EP1066725A1 - Bilddarstellungssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bilddarstellungssystem mit einem Projektor (1) zum Aussenden von Projektionslicht (4) zur Erzeugung eines Bildes auf einer Licht remittierenden Projektionsfläche (7). Gemäss der Erfindung liegen die Wellenlängen des Projektionslichtes (4) in einem oder mehreren diskreten Wellenlängenbereich(en) im sichtbaren Spektrum und die Projektionsfläche (7) ist projektorseitig mit einem optischen Filter (11) bedeckt, das nur für Licht mit Wellenlängen entsprechend denen des Projektionslichtes (4) durchlässig ist.

Description

Bilddarstellunqssystem

Die Erfindung betrifft ein Bilddarstellungssystem mit einem Projektor zum Aussenden von Projektionslicht zur Erzeugung eines Bildes auf einer Licht remittierenden Projektionsfläche.

Bilddarstellungssysteme sind seit langer Zeit weit verbreitet und finden zum Beispiel im Heimbereich bei der Dia-Projektion Anwendung oder werden für Filmaufführungen in Kinos eingesetzt.

In den letzten 30 Jahren wurden Bilddarstellungssysteme entwickelt, bei denen LCD- Projektoren, DLP-Projektoren oder Laserprojektoren, die mit einem Lichtbündel ein Bild schreiben, eingesetzt werden.

Bekannte Bilddarstellungssysteme verwenden Licht remittierende Projektionsflächen zur Bilddarstellung, wobei handelsübliche Projektionsflächen im sichtbaren Wellenlängenbereich ein nahezu wellenlängenunabhängiges Remissionsvermögen besitzen. Derartige Projektionsflächen sindwird mit einem Rahmen und einem Ständer oder Aufhänger versehen und werden dann auch als "Bildwand" bezeichnet. Bildwände sind zum Beispiel gemäß DIN 19 045 standardisiert.

Die Projektionsfläche streut (remittiert) das von dem Projektor stammende Licht zum Betrachter zurück, der mit seinen Augen ein Bild wahrnimmt.

Wirkt Umgebungslicht auf die Projektionsfiäche ein, wird auch dieses von der Projektionsfläche zum Betrachter hin gestreut. Dies hat zur Folge, daß schon Umgebungslicht geringer Intensität den Kontrast (Hell-Dunkel-Verhältnis) und die Farbsättigung (Buntheit) des dargestellten Bildes drastisch verschlechtert. Das die Bilddarstellung störende Umgebungslicht ist meistens

Sonnenlicht oder künstlich erzeugtes Licht, das dem Sonnenlicht zumindest in Anteilen entspricht. Im Extremfall wird das dargestellte Bild praktisch völlig ausgelöscht, wenn bei einer

Bildprojektion zum Beispiel Sonnenlicht direkt auf die Projektionsfiäche fällt.

Zur Behebung dieses Problems werden Bildprojektionen bevorzugt bei Nacht oder in stark abgedunkelten Räumen durchgeführt, wie dies zum Beispiel von Kinos oder Planetarien her bekannt ist. Auch für Präsentationen bei Messen und Schulungen werden Räume gefordert, bei denen zumindest die Möglichkeit einer Abdunkelung besteht. Die Abdunklung von Räumen erfordert bei der Ausrüstung der Gebäude einen speziellen Aufwand für die Lichttechnik und die Lichtöffnungen, die bei Bedarf lichtdicht verschlossen werden müssen. Nachteilig ist bei abgedunkelten Räumen jedoch, daß viele Tätigkeiten ohne eine ausreichende Beleuchtung nicht mehr ausgeübt werden können, z.B. Schreiben, weshalb z.B. bei Präsentationen bislang stets ein Kompromiß gefunden werden muß zwischen dem notwendigen Umgebungslicht und der Qualität der Bilddarstellung.

In letzter Zeit ist es gelungen, die Lichtleistung der Projektoren, insbesondere durch effizientere

Lichtquellen, erheblich zu steigern. Damit ist in der Regel ein erheblicher materieller und energetischer Aufwand verbunden, obgleich nur eine sehr beschränkte Verbesserung des Kontrastes und der Farbsättigung erzielt wird. Tageslichtprojektionen sind bis heute auch mit den lichtstärksten Projektoren nur sehr eingeschränkt möglich, werden aber für Zwecke der Werbung und Präsentation in einem immer stärkeren Maße nachgefragt, ohne daß bisher eine befriedigende Lösung verfügbar ist.

Zur Verringerung des Einflusses des Umgebungslichtes auf die Qualität der Bilddarstellung bei einer Projektion wird in der WO 98/36329 eine „Bildwand" beschrieben, die aus mehreren Schichten besteht. Die in Richtung der Projektion gesehen oberste Schicht oder Schichtfolge reflektiert nur das Projektionslicht. Alle anderen Lichtanteile werden von einer darunter liegenden Schicht absorbiert. Eine derartige Projektionsfiäche wirkt im Umgebungslicht im wesentlichen dunkel und wird daher auch als „schwarze Wand" bezeichnet. Mit einer derartigen Bildwand ist bei der Verwendung von Laserlicht zur Projektion eine sichtbare Kontrastverbesserung zu erwarten. Diese ist bisher jedoch noch nicht so erheblich, daß die

Anforderungen für eine Projektion bei einer normal beleuchteten Umgebung erfüllt werden könnten.

