DE102007025328A1

DE102007025328A1 - Projektor

Info

Publication number: DE102007025328A1
Application number: DE102007025328A
Authority: DE
Inventors: Jan Oliver Drumm
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: US7817324B2; US20080297876A1; DE102007025328B4

Abstract

Der Projektor weist eine intensitätsmodulierbare Lichtquelle zur Aussendung eines Lichtstrahls auf eine Projektionsfläche auf, sowie einen der Lichtquelle nachgeschalteten optischen Schalter zur Intensitätsmodulation des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahls und eine Steuereinheit zur Steuerung einer Intensitätsmodulation der Lichtquelle und des optischen Schalters.

Description

In vielen Laserprojektoren werden Laserstrahlen der Grundfarben RGB durch einen zweidimensionalen Ablenkspiegel (sog. Scannerspiegel) auf eine Projektionsfläche gelenkt. Durch geeignete Bewegung des Scannerspiegels und eine entsprechend koordinierte zeitliche Intensitätsvariation der Laserquellen wird ein Bild auf einer Projektionsebene erzeugt (sog. "Flying-Spot-Verfahren").
In miniaturisierten RGB-Laser-Projektoren werden zur Erzeugung des roten und blauen Farbanteils Diodenlaser verwendet. Zur Erzeugung des grünen Farbanteils wird vorwiegend infrarote Laserstrahlung mittels optisch nichtlinearer Verfahren in grüne Strahlung konvertiert. Typische Vertreter sind Laser vom Typ DPSSL („diode pumped solid state laser") oder OPSL („optically pumped semiconductor laser"). In den genannten Lasertypen wird die Frequenzkonversion je nach Ausführung resonatorintern oder resonatorextern durchgeführt. Eine weitere Möglichkeit der Erzeugung grüner Laserstrahlung besteht in der Verwendung so genannter „Upconversion-Fiber-Laser". Bei diesen Lasern wird mittels einer 2-Photonen-Absorption von Infrarot-Laserstrahlung ein energetisch geeignetes Energieniveau besetzt, welches über stimulierte Emission zur Erzeugung von grüner Laserstrahlung führt. Faserlaser können im weitesten Sinne den DPSSL zugeordnet werden. In jüngsten Weiterentwicklungen der Faserlaser können diese auch mittels blauer Laserdioden (400 nm–480 nm) angeregt werden (Fa. Sumita).
Aufgrund des Bewegungs-/Zeitverhaltens, z. B. einer sinusähnlichen Oszillation, des Scannerspiegels in beiden Achsen wer den die gleich großen Bildpunkte örtlich gesehen je nach Position auf der Projektionsfläche unterschiedlich lang beleuchtet. Beispielsweise beträgt bei einer Auflösung von 640 × 480 Bildpunkten und Scanfrequenzen von fx = 28 kHz in x-Richtung und fy = 1200 Hz in y-Richtung die Beleuchtungsdauer des Bildpunkts in der Bildmitte etwa 17 ns. Dies ist die Zeitdauer des am kürzesten beleuchteten Bildpunkts.
Daraus folgt, dass zur Erzielung der geforderten Bildauflösung eine zeitliche Intensitätsvariation der Laser mit definierter Bandbreite notwendig ist. Für das oben genannte Beispiel ergibt sich eine notwendige Intensitätsvariationsbandbreite von mindestens 60 MHz. Für höhere Auflösungen oder Bildwiederholraten ist eine entsprechend höhere Intensitätsvariationsbandbreite notwendig.
