DE102005037435B4 - Device for switchable image projection with diffractive optical elements and method for switchable image projection - Google Patents

Device for switchable image projection with diffractive optical elements and method for switchable image projection Download PDF

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Vorrichtung zur umschaltbaren Projektion von Bildern oder Informationen auf Flächen in Flugzeugen, Zügen, Warteräumen oder sonstigen Aufenthaltsräumen zur Information von Personen und zur flexiblen optischen Gestaltung der Flächen mit diffraktiven optischen Elementen (16, 16a), die beim Auftreffen eines schmalbandigen Lichtstrahls (13) durch Beugung jeweils ein Muster für die Bildprojektion erzeugen, einer Lichtquelle (11) zur Erzeugung des schmalbandigen Lichtstrahls (13) für die Bildprojektion, und einer Einrichtung (50) zur Bewegung des Lichtstrahls über die diffraktiven optischen Elemente (16, 16a), um nacheinander verschiedene Muster zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (50) zur Bewegung des Lichtstrahls (13) eine Linse (12; 22) und einen im Fokus der Linse (12; 22) angeordneten schwenkbaren Spiegel (14) umfasst, wobei die Linse (12; 22) zwischen dem schwenkbaren Spiegel (14) und den diffraktiven optischen Elementen (16, 16a) angeordnet ist, und dass die Linse (12; 22) und der Spiegel (14) derart im Strahlengang des Lichtstrahls angeordnet sind, dass der Lichtstrahl nach Durchqueren der Linse (12; 22) vom Spiegel (14) auf die Linse zurück gespiegelt wird und diese erneut durchdringt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines (16a) der hinter der Linse (12; 22) gelegenen diffraktiven optischen Elements (16) zu treffen.Device for switchable projection of images or information on surfaces in airplanes, trains, waiting rooms or other recreation rooms for the information of persons and for flexible optical design of the surfaces with diffractive optical elements (16, 16a), which upon impact of a narrow-band light beam (13) Each generating a pattern for the image projection, a light source (11) for generating the narrow-band light beam (13) for the image projection, and means (50) for moving the light beam across the diffractive optical elements (16, 16a), successively different In that the device (50) for moving the light beam (13) comprises a lens (12; 22) and a pivotable mirror (14) arranged in the focus of the lens (12; 12, 22) is arranged between the pivotable mirror (14) and the diffractive optical elements (16, 16a), and that d he lens (12; 22) and the mirror (14) are arranged in the beam path of the light beam, that the light beam after passing through the lens (12; 22) from the mirror (14) is mirrored back to the lens and penetrates again, in order subsequently as a function of Mirror position on one (16a) of the behind the lens (12; 22) located diffractive optical element (16) to meet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur umschaltbaren Bildprojektion mit diffraktiven optischen Elementen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur umschaltbaren Bildprojektion mit diffraktiven optischen Elementen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 17.The invention relates to a device for switchable image projection with diffractive optical elements according to the preamble of patent claim 1 and a method for switchable image projection with diffractive optical elements according to the preamble of patent claim 17.

Umschaltbare Bildprojektionen können beispielsweise in Passagierkabinen von Flugzeugen dazu verwendet werden, wechselnde Informationen dem Passagier auf Flächen oder auf Gegenständen anzuzeigen. Beispielsweise können Sitzbelegungen durch Projektion auf Innenraumwände oder auf die Sitze selbst angezeigt werden. Weiterhin können zum Beispiel aktuelle Fluginformationen, Logos der Fluggesellschaft oder auch aktuelle Kaufangebote den Passagieren durch Bildprojektionen angezeigt werden. Darüber hinaus ist es ebenso möglich, durch umschaltbare farbige Projektionen oder Muster Passagierräumen auf flexible Weise eine unterschiedliche optische Gestaltung zu verleihen.Switchable image projections can be used, for example, in aircraft passenger cabins to display changing information to the passenger on surfaces or on objects. For example, seat occupancy can be displayed by projection on interior walls or on the seats themselves. Furthermore, for example, current flight information, logos of the airline or even current purchase offers the passengers can be displayed by image projections. In addition, it is also possible to give a different optical design through switchable colored projections or pattern passenger spaces in a flexible manner.

Auch in anderen Räumen, wie beispielsweise in Zügen, Warteräumen oder sonstigen Aufenthaltsräumen, oder an Wänden und anderen Flächen, dienen wechselnde Bildprojektionen zur Information von Personen und zur flexiblen optischen Gestaltung.Also in other rooms, such as in trains, waiting rooms or other common rooms, or on walls and other surfaces, changing image projections are used to inform people and for flexible optical design.

Diffraktive optische Elemente (DOEs), die mit schmalbandigem Licht beleuchtet werden, bieten die Möglichkeit einer vom Projektionsabstand unabhängigen Bilderzeugung und eine billige Massenherstellung. Sie können in vielen Anwendungen verwendet werden, insbesondere dort, wo definierte stationäre Bildmuster, wie Zeichen, Logos, Piktogramme, Schriftzüge oder Vollbilder, mit Lasern auf eine Oberfläche als Information, Unterhaltung, Warnung oder als Reklame projiziert werden sollen. Ein weiterer Vorteil dieser Art von Projektion gegenüber der klassischen Schatten- oder Diapositiv-Projektion besteht darin, dass einfallendes Licht vollständig genutzt wird, und nicht nur zum Teil durchgelassen wird. Gegenüber einer gescannten Laserprojektion hat das DOE als bildgebendes Element auch den Vorteil, dass es keiner komplizierten dynamischen Umlenkung und Intensitätsmodulation bedarf.Diffractive optical elements (DOEs) illuminated by narrow-band light offer the possibility of projection-independent image generation and cheap mass production. They can be used in many applications, especially where defined stationary image patterns, such as characters, logos, pictograms, logos or frames, are to be projected with lasers onto a surface as information, entertainment, warning or advertisement. Another advantage of this type of projection over the classic shadow or slide projection is that incident light is fully utilized, not just partially transmitted. Compared with a scanned laser projection, the DOE as an imaging element also has the advantage that it requires no complicated dynamic deflection and intensity modulation.

Diffraktive optische Elemente bzw. DOEs, auch synthetische Hologramme genannt, werden bekannterweise zur Strahlteilung und Strahlformung und damit auch zur Muster- und Bilderzeugung mit Laserstrahlen eingesetzt. Hier wird das Ergebnis der klassischen Beugungstheorie des Lichtes ausgenutzt, dass jede gewünschte Lichtwelle einer beugenden Oberflächenstruktur oder einer komplexen Transmissionsfunktion entspricht – mit der sie auch in einfacher Weise hergestellt werden kann.Diffractive optical elements or DOEs, also called synthetic holograms, are known to be used for beam splitting and beam shaping and thus also for pattern and image generation with laser beams. Here, the result of the classical diffraction theory of light is exploited, that any desired light wave corresponds to a diffractive surface structure or a complex transmission function - with which it can also be produced in a simple manner.

Die mit Hilfe von DOEs erzeugten statischen Bilder, die zunächst als Beugungsmuster in ein optisches Trägermaterial eingeprägt sind, und die durch Aufteilung und Umlenkung von kollimierten Laserstrahlen nach Durchgang durch ein Trägermaterial auf Bildoberflächen projiziert werden, werden umgeschaltet, indem nacheinander verschiedene diffraktive optische Elemente beleuchtet werden. Dies geschieht mit Hilfe von Dreh- und Vorschubvorrichtungen.The static images, which are initially imprinted as diffraction patterns into an optical carrier material and which are projected onto image surfaces by division and deflection of collimated laser beams after passing through a carrier material, are switched over by successively illuminating different diffractive optical elements , This is done by means of turning and feeding devices.

