme sind aus JP 07-333 557 A und DE 695 03 375 T2 bekannt. Jedoch ist mit diesen Systemen ebenfalls keine Korrektur von Farbverfälschungen möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren und Vorrichtungen zu entwickeln, mit denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen Projektionen, insbesondere mit Polysiliziumprojektoren, bei denen die Farbanteile des zu projizierenden Lichts (beim Austritt aus dem Projektionssystem) unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, gewährleistet werden, bei denen die Farbverschiebungen der Einzelbilder ausgeglichen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 4, 5, 6 und 8 gelöst.

Das Verfahren nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsebenen der Farbanteile mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen der vom Projektor projizierten Strahlung zeitlich periodisch getauscht werden, wobei die Frequenz, mit der die Farbanteile unterschiedlicher Polarisationsrichtungen getauscht werden, derart gewählt wird, dass die Vertauschung der Farbanteile für einen Betrachter nicht wahrnehmbar ist.

Vorzugsweise wird zur zeitlich periodischen Vertauschung ein LCD-Panel verwendet. Vorzugsweise werden mindestens zwei Panels hintereinander geschaltet werden, wobei die Panels in einer vorgegebenen Kombination und Reihenfolge jeweils aktiviert und deaktiviert werden.

Nach einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur von Farbverfälschungen, welche bei der Projektion von Bildern auf eine Projektionsfläche mittels Projektoren und bei Verwendung zusätzlicher, polarisierender Komponenten entstehen, wobei mindestens zwei Farbanteile der vom Projektor projizierten Strahlung unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, ist es vorgesehen, dass hinter dem Projektor ein Retarder und ein nachfolgender Linearpolarisator angeordnet werden, wobei die optische Achse des Retarders zu den Polarisationsebenen der farbabhängig polarisierten Anteile und zur Lage der Polarisationsebene des linear polarisierten Lichtes derart ausgerichtet wird, dass sämtliche Farbanteile die gleiche Intensität aufweisen.

Nach einer weiteren, alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur von Farbverfälschungen, welche bei der Projektion von Bildern auf eine Projektionsfläche mittels Projektoren und bei Verwendung zusätzlicher, polarisierender Komponenten entstehen, wobei mindestens zwei Farbanteile der vom Projektor projizierten Strahlung unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, ist es vorgesehen, dass beim Fehlen einer Polarisationsebene mit gleichen Farbanteilen ein LCD-Panel mittels einer Dreiecksansteuerung so angesteuert wird, dass alle Drehwinkel zur Drehung der Polarisationsebene gleichen Anteil haben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Korrektur von Farbverfälschungen, welche bei der Projektion von Bildern mittels eines Projektors entstehen, deren Farbanteile unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, und bei Verwendung zusätzlicher, polarisierender Komponenten auftreten, ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gitter aus &lgr;/2-Verzögerungsmaterial oder ein Retarder direkt hinter der Linse des Projektors und vor einem Prismenvorsatz angeordnet ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass zwei Dichroic Beam Splitter und zwei 90° reflektierende Prismen derart ausgebildet sind, wobei das eine 90° reflektierende Prisma an seiner einen Seite eine &lgr;/2-Schicht aufweist, dass das vom Projektor ausgesandte Licht farbig separiert wird, wobei die Polarisationsebene des einen Farbanteils an der &lgr;/2-Schicht um 90° gedreht und im unteren Dichroic Beam Splitter beide Farbanteile ineinander gefügt werden.

Nach einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erfindungsgemäßen Vorrichtung ein LCD-Panel oder mindestens ein pixelweise auflösendes Panel zwischen der Linse des Projektors und einem Prismenvorsatz aufweist, welches derart angeordnet ist, dass das vom Projektor kommende polarisierte Licht im aktivierten Zustand des Panels gedreht wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Qualität der 3-D-Bildwiedergabe wesentlich verbessert wird. Durch die hohe Aktivierungs-Frequenz des optischen Elementes wie LCD erscheint das Bild beim Betrachter, als würden beide Farbanteile gleichzeitig projiziert und sich zur Originalfarbe mischen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen von Vorrichtungen in Form von Vorsätzen vor das Linsensystem eines Projektors näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

1: die schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung in aktiviertem Zustand,

2: die schematische Darstellung der Ausführungsform der Vorrichtung nach 1 in deaktiviertem Zustand,

3: die schematische Darstellung einer Variante der Vorrichtung nach 1 mit drei Shutter,

4: die schematische Darstellung einer Ausführungsform mit Dichroic Beam Splitter und 90° reflektierenden Prismen,

5: die schematische Darstellung einer Ausführungsform mit Retarder und

6: die grafische Darstellung der Hüllkurve einer LCD-Ansteuerung.