Mit Diodenlasern (roter und blauer Laser) sind Intensitätsvariationsbandbreiten durch Variation des Betriebsstromes (im Folgenden Amplitudenmodulation genannt) im GHz-Bereich möglich. Für den grünen Laser ist aufgrund von atomaren Lebensdauern und optischen Laufzeiten der Photonen im Resonator die Amplitudenmodulationsbandbreite beschränkt. Die Amplitudenmodulationsbandbreite liegt für miniaturisierte grüne OPSL im Bereich der oben angegebenen 60 MHz. Allerdings kommt es im oberen Frequenzbereich zu deutlichen Signalverzerrungen. Für miniaturisierte grüne DPSSL liegt die Amplitudenmodulationsbandbreite unterhalb 1 MHz. Aus diesen Gründen werden die grünen Laser nur vergleichsweise selten im Amplitudenmodulationsbetrieb betrieben
Meist werden grüne Laser im Dauerstrichbetrieb (kontinuierlich) betrieben, und die Intensitätsvariation erfolgt dann dem Laser nachgeschaltet mittels eines optisch wirksamen Schalters, z. B. eines akusto-optisches Modulators (AOM) oder eines elektrooptischen Modulators (EOM). Eine solche Anordnung weist den Nachteil auf, dass der grüne Laser unabhängig vom Bildinhalt und der Bildpunktposition mit der maximalen Leistungsaufnahme betrieben wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum energiesparenden Betrieb einer Lichtquelle mit geringer Bandbreite, insbesondere eines grünen Lasers, in einem Projektor auch mit hoher Bildauflösung und hoher Bildqualität bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Projektor nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere den Unteransprüchen entnehmbar.
Der Projektor weist eine amplitudenmodulierbare Lichtquelle (z. B. einen Laser) zur Aussendung eines Lichtstrahls auf eine Projektionsfläche auf, ferner mindestens einen der Lichtquelle nachgeschalteten optischen Schalter (z. B. einen EOM oder AOM) zur Intensitätsmodulation des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahls und eine Steuereinheit zur Steuerung einer Intensitätsmodulation der Lichtquelle und des optischen Schalters (z. B. eine Videoelektronik, die ein RGB-Eingangssignal in geeignete Ansteuersignale umwandelt).
Diese Ausgestaltung erlaubt den Aufbau eines energiesparenden Projektors mit hoher Bildauflösung und hoher Bildqualität auch bei Einsatz von intensitätsbandbreitenbeschränkten Lichtquellen, da eine gesamte Modulation des Lichtstrahls auf eine Modulation der Lichtquelle selbst und eine Modulation des Lichtstrahls mittels des mindestens einen optischen Schalters aufgeteilt werden kann. Dadurch wird insbesondere die Modulation der Lichtquelle vereinfacht. Insgesamt ergibt sich so eine Energieeinsparung, da die Lichtquelle, insbesondere ein grüner Laser, nicht mehr im Dauerbetrieb arbeiten muss. Zudem ist die Modulationsbandbreite der Lichtquelle nun auch für eine hohe Bildauflösung und hohe Bildqualität ausreichend.
In anderen Worten liegt eine Kombination zweier Mechanismen der zeitlichen Variation des optischen Ausgangssignals der Lichtquelle vor. Einerseits erfolgt eine erste zeitliche Intensitätsvariation insbesondere durch Amplitudenmodulation der Lichtquelle selbst im Bereich der möglichen Modulationsbandbreite. Andererseits erfolgt mindestens eine weitere zeitliche Intensitätsvariation durch den mindestens einen nachgeschalteten optischen Schalter.
Bevorzugt wird insbesondere ein Projektor, bei dem die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den optischen Schalter dergestalt zu steuern, dass der durch den optischen Schalter geführte Lichtstrahl mit einer Bildinformation moduliert ist, und dazu eingerichtet ist, die Lichtquelle dergestalt zu steuern, dass der von ihr ausgesandte Lichtstrahl mit einer Dimmfunktion moduliert ist. Diese Variante ermöglicht es insbesondere, dass die Intensitätsbandbreite der Lichtquelle zur Erzeugung hochauflösender Bilder ausreicht, da die Modulation der Bildinformation in der Regel eine höhere Bandbreite benötigt als die Aufmodulation der Dimmfunktion.
