DE102007025330A1

DE102007025330A1 - Projektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007025330A1
Application number: DE200710025330
Authority: DE
Inventors: Jan Oliver Drumm; Henning Rehn; Bakuri Lanchava; Wolfgang Pabst; Robert Kraus
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-11

Abstract

Die Projektionsvorrichtung weist mindestens zwei Lichtquellen zur Ausstrahlung jeweiliger Lichtstrahlen und eine Projektionseinrichtung zur Umlenkung der Lichtstrahlen auf eine Projektionsfläche auf, wobei zumindest zwei der Lichtquellen so ausgerichtet sind, dass sie die Lichtstrahlen unter einem vordefinierten Winkel zueinander ausstrahlen. Eine weitere Projektionsvorrichtung weist mindestens zwei Lichtquellen zur kollinearen Ausstrahlung jeweiliger Lichtstrahlen, ein Umlenksystem zur nicht-kollinearen Umlenkung der Lichtstrahlen und eine Projektionseinrichtung zur Umlenkung der nichtkollinearen Lichtstrahlen auf eine Projektionsfläche auf, wobei das Umlenksystem mindestens ein gemeinsames Mikrooptikelement aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung und ein Verfahren zum Projizieren von mindestens zwei Lichtstrahlen auf eine Projektionsfläche.
US 2005/0110954 offenbart eine Projektionsvorrichtung mit einer Vielzahl von Laserstrahlen, die kollinear erzeugt und dann mittels Umlenkspiegeln nicht-kollinear auf einen Scannerspiegel gerichtet werden. Um eine im Wesentlichen gemeinsame Position auf der Projektionsfläche zu beleuchten, werden die nicht-kollinearen Laserstrahlen zueinander zeitlich verzögert abgestrahlt. Diese Projektionsvorrichtung ist vergleichsweise aufwendig und voluminös.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur einfachen und kompakten nicht-kollinearen Projektion von Lichtstrahlen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 und das Verfahren nach Anspruch 14 oder 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Projektionsvorrichtung weist mindestens zwei Lichtquellen zur Ausstrahlung jeweiliger Lichtstrahlen sowie eine Projektionseinrichtung zur Umlenkung der Lichtstrahlen auf eine Projektionsfläche auf. Dabei sind zumindest zwei der Lichtquellen so ausgerichtet, dass sie die Lichtstrahlen unter einem vordefinierten Winkel zueinander ausstrahlen und somit zur Herstellung der Nichtkollinearität keine weiteren opti schen Elemente mehr benötigen. Dadurch kann die Projektionsvorrichtung einfacher, platzsparender und preiswerter ausgelegt werden. Zudem entfallen mögliche Fehlerquellen in der optischen Strahlführung aufgrund von Herstellungstoleranzen der Umlenkoptiken und aufgrund von Betriebseinflüssen wie einer Wärmeentwicklung. Des Weiteren können ohne gezielte Einstellung des Polarisationszustandes beliebig viele Quellen einer Farbe auf den Scannerspiegel gerichtet werden, was ebenfalls zu einem helleren Bildeindruck führen kann.
Die Zahl der Lichtquellen ist nicht beschränkt und kann beispielsweise drei (z. B. für rotes, grünes und blaues Licht; RGB) oder mehr aufweisen. Die Lichtfarben sind jedoch nicht auf RGB beschränkt.
Damit beispielsweise ein akzeptables weißes Licht erzeugt werden kann, muss ein bestimmtes Verhältnis zwischen unterschiedlichen Farben eingehalten werden, z. B. 640 nm (rot) – 53%; 522 nm (grün) – 30%; 450 nm (blau) – 17%. Daher sind unterschiedlich Laserleistungen pro Farbe erforderlich. Durch Verwendung zweier Laserdioden können die einzelnen Laserdioden bei geringer Leistung, entsprechend einem geringen Strom, betrieben werden. Da die Ausgangsleistung die Lebensdauer der Laser beeinflusst, kann insbesondere eine RRBG-Kombination eine höhere Lebensdauer erzielen.
Da es zudem im Allgemeinen technisch aufwändig ist, im blauen Spektralbereich (z. B. bei 450 nm) eine höhere Diodenlaser-Leistung zu erreichen, kann es bei leistungskritischen Anwendungen vorteilhaft sein, zwei oder mehrere blaue Laser zu verwenden (z. B. RGBB oder RRGBB).
Vorzugsweise wird mindestens ein Laserstrahl pro Farbe in nicht-kollinearer Anordnung auf die Projektionseinrichtung geleitet.
Als Licht kann sowohl sichtbares Licht als auch unsichtbares Licht, z. B. Infrarot- oder UV-Licht, verwendet werden.
