DE102004062418A1 - Image speckle suppressing device for movable system e.g. vehicle, has volume hologram between laser source and projection unit, where phase samples producing speckle samples are stored in volume hologram - Google Patents

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Abstract

The device has a laser source (2), a projection unit (3) and a volume hologram (4) between the laser source and the projection unit, where the volume hologram is a reflection hologram or a transmission hologram. Phase samples producing speckle samples are stored in the volume hologram, where the phase samples are selected independently from each other based on polarization of light from the volume hologram. An independent claim is also included for a method for suppressing an image speckle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Bildspeckles bei laserquellenbasierten Projektionssystemen mit mindestens einer Laserquelle und einem Projektionsmittel.The The present invention relates to a device for suppressing Image speckles in laser source based projection systems with at least a laser source and a projection means.

Die Verwendung von Laserquellen in einem Projektionssystem ermöglicht die Erzeugung von Bildern mit sehr großem Farbraum. Die Bildqualität wird jedoch durch sogenannte Speckles geschmälert. Speckles entstehen, wenn kohärentes Licht, beispielsweise Laser, aus eine raue Oberfläche trifft und dort gestreut wird, wie es beispielsweise beim Auftreffen von Laserlicht auf einen Projektionsschirm der Fall ist. Die Lichtwellen, die in einem Tal der Oberfläche reflektiert werden, benötigen länger zu einem Betrachtungspunkt als die Lichtwellen, die an einer Erhöhnung der Oberfläche reflektiert werden. Im Betrachtungspunkt überlagern sich die Lichtwellen aller Streuzentren miteinander. Dabei entstehen zu einen destruktive Interferenzen, bei denen sich die überlagerten Lichtwellen gegenseitig auslöschen, wodurch dunkle Punkte im Betrachtungspunkt entstehen und zum anderen konstruktiver Interferenz, bei denen sich überlagernde Lichtwellen verstärken, so dass helle Lichtpunkte erscheinen. Dies resultiert in einer charakteristischen Lichtverteilung im Betrachtungspunkt, dem sogenannten Laserspeckle, und führt zu einem insgesamt körnigen Bildeindruck. Da dieses Phänomen die Bildqualität mindert, ist eine Reduktion des Speckles sehr wünschenswert.The Using laser sources in a projection system allows the Creation of images with a very large color space. However, the picture quality will be diminished by so-called speckles. speckles arise when coherent Light, for example laser, hits a rough surface and there is scattered, as for example, when hitting Laser light on a projection screen is the case. The light waves, in a valley of the surface need to be reflected longer to a point of view than the light waves that are at an increase in the surface be reflected. In the point of view, the light waves are superimposed all scattering centers with each other. This creates a destructive Interference, where the superimposed light waves mutually extinguish, causing dark points in the viewpoint and on the other constructive interference in which superimposed light waves amplify, so that bright points of light appear. This results in a characteristic Light distribution in the viewpoint, the so-called Laserspeckle, and leads to a total grainy Image impression. Because of this phenomenon the picture quality reduces, a reduction of Speckles is very desirable.

Eine Reduzierung von Specklen kann erreicht werden, in dem mehrere verschiedene und voneinander unabhängige Specklemuster zeitlich nacheinander überlagert werden. Ein gebräuchlicher Ansatz verschiedene Specklemuster zu erzeugen und diese zu überlagern, besteht darin, einen Diffusor in den Strahlengang einzufügen, dessen Eigenschaften sich zeitlich ändern. Lösungen gemäß dem Stand der Technik beschreiben beispielsweise das Einfügen einer rotierenden Scheibe in den Strahlengang, wobei der Laserstrahl durch die Scheibe hindurchstrahlt. Verursacht durch die Rotation werden zeitlich nacheinander verschiedene Specklemuster realisiert. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass hier mechanisch bewegte Teile verwendet werden. Bei einem Projektionssystem, bei dem Bildaufbau dadurch realisiert wird, dass nacheinander die einzelnen Bildpunkte einer Zeile geschrieben werden, ist eine solche mechanische Lösung aufgrund der zeitlichen Bedingungen nicht zu realisieren.A Reduction of Specklen can be achieved in which several different and independent Specklemuster superimposed temporally one after the other. A common approach to create different speckle patterns and overlay them, is to insert a diffuser in the beam path, whose Properties change over time. solutions according to the state For example, the technique describes inserting a rotating disk into the beam path, with the laser beam radiating through the disc. Caused by the rotation are different in time Speckle pattern realized. The disadvantage of this solution is that here mechanically moving parts are used. In a projection system, in the image structure is realized by successively the individual Pixels of a line are written, such is a mechanical one solution due to the temporal conditions not to realize.

Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterdrückung des Bildspeckles bei laserquellenbasierten Projektionssystemen zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen.It It was therefore the object of the present invention to provide a device and a method of suppression of the image speckle in laser source based projection systems disposal to provide that do not have the disadvantages of the prior art.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und einem Verfahren gemäß Patentanspruch 9.Is solved the task with a device according to claim 1 and a Process according to claim 9th

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Ansprüche 10 bis 12 beansprucht.advantageous embodiments the device according to the invention are in the subclaims 2 to 8 or the method according to the invention in the claims 10 to 12 claims.

Erfindungsgemäß weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Laserquelle auf. Bei dieser Laserquelle kann es sich um eine beliebige Laserquelle handeln, mit der es möglich ist, Bildpunkte zu erzeugen.According to the invention the device according to the invention a laser source. This laser source may be a Any laser source act, with which it is possible to produce pixels.

Des weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Projektionsmittel auf. Auf dieses Projektionsmittel wird der Lichtpunkt der Laserquelle projiziert. Bei dem Projektionsmittel kann es sich beispielsweise um eine Fläche handeln, von der aus der Lichtpunkt zu dem Betrachtungspunkt reflektiert wird. Alternativ kann es sich jedoch auch um eine Fläche handeln, die von dem Lichtstrahl durchstrahlt und dadurch im Betrachtungspunkt sichtbar ist.Of another has the device according to the invention a projection device. On this projection means is the Projected light spot of the laser source. At the projection device it may, for example, be an area from which the point of light is reflected to the viewpoint. Alternatively, it may be but also act around an area which radiates from the light beam and thereby in the viewpoint is visible.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Laserquelle und dem Projektionsmittel ein Volumenhologramm angeordnet. Ein Volumenhologramm im Sinne der Erfindung ist ein Hologramm, in dem mehrere Bilder, beispielsweise sogenannten Phasenmuster, abgespeichert sind, die unabhängig voneinander und einzeln ausgelesen werden können. Bei dem Volumenhologramm kann es sich um ein holographisches Gitter, das eine nicht zu vernachlässigende Tiefe, also eine Ausdehnung in der Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen, besitzt, handeln. Vorzugsweise ist das Volumenhologramm ein Reflexionshologramm. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Volumenhologramm ein Transmissionshologramm. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass die der Laserquelle abgewandte Seite des Volumenhologramms als Projektionsmittel nutzbar ist.According to the invention is between the laser source and the projection means arranged a volume hologram. A volume hologram in the sense of the invention is a hologram, in the multiple images, for example, so-called phase pattern stored are independent can be read out from each other and individually. In the volume hologram it can be a holographic lattice, which can not be neglected Depth, ie an extension in the propagation direction of the light rays, own, act. Preferably, the volume hologram is a reflection hologram. In another preferred embodiment the volume hologram is a transmission hologram. This embodiment The present invention has the advantage that the laser source opposite side of the volume hologram usable as a projection means is.

Erfindungsgemäß weist das Volumenhologramm mehrere, vorzugsweise mindestens 20, ganz besonders bevorzugt mindestens 50, Phasenmuster auf, wobei jedes Phasenmuster eine andere Reflexion oder Transmission des auf sie auftreffenden kohärenten Lichtes bewirkt. Dadurch ergeben sich viele unterschiedliche Specklemuster, die vom Auge integriert werden, so dass die oben erwähnten dunklen bzw. hellen Punkte bei der Betrachtung entfallen.According to the invention the volume hologram several, preferably at least 20, especially preferably at least 50, phase patterns, each phase pattern another reflection or transmission of the incident on them coherent Light causes. This results in many different types of bacon, which are integrated by the eye, so that the above-mentioned dark or bright points in the viewing accounts.

Vorzugsweise sind die Phasenmuster voneinander unabhängig und einzeln voneinander auslesbar. Eine bevorzugte Ausführungsform, auf die die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist die Auslesung der unterschiedlichen Phasenmustern durch eine Änderung der Polarisation des Laserstrahls; d. h. durch die Änderung der Polarisation des Laserstrahls sind nacheinander unterschiedliche Phasenmuster, die mit derselben Polarisation in dem Hologramm auch hinterlegt wurden, eingespeichert worden.Preferably the phase patterns are independent of each other and individually read. A preferred embodiment, however, to which the present invention is not limited, is the reading of different phase patterns by a change the polarization of the laser beam; d. H. through the change the polarization of the laser beam are successively different phase patterns, also deposited with the same polarization in the hologram were stored.