Bevorzugt wird ein Projektor, bei dem die Dimmfunktion eine Funktion einer gleichen, insbesondere maximalen, Energiedichte bezogen auf einen hellsten Bildpunkt umfasst. Dadurch kann eine durch die Beleuchtungsgeometrie bedingte Helligkeitsvariation eines auf die Projektionsfläche projizierten Bildes ausgeglichen werden, insbesondere auf einem maximal hellen Pegel.
Um eine beliebige Helligkeitsverteilung des Bildes einstellen zu könne – beispielsweise zur Erzeugung eines bestimmten optischen Effekts wie einer Randverdunkelung – umfasst die Dimmfunktion vorzugsweise eine Funktion einer veränderlich einstellbaren Energiedichteverteilung.
Um eine Helligkeitsauflösung zu maximieren, umfasst die Dimmfunktion vorzugsweise eine Funktion einer Gesamtbildhelligkeit.
Bevorzugt wird ferner ein Projektor, bei dem die Bildinformation eine Graustufeninformation pro Bildpunkt umfasst.
Durch die obigen Ausführungsformen läßt sich eine bessere Bildqualität und eine Energieeinsparung insbesondere bei Verwendung eines bandbreitenbeschränkten Lasers erreichen. Insbesondere lässt sich die 'globale' Bildhelligkeitsinformation, welche vergleichsweise wenig Bandbreite zu ihrer Darstellung benötigt, über den Laser abbilden. Der, typischerweise schnell schaltende, optische Schalter kann dann vollständig zur Erzielung einer erhöhten Bildqualität verwendet werden. Die Energieeinsparung ergibt sich unter anderem dadurch, dass der Laser amplitudenmoduliert wird und nicht im Dauerstrich gefahren wird. Da die Bildhelligkeitsinformation über den Laser aufmoduliert wird, lassen sich insbesondere bei dunklen Bildern hohe Energieeinsparungen erzielen.
Vorzugsweise umfasst der optische Schalter einen akustooptischen Modulator oder einen elektrooptischen Modulator.
Das Verfahren zum Projizieren eines von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahls auf eine Projektionsfläche weist die folgenden Schritte auf: Modulieren der Lichtquelle zum Modulieren einer Intensität des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtstrahls und Modulieren des Lichtstrahls mittels eines der Lichtquelle nachgeschalteten optischen Schalters.
Bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem der Schritt des Modulieren der Lichtquelle ein Modulieren mit einer Dimmfunktion umfasst und der Schritt des Modulieren des Lichtstrahls mittels des der Lichtquelle nachgeschalteten optischen Schalters ein Modulieren mit einer Bildinformation, insbesondere in einem Graustufenbereich, umfasst.
Bevorzugt wird ferner ein Verfahren, bei dem der Schritt des Modulieren der Lichtquelle ein Modulieren mit einer Funktion einer maximalen Energiedichte, einer Funktion einer veränderlich einstellbaren Energiedichteverteilung und/oder einer Funktion einer Gesamtbildhelligkeit umfasst.
Vorteilhafterweise umfasst die Lichtquelle einen bandbreitenbeschränkten Laser, insbesondere einen grünen Laser, und/oder der optische Schalter umfasst einen akustooptischen Modulator oder einen elektrooptischen Modulator.
Bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem der von der Lichtquelle ausgesandte Lichtstrahl mit einer Dimmfunktion (mit typischerweise eher geringer Bandbreite) moduliert wird und der durch den optischen Schalter geführte Lichtstrahl mit einer Bildinformation (mit typischerweise eher höherer Bandbreite) moduliert wird.