Entsprechend der Darstellung in der 1 besteht in einer Ausführungsform der Erfindung eine Vorrichtung aus einem Vorsatz 1 vor einem Projektor 2, der gebildet ist aus einem Shutterpanel 3 in aktiviertem/eingeschaltetem Zustand und einem Prismenvorsatz 6.

Das Shutterpanel 3 kann ein LCD sein, welches direkt hinter der Linse des Projektors 2 und vor dem Prismenvorsatz 6 eingefügt ist und welches bewirkt, dass das polarisierte Licht 7 aus dem Projektor 2 um 90° gedreht wird.

Das Panel 3 wird in einer so schnellen Folge (Frequenz) aktiviert und deaktiviert, dass das menschliche Auge diesen Vorgängen nicht mehr folgen kann. Die p- und s-Anteile 5, 4 des polarisierten Lichtes 7, die den jeweils farbigen Stereoeinzelbildern entsprechen, werden zeitlich versetzt aufeinanderprojiziert. Der p-Anteil 5 des polarisierten Lichtes 7 entspricht zum Beispiel dem grünen Stereobild, der s-Anteil 4 des polarisierten Lichts 7 entspricht zum Beispiel dem lilafarbigen Stereobild. Durch die hohe Frequenz des Shutters 3 erscheint es dem Betrachter jedoch, als würden beide Farbanteile 5, 4 gleichzeitig projiziert und sich zur Originalfarbe mischen.

Die 2 zeigt den Zustand des Vorsatzes 1 im Moment des inaktiven Panels 3, in welchem das polarisierte Licht 7 des Projektors 2 unmanipuliert durchgelassen wird.

Der s-Anteil 4 des polarisierten Lichts 7 entspricht dem grünen Stereobild, der p-Anteil 5 des polarisierten Lichts 7 entspricht dem lila Stereobild.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung mit unterschiedlichen optischen Mitteln sind im folgenden beschrieben.

Das Panel 3 in den 1 bis 3 kann auch durch ein Gitter aus &lgr;/2-Verzögerungsmaterial oder aus einem pixelweise auflösenden Panel gebildet sein.

Bei einem pixelauflösenden Panel kann ein Gitter auf verschiedene Weise gebildet werden: jede zweite Reihe oder Spalte wird aktiviert oder in der Art eines Schachbrettes, bei dem alle schwarzen Felder aktiv und alle weißen Felder inaktiv sind.

Direkt vor der Linse des Projektors 2 sind die Streueffekte so groß, dass sich die Schattenbereiche, welche den aktiven oder inaktiven Teil des Panels 3 durchqueren, auf der Projektionswand überlagern und sich je nach Dichte des Gitters dort gleichmäßig verteilen.

Im Gegensatz zum beschriebenen Panel 3 aus LCD (1, 2, 3) muß hier das Panel pixelansteuerbar sein, es bedarf jedoch keiner kurzen Aktivierungszeiten.

Die 4 zeigt eine Vorrichtung zur Selektion der unterschiedlich polarisierten Farbkomponenten des projizierten Lichtes und die darauf folgende Gleichrichtung deren Polarisationsebenen und anschließenden Wiederzusammenführung der getrennten Komponenten bei gleicher Weglänge des Lichtes und annähernder Beibehaltung der Farbintensitätsverhältnisse.

Die Vorrichtung wird aus zwei Dichroic Cube Beam Splitter DC1, DC2 und aus zwei 90° reflektierende Prismen P1, P2 gebildet, wobei das Prisma P1 eine &lgr;/2-Schicht L aufweist. Die Vorrichtung ist als Vorsatz direkt hinter der Linse des Projektors 2 eingesetzt.