Eine Verwendung von IR-Licht weist den Vorteil auf, dass durch die im IR-Bereich kodierte Lichtnformation ein sog. aktives Display betrieben werden kann, das lokal auf diese Information durch optische oder elektrooptische Elemente reagiert, und so den erforderlichen Farbeindruck zu erzeugen.
Eine Verwendung von UV-Licht weist den Vorteil auf, dass durch die im UV-Bereich kodierte Lichtinformation ein lumineszierendes Display betrieben werden kann, in dem ein Leuchtstoff durch den UV-Strahl angeregt wird, um den erforderlichen Farbeindruck zu erzeugen.
Als Projektionseinrichtung kann eine bewegliche Vorrichtung mit geeigneter Antriebsart verwendet werden, die zu einer zeitlichen Ablenkung eines Laserstrahls führt. Beispiele umfassen eindimensionale Ablenkspiegel, zweidimensionale Ablenkspiegel und/oder entsprechende Kombinationen aus Ablenkeinheiten. Zweidimensionale Projektionseinrichtungen mit großen Auslenkungswinkeln können z. B. durch eine geeignete Anordnung aus zwei jeweils in einer Dimension ablenkenden Spiegeln realisiert werden, wobei die Spiegel jeweils mit einer festen Winkelgeschwindigkeit um die eigene Achse rotieren. Projektionseinrichtungen mit großen Auslenkungswinkeln können mittels miniaturisierter elektro-mechanischer Systeme (MEMS) realisiert werden (z. B. in Si-Technik). Die großen Auslenkwinkel können hierbei z. B. durch Anlegen einer hohen Trei berspannung und/oder durch Betrieb des MEMS im Vakuum erzielt werden.
Vorteilhafterweise ist ein Winkel zwischen zwei nicht-kollinearen Lichtstrahlen kleiner als ein maximaler mechanischer Auslenkwinkel der Projektionseinrichtung in einer von dem Winkel aufgespannten Ebene, abzüglich 5° bis 15°, insbesondere abzüglich ungefähr 10°. Dazu weist die Projektionseinrichtung vorzugsweise einen großen mechanischen Auslenkwinkel auf. Projektionseinrichtungen mit großen Auslenkwinkeln besitzen den Vorteil, dass auch bei kleinem Abstand zwischen Projektionsvorrichtung ('Projektor') und Projektionsfläche eine große Bilddiagonale möglich ist. Desweiteren besitzen sie den Vorteil, dass dadurch größere Winkel zwischen den Lichtstrahlen der Lichtquellen möglich sind. Unter Verwendung eines Verhältnisses deutlich größer als eins zwischen dem Betrag des vollen Auslenkwinkels der Projektionseinrichtung zu dem Betrag der Winkeldifferenz zweier Lichtstrahlen kann der Helligkeitseindruck der Projektoren durch Verwendung mehrerer Lichtquellen einer Farbe erhöht werden.
Vorzugsweise umfasst die Projektionseinrichtung einen zweidimensionalen Ablenkspiegel (sog. 'Scannerspiegel'). Durch geeignete Bewegung des Scannerspiegels und entsprechend koordinierter Modulation der Lichtquellen wird das Bild auf der Projektionsebene im sog. 'Flying-Spot-Verfahren' erzeugt.
Eine weitere Projektionsvorrichtung weist mindestens zwei Lichtquellen zur kollinearen Ausstrahlung jeweiliger Lichtstrahlen, ein Umlenksystem zur nicht-kollinearen Umlenkung der vorher kollinearen Lichtstrahlen und eine Projektionseinrichtung zur Umlenkung der nicht-kollinearen Lichtstrahlen auf eine Projektionsfläche auf. Das Umlenksystem weist ferner mindestens ein den umzulenkenden Lichtstrahlen gemeinsames Mikrooptikelement auf, z. B. ein Linsenarray, ein phasenveränderndes Element oder ein optisches Element mit einem Brechungsindexgradienten. Mögliche Lichtquellen und Projektionseinrichtungen sind bereits oben ausgeführt.
Zur besonders kompakten Anordnung sind dann zumindest zwei der Lichtquellen gestapelt, z. B. gemeinsam auf einem Chip oder einem Modul.