In dem folgenden Ausführungsbeispiel wird die Erfindung schematisch genauer ausgeführt. Dabei weisen gleiche oder gleichwirkende Merkmale gleiche Bezugszeichen auf.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Laserprojektors mit amplitudenmoduliertem Laser;
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Laserprojektors mit optischem Schalter;
3 zeigt eine Auftragung einer eindimensionalen Energiedichte in beliebigen Einheiten gegen einen Bildpunktsort;
4 zeigt eine zweidimensionale Kantendimmfunktion als Auftragung einer Laserintensität in beliebigen Einheiten gegen eine Zeit in s;
5 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Projektors.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Projektors PS1 mit amplitudenmodulierter Lichtquelle. Der Projektor PS1 weist eine bildverarbeitende Steuereinheit (Videoelektronik) 1 auf, die eine örtliche Intensitäts- und Farbinformation des darzustellenden Bildes (z. B. ein RGB-Eingangssignal) in ein zeitlich veränderliches Spannungssignal transformiert. Das Spannungssignal wird in Form eines zeitlich diskreten und in digitaler Form vorliegenden Vektors erzeugt, der zu jedem Zeitschritt eine geeignete Spannungsinformation enthält. Dieser Vektor wird über einen Laseransteuerungssignalpfad SL an einen Digital-/Analog-Wandler 2 übertragen, der den Vektor in ein analoges Spannungssignal umgewandelt. Danach wird das analoge Spannungssignal durch einen Spannungs-Strom-Wandler als Lasertreiber 3 in ein Stromsignal transformiert. Der Laser 4 setzt das Stromsignal in das gewünschte optische Laserintensitätssignal um. Eine zeitliche Intensitätsvariation des vom Laser 4 ausgegebenen Lichtstrahls erfolgt durch Modulation seines Betriebsstroms ('Amplitudenmodulation'). Der von Laser 4 ausgegebene Lichtstrahl wird auf den Scannerspiegel 5 gestrahlt und von diesem auf eine Projektionsfläche abgelenkt. Der Antrieb eines dem Laser 4 nachgeschalteten Scannerspiegels 5 erfolgt durch geeignete Spannungssignale, die von der Videoelektronik 1 erzeugt und gegebenenfalls verstärkt werden (Spiegelansteuerungssignalpfad SU). Bei zeitlicher Übereinstimmung der Auslenkung des Scannerspiegels 5 mit der zeitlichen Intensitätsvariation des jeweiligen Lasers 4 entsteht das gewünschte Bild auf der Projektionsebene. Dabei beschreibt ein Bildpunkt ('Spot') eines vom Laser 4 ausgesandten Laserstrahls eine definierte Trajektorie auf der Projektionsebene, z. B. eine Lissajous-Figur oder eine Zeilenabrasterung.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Projektors PS2 mit einer dem Laser nachgeschalteter Strahlabschwächung.
Im Falle dieser nachgeschalteten Intensitätsvariation des Laserstrahls durch einen geeigneten optischen Schalter 6 wird ebenfalls in einer bildverarbeitenden Elektronik (Videoelektronik) 1 ein zeitlich diskreter und in digitaler Form vorliegender Vektor erzeugt, der zu jedem Zeitschritt eine geeignete Spannungsinformation enthält. Dieser Spannungs-/Zeitvektor steuert nun einen optischen Schalter 6, der für den betrachteten Zeitschritt die Intensität eines durch diesen durchgeführten Lichtstrahls einstellt (Schalteransteuerungssignalpfad SO), nämlich ungeschwächt hindurchlässt oder abschwächt.
Die Intensitätsregelung im betrachteten Zeitintervall kann dabei beispielsweise durch zeitlich konstante Abschwächung der Laserintensität oder durch Pulsweitenmodulation (Zeitschaltung der Transmission) eines digitalen Schalters 6 erfolgen. Der optische Schalter 6 kann z. B. einen akustooptischen Modulator oder einen elektrooptischen Modulator umfassen. Der Laser 4 wird vom Lasertreiber 3 im Dauerstrichbetrieb betrieben.
3 zeigt eine Auftragung einer eindimensionalen Energiedichteverteilung in x-Richtung in beliebigen Einheiten gegen einen Bildpunktsort am Beispiel einer reinen Sinusbewegung eines Scannerspiegels mit einer Scanfrequenz von fx = 28 kHz und einer Bildpunktauflösung von 640.