In der 4 ist der Farbbereich (Farbanteil) A durch eine gestrichelte und der Farbbereich (Farbanteil) B durch eine durchgehende Linie gekennzeichnet. Die Querstriche verdeutlichen die Polarisationsebenen. Die um 45° zur Farblinie A geneigten Linien entsprechen zum Beispiel den p- und die 90° zur Farblinie verlaufenden Linien den s-Anteilen. Übereinanderliegend ergänzen sich beide Farbbereiche zu den Originalfarben mit identischer Polarisationsebene.

Unter der Voraussetzung, dass die Farbbereiche, welche von den beiden Dichroic Cube Beamsplitter DC1, DC2 getrennt werden, auch 90° zueinander polarisiert sind, kann der dargestellte Vorsatz dazu dienen, das vom Projektor 2 ausgesandte Licht farbig zu separieren. Diese Separierung entspricht der Separation der Polarisationsebenen.

Die Polarisationsebene des Farbteils A wird an der &lgr;/2-Schicht L um 90° gedreht. Im Beamsplitter DC2 werden beide Farbteile A und B ineinander gefügt, so dass ein Bild in Originalfarben und einheitlicher Polarisationsebene resultiert.

Wenn die aufgeführten Voraussetzungen erfüllt sind, dann kann Beamsplitter DC1 auch durch ein Nicolsches Prisma ersetzt werden.

In der 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung dargestellt, bei dem ein Retarder 13 (doppelbrechender einachsiger Kristall oder eine &lgr;/2-Verzögerungsplatte) und ein nachfolgender Linearpolarisator, zum Beispiel in Form einer Folie oder eines Nicolschen Prismas, zur Anwendung gebracht werden.

Die Anwendung ergibt sich, wenn Farbanteile in zwei orthogonal zueinander liegenden Polarisationsebenen aufgeteilt sind (polarisationsrichtungsabhängige Farbanteile).

Durch das Anordnen des Retarders 13 und des nachfolgenden Linearpolarisators kann linear polarisiertes Licht erzeugt werden, welches zu gleichen Teilen aus den Komponenten bzw. Polarisationsebenen des einfallenden, farbabhängig polarisierten Lichtes besteht.

Erreicht wird dies durch die genaue Ausrichtung der optischen Achse 9 des Retarders 13 zu den Polarisationsebenen der farbabhängig polarisierten Anteile und zur gewünschten Lage der Polarisationsebene des linear polarisierten Lichtes.

In der 4 ist dies verdeutlicht. Der Pfeil 8 kennzeichnet die gewünschte Polarisationsebene des farblich unverfälschten Lichtes, der Pfeil 9 die optische Achse des Retarders 13. Eine virtuelle Polarisationsebene 10 wird aus gleichen Teilen der Farbkomponente Grün 11 und der Farbkomponente Blau und Rot 12 gebildet, so dass keine Farbverfälschung vorliegt.

Wenn es keine Polarisationsebene 10 mit gleichen Farbanteilen gibt, z.B. Polarisationsebene für Blau ist 0°, für Grün ist 30°, für Rot ist 90°, und die gewünschte Polarisationsebene ist 0°, dann kann durch eine zum Beispiel Dreiecksansteuerung einer LCD erreicht werden, dass alle Drehwinkel zur Drehung der Polarisationsebene gleichen Anteil haben (6).

Alternativ müssen die Flächenanteile der Retarder und der Löcher im Gitter, unter Berücksichtigung der Lage der optischen Achse der Retarder, so zusammengesetzt werden, dass die Farbanteile bei einem nachfolgenden Polarisator wieder verhältnismäßig wie im Eingangsstrahlenbild zum Gesamtbild beitragen.

Die Berechnung erfolgt mit bekannten Gleichungssystemen.