In der US 2,590,906 oder der US 5,568,316 werden Interferenzfilter beschrieben, die als schmalbandige Reflexionsfilter, welche genau auf die Wellenlängen der Laserlichtquelle abgestimmt sind, im Zusammenhang z.B. mit einer Bildwand aus der WO 98/36329 eingesetzt werden können. Ausgehend hiervon soll die Erfindung ein Bilddarstellungssystem mit einer Bildwand schaffen, mit dem eine Bilddarstellung erfolgen kann, deren Kontrast und Farbsättigung auch bei vergleichsweise intensivem Umgebungslicht im wesentlichen erhalten bleiben. Dabei soll die Bildwand auch für eine Großbilddarstellung geeignet sein und große Projektions- sowie Betrachtungswinkel ermöglichen. Mit der Erfindung wird das Ziel verfolgt, eine wesentliche Verbesserung der von einem Beobachter wahrgenommenen Buntheit (Farbsättigung) der Farben und des Kontrastes eines projizierten Bildes auch bei Einstrahlung von Kunstlicht und/oder Sonnenlicht zu erreichen.

Erfmdungsgemäß wird dies mit einem Bilddarstellungssystem mit einem Projektor zum Aussenden von Projektionslicht zur Erzeugung eines Bildes auf einer Licht remittierenden Projektionsfiäche erreicht, wobei die Wellenlängen des Projektionslichtes in einem oder mehreren diskreten Wellenlängenbereich(en) im sichtbaren Spektrum liegen und die Projektionsfiäche projektorseitig mit einem optischen Filter bedeckt ist, das nur für Licht mit

Wellenlängen entsprechend denen des Projektionslichtes durchlässig ist.

Es ist für den Fachmann völlig überraschend, daß es mit der projektorseitigen Bedeckung der Licht remittierenden Projektionsfiäche mit einer solchen optischen Filterschicht gelingt, die Projektionseigenschaften Kontrast und Farbsättigung einer Bildprojektion nahezu unbeeinflußt vom Einfluß des Umgebungslichtes zu erhalten.

Bei der bekannten Lösung aus der WO 98/36329 wird demgegenüber davon ausgegangen, daß zuerst das Projektionslicht in einer oberen Schicht im wesentlichen reflektiert wird, während das Umgebungslicht durch diese obere Schicht in eine darunter liegende Schicht durchgelassen und dort absorbiert wird.

Demgegenüber wird bei der Erfindung das Umgebungslicht an einem Durchtritt durch die vorgeschaltete Schicht gehindert. Nur das Projektionslicht gelangt auf die Licht remittierende Projektionsfiäche. Diese Fläche liegt (in Lichteinfallrichtung gesehen) unterhalb der

Sperrschicht, die durch den optischen Filter gebildet wird. Somit gelangt praktisch kein oder nur wenig Umgebungslicht auf die Fläche, die die Bilddarstellung realisiert.

Beachtet werden muß, daß die Entstehung eines projizierten Bildes nicht nur auf einer Wechselwirkung des Projektionslichtes mit der Oberfläche der Projektionsfiäche zurückzuführen ist, sondern, daß das Projektionslicht in der Regel auch in die Oberflächenschicht der

Projektionsfiäche eindringen kann, wo es zu einer Volumenstreuung kommt. Das infolge der Volumenstreuung zurückgestreute Licht tritt an der Oberfläche der Projektionsfiäche wiederum als remittiertes Licht aus.

Mit der Erfindung wird ein völlig neuer Weg verfolgt, der darin besteht, daß das Umgebungslicht von der Projektionsfiäche, die das Licht zum Betrachter remittiert, möglichst gleich ferngehalten wird.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Bilddarstellungssystems besteht darin, daß Umgebungslichtanteile, die das optische Filter aufgrund dessen nur endlicher Sperrwirkung doch durchdringen sollten, nach ihrer Remission an der Projektionsfiäche dann wieder auf das optischen Filter treffen, wodurch sich dessen Filterwirkung für das Umgebungslicht potenziert. Das Umgebungslicht verschlechtert daher bei der Erfindung den Kontrast und die Farbsättigung der Bildprojektion nur unwesentlich.

Ein bedeutender Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die verfügbaren, genormten und handelsüblichen Bildwände als ein Grundbauelement auch bei der erfindungsgemäßen Projektionsfiäche verwendet werden können.

Im Gegensatz zur aus dem Stand der Technik bekannten "schwarzen Wand" kann bei der Erfindung auf die Auswahl aus einer Vielzahl von bereits vorhandenen "weißen Bildwänden" mit deren spezifischen Eigenschaften zurückgegriffen werden.

Bei der Erfindung kann das Spektrum des Projektionslichtes entsprechend dem darzustellenden Bild bestimmt werden. Das Bild kann z.B. ein monochromes Bild oder ein vielfarbiges Bild sein. Die Bauelemente des erfindungsgemäßen Bilddarstellungssystems werden dann entsprechend dem ausgewählten Wellenlängenbereich oder den ausgewählten Wellenlängenbereichen ausgelegt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegen die Wellenlängen des Projektionslichtes in einem Wellenlängenbereich mit einer spektralen Bandbreite, die kleiner als

260 nm, insbesondere kleiner als 80 nm ist. Eine spektrale Bandbreite kleiner als 260 nm bildet insbesondere bei einer monochromen Bilddarstellung eine Grenze, während eine spektrale Bandbreite kleiner als 80 nm insbesondere zur Darstellung eines vielfarbigen Bildes zweckmäßig ist.

In der Praxis werden jedoch die Wellenlängenbereiche noch mehr beschränkt, was eine erhebliche Verbesserung der Bildqualität gegenüber dem Einfluß des Umgebungslichtes bringt. Besonders bevorzugt wird für monochrome Anwendungen die spektrale Bandbreite des Projektionslichtes auf die jeweils darzustellende Farbe eingestellt und auf höchstens etwa 120 nm bemessen. Für die Darstellung eines roten Bildes, zum Beispiel als Warnsignal, wird vorzugsweise eine Lichtquelle ausgewählt, die im Bereich von 620 nm bis 630 nm ihr Strahlungsleistungsmaximum hat.