Aufgrund des Bewegungs-/Zeitverhaltens einer hier sinusähnliche Oszillation des Scannerspiegels in beiden Achsen werden die auf der Projektionsfläche abgebildeten, gleich großen Bildpunkte je nach der örtlichen Lage des Bildpunkts unterschiedlich lange beleuchtet. Mit Sinusbewegung des Spiegels ist die Oszillation eines Laserstrahls auf der Projektionsfläche gemeint, wobei der (gedachte) Strahl parallel zum Lot der Spiegeloberfläche ausgestrahlt wird mit x(t) = x0·sin(2π·fx·t). Reale Spiegelbewegungen weichen zumeist von der idealen Sinusbewegung ab. Dabei sind alle möglichen Bewegungsformen des Scannerspiegels grundsätzlich einsetzbar, z. B. als: rotierender Spiegel, statisch bewegender Spiegel, sinusähnlich bewegender Spiegel, und so weiter.
Eine für alle Bildpunkte definiert eingestellte, insbesondere konstante, Energiedichte kann durch geeignete zeitliche Intensitätsvariation des die Projektionsfläche bestrahlenden Lichtstrahls erzeugt werden. Im Folgenden wird zunächst eine mögliche Methode für eine geeignete zeitliche Intensitätsvariation an einem eindimensionalen Beispiel erläutert und anschließend auf zwei Dimensionen erweitert.
4 zeigt eine zweidimensionale Kantendimmfunktion als Auftragung einer Laserintensität in beliebigen Einheiten gegen eine Zeit t in s am Beispiel von reinen Sinusbewegungen eines Scannerspiegels mit Scanfrequenzen von fx = 28 KHz in x-Richtung und fy = 1200 Hz in y-Richtung.
Um eine am Ort des Bildpunkts konstante Energiedichte zu erhalten, wird die Laserintensität des den Bildpunkt beleuchteten Lichtstrahls vorzugsweise zeitlich proportional zum Betrag der Ableitung der Bewegungs-/Zeitfunktion des Scannerspiegels variiert. Diese zeitliche Intensitätsvariation wird im Folgenden kurz mit 'Kantendimmung' bezeichnet.
Für zweidimensionale Bewegungen des Scannerspiegels ergibt sich eine Gesamtkantendimmung aus der Überlagerung (hier: Multiplikation) der horizontalen und vertikalen Kantendimmfunktion. Dabei ist die Intensität des Laserstrahls in der Bildmitte nicht verringert/gedimmt, da dort der Bildpunkt mit der geringsten Energiedichte vorliegt.
Die vom Laser abgestrahlte Energie entspricht der Fläche unter der Dimmfunktion und ist damit erheblich geringer als im Dauerstrichbetrieb.
Durch Überlagerung (hier: Multiplikation) weiterer Dimmfunktionen kann eine beliebige zweidimensionale Energiedichteverteilung eingestellt werden, z. B. mit zum Bildrand hin abfaltender Energiedichte zur Hervorrufung eines bestimmten opti schen Effekts oder eine konstante Intensitätsabsenkung für einen 'optischen Standbybetrieb', und so weiter.
Der darzustellende Bildinhalt wird entsprechend der zeitlichen Spiegelposition durch zeitliche Graustufenvariation der Energiedichteverteilung erzeugt.
Die erläuterte Bilderzeugung ist auf alle Lichtstrahlen des Projektors anwendbar.