Bei der Verwendung von DOEs werden im wesentlichen Laser als Lichtquelle verwendet, denn sie setzen sehr wohl definierte Wellenfronten voraus, d. h. eine gute Bündelung und eine schmale spektrale Breite, die mit Lasern mit ausreichender Qualität erreicht werden kann.When using DOEs, lasers are essentially used as the light source, since they very well presuppose defined wavefronts, ie. H. good bundling and a narrow spectral width that can be achieved with lasers of sufficient quality.

Mit einer entsprechenden Auslegung der Fernfeldbeugung bzw. Fraunhoferbeugung, die Beugungsmuster im Unendlichen beschreibt, kann mit einem DOE ein kollimierter Laserstrahl in eine Schar von Strahlen bestimmter Intensität und Richtung geteilt werden. Damit können nahezu beliebige zweidimensionale Muster abgebildet werden, die unabhängig vom Abstand auf einem Projektionsschirm scharf sind.With a corresponding design of the far field diffraction or Fraunhoferbeugung which describes diffraction patterns at infinity, a collimated laser beam can be divided into a bevy of rays of specific intensity and direction with a DOE. Almost any two-dimensional pattern can be imaged that is sharp regardless of the distance on a projection screen.

In einem strahlformenden DOE wird das gebeugte Licht demgegenüber in einer bestimmten Position hinter der beugenden Struktur, d. h. im Nahfeld, konvergent bzw. divergent (Fresnelbeugung) abgebildet. Diese Funktion von DOEs kann dann zur Nachbildung der Funktion von klassischen optischen Elementen wie Linsen und Spiegeln bei der Abbildung von monochromatischem Laserlicht ausgenutzt werden.In a beam-forming DOE, on the other hand, the diffracted light is located in a certain position behind the diffractive structure, i. H. in the near field, convergent or divergent (Fresnel diffraction) imaged. This function of DOEs can then be used to model the function of classical optical elements such as lenses and mirrors in the imaging of monochromatic laser light.

Heute werden DOEs wellentheoretisch im Computer berechnet und mit Mikrolithografietechnik der modernen Elektronik als Master belichtet. Anschließend werden sie mit einer Prägetechnik, ähnlich wie bei der Herstellung von Oberflächenhologrammen, auf durchlässige oder reflektierende Oberflächen von Kunststoffen oder Gläsern übertragen und vervielfältigt.Today, DOEs are calculated wave-theoretically in the computer and exposed using microlithography technology of modern electronics as a master. Subsequently, they are transferred and duplicated using a stamping technique, similar to the production of surface holograms, on permeable or reflective surfaces of plastics or glasses.

Bei der Bildwiedergabe fällt üblicherweise ein kollimierter Laserstrahl, dessen Durchmesser typischerweise 1,5 mm beträgt, auf ein quadratisches DOE, dessen Seitenlänge etwa 2 mm und dessen Strukturbreite ca. 0,1 μm bis 10 μm beträgt. Meistens ist das DOE in binärer Form als Beugungsgitter auf der Oberfläche strukturiert. Beim Durchqueren durch diese Struktur des DOEs wird der Laserstrahl in der erwünschten Weise gebeugt. Die Beugungsstruktur kann so gestaltet werden, dass die gesamte Laserleistung in nur einer der niedrigen Beugungsordnung, z. B. der +1-ten Beugungsordnung, konzentriert ist. Bei Elementen, bei denen auch Anteile der –1-ten bzw. der 0-ten Beugungsordnung entstehen, können diese Störordnungen durch zusätzliches Ausblenden im Strahlengang unterdrückt werden.In the case of image reproduction, a collimated laser beam whose diameter is typically 1.5 mm usually falls on a square DOE whose side length is approximately 2 mm and whose structure width is approximately 0.1 μm to 10 μm. Mostly, the DOE is structured in binary form as a diffraction grating on the surface. Traversing through this structure of the DOE, the laser beam diffracts in the desired manner. The diffraction structure can be designed so that the entire laser power in only one of the low diffraction order, z. B. the + 1-th order of diffraction is concentrated. For elements that also have fractions of the -1st or the 0th order of diffraction, these disturbance orders can be suppressed by additional suppression in the beam path.

In den meisten Anwendungen werden mehrere DOEs mit unterschiedlichen Bildern gemeinsam auf eine rechteckige, lichtdurchlässige Glas- oder Kunststoffplatte nebeneinander in Zeilen und Spalten aufgereiht, wo sie bei der Bildwiedergabe nacheinander beleuchtet werden. Diese Anordnung der Elemente in Zeilen und Spalten ist besonders vorteilhaft, denn sie werden auch mit einer für Elektronenlithografen üblichen Vorschubsart horizontal und vertikal belichtet. Damit ist auch die günstigste Wiedergabe entweder die translatorische horizontale und vertikale Bewegung der Substratplatte der DOEs vor einem feststehenden Laserstrahl, oder die translatorische Bewegung des Laserstrahles selbst entlang des Substrates.In most applications, multiple DOEs with different images are grouped together on a rectangular, translucent glass or plastic panel side-by-side in rows and columns, where they are sequentially illuminated during image display. This arrangement of the elements in rows and columns is particularly advantageous because they are exposed horizontally and vertically also with a usual for electron lithography feed mode. Thus, even the most favorable reproduction is either the translational horizontal and vertical movement of the substrate plate of the DOEs in front of a stationary laser beam, or the translational movement of the laser beam itself along the substrate.

Diese horizontalen und vertikalen Bewegungen zum Umschalten von einem DOE zum anderen, wurden bisher mit Hilfe eines mit Schrittmotoren angetriebenen XY-Tisch durchgeführt. Dieser Aufbau ist für die kleinen DOEs und in der Massenherstellung sehr billigen Elemente für viele Anwendungen zu aufwendig und zu teuer.These horizontal and vertical movements to switch from one DOE to the other have hitherto been performed by means of a stepper motor driven XY stage. This construction is too costly and too expensive for the small DOEs and in mass production very cheap elements for many applications.