Für beide Projektionsvorrichtungen ist es vorteilhaft, wenn sie ferner mindestens ein Umlenkelement zur Umlenkung zumindest eines der Lichtstrahlen zwischen der Lichtquelle und der Projektionseinrichtung dergestalt aufweisen, dass der zumindest eine Lichtstrahl gefaltet wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind mindestens ein Strahlgang eines blauen Lichtstrahls und ein Strahlgang eines roten Lichtstrahls gefaltet ausgeführt, wobei ein Strahlgang eines grünen Lichtstrahls nicht gefaltet ausgeführt ist. Dadurch kann der grüne Laser unter vorteilhafter Raumausnutzung angeordnet werden, da ein grüner Laser bis jetzt bauartbedingt meist nicht so stark miniaturisiert werden kann wie ein blauer oder roter Laser. Blaue und rote Laser sind beispielsweise als Halbleiterlaser erhältlich.
In einer alternativen Ausgestaltung sind vorzugsweise alle Lichtstrahlen gefaltet ausgeführt.
Es ist zur präzisen Ausrichtung der Bildpunkts vorteilhaft, wenn die Lichtquellen Laserquellen sind, z. B. Laserdioden.
Der resultierende Versatz der Bildpunkte für die einzelnen Lichtstrahlen in der Bildfläche wird vorzugsweise durch eine Phasenverschiebung, insbesondere eine Phasenverschiebung der Lasermodulation, ausgeglichen.
In den folgenden Ausführungsbeispielen wird die Erfindung schematisch anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei werden, wo sinnvoll, gleiche oder ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt skizzenhaft eine erste Ausführungsform einer Projektionsvorrichtung;
2 zeigt skizzenhaft eine zweite Ausführungsform einer Projektionsvorrichtung;
3 zeigt skizzenhaft eine dritte Ausführungsform einer Projektionsvorrichtung;
4 zeigt skizzenhaft eine vierte Ausführungsform einer Projektionsvorrichtung;
5 zeigt eine Projektionsfläche mit drei örtlich versetzten Einzelstrahl-Bildpunkten;
6 zeigt ein Blockdiagramm einer Bildpunktversatzkorrektur;
7 zeigt einen Aufbau einer projektorinternen Bildpunktpositionsbestimmung;
8 zeigt eine Anordnung zur Auflösung einer Winkelabweichung; und
9 zeigt ein Schema einer hardwaretechnischen Umsetzung der Bildpunktversatzkorrektur.
1 zeigt skizzenhaft eine Ausführungsform einer Projektionsvorrichtung 1, die drei jeweils angewinkelt zueinander ausgerichtete Laserquellen aufweist, nämlich eine rot strahlenden Laserdiode 2, eine grün strahlende Laserdiode 3 und eine blau strahlende Laserdiode 4. Durch die angewinkelte Orientierung der Laser 2, 3, 4 stehen auch die von ihnen jeweils ausgestrahlten Laserstrahlen 5, 6, 7 unter vordefinierten Winkeln zueinander, sind also nicht-kollinear. In diesem Beispiel wird der Winkel zwischen dem roten Lichtstrahl 5 und dem grünen Lichtstrahl 6 mit α1 bezeichnet, und derjenige zwischen dem grünen Lichtstrahl 6 und dem blauen Lichtstrahl 7 mit α2. Die Lichtstrahlen 2, 3, 4 treffen ohne weitere Ablenkung nicht-kollinear auf einen Scannerspiegel 8, der, wie durch den Pfeil und die gepunktete Linie angedeutet, in der Betrachtungsebene um einen betriebsbedingten maximalen mechanischen Auslenkwinkel β verschwenkbar ist.
Dabei ist das gezeigte Ausführungsbeispiel nur zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit in einer Ebene dargestellt. Allgemein können die Laserdioden 2, 3, 4 beliebig zueinander orientiert angeordnet sein. Zudem können auch mehrere Laserquellen 2, 3, 4 pro Farbe verwendet werden, wobei die Farben nicht auf rot, grün und blau beschränkt sein müssen. Zur Formung von Strahleigenschaften können zudem ein oder mehrere im Strahlengang platzierte optische Elemente, wie Linsen, Kollimatoren usw. verwendet werden (ohne Abbildung).
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist für die Winkelabweichungen αi zwischen zwei Strahlen 5, 6, 7 folgende Bedingung er füllt: Die Summe der Winkelabweichungen αi zwischen zwei Strahlen 5, 6, 7 ist kleiner als der betriebsbedingte maximale mechanische Auslenkwinkel β des Scannerspiegels 8 minus 10°, also Σ αi = β–10°. Diese Bedingung gilt für die Betrachtung in einer Ebene und ist auf eine senkrecht zu dieser Ebene stehende zweite Ebene analog übertragbar.
2 zeigt skizzenhaft eine Projektionsvorrichtung 13 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese beinhaltet nun eine Faltung zweier Strahlengänge 10, 11 für die rote Laserdiode 2 bzw. die blaue Laserdiode 4. Dazu werden für die einzelnen Laserstrahlen 10, 11 separate Umlenkelemente, wie Spiegel 12, verwendet. In einer alternativen Ausführungsform können Umlenkspiegel 12 beispielsweise für eine bzw. zwei andere Farben verwendet werden. Die gezeigte Anordnung kann kompakter als diejenige aus 1 aufgebaut werden.