Zur Verdeutlichung des Bildentstehungsprozesses sind die funktionalen Zusammenhänge im Folgenden genauer aufgeführt. Im Einzelnen wird exemplarisch eine Gesamtintensitätsvariation Mges eingeführt. Mges beschreibt die gesamte Intensitätsvariation des Laserstrahls und ist eine Variation der maximalen kontinuierlichen Laserleistung P0, der Scanfrequenz fx in x-Richtung, der Scanfrequenz in y-Richtung und der Zeit t. Im Einzelnen lässt sich Mges zusammengesetzt darstellen aus

– der maximalen kontinuierlichen Laserleistung P0,
– einer maximalen horizontalen Kantendimmfunktion Kdim_x = zur Erzeugung einer konstanten Energiedichte in x-Richtung, die abhängig von fx und t ist, also Kdim_x = Kdim_x(fx, t);
– einer maximalen horizontalen Kantendimmfunktion Kdim_y = zur Erzeugung einer konstanten Energiedichte in y-Richtung, die abhängig von fy und t ist, also Kdim_y = Kdim_y(fx, t); (Kdim_x·Kdim_y) stellt dann eine maximale Energiedichte bezogen auf einen hellsten Bildpunkt eines darzustellenden Bildes dar, sie ist insbesondere aus den geometrischen Randbedingungen des Projektors ableitbar;
– ggf. einer zusätzliche Dimmfunktion Dim_zus zur Erzeugung einer beliebigen Energiedichteverteilung mit Dim_zus = Dim_zus(fx, fy, t);
– einer Bildinhaltsinformation Gs entsprechend einer Graustufenabstufung in Bezug auf eine Energiedichtverteilung, mit Gs = Gs(fx, fy, t).

Die Funktion Gs kann zusätzlich in die Anteile Gs_max und Gs_rel unterteilt ist. Die Funktion Gs_max ist eine Funktion der Bildwiederholrate t_bwh und enthält den maximalen Grauwert eines (Teil)Bildes, das mit der Bildwiederholrate t_bwh aufzubauen ist. In anderen Worten stellt Gs_max die Gesamtbildhelligkeit bezogen auf den hellsten Bildpunkt dar. Die Zeiteinheit t_bwh kann hierbei die Gesamtbildwiederholrate, z. B. 50 Hz, oder aber, speziell bei scannenden Laserprojektoren, die Teilbildaufbaurate darstellen, die dem doppelten der Frequenz fy entspricht.
Die Funktion Gs_rel ist eine Funktion der Zeit t und der Zeiteinheit t_bwh. Die Funktion Gs_rel beschreibt die relative zeitliche Graustufenvariation bezogen auf die maximale Graustufe. Gs_rel stellt die Bildinformation digital oder in Graustufen, z. B. von 0 bis 255, dar. Durch Einstellung von Gs_max kann Gs_rel mit maximaler Auflösung ausgestaltet werden. Weist beispielsweise der maximale Helligkeitswert eines Bildes den Wert 122 (aus einem Bereich [0, ..., 255]) auf, so kann Gs_max das maximale Verhältnis zur theoretisch größten Helligkeitsstufe darstellen, z. B. 122/255. Dann kann Gs_max die Werte [0, ..., 255] annehmen, was die Auflösung erhöht.
Die Gesamtintensitätsvariation lässt sich somit darstellen als Mges = P0·Kdim_x·Kdim_y [·Dim_zus]·Gs_max·Gs_rel.
Während die Dimmfunktionen Kdim_x, Kdim_y, und ggf. Dim_zus, zusammen mit der Maximalgrauwertfunktion Gs_max eine 'globale' Helligkeitsverteilung der Projektionsfläche einstellen, welche zu Ihrer Darstellung eine vergleichsweise geringe Bandbreite benötigt, stellt die relative Maximalgrauwertfunktion Gs_rel die Bildinhaltsinformation, also die darzustellende, bildpunktsbezogene 'logische' Information (z. B. Text, Bilder), ein.