Die US 2002/0162825 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Abtragen von Material von der Oberfläche eines Gegenstands im Sinne eines Brennens, Bohrens oder anderweitigen Ausbildens von Bohrungen, Einkerbungen, Markierungen oder anderem mittels eines Laserstrahls. Dazu umfaßt die bekannte Vorrichtung einen Laser, eine mittels eines Computers gesteuerte Ablenkvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Ablenkspiegel, mit welcher der Laserstrahl in X-Richtung und in Y-Richtung versetzt werden kann, zwei zwischen den Laser und die Ablenkspiegelvorrichtung eingefügte strahlaufweitende Linsen, sowie eine in Strahlrichtung der Ablenkspiegelvorrichtung nachgeschaltete Kollimatorlinse und eine holographische Linse mit einer Anzahl von holographischen Segmenten, die zwischen der Kollimatorlinse und dem zu bearbeitenden Objekt angeordnet ist. Die holographische Linse der bekannten Vorrichtung ist so ausgebildet, dass der von der Rückseite des jeweiligen holographischen Segments austretende Laserlichtstrahl auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Objekts fokussiert wird. Auf diese Weise können die gewünschten Blindlöcher, Öffnungen, Einkerbungen oder sonstigen Formationen in einer gewünschten Größe und Tiefe in dem zu bearbeitenden Objekt ausgebildet werden, wobei die tiefe derselben durch die Laserenergie und Einstrahlzeit bestimmt wird. Diese bekannte Vorrichtung dient nicht der Projektion von Bildern oder Informationen auf Flächen, welche im Sinne eines Projektionsschirms über einen verhältnismäßig großen Raumwinkelbereich ausgedehnt sind und wobei mittels einer Fernfeldbeugung zweidimensionale Muster erzeugt werden, die unabhängig vom Abstand scharf projiziert werden, vgl. oben, sondern es geht dort darum, mittels eines scharf fokussierten Laserstrahls feine Strukturen in die Oberfläche eines zu bearbeitenden Objekts zu brennen, wobei im Falle der Verwendung einer holographischen Linse offensichtlich von der oben beschriebenen Nahfeldbeugung Gebrauch gemacht wird, durch die die Funktion von klassischen optischen Elementen wie Linsen nachgebildet wird.The US 2002/0162825 A1 describes a device for removing material from the surface of an object in the sense of burning, drilling or otherwise forming bores, indentations, markings or otherwise by means of a laser beam. For this purpose, the known device comprises a laser, a computer-controlled deflection device with a first and a second deflection mirror with which the laser beam can be displaced in the X direction and in the Y direction, two beam-expanding lenses inserted between the laser and the deflection mirror device, and a collimator lens connected downstream in the beam direction of the deflection mirror device and a holographic lens having a plurality of holographic segments disposed between the collimator lens and the object to be processed. The holographic lens of the known device is designed such that the laser light beam emerging from the back of the respective holographic segment is focused onto the surface of the object to be processed. In this way, the desired blind holes, openings, notches or other formations can be formed in a desired size and depth in the object to be processed, the depth of which is determined by the laser energy and irradiation time. This known device is not used for the projection of images or information on surfaces, which are extended in the sense of a projection screen over a relatively large solid angle range and wherein by means of far field diffraction two-dimensional patterns are generated, which are projected independently of the distance, see. above, but it is about using a sharply focused laser beam to burn fine structures into the surface of an object to be processed, wherein in the case of using a holographic lens, use is obviously made of the above-described near field diffraction, by which the function of classical optical Elements such as lenses are modeled.

Aus der US 2004/0109634 A1 ist es im Zusammenhang mit einem optischen Schalter zum Umschalten eines Lichtstrahls zwischen einer oder mehreren Eingangsfasern eines optischen Faserbündels und einer oder mehreren Ausgangsfasern desselben optischen Faserbündels an sich bekannt, einen in zwei Dimensionen schwenkbaren Spiegel vorzusehen, durch welchen der durch eine bestimmte Eingangsfaser ankommende Lichtstrahl auf eine gewünschte Ausgangsfaser desselben Lichtbündels zurück reflektiert wird, dabei kann optional eine Linse vorgesehen sein, welche so angeordnet ist, dass sich das proximale Ende der Faseranordnung im Fokus der Linse befindet. Mit einer solchen Anordnung soll das von der Faseranordnung ankommende Licht durch die Linse treten, am Spiegel reflektiert werden und durch die Linse wieder zurück auf die Faseranordnung treffen.From the US 2004/0109634 A1 For example, in the context of an optical switch for switching a light beam between one or more input fibers of an optical fiber bundle and one or more output fibers of the same optical fiber bundle, it is known to provide a two-dimensionally pivotable mirror through which the light beam arriving through a particular input fiber is incident a desired output fiber of the same light beam is reflected back, it can optionally be provided a lens which is arranged so that the proximal end of the fiber array is in the focus of the lens. With such an arrangement, the incoming light from the fiber array should pass through the lens, be reflected at the mirror, and then strike the fiber assembly back through the lens.

Schließlich ist es aus US 2005/0157359 A1 bekannt, holographische optische Elemente für eine Erzeugung von auto-stereoskopischen Farbbildern dadurch herzustellen, dass eine lichtempfindliche Schicht mittels mindestens drei auf unterschiedlichen Wellenlängen, z. B. blau, grün und rot, kohärentes Licht erzeugenden Lasern belichtet werden, wobei das kohärente Licht der Laser mittels eines Strahlteilers in zwei dann in bei der Herstellung von Hologrammen üblicher Weise zur Interferenz gebrachte Teilstrahlen aufgeteilt wird. Zur Wiedergabe ist gemäß der US 2005/0157359 A1 eine Anordnung vorgesehen, welche eine größere Anzahl von Laserprojektoren umfaßt, beispielsweise sechs Projektoren.Finally it is over US 2005/0157359 A1 known to produce holographic optical elements for generating auto-stereoscopic color images in that a photosensitive layer by means of at least three at different wavelengths, for. B. blue, green and red, coherent light-generating lasers are exposed, wherein the coherent light of the laser is divided by means of a beam splitter in two then brought into the production of holograms usual way for interference partial beams. For reproduction, according to US 2005/0157359 A1 an arrangement is provided which comprises a larger number of laser projectors, for example six projectors.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Bildprojektion mit DOEs zu schaffen, bei der die Umschaltung zwischen den DOEs einfacher, kompakter und kostengünstiger realisiert ist. Weiterhin soll ein entsprechendes Verfahren zur umschaltbaren Bildprojektion mit DOEs angegeben werden, das einfach und kostengünstig mit einem kompakten Aufbau durchführbar ist.The object of the invention is to provide a device for image projection with DOEs, in which the switching between the DOEs is realized simpler, more compact and less expensive. Furthermore, a corresponding method for switchable image projection with DOEs is to be specified, which is simple and inexpensive to carry out with a compact design.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung zur umschaltbaren Bildprojektion mit diffraktiven optischen Elementen gemäß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren zur umschaltbaren Bildprojektion mit diffraktiven optischen Elementen gemäß Patentanspruch 16. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.This object is achieved by the device for switchable image projection with diffractive optical elements according to claim 1 and by the method for switchable image projection with diffractive optical elements according to claim 16. Further advantageous features, Aspects and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur umschaltbaren Projektion von Bildern oder Informationen auf Flächen in Flugzeugen, Zügen, Warteräumen oder sonstigen Aufenthaltsräumen zur Information von Personen und zur flexiblen optischen Gestaltung, ist versehen mit diffraktiven optischen Elementen, die beim Auftreffen eines schmalbandigen Lichtstrahls durch Beugung jeweils ein Muster für die Bildprojektion erzeugen, einer Lichtquelle zur Erzeugung des schmalbandigen Lichtstrahls für die Bildprojektion, und einer Einrichtung zur Bewegung des Lichtstrahls über die diffraktiven optischen Elemente, um nacheinander wahlweise verschiedene Muster zu erzeugen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Einrichtung zur Bewegung des Lichtstrahls eine Linse und einen im Fokus der Linse angeordneten schwenkbaren Spiegel umfasst, wobei die Linse zwischen dem schwenkbaren Spiegel und den diffraktiven optischen Elementen angeordnet ist, und dass die Linse und der Spiegel derart im Strahlengang des Lichtstrahls angeordnet sind, dass der Lichtstrahl nach Durchqueren der Linse auf die Linse zurück gespiegelt wird und diese erneut durchdringt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines der hinter der Linse gelegenen diffraktiven optischen Elemente zu treffen.The inventive device for switchable projection of images or information on surfaces in aircraft, trains, waiting rooms or other common rooms for the information of persons and for flexible optical design, is provided with diffractive optical elements which upon impact of a narrow-band light beam by diffraction each have a pattern for generate the image projection, a light source for generating the narrow-band light beam for the image projection, and means for moving the light beam across the diffractive optical elements to selectively generate different patterns sequentially. According to the invention, it is provided that the device for moving the light beam comprises a lens and a pivotable mirror arranged in the focus of the lens, the lens being arranged between the pivotable mirror and the diffractive optical elements, and the lens and the mirror being in the beam path in such a way of the light beam are arranged so that the light beam is reflected back to the lens after passing through the lens and penetrates again to then hit depending on the mirror position on one of the behind the lens located diffractive optical elements.