Besondere Vorteile kommen durch den Einsatz von (einer) Laseriichtquelle(n) im Projektor zur Erzeugung von Projektionslicht zu tragen, die besonders bevorzugt Projektionslicht mit Wellenlängen in den Bereichen 610 nm bis 660 nm (Rot), 510 nm bis 550 nm (Grün) sowie 400 nm bis 470 nm (Blau) aussendet (aussenden).

Bevorzugt wird vorgesehen, daß die Transmission des optischen Filters auch innerhalb dieser drei Wellenlängenbereiche drei Maxima erreicht und außerhalb dieser Wellenlängenbereiche möglichst gering gehalten wird.

Eine Laserlichtquelle erzeugt aufgrund des ihr zugrundeliegenden physikalischen Prinzips ein kollineares Lichtbündel mit geringer spektraler Bandbreite im Bereich von einigen Zehntel Nanometern bis zu einigen Nanometern. Bei Projektionsanordnungen sind jedoch relativ „breitband ige" Laserstrahlungsquellen zur Speckel-Unterdrückung vorteilhaft, wobei in Verbindung mit der Erfindung eine Bandbreite der Laserstrahlungsquelle etwa zwischen 2 nm bis 10 nm besonders vorteilhaft ist. In diesem Zusammenhang ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Projektionsfiäche neben der Eigenschaft der Remission gute volumenstreuende Eigenschaften hat.

Die Erfindung läßt sich insbesondere auch für eine Projektion farbiger Videobilder einsetzen.

Diese werden aus den drei Primärfarben Rot, Grün und Blau erzeugt. Hier ist es besonders günstig, wenn für jede der Primärfarben die spektrale Halbwertsbreite kleiner als 10 nm ist. Für eine farbige Bilddarstellung kann einerseits eine einzige Laserlichtquelle verwendet werden, die das Projektionslicht in den drei Primärfarben Rot, Grün und Blau in einem Strahlengang erzeugen kann (vgl. z.B. EP 0 788 015 A2) oder die das Projektionslicht in getrennten

Strahlengängen erzeugt (vgl. z.B. WO 91/12556 A1). Weiterhin kann man auch jeweils eine Laserlichtquelle für die Erzeugung von Projektionslicht in je einem Wellenlängenbereich, der jeweils einer der Primärfarben Rot, Grün und Blau zugeordnet werden kann (zum Beispiel wie in WO 95/03675 A1 gezeigt), einsetzen.

Das mit der Erfindung verwirklichte Prinzip ist jedoch nicht auf die Verwendung einer Laserlichtquelle zur Erzeugung des Projektionslichtes beschränkt. Vielmehr kann der Projektor ohne weiteres auch mit einer Lichtquelle in Form eines Temperaturstrahlers, einer

Gasentladungslampe oder eines Halbleiteremitters ausgestaltet sein, soweit diese Lichtquellen nur entweder entsprechend schmalbandige Wellenlängenbereiche ausstrahlen oder solche schmalbandigen Wellenlängenbereiche durch entsprechend dimensionierte Filterelemente erzeugt werden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das optische Filter außerhalb seines Transmissionsbereiches das einfallende Licht absorbiert. Dies hat den Vorteil, daß die Umgebungslichtanteile energetisch in Wärme gewandelt werden, somit nicht mehr als Lichtanteil in das Betrachterauge einfallen können.

Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn bei der Erfindung das optische Filter die Eigenschaft hat, daß es außerhalb seines Transmissionsbereiches das einfallende Licht reflektiert. Diese Eigenschaft hat insbesondere ein Interferenzfilter, wobei dieses auch noch den weiteren Vorteil aufweist, daß es sehr genau auf die Wellenlängen des Projektionslichtes abgestimmt und sehr schmalbandig ausgeführt werden kann.

Die Reflexion des Umgebungslichtes erfolgt aus Richtung der Projektionsfiäche zum Beobachter hin und man sollte erwarten, daß das reflektierte Umgebungslicht zu einer Verschlechterung des Kontrastes und der Farbsättigung führt. Überraschenderweise zeigte sich jedoch ein völlig anderes Ergebnis. Trotz nahezu vollständiger Rückreflexion des Umgebungslichtes am optischen Filter erscheint das projizierte Bild äußerst kontrastreich und farbig bunt, ohne daß das zurückgeworfene Umgebungslicht wesentlich stört.

Das ganzflächig vor der Projektionsfiäche angeordnete optische Filter kann auf vielfältige Weise technisch hergestellt und vor der Projektionsfiäche angebracht werden.

Es ist besonders günstig, wenn das optische Filter als Schicht oder Schichtsystem direkt auf die Projektionsfiäche aufgebracht wird. Technisch stehen zum Beispiel die Herstellungsverfahren Aufdampfen, Sputtern, chemische Abscheidung, Laminieren, Sol-Gel-Prozeß oder Lackieren zur Auswahl. Die genannten Verfahren ermöglichen insbesondere eine großflächige Beschichtung von Projektionsflächen mit Abmessungen von mehreren Metern.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht auch darin, daß das optische Filter als Schicht oder als Schichtsystem auf einem für die Projektionswellenlängen transparenten Substrat aufgebracht ist. Damit kann die Herstellung des optischen Filters völlig unabhängig von der Herstellung der Projektionsfiäche erfolgen. Es ist nur ein Montagearbeitsgang erforderlich, bei dem das Substrat mit dem optischen Filter mit der

Projektionsfläche zusammengebracht wird. Im einfachsten Fall wird das Substrat mit dem optischen Filter einfach vor der Projektionsfläche aufgestellt, was jedoch zu zusätzlichen

Reflexionen an den Grenzflächen zur umgebenden Luft führen kann. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn das Substrat direkt mit der Oberfläche der Projektionsfläche in Kontakt gebracht wird, was zum Beispiel durch einfaches Andrücken mittels Luftdruck oder durch

Adhäsionskräfte erfolgen kann. Bekannte Herstellungsverfahren sind hierfür zum Beispiel auch

Kleben oder Laminieren. Technologische Erfordernisse oder bestimmte Filtermaterialien können es wünschenswert machen, daß mehrere Substrate hintereinander angeordnet werden, wobei auf deren jedes eine solche Schicht oder ein solches Schichtsystem aufgebracht ist.