Vorzugsweise werden mindestens 1.000 Phasenmuster pro Sekunde ausgelesen.Preferably At least 1,000 phase patterns per second are read out.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich Mittel zur Ablenkung des Laserstrahls auf. Mit dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht nur die Darstellung eines Bildpunktes, sondern eines zweidimensionalen Bildes möglich.Preferably has the device according to the invention additionally Means for deflecting the laser beam. With this preferred embodiment The present invention is not only the representation of a pixel, but a two-dimensional image possible.

Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, sehr einfach und kostengünstig Bildspeckles bei laserquellenbasierten Projektionssystemen zu unterdrücken. Da zur Unterdrückung des Bildspeckles keine zusätzlichen bewegten Teile nötig sind, ist die vorliegende Erfindung sehr wartungsarm und ausgesprochen robust, so dass sie sich beispielsweise auch zum Einbau in bewegten Systemen, wie beispielsweise Fahrzeugen, bei denen massive Schwingungen auftreten, eignet.It was for the expert very much amazing and not to be expected with the device according to the invention possible is, very simple and inexpensive Suppress image speckles in laser source based projection systems. There for suppression of the Bildspeckles no additional moving Parts needed are, the present invention is very low maintenance and pronounced robust, so that they can move, for example, for installation in Systems, such as vehicles, where massive vibrations occur, is suitable.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Unterdrückung von Bildspeckles bei Laserquellen basierten Projektionssystemen mit mindestes einer Laserquelle und einem Projektionsmittel, bei dem zwischen der Laserquelle und dem Projektionsmittel ein Volumenhologramm angeordnet wird.One Another object of the present invention is a method for suppression of image speckles in laser source based projection systems with at least one laser source and a projection means, at arranged between the laser source and the projection means a volume hologram becomes.

Bezüglich der Laserquelle des Projektionsmittels und des Volumenhologramms wird auf die oben gemachten Aussagen verwiesen.Regarding the Laser source of the projection means and the volume hologram is referred to the statements made above.

Vorzugsweise weist das Volumenhologramm mehrere Phasenmuster auf, die einzeln ausgelesen werden.Preferably For example, the volume hologram has multiple phase patterns that are unique be read out.

Weiterhin bevorzugt werden die Phasenmuster durch eine Änderung der Polarisation des Laserlichts ausgelesen.Farther preferred are the phase patterns by changing the polarization of the Laser light read out.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich bei Unterdrückung von Bildspecklen bei laserquellenbasierten Projektionssystemen beliebiger Art.The inventive device and the method according to the invention are suitable for suppression of image speckles in laser source based projection systems of any kind Art.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von 1 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Die Erläuterungen gelten für die erfindungsgemäße Vorrichtung und für das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen.In the following the invention is based on 1 explained. These explanations are merely exemplary and do not limit the general inventive concept. The explanations apply equally to the device according to the invention and to the method according to the invention.

1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung von Bildspecklen bei laserquellenbasierten Projektionssystemen. 1 shows the device according to the invention for the suppression of Bildspecklen laser source-based projection systems.