Die Erfindung nutzt die Eigenschaft einer Sammellinse aus, dass sich alle Teilstrahlen eines einfallenden, mit der Linsenachse parallelen und kollimierten Strahlenbündels im Fokus der Linse, d. h. in dem Brennpunkt auf der Linsenachse, treffen. Nach einer Reflexion an einem Spiegel – dessen Ebene den Brennpunkt beinhaltet – werden die Strahlen zurück zur Linse geworfen und verlassen die Linse in umgekehrter Richtung als ein mit den ankommenden Strahlen paralleler und kollimierter Strahl (Prinzip der Katzenaugenreflexion).The invention utilizes the property of a converging lens that all sub-beams of an incident, parallel to the lens axis and collimated beam in the focus of the lens, d. H. at the focal point on the lens axis. After reflecting on a mirror - whose plane contains the focal point - the rays are thrown back to the lens and leave the lens in the opposite direction than a parallel and collimated beam with the incoming rays (cat's eye reflection principle).

Dieses Prinzip wird gemäß der Erfindung dazu genutzt, eine translatorische Bewegung über eine ausgedehnte Substratfläche eines Arrays von DOEs durchzuführen, um dadurch eine einfachere, kompakte und kostengünstigere umschaltbare Bildprojektion zu erreichen.This principle is used according to the invention to perform a translatory movement over an extended substrate area of an array of DOEs, thereby achieving a simpler, more compact and less expensive switchable image projection.

Die Linse und der Spiegel sind insbesondere derart im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet, dass der ankommende Laserstrahl die Linse parallel zur Linsenachse durchdringt und nach Reflexion am schwenkbaren Spiegel und erneutem Linsendurchgang die Linse parallel zum ankommenden Laserstrahl verlässt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines der hinter der Linse gelegenen diffraktiven optischen Elemente zu treffen.In particular, the lens and the mirror are arranged in the beam path of the laser beam such that the incoming laser beam penetrates the lens parallel to the lens axis and, after reflection on the pivotable mirror and lens passage, leaves the lens parallel to the incoming laser beam, in order subsequently to focus on a mirror image meet behind the lens located diffractive optical elements.

Bevorzugt ist der schwenkbare Spiegel als zweiachsiger mikro-elektromechanischer Spiegelscanner ausgestaltet und beispielsweise in einer zweiachsigen kardanischen Aufhängung befestigt.Preferably, the pivotable mirror is configured as a biaxial microelectromechanical mirror scanner and fastened, for example, in a two-axis gimbal.

Mit Hilfe der zweiachsiger Auslenkung von sehr kompakten und kostengünstigen Mikrospiegeln ergibt sich eine besonders kompakte und besonders kostengünstige Konstruktion.With the help of the biaxial deflection of very compact and cost-effective micromirrors results in a particularly compact and very cost-effective design.

Der Spiegel hat bevorzugt einen elektrostatischen, magnetischen oder piezoelektrischen Antrieb. Vorteilhafterweise sind die Drehachsen des Spiegels in ihrer Ausrichtung der Anordnung der DOEs in Zeilen und Spalten angepasst. Die Drehachsen des Spiegels sind bevorzugt im wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtet. Die orthogonalen Achsen kreuzen sich zum Beispiel in einem Raumpunkt und können beispielsweise um einen Winkel von bis zu +/–15° bewegt werdenThe mirror preferably has an electrostatic, magnetic or piezoelectric drive. Advantageously, the axes of rotation of the mirror are aligned in alignment with the arrangement of the DOEs in rows and columns. The axes of rotation of the mirror are preferably aligned substantially orthogonal to each other. The orthogonal axes intersect, for example, in a point in space and can, for example, be moved by an angle of up to +/- 15 °

Der Spiegelscanner kann je nach Auslegung in zwei unterschiedlichen Arten betrieben werden, entweder resonant, d. h. mit einer festen Auslenkungsfrequenz als sogenannter „digital micromirror”, oder analog als sogenannter „analog micromirror” zur Auslenkung auf definierte, feste Scanwinkel in einer Schaltzeit von einigen Millisekunden, wobei für die Erfindung die zweite Betriebsart, das heißt das Umschalten auf viele verschiedene diskrete Positionen, besonders geeignete ist.Depending on the design, the mirror scanner can be operated in two different ways, either resonant, d. H. with a fixed deflection frequency as a so-called "digital micromirror", or analogously as a so-called "analog micromirror" for deflection to defined, fixed scan angle in a switching time of a few milliseconds, for the invention, the second mode, that is switching to many different discrete positions , is particularly suitable.

Bevorzugt sind die diffraktiven optischen Elemente flächenartig als Array angeordnet. Vorteilhafterweise ist die flächige Anordnung von diffraktiven optischen Elementen parallel zur Linse an der dem Spiegel gegenüber liegenden Seite der Linse angeordnet.Preferably, the diffractive optical elements are arranged in a planar array. Advantageously, the planar arrangement of diffractive optical elements is arranged parallel to the lens on the side of the lens opposite the mirror.

Die Linse kann insbesondere als holografische Linse ausgestaltet sein. Es ist aber ebenso möglich, eine herkömmliche lichtbrechende optische Linse zu verwenden.The lens may in particular be designed as a holographic lens. However, it is also possible to use a conventional refractive optical lens.

Die Linse und der Spiegel sind zum Beispiel derart im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet, dass der Laserstrahl nach Durchqueren der Linse auf die Linse zurück gespiegelt wird und diese erneut durchdringt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines der hinter der Linse gelegenen diffraktiven optischen Elemente zu treffen.The lens and the mirror are arranged in the beam path of the laser beam, for example, such that the laser beam is reflected back onto the lens after passing through the lens and penetrates the lens again, in order subsequently to depend on the mirror position on one of the diffractive optical elements located behind the lens hold true.

Bevorzugt ist ein Umlenkspiegel vorgesehen, der auf der Linsenachse angeordnet ist, um den auftreffenden Laserstrahl derart auszurichten, dass er auf der Linsenachse durch das Zentrum der Linse auf den schwenkbaren Spiegel trifft.Preferably, a deflection mirror is provided, which is arranged on the lens axis in order to align the incident laser beam so that it strikes the pivotable mirror on the lens axis through the center of the lens.

Die Lichtquelle umfasst beispielsweise Mittel zur Erzeugung von RGB-Laserstrahlen, die gemeinsam durch die Linse auf den schwenkbaren Spiegel geführt werden. Dadurch ergibt sich eine farbige Bildprojektion.The light source comprises, for example, means for generating RGB laser beams which be passed together through the lens on the pivoting mirror. This results in a colored image projection.

Zur Projektion eines farbigen Musters sind besonders bevorzugt jeweils mehrere diffraktive optische Elemente mit unterschiedlichen Strukturgrößen in enger Nachbarschaft angeordnet. Dadurch können Größenunterschiede bei der Projektion mit verschiedenen Wellenlängen ausgeglichen werden.In order to project a colored pattern, it is particularly preferable in each case to arrange a plurality of diffractive optical elements with different feature sizes in close proximity. As a result, size differences in the projection can be compensated for with different wavelengths.