Somit kann eine gewünschte spektrale Transmission des optischen Filters durch das Prinzip der Superposition mehrerer Filterschichten realisiert werden.

Als Material für das Substrat wird bevorzugt ein Glas, ein polymerer Werkstoff oder eine Folie verwendet. Das Substrat sollte Abmessungen haben, die der Größe der Projektionsfläche entsprechen, um Nahtstellen durch aneinander gesetzte Teile zu vermeiden.

Wie vorhergehend beschrieben sind Interferenzfilter als optische Filter besonders gut geeignet. Das optische Filter besteht in einem solchen Fall vorzugsweise aus einem System aus nichtabsorbierenden dielektrischen oder aus absorbierenden und nichtabsorbierenden dünnen Schichten, deren Dicke in der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes liegt. Die großflächige Herstellung derartiger Schichten ist relativ aufwendig. Der außerordentlich hohe Grad der Verbesserung des Kontrastes und der Farbsättigung rechtfertigen jedoch diesen zusätzlichen Aufwand in vielen Fällen.

Weniger aufwendig, aber gleichfalls vorteilhaft ist die Ausbildung des optischen Filters als Massefilter, insbesondere in Form eines Gelatine-Filters oder eines Farbglasfilters.

Heute bekannte Massefilter erreichen zwar nicht die extreme Selektivität der Interferenzfilter.

Sie sind jedoch ebenfalls gut geeignet, eine erhebliche Verbesserung des Kontrastes und der Farbsättigung bei der Bildprojektion zu erreichen.

Eine besonders kostengünstige Ausbildung der Erfindung, welche die jeweiligen Vorteile des Interferenzfilters und des Massefilters gemeinsam nutzt, besteht darin, daß das optische Filter eine Kombination eines Massefilters mit einem Interferenzfilter ist, wobei insbesondere das die dünnen Schichten tragende Substrat als Massefilter ausgelegt ist. Der transparente Wellenlängenbereich des optischen Filters muß dabei nicht unbedingt genau den

Wellenlängenbereichen des Projektionslichtes entsprechen, er kann auch kleiner sein, was jedoch zu Intensitätsverlusten an Projektionslicht und damit zu einem dunkleren Bild führt.

In bestimmten Fällen ist es vorteilhaft, wenn der oder die transparenten Wellenlängenbereich(e) des optischen Filters gegenüber dem oder den Wellenlängenbereich(en) des Projektionslichts um bis zu 50 nm größer gewählt ist/sind.

Bekannt ist der Effekt, daß sich die Transmission eines Interferenzfilters mit zunehmenden Einfallswinkeln des Projektionslichtes zu kürzeren Wellenlängen hin verschiebt (siehe

Bergmann Schäfer "Lehrbuch der Experimentalphysik", Band 3, 9. Auflage, OPTIK Verlag

Walter de Gruyter, Berlin-New York, 1993, S.678). Insbesondere beim Einsatz von schmalbandigen Interferenzfiltem ist es daher günstig, wenn der(die) Wellenlängenbereich(e) des optischen Filters um bis zu 25 nm in Richtung kürzerer Wellenlängen gegenüber dem(den) Wellenlängenbereich(en) des Projektionslichtes vergrößert ist(sind). Damit ist sichergestellt, daß alle Lichtanteile im Projektionslicht von der Bandbreite des optischen Filters erfaßt werden.

Bei der Dimensionierung der Transmissionsbereiche eines Interferenzfilters und des Spektrums des Projektionslichtes gilt ferner, daß die Transmission des Interferenzfilters auch von der

Polarisationsrichtung des Projektionslichtes abhängig sein kann. Dies ist insbesondere bei der Verwendung einer Laserlichtquelle ein Zusatzvorteil, der bei der Auslegung des

Bilddarstellungssystems berücksichtigt werden kann.

Die Erfindung bezieht sich auch noch direkt auf eine Bildwand zum Einsatz bei einem erfindungsgemäßen Bilddarstellungssystem, die erfindungsgemäß eine Licht remittierende Projektionsfläche aufweist, welche mit einem optischen Filter beschichtet ist, das für Licht in einem oder mehreren diskreten Wellenlängenbereich(en) im sichtbaren Spektrum lichtdurchlässig ist und die anderen Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichtes vor der remittierenden Projektionsfläche absperrt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand der Zeichnungen im Prinzip noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Bilddarstellungssystem mit einer herkömmlichen Bildwand in perspektivischer Prinzipdarstellung;

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Bilddarstellungssystem in perspektivischer Prinzipdarsteliung; Fig. 3 das Transmissionsspektrum eines Interferenzfilters für ein erfindungsgemäßes

Bilddarstellungssystem zur Farbbild-Projektion;

Fig. 4 das Transmissionsspektrum eines Gelatine-Filters und einer roten Lumineszenzdiode für ein erfindungsgemäßes Bilddarstellungssystem zur monochromen Bildprojektion;

Fig. 5 eine erfindungsgemäße Bildwand bei der das optische Filter direkt aufgebracht ist;

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Bildwand mit einem das optische Filter tragenden Substrat;

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Bildwand mit geschichteten Substraten;

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Bildwand mit einer Kombination aus Massefilter und Interferenzfilter, und

Fig. 9 das Transmissionsspektrum eines optischen Filters mit vereinfachter Kennlinie zur Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Bilddarstellungssystem.