In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung von Bildspecklen bei laserquellenbasierten Projektionssystemen 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist einen Laserprojektor 7 und zumindest ein Volumenhologramm 4 auf. In dem Laserprojektor ist ein Laser bzw. eine Laserdiode 2 angeordnet, die einen kohärenten Lichtstrahl 8 emittiert, dessen Polarisation mittels einer Vorrichtung 5 veränderbar ist und der mittels einer Vorrichtung 6 beispielsweise einem Spiegel in der durch die Doppelpfeile dargestellte Richtung ablenkbar ist, so dass ein zweidimensionales Bild erzeugt wird. Dieses Bild trifft auf ein Volumenhologramm 4, in dem mehrere Phasenmuster abgespeichert sind. Dieses Volumenhologramm kann als Transmissionshologramm ausgeführt sein, so dass die Rückseite 3 des Hologramms 4 gleichzeitig die Projektionsfläche für das darzustellende Bild ist. Das Volumenhologramm kann jedoch auch ein Reflexionshologramm sein. In diesem Fall wird der Laserstrahl von dem Hologramm reflektiert und auf ein weiteres nicht dargestelltes Projektionsmittel projiziert. Je nach Polarisation des Lichtes werden aus dem Volumenhologramm unterschiedliche Phasenmuster ausgelesen, die jeweils ein anderes Specklemuster erzeugen. Diese unterschiedlichen Specklemuster werden, aufgrund ihrer schnellen Folge, von dem Auge des Betrachters integriert, so dass die oben beschriebenen dunklen bzw. hellen Punkte bei der Betrachtung des erzeugten Bildes nicht mehr auftreten. Vorzugsweise werden pro Sekunde mindestens 1.000 Specklemuster ausgelesen.In 1 is the device according to the invention for the suppression of image speckles in laser source-based projection systems 1 shown. The device has a laser projector 7 and at least one volume hologram 4 on. In the laser projector is a laser or a laser diode 2 arranged a coherent beam of light 8th emitted, whose polarization by means of a device 5 is changeable and by means of a device 6 For example, a mirror in the direction shown by the double arrows can be deflected, so that a two-dimensional image is generated. This picture meets a volume hologram 4 , in which several phase patterns are stored. This volume hologram can be designed as a transmission hologram, so that the back 3 of the hologram 4 at the same time the projection surface for the image to be displayed. However, the volume hologram may also be a reflection hologram. In this case, the laser beam is reflected by the hologram and projected onto another not shown projection means. Depending on the polarization of the light, different phase patterns are read out of the volume hologram, each of which generates a different speckle pattern. These different speckle patterns are, because of their fast sequence, integrated by the eye of the observer, so that the above-described dark or light spots no longer occur when viewing the generated image. Preferably, at least 1,000 speckle patterns are read out per second.

Claims (12)

Vorrichtung zur Unterdrückung von Bildspeckles bei Laserquellen basierten Projektionssystemen (1) mit mindestes einer Laserquelle (2), und einem Projektionsmittel (3), dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen Laserquelle (2) und Projektionsmittel (3) ein Volumenhologramm (4) aufweistDevice for suppressing image speckles in laser source based projection systems ( 1 ) with at least one laser source ( 2 ), and a projection means ( 3 ), characterized in that between laser source ( 2 ) and projection means ( 3 ) a volume hologram ( 4 ) having Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm (4) ein Reflektionshologramm ist.Device according to claim 1, characterized in that the volume hologram ( 4 ) is a reflection hologram. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm (4) ein Transmissionshologramm ist.Device according to claim 1, characterized in that the volume hologram ( 4 ) one Transmission hologram is. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Laserquelle abgewandte Seite des Volumenhologramms (4) das Projektionsmittel (3) ist.Apparatus according to claim 3, characterized in that the side facing away from the laser source of the volume hologram ( 4 ) the projection means ( 3 ). Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Volumenhologramm (4) mehrere Phasenmuster abgespeichert sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the volume hologram ( 4 ) several phase patterns are stored. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenmuster voneinander unabhängig und einzeln voneinander auslesbar sind.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the phase patterns are independent and individually readable from each other. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisation des Laserstrahls veränderbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the polarization of the laser beam changeable is. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel zur Ablenkung der Laserstrahlen aufweist, so dass ein zweidimensionales Bild erzeugbar ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it comprises means for deflecting the laser beams, so that a two-dimensional image can be generated. Verfahren zur Unterdrückung von Bildspeckles bei Laserquellen basierten Projektionssystemen (1) mit mindestes einer Laserquelle (2), und einem Projektionsmittel (3), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Laserquelle (2) und dem Projektionsmittel (3) ein Volumenhologramm (4) angeordnet wird.Method for suppression of image speckles in laser source based projection systems ( 1 ) with at least one laser source ( 2 ), and a projection means ( 3 ), characterized in that between the laser source ( 2 ) and the projection means ( 3 ) a volume hologram ( 4 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm mehrere Phasenmuster aufweist, die einzeln ausgelesen werden.Method according to Claim 6, characterized the volume hologram has several phase patterns, which are individually be read out. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenmuster durch Änderung der Polarisation des Laserlichtes ausgelesen werden.Method according to claim 7, characterized in that that the phase patterns by changing the Polarization of the laser light can be read. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Phasenmustern unterschiedliche Specklemuster erzeugt werden.Method according to claim 7 or 8, characterized that generates different speckle patterns with the phase patterns become.
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