Die Einrichtung zur Bewegung des Laserstrahls kann zum Beispiel auch mehrere holografische Linsen umfassen, die bevorzugt als Stapel angeordnet sind, wobei jede holografische Linse zur Abbildung einer RGB-Wellenlänge dient und übrige RGB-Wellenlängen weitgehend ohne Beeinflussung durchlässt.The device for moving the laser beam may, for example, also comprise a plurality of holographic lenses, which are preferably arranged as stacks, each holographic lens serving to image an RGB wavelength and transmitting remaining RGB wavelengths largely without interference.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur umschaltbaren Projektion von Bildern oder Informationen auf Flächen in Flugzeugen, Zügen, Warteräumen oder sonstigen Aufenthaltsräumen zur Information von Personen und zur flexiblen optischen Gestaltung, mit diffraktiven optischen Elementen, die beim Auftreffen eines schmalbandigen Lichtstrahls durch Beugung jeweils ein Muster für die Bildprojektion erzeugen, mit den Schritten: Erzeugung des Lichtstrahls für die Bildprojektion, und Bewegung des Lichtstrahls über die diffraktiven optischen Elemente, um nacheinander verschiedene Muster zu erzeugen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Lichtstrahl mit einem schwenkbaren Spiegel über die diffraktiven optischen Elemente bewegt wird, wobei der Spiegel im Fokus einer Linse angeordnet ist, die sich zwischen den diffraktiven optischen Elementen und dem Spiegel befindet, und dass die Linse und der Spiegel derart im Strahlengang des Lichtstrahls angeordnet sind, dass der Lichtstrahl nach Durchqueren der Linse auf die Linse zurück gespiegelt wird und diese erneut durchdringt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines der hinter der Linse gelegenen diffraktiven optischen Elemente zu treffen.The inventive method is used for switchable projection of images or information on surfaces in airplanes, trains, waiting rooms or other lounges for the information of persons and for flexible optical design, with diffractive optical elements which upon impact of a narrow-band light beam by diffraction each have a pattern for the Produce image projection, comprising the steps of: generating the light beam for the image projection, and moving the light beam across the diffractive optical elements to produce successively different patterns. According to the invention, it is provided that the light beam is moved with a pivotable mirror over the diffractive optical elements, wherein the mirror is arranged in the focus of a lens which is located between the diffractive optical elements and the mirror, and in that way the lens and the mirror are arranged in the beam path of the light beam, that the light beam is mirrored after passing through the lens back to the lens and this penetrates again to then meet depending on the mirror position on one of the located behind the lens diffractive optical elements.

Die Linse und der Spiegel sind insbesondere derart im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet, dass der ankommende Laserstrahl die Linse parallel zur Linsenachse durchdringt und nach Reflexion am schwenkbaren Spiegel und erneutem Linsendurchgang die Linse parallel zum ankommenden Laserstrahl verlässt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines der hinter der Linse gelegenen diffraktiven optischen Elemente zu treffen.In particular, the lens and the mirror are arranged in the beam path of the laser beam such that the incoming laser beam penetrates the lens parallel to the lens axis and, after reflection on the pivotable mirror and lens passage, leaves the lens parallel to the incoming laser beam, in order subsequently to focus on a mirror image meet behind the lens located diffractive optical elements.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt.Advantageously, the method is carried out with a device according to the invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren beschrieben, in denenThe invention will be described by way of example with reference to the figures, in which

1 eine Vorrichtung zur umschaltbaren Bildprojektion gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt; 1 shows a switchable image projection apparatus according to a first preferred embodiment of the invention;

2 eine Draufsicht auf ein DOE-Array zeigt; 2 shows a top view of a DOE array;

3 eine Vorrichtung zur umschaltbaren Bildprojektion gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer holografischen Linse zeigt; 3 shows a switchable image projection apparatus according to a second preferred embodiment of the invention with a holographic lens;

4 eine Vorrichtung zur umschaltbaren Bildprojektion gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Projektion mehrfarbiger Bilder zeigt; 4 shows a switchable image projection apparatus according to a third preferred embodiment of the invention for projecting multicolor images;

5 eine Vorrichtung zur umschaltbaren Bildprojektion gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einem Stapel von holografischen Linsen zeigt. 5 shows a switchable image projection apparatus according to a fourth preferred embodiment of the invention with a stack of holographic lenses.

In den verschiedenen Figuren sind Bauteile und Elemente, die im wesentlichen gleiche Funktionen oder Eigenschaften haben, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.In the various figures, components and elements having substantially the same functions or properties are identified by the same reference numerals.

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur umschaltbaren Bildprojektion als eine erste Variante des Aufbaus eines DOE-Projektors mit nur einem monochromatischen Laser 11 als Lichtquelle und mit einer Linse 12 zur Fokussierung des vom Laser 11 erzeugten Laserstrahles 13 auf einen schwenkbaren Mikrospiegel 14. 1 shows a device 10 for switchable image projection as a first variant of the construction of a DOE projector with only a monochromatic laser 11 as a light source and with a lens 12 for focusing the laser 11 generated laser beam 13 on a swiveling micromirror 14 ,

Der Mikrospiegel 14 ist als MEMS-Scanner ausgestaltet. Der Spiegel bzw. Mikrospiegel 14 spiegelt den einfallenden, kollimierten Laserstrahl 13, der auf der optischen Achse der Linse 12 in deren Brennpunkt fokussiert wird, um den doppelten Einfallswinkel zurück. Das Zurückspiegeln erfolgt in der Weise, dass der zurück gespiegelte Laserstrahl 15 nach Durchqueren der Linse 12 den gleichem Durchmesser wie der einfallende Laserstrahl 13 vor dem Durchqueren der Linse 12 hat und mit der optischen Achse der Linse 12 exakt parallel aber in entgegengesetzter Richtung verläuft.The micromirror 14 is designed as a MEMS scanner. The mirror or micromirror 14 reflects the incident, collimated laser beam 13 which is on the optical axis of the lens 12 focused at the focal point, by twice the angle of incidence back. The back mirroring is done in such a way that the back mirrored laser beam 15 after crossing the lens 12 the same diameter as the incident laser beam 13 before crossing the lens 12 has and with the optical axis of the lens 12 exactly parallel but in the opposite direction.

Parallel zur Linse ist eine Vielzahl diffraktiver optischer Elemente 16 (DOEs) als flächenartiges Array auf einem Substrat 17 derart angeordnet, dass der zurückgespiegelte Laserstrahl 15 nach dem Durchqueren der Linse 12 auf die DOE-Fläche trifft.Parallel to the lens is a variety of diffractive optical elements 16 (DOEs) as a planar array on a substrate 17 arranged such that the reflected-back laser beam 15 after crossing the lens 12 meets the DOE surface.

Die aus der Linse 12 und dem Spiegel bzw Mikrospiegel 14 bestehende Anordnung bildet eine Einrichtung 50 zur Bewegung des Lichtstrahls bzw. Laserstrahls 13, 15 über die diffraktiven optischen Elemente 16.The out of the lens 12 and the mirror or micromirror 14 existing arrangement forms a device 50 for moving the light beam or laser beam 13 . 15 over the diffractive optical elements 16 ,

Bei einer Drehung des Scan- oder Mikrospiegels 14 wird der entlang der Linsenachse einfallender Laserstrahl 13 translatorisch über die DOEs 16 auf der Substratfläche in zwei Richtungen bewegt, und zwar so, dass jeder Winkelkoordinate (φi, ψj) eine Ortskoordinate (xi, yj), wie in 1 dargestellt ist, auf dem Substrat 17 entspricht. Beim dem Durchqueren des DOE 16a wird der einfallende Strahl in der Beugungsstruktur in die erwünschte Weise aufgeteilt und umgelenkt. Upon rotation of the scan or micromirror 14 becomes the incident laser beam along the lens axis 13 translational about the DOEs 16 is moved on the substrate surface in two directions, such that each angular coordinate (φ i , ψ j ) is a location coordinate (x i , y j ), as in 1 is shown on the substrate 17 equivalent. When crossing the DOE 16a the incident beam in the diffraction structure is split and deflected in the desired manner.