Fig. 1 zeigt ein Bilddarstellungssytem zur Auflichtprojektion. Es umfaßt einen Projektor 1 mit einer Laserlichtquelle 2 und eine in einer Projektionsrichtung aufgestellte Bildwand 3. Der

Projektor 1 sendet Projektionslicht 4 aus, das in Fig. 1 nur beispielhaft durch einen dicken Projektionsstrahl 4 im Prinzip dargestellt ist und das innerhalb einer durch vier gestrichelt eingezeichnete Projektionsstrahlen 5 festgelegte Fläche auf die Bildwand 3 auftrifft. Ein Beobachter 6 befindet sich außerhalb des durch die Projektionsstrahlen 5 aufgespannten pyramidenförmigen Lichtbereiches, um Abschattungen auf der Bildwand 3 zu vermeiden.

Das hier dargestellte Bilddarstellungssystem entspricht der Situation in einem Kino.

Im Beispiel nach Fig. 1 liefert die Laserlichtquelle 2 drei Lichtwellenlängen, nämlich 446 nm für die Farbe Blau, 532 nm für die Farbe Grün und 628 nm für die Farbe Rot. Die Laserlichtquelle 2 stellt ein R-G-B-Lasersystem dar, wie dieses zum Beispiel in der WO 96/08116 beschrieben ist. Die spektralen Bandbreiten der drei Lichtwellenlängen sind durch deren Halbwertsbreiten definiert, die hier zwischen 0,5 nm und 2 nm liegen.

Die drei mit der Laserlichtquelle 2 erzeugten farbigen Lichtbündel werden (durch eine in Fig. 1 nicht dargestellte Einrichtung) entsprechend einem Videosignal intensitätsmoduliert und anschließend räumlich zu einem R-G-B-Lichtbündel zusammengeführt. Dieses R-G-B- Lichtbündel wird sodann in dem Projektor 1 in Zeilenrichtung und in Bildrichtung abgelenkt und trifft als Projektionslicht 4 auf die Bildwand 3. Ein derartiger Projektor ist zum Beispiel in der WO 95/03675 A1 näher beschrieben.

Das Projektionslicht 4 trifft auf die Bildwand 3, die auf ihrer projektionsseitigen, d.h. dem

Projektor 1 zugewandten Oberfläche eine remittierende Projektionsfläche 7 aufweist. Hier tritt das auftreffende Projektionslicht 4 in vielfältige Wechselwirkung mit der Struktur der remittierenden Projektionsfläche 7 und dem Material der Bildwand 3. Es entsteht remittiertes Projektionslicht 8. In der WO 98/20385 ist zum Beispiel beschrieben, wie eine Bildwand 3 ausgebildet sein sollte, die im Zusammenhang mit Laserlicht als Projektionslicht 4 eingesetzt wird.

Das durch die Projektionsfläche 7 remittierte Projektionslicht 8 trifft (zum Teil) in die Augen des Betrachters 6.

Weiterhin ist in Fig. 1 auch Umgebungslicht 9 schematisch eingezeichnet. Lichtanteile des Umgebungslichtes 9 mit unterschiedlicher Farbtemperatur gelangen völlig ungehindert auf die Projektionsfläche 7. Sie werden dort ebenso wie das Projektionslicht 4 remittiert und damit gelangt auch remittiertes Umgebungslicht 10 ebenso wie remittiertes Projektionslicht 8 auf die Netzhaut der Augen des Betrachters 6.

Im Ergebnis dieser Lichtüberlagerung vermindern sich jedoch die vom Betrachter 6 wahrgenommenen Hell-Dunkel-Verhältnisse und die Buntheit (Sättigung) der Farben beträchtlich, so daß der Betrachter 6 (wenn überhaupt) nur ein blasses und kontrastarmes Bild wahrnehmen kann.

Fig. 2 zeigt im Prinzip das gleiche Bilddarsteliungssystem zur Frontprojektion wie aus Fig. 1 mit dem Projektor 1, der Projektionslicht 4, das rote, grüne und blaue (R-G-B) Laserlichtanteile enthält, auf die Bildwand 3 aussendet. Die Projektionsfläche 7 remittiert das Projektionslicht 4 und remittiertes Projektionslicht 8 erreicht die Augen des Betrachters 6.

Die hier eingesetzte Bildwand 3 weist jedoch einen zur Bildwand aus Fig.1 unterschiedlichen Aufbau auf, indem hier auf die remittierende Projektionsfläche 7 eines Bildwandmaterials 13 ein optisches Filter 11 ganzflächig aufgebracht ist.

Dieses optische Filter 11 ist so ausgebildet, es für die Wellenlängen des eingesetzten Laserlichts in deren jeweils entsprechenden Bandbreite lichtdurchlässig ist, während alle anderen Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichts (Umgebungslicht) am Durchtritt gehindert werden.

Das optische Filter 11 hat hier also nur für die Laserlichtwellenlängen eine (möglichst hohe) Transmission. Dies bedeutet, daß das Projektionslicht 4 nahezu ungehindert durch das Filter 11 hindurch auf die Projektionsfläche 7 gelangen kann, von der es dann remittiert wird, danach erneut das optische Filter 11 (wiederum ungehindert) durchläuft und letztlich zum Auge des Betrachters 6 gelangt.

Die Bildwand 3 mit dem vorgeschalteten optischen Filter 11 hat daher für das Projektionslicht 4 aus der Laserlichtquelle 2 zunächst im wesentlichen dieselben Eigenschaften wie eine handelsübliche Bildwand (z.B. die Bildwand 3 in Fig. 1).