5 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Projektors PN. Wie in 1 weist der Projektor PN eine bildverarbeitende Steuereinheit (Videoelektronik) 1 auf, die örtliche Intensitäts- und Farbinformation des darzustellenden Bildes (RGB-Eingangssignal) in ein entsprechendes zeitlich veränderliches Spannungssignal umwandelt, das mittels eines Digital-/Analog-Wandlers 2 in ein analoges Spannungssignal umgewandelt, welches wiederum mittels eines Lasertreiber 3 in ein Stromsignal transformiert. Der Laser 4 setzt dieses Stromsignal in das gewünschte optische Laserintensitätssignal um, wobei eine zeitliche Intensitätsvariation der Laserstrahls durch Modulation seines Betriebsstroms ('Amplitudenmodulation') erfolgt (Signalpfad SL). Der Laserstrahl wird dann zu einem Scannerspiegel 5 geführt, dessen Antrieb über den Signalpfad SU durch geeignete Spannungssignale erfolgt, die von der Videoelektronik 1 erzeugt und gegebenenfalls verstärkt werden.
Anstatt jedoch, wie in 1 gezeigt, den vom Laser 4 ausgegebenen Lichtstrahl direkt (bzw. durch strahlformende Optiken, wie Linsen, Kollimatoren usw.) auf den Scannerspiegel 5 zu strahlen, ist zwischen Laser 4 und Scannerspiegel 5 ein optischer Schalter 6 zur nachgeschalteten Intensitätsvariation des Laserstrahls analog zur Ausführungsform nach 2 geschaltet. Die Steuerelektronik/Videoelektronik 1 steuert zudem über den Signalpfad SO den optischen Schalter 6, der für den betrachteten Zeitschritt die Intensität des durch diesen durchgeführten Lichtstrahls einstellt, nämlich ungeschwächt hindurchlässt oder abschwächt, z. B. durch zeitlich konstante Abschwächung der Laserintensität oder durch Pulsweitenmodulation (Zeitschaltung der Transmission).
Der Laser 4 kann ein grüner Laser vom Typ DPSSL oder OPSL sein. Der grüne Laser 4 kann dabei in einem RGB-Lasermodul integriert oder diskret in den Projektor eingebaut sein. Das Blockdiagramm ist exemplarisch für einen Laser 4 gezeigt, ist aber auf beliebig viele Laser erweiterbar.
Bei dem Projektor PN erfolgt daher nun sowohl eine erste zeitliche Intensitätsvariation des grünen Lasers 4 durch Amplitudenmodulation des Laser 4 im Bereich einer definierten Modulationsbandbreite, als auch eine zweite zeitliche Intensitätsvariation durch den optischen Schalter 6. Die Steuerelektronik 1 berechnet dazu aus dem eingehenden Bildinformationssignal zwei geeignete Spannungs/Zeit-Vektoren A und B, die über den Signalpfad SL an den Digital/Analog-Konverter 2 bzw. über den Signalpfad SO an den optischen Schalter 6 gesandt werden. Diese Aufspaltung geschieht so, dass die oben eingeführte Gesamtintensitätsvariationsfunktion Mges in zwei Teilfunktionen A und B aufgespalten wird, entsprechend Mges = A·Bmit

A: = Mges = P0·Kdim_x·Kdim_y[·Dim_zus]·Gs_max,
B: = Gs_rel

Während A eine 'globale' Helligkeitsverteilung der Projektionsfläche beschreibt, die sich auch durch Laser 4 mit geringer Intensitätsvariationsbreite, wie vom Typ DPSSL der OPSL, darstellen lässt, wird die Bildinhaltsinformation, also die darzustellende, bildpunktsbezogene 'logische' Information (z. B. Text, Bilder), durch den optischen Schalter eingestellt.
Im Gegensatz zur rein laseramplitudenmodulierten Ausführungsform nach 1 lassen sich hochauflösende Bilder mit hoher Bildqualität projizieren. Im Gegensatz zur optisch geschalteten Ausführungsform nach 2 lässt sich ein energiesparender Projektor aufbauen, da der bandbreitenbeschränkte Laser nicht im Dauerstrichbetrieb betrieben wird, sondern seine Ausgangsleistung moduliert wird.