Mit dieser Anordnung und entsprechender Ansteuerung des Mikrospiegels 14 werden die einzelnen DOEs 16 des Arrays hintereinander in beliebiger Reihenfolge diskret beleuchtet. Dadurch werden die Bilder, die in ihnen gespeichert sind, hintereinander aufgerufen bzw. auf eine in der Figur nicht dargestellte Flache projiziert.With this arrangement and appropriate control of the micromirror 14 become the individual DOEs 16 of the array in a row discretely illuminated in any order. As a result, the images stored in them are called in succession or projected onto a surface not shown in the figure.

Die Vorrichtung 10 zur umschaltbaren Bildprojektion umfasst weiterhin eine Anordnung von Umlenkspiegeln 18a, 18b, die den vom Laser 11 erzeugten schmalbandigen Lichtstrahl zur Linse 12 führen, so dass er auf der Linsenachse bzw. parallel zur Linsenachse die Linse 12 durchdringt. In der hier gezeigten Vorrichtung 10 ist der Umlenkspiegel 18b an einem Fenster 19 befestigt, an einer Position, die auf der Linsenachse liegt. Durch das Fenster 19 verlassen die durch die DOEs 16 gebeugten Lichtstrahlen den Projektor bzw. die Vorrichtung 10.The device 10 for switchable image projection further comprises an arrangement of deflecting mirrors 18a . 18b that from the laser 11 produced narrow-band light beam to the lens 12 lead, so that he on the lens axis or parallel to the lens axis, the lens 12 penetrates. In the device shown here 10 is the deflection mirror 18b at a window 19 attached, at a position that lies on the lens axis. Through the window 19 leave by the DOEs 16 diffracted light beams the projector or the device 10 ,

Durch eine Schaltanordnung oder Spiegelsteuerung, die ein entsprechendes Signal ausgibt und in den Figuren nicht dargestellt ist, wird der Spiegel 14 angesteuert, um die Schwenkbewegungen und dadurch das Umschalten zwischen den DOEs zu bewirken.By a switching arrangement or mirror control, which outputs a corresponding signal and is not shown in the figures, the mirror 14 triggered to cause the pivoting movements and thereby the switching between the DOEs.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Ansteuerung des Spiegels 14 derart, dass das Abbild jedes DOEs in der Projektion in eine randomisierte oder zufallsgesteuerte Bewegung in zwei Achsen versetzt wird. Die Ausschläge dieser Bewegung liegen in der Größenordnung der Rauhigkeit der Oberfläche, die typisch im Bereich von 10 μm bis 100 μm beträgt. Sie liegen aber deutlich unter der Pixelgröße des Bildes des DOEs und der Auflösungsgrenze des Auges an der Projektionswand, d. h. typischerweise deutlich unterhalb der Größenordnung von 1000 μm.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the control of the mirror takes place 14 such that the image of each DOE in the projection is placed in a randomized or randomized motion in two axes. The rashes of this movement are on the order of magnitude of the roughness of the surface, which is typically in the range of 10 μm to 100 μm. However, they are well below the pixel size of the image of the DOE and the resolution limit of the eye on the projection screen, ie typically well below the order of 1000 microns.

Durch diese Bewegung erfolgt eine Ausmittelung von Speckles im Auge des Betrachters. Derartige Bildspeckles entstehen allgemein bei einer Bildprojektion mit Lasern auf ein raue Oberfläche. Das heißt, durch die oben beschriebene spezielle Ansteuerung der Spiegel wird das Entstehen von Bildspeckels aufgrund einer Bildrauhigkeit im Auge des Betrachters gelöst.Through this movement, an averaging of speckles in the eye of the beholder takes place. Such image speckles generally arise in an image projection with lasers on a rough surface. That is, the above-described special control of the mirror, the emergence of image speckles due to image roughness in the eye of the observer is solved.

Die randomisierte zweidimensionale Bewegung über die Bildfläche und damit auch über die Fläche jedes einzelnen DOEs kann durch Überlagerung eines entsprechenden Randomsignals zu dem bereits vorhandenen Signal zur Ansteuerung des Spiegels des 2-Achsen-Mikroscanners mit einfachen elektronischen Mitteln bewerkstelligt werden.The randomized two-dimensional movement over the image surface and thus over the surface of each DOE can be accomplished by superimposing a corresponding Randomsignals to the already existing signal to control the mirror of the 2-axis microscanner with simple electronic means.

2 zeigt eine Draufsicht auf das Array von DOEs 16, die zeilen- und spaltenweise auf dem Substrat 17 angeordnet sind, schematisch ist dargestellt, wie der vom Laser 11 kommende Strahl 13 das Substrat 17 von seiner Vorderseite her an einer Öffnung 4 im Zentrum durchdringt, anschließend an dem hinter dem DOE-Array bzw. Substrat 17 gelegenen schwenkbaren Spiegel 14 reflektiert wird, und dann an dem durch die Spiegelstellung definierten DOE 16a das Substrat 17 von der Rückseite her durchdringt, wobei der Strahl durch das DOE 16a gebeugt wird und ein ausgewähltes Muster zur Bildprojektion erzeugt. 2 shows a top view of the array of DOEs 16 , in rows and columns on the substrate 17 are arranged, is shown schematically as the laser 11 coming beam 13 the substrate 17 from its front at an opening 4 penetrates the center, then behind the DOE array or substrate 17 located pivoting mirror 14 is reflected, and then at the DOE defined by the mirror position 16a the substrate 17 penetrating from the back, with the beam passing through the DOE 16a is diffracted and produces a selected pattern for image projection.

Ein besonderer Vorteil dieser mit DOEs projizierten Laser-Bilder ist, dass sie in jeder beliebigen Entfernung scharf sind. Sie vergrößern sich mit zunehmender Entfernung aufgrund der Winkelspreizung der umgelenkten Strahlen, aber nehmen trotzdem im Auge eines feststehenden Betrachters immer den gleichen Bildwinkel an. Bei einer schiefen Projektion auf glatte Flächen und bei Projektion auf gekrümmte Flächen kann die daraus resultierende Bildverzerrung durch eine Vorverzerrung des Bildes bei der Herstellung der DOEs berücksichtigt werden.A particular advantage of these DOE-projected laser images is that they are sharp at any distance. They increase with increasing distance due to the angular spread of the deflected rays, but still take on the same angle of view in the eye of a fixed observer. With an oblique projection on smooth surfaces and with projection on curved surfaces, the resulting image distortion can be taken into account by a predistortion of the image during the production of the DOEs.

3 zeigt eine weitere Variante des Aufbaus mit einer monochromatischen Lichtquelle 11 bzw. Laserquelle. Dabei ist an Stelle der Linse 12 des in 1 gezeigten Aufbaus eine holografische Linse 22 als DOE zur Strahlbündelung bzw. Strahlformung vorgesehen. Vorzugsweise wird die holografische Linse 22 mit einem Volumen Phasenhologramm als Transmissionsstruktur hergestellt. Dadurch können noch größere Vorteile hinsichtlich des kompakten Aufbaus und der Vereinheitlichung der eingesetzten Techniken erzielt werden. 3 shows a further variant of the structure with a monochromatic light source 11 or laser source. It is in place of the lens 12 of in 1 shown construction a holographic lens 22 provided as DOE for beam focusing or beam shaping. Preferably, the holographic lens becomes 22 made with a volume phase hologram as a transmission structure. As a result, even greater advantages in terms of compact design and standardization of the techniques used can be achieved.