Auch in Fig. 2 ist Umgebungslicht 9 rein schematisch durch einen punktiert gezeichneten Strahl eingezeichnet. Es trifft ungehindert auf die Bildwand 3, wo es jedoch, im Unterschied zu Fig.1, nur mit dem Anteil, dessen Wellenlängen innerhalb der Wellenlängenbereiche liegen, die das Filter 11 durchläßt, bis zur Projektionsfläche 7 gelangt.

Dieser (geringe) Anteil des Umgebungslichtes, der die Wellenlängen, für die das optische Filter 11 durchlässig ist, beinhaltet kann auch noch geringe Lichtanteile im übrigen

Wellenlängenbereich beinhalten, die allein davon herrühren, daß das optische Filter 11 in dem Bereich, in den es nicht durchlässig sein soll, praktisch nicht ganz zu 100% sperrt.

Wesentlich ist aber, daß der ganz erheblich überwiegende Anteil des Umgebungslichtes 9 gar nicht erst auf die remittierende Projektionsfläche 7 gelangen und somit von dieser nicht remittiert werden kann, weshalb es auch nicht zu einer störenden Überlagerung des remittierten Projektionslichtes 8 gleichermaßen remittiertem Umgebungslicht 10 kommen kann.

Der durch das optische Filter 11 doch noch hindurchgetretene Anteil des Umgebungslichtes, dessen Wellenlängen außerhalb des Bereiches der Wellenlängen des Projektionslichtes 4 liegen, muß danach das optische Filter 11 ein zweites mal durchlaufen. So gelangen bei einer Sperrwirkung des optischen Filters von z.B. 90% noch 10 % des Umgebungslicht 10 auf die remittierende Projektionsfläche 7. Höchstens dieser Anteil von 10% wird wieder zur 90% Sperrschicht des optischen Filters 11 remittiert, aus der dann nur weniger als 1 % remittiertes Umgebungslicht 10 austritt, das auf gleiche Weise wie das remittierte Projektionslicht 8 zum

Betrachter 6 gelangen kann. Einen völlig anderen optischen Weg durchlaufen die von dem optischen Filter 11 gesperrten

Umgebungslichtanteile.

Im Beispiel von Fig. 2 ist das optische Filter 11 als Interferenzfilter 16 ausgeführt. Dieses optische Filter 11 ist so ausgelegt, daß die gesperrten Lichtanteile überwiegend regulär reflektiert werden. Das an dem optischen Filter 11 diffus reflektierte Umgebungslicht 12 hat gegenüber dem remittierten Projektionslicht völlig andere Strahleigenschaften und eine völlig andere Richtcharakteristik. Das reflektierte Umgebungslicht 12 gelangt daher in der Regel nicht oder nur zu einem ganz kleinen Teil in das Auge des Betrachters 6. Dieser Effekt hat zur Folge, daß die Bildprojektion bei Umgebungslicht auf die erfindungsgemäße Bildwand 3, die mit dem an die Wellenlängen des Projektionslichtes 4 angepaßten optischen Filter 11 ganzflächig beschichtet ist, ein über einhundertfach besseres Hell-Dunkel-Verhältnis zeigt, wobei die Buntheit (Sättigung) in demselben Maße erhalten bleibt, wie sie in einem abgedunkelten Raum wahrgenommen wird.

Im Beispiel ist der Projektor 1 ein Laser-Projektor, der wie in Fig. 1 beschrieben, mit einem schreibenden Lichtbündel arbeitet. Der Projektor kann aber genauso ein DLP-Projektor sein, der mit einer Laserlichtquelle 2 ausgestattet ist, deren Lichtbündel auf die Größe des DMD- Arrays aufgeweitet ist. Ein derartiger Projektor ist zum Beispiel in der EP 0 589 179 A1 beschrieben. Genauso können Dia-Projektoren oder LCD-Projektoren eingesetzt werden, wenn sie nur mit hinreichend schmalbandigen Lichtquellen betrieben werden.

Fig. 3 zeigt die Lichtdurchlässigkeitscharakteristik eines solchen optischen Filters 11, das als Interferenzfilter hergestellt ist und bei dem das Maximum der Transmission auf die Wellenlängen des Projektionslichtes von 445 nm, 532 nm und 628 nm eingestellt ist. Dabei bezeichnet (wie auch in den Fig. 4 und 9) τ die Lichtdurchlässigkiet in % (Transmissionsgrad) und λ die Wellenlänge (in nm). Die drei Bereiche, in denen das optische Filter 11 lichtdurchlässig ist, haben jeweils eine Halbwertsbreite von etwa 20 nm. Die Bandbreite der transmittierten Wellenlängenbereiche ist in diesem Beispiel etwa zehnfach größer als die Bandbreite der Laserlichtwellenlängen. Daher zeigt die Filtercharakteristik keine Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Projektionslichtes 4 und von einem Betrachter praktisch kaum wahrnehmbare Helligkeitsunterschiede, wenn der Betrachter verschiedene Standorte zur Bildwand einnimmt.

Die Berechnung und Herstellung derartiger Interferenzfilter ist dem Fachmann hinreichend bekannt und auch ausführlich in der Literatur beschrieben. Ziel der Dimensionierung ist die möglichst gute Transmission in dem bzw. den Wellenlängenbereich(en) des Projektionslichtes, wobei eine möglichst große Unabhängigkeit von üblichen Projektionswinkeln und von üblichen

Betrachtungswinkeln erreicht werden soll. Eine 100%ige Transmission des optischen Filters in den Wellenlängen des Projektionslichtes sichert die optimale Nutzung des Projektionslichtes zur

Bilddarstellung.