1
Vorrichtung/Vorsatz
2
Projektor
3
Optisches Element/Panel
4
S-Anteil des polarisierten Lichtes
5
P-Anteil des polarisierten Lichtes
6
Prismenvorsatz
7
Polarisiertes Licht
8
Pfeil (Polarisationsebene)
9
Pfeil (optische Achse Retarder)
10
Virtuelle Polarisationsebene
11
Farbkomponente (grün)
12
Farbkomponente (rot/blau)
13
Retarder
L
&lgr;/2-Schicht
P1, P2
90° reflektierendes Prisma
DC1, DC2
Dichroic Beam Splitter


Anspruch[de]
Verfahren zur Korrektur von Farbverfälschungen, welche bei der Projektion von Bildern auf eine Projektionsfläche mittels Projektoren (2) und bei Verwendung zusätzlicher, polarisierender Komponenten entstehen, wobei mindestens zwei Farbanteile (4, 5) der vom Projektor (2) projizierten Strahlung unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsebenen der Farbanteile (4, 5) mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen der vom Projektor (2) projizierten Strahlung zeitlich periodisch getauscht werden, wobei die Frequenz, mit der die Farbanteile (4, 5) unterschiedlicher Polarisationsrichtungen getauscht werden, derart gewählt wird, dass die Vertauschung der Farbanteile (4, 5) für einen Betrachter nicht wahrnehmbar ist. Verfahren nach den Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur zeitlich periodischen Vertauschung ein LCD-Panel (3) verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Panels (3a, 3b, 3c) hintereinander geschaltet werden, wobei die Panels (3a, 3b, 3c) in einer vorgegebenen Kombination und Reihenfolge jeweils aktiviert und deaktiviert werden. Verfahren zur Korrektur von Farbverfälschungen, welche bei der Projektion von Bildern auf eine Projektionsfläche mittels Projektoren (2) und bei Verwendung zusätzlicher, polarisierender Komponenten entstehen, wobei mindestens zwei Farbanteile (4, 5) der vom Projektor (2) projizierten Strahlung unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Projektor (2) ein Retarder (13) und ein nachfolgender Linearpolarisator angeordnet werden, wobei die optische Achse (9) des Retarders (13) zu den Polarisationsebenen der farbabhängig polarisierten Anteile und zur Lage der Polarisationsebene des linear polarisierten Lichtes derart ausgerichtet wird, dass sämtliche Farbanteile die gleiche Intensität aufweisen. Verfahren zur Korrektur von Farbverfälschungen, welche bei der Projektion von Bildern auf eine Projektionsfläche mittels Projektoren (2) und bei Verwendung zusätzlicher, polarisierender Komponenten entstehen, wobei mindestens zwei Farbanteile (4, 5) der vom Projektor (2) projizierten Strahlung unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Fehlen einer Polarisationsebene mit gleichen Farbanteilen ein LCD-Panel (3) mittels einer Dreiecksansteuerung so angesteuert wird, dass alle Drehwinkel zur Drehung der Polarisationsebene gleichen Anteil haben. Vorrichtung zur Korrektur von Farbverfälschungen, welche bei der Projektion von Bildern mittels eines Projektors (2) entstehen, deren Farbanteile (A, B) unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, und bei Verwendung zusätzlicher, polarisierender Komponenten auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gitter aus &lgr;/2-Verzögerungsmaterial oder ein Retarder (13) direkt hinter der Linse des Projektors (2) und vor einem Prismenvorsatz (6) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Dichroic Beam Splitter (DC1, DC2) und zwei 90° reflektierende Prismen (P1, P2) derart angeordnet sind, wobei das eine 90° reflektierende Prisma (P1) an seiner einen Seite eine &lgr;/2-Schicht (L) aufweist, dass das vom Projektor (2) ausgesandte Licht farbig separiert wird, wobei die Polarisationsebene des einen Farbanteils (A) an der &lgr;/2-Schicht (L) um 90° gedreht und im unteren Dichroic Beam Splitter (DC2) beide Farbanteile (A, B) ineinander gefügt werden. Vorrichtung zur Korrektur von Farbverfälschungen, welche bei der Projektion von Bildern mittels eines Projektors (2) entstehen, deren Farbanteile unterschiedliche Polarisationsebenen aufweisen, und bei Verwendung zusätzlicher, polarisierender Komponenten auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass ein LCD-Panel (3, 3a, 3b, 3c) oder mindestens ein pixelweise auflösendes Panel zwischen der Linse des Projektors (2) und einem Prismenvorsatz (6) derart angeordnet ist, dass das vom Projektor (2) kommende polarisierte Licht (7) im aktivierten Zustand des Panels (3, 3a, 3b, 3c) gedreht wird.






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