4 zeigt eine weitere Variante des Aufbaus mit drei monochromatischen RGB-Lasern 11 zur Projektion von mehrfarbigen Bildern mit drei DOEs 16r, 16g, 16b unterschiedlicher Strukturgröße für drei RGB-Wellenlängen zur Aufhebung des unterschiedlichen Beugungswinkel in Abhängigkeit der Wellenlänge, und zur Projektion von mehrfarbigen Bildern. 4 shows a further variant of the structure with three monochromatic RGB lasers 11 for the projection of multicolored images with three DOEs 16r . 16g . 16b different structure size for three RGB wavelengths to cancel the different diffraction angle as a function of the wavelength, and for the projection of multicolor images.

Da die Projektion auf Grund von Lichtbeugung stattfindet, bleibt ein Bild bei der Verwendung von unterschiedlichen Laserwellenlängen zwar geometrisch exakt gleich, jedoch nimmt es in seiner Größe – da der Beugungswinkel wellenlängenabhängig ist – bei einem festen Projektionsabstand, zu oder ab. Mit einer gleichzeitigen dreifarbigen Laserbeleuchtung, Rot, Grün und Blau (RGB) entstehen deshalb aus einem DOE exakt gleiche Bilder mit der Skalierung der unterschiedlichen Wellenlängen unterschiedlicher Größe.Since the projection takes place due to light diffraction, an image remains exactly the same geometrically when using different laser wavelengths, but it increases in size - since the diffraction angle is wavelength-dependent - at a fixed projection distance, to or from. With a simultaneous three-color laser illumination, red, green and blue (RGB), therefore, a DOE produces exactly the same images with the scaling of the different wavelengths of different sizes.

Um diesen Effekt bei einer erwünschten Projektion von mehrfarbigen Bildern zu vermeiden, sind, wie in 4 gezeigt, jeweils drei DOEs 16r, 16g, 16b für ein Muster in enger bzw. unmittelbarer Nachbarschaft, aber entsprechend den unterschiedlichen Wellenlängen mit jeweils unterschiedlicher Strukturgröße, als Arrays auf dem gemeinsamen Träger 17 aufgebracht. Im Fernfeld überlagern sich auf Grund der natürlichen Divergenz der farbigen Einzelstrahlen die Strahlen zu einem einheitlichen Bild gleicher Größe für alle Wellenlängen in der Projektion.To avoid this effect in a desired projection of multicolor images, as in 4 shown, three DOEs each 16r . 16g . 16b for a pattern in close or immediate neighborhood, but corresponding to the different wavelengths, each with different structure size, as arrays on the common carrier 17 applied. In the far field, due to the natural divergence of the colored single rays, the rays overlap to form a uniform image of equal size for all wavelengths in the projection.

5 zeigt eine Variante des Aufbaus von 4, wobei die gemeinsame Linse durch einen Stapel 52 von drei holografischen Linsen 22 ersetzt ist, und jede der einzelnen Linsen 22 als Volumen Phasenhologrammen jeweils nur für eine der drei RGB-Wellenlängen zur Abbildung beiträgt und die anderen ohne Beeinflussung durchlässt. 5 shows a variant of the construction of 4 , wherein the common lens through a stack 52 of three holographic lenses 22 is replaced, and each of the individual lenses 22 as volume, phase holograms only contribute to the image for one of the three RGB wavelengths and allow the others to pass through without influencing them.

Es versteht sich von selbst, dass der Strahlengang zwischen DOE- und Mikrospiegel mit einer üblichen Faltung mit Umlenkspiegeln gekürzt werden kann, und dass für die Abbildung von mehrfarbigen Laserstrahlen chromatisch korrigierte Linsen eingesetzt werden können.It goes without saying that the beam path between DOE and micromirrors can be shortened with a conventional convolution with deflecting mirrors, and chromatically corrected lenses can be used for the imaging of multicolor laser beams.

Claims (18)