Unkritisch ist dagegen der Grad der Sperrwirkung des optischen Filters 11. Wegen der Wirkung des oben beschriebenen Effektes des zweifachen Durchlaufes des Umgebungslichtes (soweit es überhaupt durch das Filter 11 hindurchtritt) durch das optische Filter 11 , führt schon eine

Sperrwirkung des Filters 11 von zum Beispiel nur 90% zu einer voll genügenden Funktion im zu sperrenden Wellenlängenbereich.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Transmission eines handelsüblichen Gelatine-Filters der Firma KODAK als Funktion der Wellenlänge dargestellt ist. Das Gelatine-Filter ist ein Massefilter 17, dessen Aufbau in Fig. 5 gezeigt ist. In das Diagramm ist weiterhin das Emissionsspektrum einer Lumineszenzdiode eingezeichnet (wobei Φrel den relativen Lichtstrom der Lumineszenzdiode bezeichnet), die eine Halbwertsbreite von etwa 50 nm hat, die durch den ausgewählten Gelatine-Filter nahezu ungehindert transmittiert wird. Die anderen Wellenlängen des Lichts werden absorbiert. Auch hier wird bei dem Einfluß von Umgebungslicht eine erhebliche Verbesserung des Kontrastes erreicht und es bleibt hier auch die Buntheit der Farbe Rot erhalten.

Fig. 5 zeigt im Prinzip den Aufbau einer Bildwand 3, bei der das optische Filter 11 direkt mit der remittierenden Projektionsfläche 7 in Verbindung gebracht ist. Die Bildwand 3 besteht aus einem Bildwandmaterial 13, z.B. aus einem Produkt, das im Handel unter der Bezeichnung "Durabla Blankana" von dem Hersteller Mechanische Weberei Lippspringe erhältlich ist. Die

Oberfläche des Bildwandmaterials 13 hat Licht remittierende Eigenschaften und bildet die remittierende Projektionsfläche 7.

Das optische Filter 11 ist ein Massefilter 17 und besteht aus einer Schicht 14, die als Gelatine- Filter in Form einer eingefärbten Folie handelsüblich erhältlich ist. Die Folie wird unter Druck- und Wärmeeinwirkung auf das massive Bildwandmaterial 13 aufgepreßt.

Eine derartige Bildwand genügt für viele Anwendungsfälle, etwa den zum Beispiel von Fig. 4 gehörigen. Manchmal ist es auch vorteilhaft, wenn mehrere Massefilter übereinander angeordnet werden, wobei sich deren Transmissionskennlinien zum gewünschten Transmissionsverhalten überlagern.

Fig. 6 zeigt eine Bildwand 3 mit einem das optische Filter 11 tragenden Substrat 15. Das Substrat 15 ist der Träger eines Interferenzfilters 16, das aus mehreren Schichten 14a, 14b, 14c besteht. Obwohl hier nur drei Schichten eingezeichnet sind, kann ein solches Interferenzfilter mit Eigenschaften, wie sie in Fig. 3 angegeben sind, aus z.B. bis zu 40 Schichten aufgebaut sein.

Das Substrat 15 besteht aus einem Glas, das zur Herstellung von Interferenzschichten im Hochvakuum besonders gut geeignet ist.

Heute gelingt es, das Schichtsystem der Interferenzschichten mechanisch widerstandsfähig und chemisch beständig herzustellen. Daher liegen in Fig. 6 die Filter-Schichten 14 a, 14 b und 14c des Filters 16 auf der dem Bildwandmaterial 13 abgewandten Seite des Substrates 5. Eine unbeschichtete Oberfläche des Substrats 15 ist durch Kitt mit der remittierenden Projektionsfläche 7 des Bildwandmaterials 13 verbunden.

Es ist jedoch genauso möglich, eine Schicht oder alle Schichten auf der der Projektionsfläche 7 zugewandten Seite des Substrates 15 aufzubringen. Dann werden die Interferenzschichten durch das Substrat 15 vor Umwelteinflüssen geschützt.

Fig. 7 zeigt eine Bildwand 3 mit Substratschichten 15a, 15b und 15 c, deren jede mit einer oder mehreren Filter-Schichten 14a, 14b und 14c versehen ist.

Die Herstellung eines Interferenzfilters 16 wird vielfach einfacher und kostengünstiger, wenn es nur für einen Wellenlängenbereich ausgelegt werden muß und die gewünschte Filterfunktion durch Überlagerung der einzelnen Filterkennlinien erreicht wird.

Im Beispiel nach Fig. 7 trägt das Substrat 15a eine Schicht 14a, die ein optisches Filter bildet, das bis 435 nm und ab 635 nm Licht sperrt. Das Substrat 15b trägt eine Schicht 14b, welche in dem Wellenlängenbereich bis 470 nm transparent ist, dann bis 525 nm sperrt und für größere Wellenlängen wieder transparent ist. Das Substrat 15c trägt eine Schicht 14c, die den Wellenlängenbereich zwischen 540 nm und 625 nm sperrt.

Alle Schichten können als Interferenzfilter oder als Massefilter ausgebildet sein. Fig. 8 zeigt eine Bildwand 3 mit einem optischen Filter 11 , das aus einer Kombination aus einem Massefilter 17 und einem Interferenzfilter 16 besteht. Das Massefilter 17 bildet hier gleichzeitig auch das Substrat 15 für das Interferenzfilter 16.

In diesem Beispiel ist das Massefilter 17 für einen Wellenlängenbereich unterhalb von 630 nm durchlässig. Das Interferenzfilter 16 sperrt unterhalb 440 nm, ferner in einem Bereich von 470 bis 520 nm und noch in einem zweiten Bereich von 540 bis 515 nm.