Die Aufspaltung der zeitlichen Intensitätsvariation in zwei Durchführungsmechanismen kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch auf die roten und blauen Laserdioden angewendet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn das System aus Lasertreiber plus Laser bandbreitenbeschränkt ist. Zwar kann die Treiberelektronik für den roten und blauen Laser von technischer Seite derart ausgelegt werden, dass die gewünschte Bildauflösung (= Modulationsbandbreite) erzielt werden kann, allerdings kann ein System aus bandbreitenbegrenztem Treiber plus Laser plus aufgespalteter zeitlicher Intensitätsvariation kostengünstiger ausfallen.

1: Steuereinheit
2: Digital-/Analog-Wandler
3: Lasertreiber
4: Laser
5: Scannerspiegel
6: optische Schalter
A: Intensitätssteuerfunktion
B: Intensitätssteuerfunktion
PN: Projektor
PS1: Projektor
PS2: Projektor
SL: Signalpfad zum Laser
SO: Signalpfad zum optischen Schalter
SU: Signalpfad zum Scannerspiegel

Claims

Projektor (PN) mit – einem amplitudenmodulierbaren Laser (4) zur Aussendung eines Lichtstrahls auf eine Projektionsfläche, – einem dem amplitudenmodulierbaren Laser (4) nachgeschalteten optischen Schalter (6) zur Intensitätsmodulation des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahls und – einer Steuereinheit (1) zur Steuerung einer Intensitätsmodulation der Lichtquelle (4) und des optischen Schalters (6).
Projektor (PN) nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit (1) dazu eingerichtet ist, den optischen Schalter (6) dergestalt zu steuern, dass der durch den optischen Schalter (6) geführte Lichtstrahl mit einer Bildinformation (B) moduliert ist, und dazu eingerichtet ist, die Lichtquelle (4) dergestalt zu steuern, dass der von ihr ausgesandte Lichtstrahl mit einer Dimmfunktion (A) moduliert ist.
Projektor (PN) nach Anspruch 2, bei dem die Dimmfunktion (A) eine Funktion einer maximalen Energiedichte (Kdim_x·Kdim_y) bezogen auf einen hellsten Bildpunkt umfasst.
Projektor (PN) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Dimmfunktion (A) eine Funktion einer veränderlich einstellbaren Energiedichteverteilung (Dim_zus) umfasst.
Projektor (PN) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Dimmfunktion (A) eine Funktion einer Gesamtbildhelligkeit (Gs_max) umfasst.
Projektor (PN) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Bildinformation (A) eine Graustufeninformation pro Bildpunkt (Gs_rel) umfasst.
Projektor (PN) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtquelle ein bandbreitenbeschränkter Laser, insbesondere ein grüner Laser (4), ist.
Verfahren zum Projizieren eines von einer Lichtquelle (4) ausgesandten Lichtstrahls auf eine Projektionsfläche, das die folgenden Schritte aufweist: – Modulieren der Lichtquelle (4) zum Modulieren einer Intensität des von der Lichtquelle (4) ausgestrahlten Lichtstrahls und – Modulieren des Lichtstrahls mittels eines der Lichtquelle nachgeschalteten optischen Schalters (6).
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Modulieren der Lichtquelle (4) ein Modulieren mit einer Dimmfunktion umfasst und der Schritt des Modulieren des Lichtstrahls mittels des der Lichtquelle nachgeschalteten optischen Schalters (6) ein Modulieren mit einer Bildinformation (B), insbesondere in einem Graustufenbereich, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Schritt des Modulieren der Lichtquelle (4) ein Modulieren mit einer Funktion einer maximalen Energiedichte (Kdim_x·Kdim_y), einer Funktion einer veränderlich einstellbaren Energiedichteverteilung (Dim_zus) und/oder einer Funktion einer Gesamtbildhelligkeit (Gs_max) umfasst.