Vorrichtung zur umschaltbaren Projektion von Bildern oder Informationen auf Flächen in Flugzeugen, Zügen, Warteräumen oder sonstigen Aufenthaltsräumen zur Information von Personen und zur flexiblen optischen Gestaltung der Flächen mit diffraktiven optischen Elementen (16, 16a), die beim Auftreffen eines schmalbandigen Lichtstrahls (13) durch Beugung jeweils ein Muster für die Bildprojektion erzeugen, einer Lichtquelle (11) zur Erzeugung des schmalbandigen Lichtstrahls (13) für die Bildprojektion, und einer Einrichtung (50) zur Bewegung des Lichtstrahls über die diffraktiven optischen Elemente (16, 16a), um nacheinander verschiedene Muster zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (50) zur Bewegung des Lichtstrahls (13) eine Linse (12; 22) und einen im Fokus der Linse (12; 22) angeordneten schwenkbaren Spiegel (14) umfasst, wobei die Linse (12; 22) zwischen dem schwenkbaren Spiegel (14) und den diffraktiven optischen Elementen (16, 16a) angeordnet ist, und dass die Linse (12; 22) und der Spiegel (14) derart im Strahlengang des Lichtstrahls angeordnet sind, dass der Lichtstrahl nach Durchqueren der Linse (12; 22) vom Spiegel (14) auf die Linse zurück gespiegelt wird und diese erneut durchdringt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines (16a) der hinter der Linse (12; 22) gelegenen diffraktiven optischen Elements (16) zu treffen.Device for the reversible projection of images or information on surfaces in airplanes, trains, waiting rooms or other recreation rooms for the information of persons and for the flexible optical design of surfaces with diffractive optical elements ( 16 . 16a ), which hit when a narrow-band light beam ( 13 ) by diffraction each generate a pattern for the image projection, a light source ( 11 ) for generating the narrowband light beam ( 13 ) for image projection, and a device ( 50 ) for moving the light beam via the diffractive optical elements ( 16 . 16a ) to produce successively different patterns, characterized in that the device ( 50 ) for moving the light beam ( 13 ) a lens ( 12 ; 22 ) and one in the focus of the lens ( 12 ; 22 ) arranged pivotable mirror ( 14 ), wherein the lens ( 12 ; 22 ) between the pivoting mirror ( 14 ) and the diffractive optical elements ( 16 . 16a ) and that the lens ( 12 ; 22 ) and the mirror ( 14 ) are arranged in the beam path of the light beam such that the light beam after passing through the lens ( 12 ; 22 ) from the mirror ( 14 ) is mirrored back onto the lens and penetrates it again, in order subsequently to depend on the mirror position on a ( 16a ) behind the lens ( 12 ; 22 ) diffractive optical element ( 16 ) hold true. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (12; 22) und der Spiegel derart im Strahlengang des Lichtstrahls angeordnet sind, dass der ankommende Lichtstrahl (13) die Linse (12; 22) parallel zur Linsenachse durchdringt und nach Reflexion am schwenkbaren Spiegel (14) und erneutem Linsendurchgang die Linse (12; 22) parallel zum ankommenden Lichtstrahl verlässt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines (16a) der hinter der Linse (12; 22) gelegenen diffraktiven optischen Elemente (16) zu treffen.Device according to claim 1, characterized in that the lens ( 12 ; 22 ) and the mirror are arranged in the beam path of the light beam such that the incoming light beam ( 13 ) the Lens ( 12 ; 22 ) penetrates parallel to the lens axis and after reflection on the pivotable mirror ( 14 ) and re-lens passage the lens ( 12 ; 22 ) leaves parallel to the incoming light beam, and then, depending on the mirror position on a ( 16a ) behind the lens ( 12 ; 22 ) diffractive optical elements ( 16 ) hold true. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der schwenkbare Spiegel (14) als zweiachsiger mikro-elektro-mechanischer Spiegelscanner ausgestaltet ist.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the pivotable mirror ( 14 ) is designed as a biaxial micro-electro-mechanical mirror scanner. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schwenkbare Spiegel (14) in einer zweiachsigen kardanischen Aufhängung befestigt ist.Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the pivotable mirror ( 14 ) is mounted in a two-axis gimbal. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (14) einen elektrostatischen, magnetischen oder piezoelektrischen Antrieb aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the mirror ( 14 ) has an electrostatic, magnetic or piezoelectric drive. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen des Spiegels (14) in ihrer Ausrichtung bewegbar sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the axes of rotation of the mirror ( 14 ) are movable in their orientation. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen des Spiegels (14) orthogonal zueinander ausgerichtet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the axes of rotation of the mirror ( 14 ) are aligned orthogonal to each other. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktiven optischen Elemente (16, 16a) flächenartig als Array angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diffractive optical elements ( 16 . 16a ) are arrayed as an array. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (22) als holografische Linse ausgestaltet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the lens ( 22 ) is designed as a holographic lens. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine flächige Anordnung von diffraktiven optischen Elementen (16) parallel zur Linse (12; 22) an der dem Spiegel (14) gegenüber liegenden Seite der Linse (12; 22) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a planar arrangement of diffractive optical elements ( 16 ) parallel to the lens ( 12 ; 22 ) at the mirror ( 14 ) opposite side of the lens ( 12 ; 22 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen Umlenkspiegel (18a, 18b), der auf der Linsenachse angeordnet ist, um den auftreffenden Lichtstrahl (13) derart auszurichten, dass er auf der Linsenachse durch das Zentrum der Linse (12; 22) auf den schwenkbaren Spiegel (14) trifft.Device according to one of the preceding claims, characterized by a Deflection mirror ( 18a . 18b ), which is arranged on the lens axis to the incident light beam ( 13 ) to be aligned on the lens axis through the center of the lens ( 12 ; 22 ) on the pivoting mirror ( 14 ) meets. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (11) Mittel zur Erzeugung von RGB-Laserstrahlen umfasst, die gemeinsam durch die Linse (12; 22) auf den schwenkbaren Spiegel (14) geführt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source ( 11 ) Comprises means for generating RGB laser beams that pass through the lens ( 12 ; 22 ) on the pivoting mirror ( 14 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Projektion eines Musters jeweils mehrere diffraktive optische Elemente (16r, 16b, 16g) mit unterschiedlichen Strukturgrößen in enger Nachbarschaft angeordnet sind, um Größenunterschiede bei der Projektion mit verschiedenen Wellenlängen auszugleichen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for the projection of a pattern in each case a plurality of diffractive optical elements ( 16r . 16b . 16g ) are arranged with different feature sizes in close proximity to compensate for size differences in projection at different wavelengths. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Bewegung des Lichtstrahls mehrere holografische Linsen (22) umfasst, die als Stapel (52) angeordnet sind, wobei jede holografische Linse (22) zur Abbildung einer RGB-Wellenlänge dient und übrige RGB-Wellenlängen weitgehend ohne Beeinflussung durchlässt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device for moving the light beam comprises a plurality of holographic lenses ( 22 ), which can be used as a stack ( 52 ) are arranged, each holographic lens ( 22 ) is used to image an RGB wavelength and transmits other RGB wavelengths largely without interference. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Spiegelsteuerung, die den Spiegel während der Beleuchtung eines DOEs (16a) in eine Bewegung um zwei Achsen versetzt, um durch Bewegen des Abbildes des DOEs (16a) Bildspeckles auszumitteln.Device according to one of the preceding claims, characterized by a mirror controller which controls the mirror during the illumination of a DOE ( 16a ) is moved in a movement about two axes to move by moving the image of the DOE ( 16a ) To average out image speckles. Verfahren zur umschaltbaren Projektion von Bildern oder Informationen auf Flächen in Flugzeugen, Zügen, Warteräumen oder sonstigen Aufenthaltsräumen zur Information von Personen und zur flexiblen optischen Gestaltung der Flächen mit diffraktiven optischen Elementen, die beim Auftreffen eines schmalbandigen Lichtstrahls (13, 15) durch Beugung jeweils ein Muster für die Bildprojektion erzeugen, mit den Schritten: Erzeugung des Lichtstrahls (13, 15) für die Bildprojektion, und Bewegung des Lichtstrahls (13, 15) über die diffraktiven optischen Elemente (16), um nacheinander verschiedene Muster zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl (13, 15) mit einem schwenkbaren Spiegel (14) über die diffraktiven optischen Elemente (16) bewegt wird, wobei der Spiegel (14) im Fokus einer Linse (12; 22) angeordnet ist, die sich zwischen den diffraktiven optischen Elementen (16) und dem Spiegel (14) befindet, und dass die Linse (12; 22) und der Spiegel (14) derart im Strahlengang des Lichtstrahls angeordnet sind, dass der Lichtstrahl nach Durchqueren der Linse (12; 22) auf die Linse vom Spiegel (14) zurück gespiegelt wird und diese erneut durchdringt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines (16a) der hinter der Linse (12; 22) gelegenen diffraktiven optischen Elemente (16) zu treffen.Method for reversibly projecting images or information on aircraft, trains, waiting rooms or other common rooms for the purpose of informing people and for the flexible optical design of the surfaces with diffractive optical elements which, when a narrow-band light beam strikes ( 13 . 15 ) generate a pattern for the image projection by diffraction, with the steps: generation of the light beam ( 13 . 15 ) for the image projection, and movement of the light beam ( 13 . 15 ) via the diffractive optical elements ( 16 ) to produce successively different patterns, characterized in that the light beam ( 13 . 15 ) with a pivotable mirror ( 14 ) via the diffractive optical elements ( 16 ) is moved, wherein the mirror ( 14 ) in the focus of a lens ( 12 ; 22 ) disposed between the diffractive optical elements ( 16 ) and the mirror ( 14 ) and that the lens ( 12 ; 22 ) and the mirror ( 14 ) are arranged in the beam path of the light beam such that the light beam after passing through the lens ( 12 ; 22 ) on the lens of the mirror ( 14 ) is re-mirrored and penetrates again, in order subsequently to depend on the mirror position on a ( 16a ) behind the lens ( 12 ; 22 ) diffractive optical elements ( 16 ) hold true. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (12; 22) und der Spiegel derart im Strahlengang des Lichtstrahls angeordnet sind, dass der ankommende Lichtstrahl (13) die Linse (12; 22) parallel zur Linsenachse durchdringt und nach Reflexion am schwenkbaren Spiegel (14) und erneutem Linsendurchgang die Linse (12; 22) parallel zum ankommenden Lichtstrahl verlässt, um anschließend in Abhängigkeit von der Spiegelstellung auf eines (16a) der hinter der Linse (12; 22) gelegenen diffraktiven optischen Elemente (16) zu treffen.Method according to claim 16, characterized in that the lens ( 12 ; 22 ) and the mirror are arranged in the beam path of the light beam such that the incoming light beam ( 13 ) the Lens ( 12 ; 22 ) penetrates parallel to the lens axis and after reflection on the pivotable mirror ( 14 ) and re-lens passage the lens ( 12 ; 22 ) leaves parallel to the incoming light beam, and then, depending on the mirror position on a ( 16a ) behind the lens ( 12 ; 22 ) diffractive optical elements ( 16 ) hold true. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 durchgeführt wird.A method according to claim 16 or 17, characterized in that it is carried out with a device according to one of claims 1 to 15.
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