Im Prinzip kann der in Fig. 8 dargestellte Bildwandaufbau auch noch im Sinne der

Ausgestaltung aus Fig. 7 weiter modifiziert werden.

Durch die aufgezeigten Varianten gibt es sehr viele Möglichkeiten, um eine geeignete oder gewünschte Filtercharakteristik zu erzeugen, die einerseits schmalbandig genug ist und andererseits einen möglichst geringen Herstellungsaufwand erfordert.

Fig. 9 zeigt ein Transmissionsspektrum eines Massefilters mit einer vereinfacht gestalteten Filterkennlinie. Dabei bezeichnet, wie auch in den Fig. 3 und 4, τ die Lichtdurchlässigkeit in % (Transmissionsgrad) und λ die Wellenlänge (in nm). Bei der Dimensionierung des optischen Filters wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges sowohl bei kurzen Wellenlängen des sichtbaren Lichtes, auch bei langen Wellenlängen des sichtbaren Lichtes drastisch abnimmt. In Verbindung mit der Wahl der Wellenlängen des Projektionslichtes ist das optische Filter daher von den Wellenlängen des blauen Projektionslichtes bis zum ultravioletten Spektralbereich und von den Wellenlängen des roten Projektionslichtes bis zum infraroten Spektralbereich lichtdurchlässig. Ein weiterer lichtdurchlässiger Bereich ist nur für die Wellenlängen des grünen Projektionslichtes (im Bereich von etwa 525 nm) eingerichtet. Fig. 9 zeigt einen derartigen Transmissionsverlauf. Auch bei diesem optischen Filter kann ein erheblicher Anteil des Umgebungslichtes vor der remittierenden Projektionsfläche abgesperrt werden. Das optische Filter ist in diesem Beispiel als zweibändiges Reflexionsfiiter in Interferenzfiltertechnologie hergestellt.

Claims

Patentansprüche

1. Bilddarstellungssystem mit einem Projektor (1) zum Aussenden von Projektionslicht (4) zur Erzeugung eines Bildes auf einer Licht remittierenden Projektionsfläche (7), wobei die Wellenlängen des Projektionslichtes (4) in einem oder mehreren diskreten Wellenlängenbereich(en) im sichtbaren Spektrum liegen und die Projektionsfläche (7) projektorseitig mit einem optischen Filter (11) bedeckt ist, das nur für Licht mit Wellenlängen entsprechend denen des Projektionslichtes (4) durchlässig ist.

2. Bilddarstellungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Wellenlängen des Projektionslichtes (4) in einem Wellenlängenbereich mit einer spektralen Bandbreite kleiner als 260 nm, insbesondere kleiner 80 nm liegen.

3. Bilddarstellungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Projektor (1) mit einer Laserlichtquelle (2) zur Erzeugung des Projektionslichtes (4) ausgestattet ist.

4. Bilddarstellungssystem nach Anspruch 3, bei dem die Laseriichtquelle (2) Projektionslicht (3) mit Wellenlängen in den Bereichen 610 nm bis 660 nm (Rot), 510 nm bis 550 nm (Grün) sowie 400 nm bis 470 nm (Blau) aussendet.

5. Bilddarstellungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Projektor (1) mit einer

Lichtquelle in Form eines Temperaturstrahlers, einer Gasentladungslampe oder eines Halbleiteremitters ausgestaltet ist.

6. Bilddarstellungssystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, bei dem das optische Filter (11) außerhalb seines Transmissionsbereiches das einfallende Licht absorbiert.

7. Bilddarstellungssystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, bei dem das optische Filter

(11 ) außerhalb seines Transmissionsbereiches das einfallende Licht reflektiert.

8. Bilddarstellungssystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 7, bei dem das optische Filter (11) als Schicht (14) oder Schichtsystem (14a, 14b, 14c) in einer direkten Verbindung auf die

Projektionsfläche (7) aufgebracht ist.

9. Bilddarstellungssystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 7, bei dem das optische Filter (11 ) als Schicht oder als Schichtsystem auf einem für die Projektionswellenlängen transparenten Substrat (15) aufgebracht ist.

10. Bilddarstellungssystem nach Anspruch 9, bei dem mehrere Substrate (15a, 15b, 15c) hintereinander angeordnet sind, wobei auf deren jedes eine Schicht (14) oder ein Schichtsystem (14a, 14b, 14c) aufgebracht ist.

11. Bilddarstellungssystem nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Substrat (15) ein Glas, ein polymerer Werkstoff oder eine Folie ist.

12. Bilddarstellungssystem nach einem der Ansprüche von 8 bis 11 , bei dem das Schichtsystem (14a, 14b, 14c) aus nichtabsorbierenden dielektrischen oder aus absorbierenden und nichtabsorbierenden dünnen Schichten besteht, deren Dicke in der Größenordnung der Wellenlänge des sichtbaren Lichtes liegt und eine Interferenzfilter (16) bildet.

13. Bilddarstellungssystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 7, bei dem das optische Filter (11 ) ein Massefilter (17), insbesondere ein Gelatine-Filter oder ein Farbglasfilter, ist.

14. Bilddarstellungssystem nach den Ansprüchen von 9 und 13, bei dem das optische Filter (11) eine Kombination eines Massefilters (17) mit einem Interferenzfilter (16) ist, wobei insbesondere das die dünnen Schichten tragende Substrat (15) als Massefilter (17) ausgelegt ist.

15. Bilddarstellungssystem nach einem der Ansprüche von 1 bis 14, bei dem der oder die transparenten Wellenlängenbereich(e) des optischen Filters (11) gegenüber dem oder den Wellenlängenbereich(en) des Projektionslichts (4) um bis zu 50 nm größer ist (sind).