3 zeigt skizzenhaft eine Projektionsvorrichtung 13 gemäß einer dritten Ausführungsform, bei der nun eine Umlenkung der Lichtstrahlen, hier aller Lichtstrahlen 14, 15, 16, durch ein einzelnes Spiegel-Array 17 mit identisch ausgeführten und angeordneten Einzelspiegeln 18 erfolgt. Auch hier ist die Anordnung der Lichtquellen 2, 3, 4 nicht auf eine Ebene beschränkt, sondern kann auch zweidimensional erfolgen.
4 zeigt skizzenhaft eine Projektionsvorrichtung 13 gemäß einer vierten Ausführungsform mit gestapelten Laserquellen, nämlich einer roten Laserquelle 2 und einer grünen Laserquelle 4. Diese können z. B. als Barren oder 'Submounts' gestapelt auf einem gemeinsamen Chip oder Modul untergebracht sein. Jedoch kann die Projektionsvorrichtung 13 allgemein auch drei oder mehrere Laserquellen als Submounts umfassen, darunter auch eine grüne Laserquelle.
Die Strahlformung und Richtungslenkung der Laserstrahlen 20, 21 auf den Scannerspiegel 8 erfolgt durch ein in den Strahlengang eingebrachtes mikrooptisches Element 22, z. B. ein Linsenarray, ein phasenveränderndes Element oder ein optisches Element mit Brechungsindexgradienten. Durch das mikrooptische Element 22 werden die zunächst von den Lasern 2, 4 kollinear ausgesandten Lichtstrahlen 20, 21 unter einem Winkel α3 nichtkollinear zueinander abgelenkt und nichtkollinear auf den Scannerspiegel 8 gestrahlt. Da geeignete grüne Laserquellen noch nicht preisgünstig als stapelbare Laserquellen verfügbar sind, wird eine grüne Laserquelle (ohne Abbildung) vorzugsweise ohne weitere Ablenkung nichtkoillinear zu den anderen Lichtstrahlen 20, 21 auf den Scannerspiegel 8 gerichtet sein.
Die oben genannten Ausführungsbeispiele weisen die Vorteile auf, dass sie keine optischen Elemente benötigen, die einen definierten Spektralbereich durchlassen und einen zweiten Spektralbereich reflektieren. Dies hat den Vorteil, dass optische Verluste minimiert werden können und dadurch ein hellerer Bildeindruck am Schirm entsteht. Des Weiteren können ohne Beachtung des Polarisationszustandes beliebig viele Quellen einer Farbe auf den Scannerspiegel gerichtet werden, was ebenfalls zu einem helleren Bildeindruck führen kann. Durch die nicht-kollineare Strahlführung besteht zudem die Möglichkeit, einen Laser-Projektor mit kleinen Abmessungen aufzubauen. Des Weiteren kann dieser Laser-Projektor durch den Verzicht auf eine kollineare Strahlführung mit geringerem Fertigungsaufwand hergestellt werden, da der Aufwand für die kollineare Justage (typischerweise in der Dimension von Mikrooptiken) entfällt. Zudem wird eine Abbildungsgenauigkeit erhöht.
5 zeigt skizzenhaft eine Projektionsfläche 101 mit drei örtlich versetzten Einzelstrahl-Bildpunkten, anhand derer im folgenden ein Beispiel zur Ermittlung des Versatzes von Einzelstrahl-Bildpunkten 102, 103 und 104 auf der Projektionsfläche 101 gegeben wird. Der Versatz ergibt sich aus der Nicht-Kollinearität der Einzelstrahlen. Um brauchbare Bildinformationen zu übertragen, muss die Modulation der einzelnen Laser-Quellen phasenverschoben bezüglich eines Referenzstrahls erfolgen. Die drei Punkte 102, 103, 104 haben bei beispielsweise einer Wahl des roten Referenzpunktes 102 als Referenzpunkt jeweils Abweichungen in zwei Richtungen. Der Bildpunkt 103 weicht von Punkt 102 in x und y-Richtung um 103_x bzw. 103_y ab. Ebenso weist der Bildpunkt 104 eine Abweichung 104_x in x-Richtung und 104_y in y-Richtung von dem Referenzpunkt 102 auf. Aus diesen kartesischen Abweichungen 103_x, 103_y, 104_x, 104_y (Projektionsabweichungen) können Winkelabweichungen ermittelt werden. Beispielsweise führt die Annahme, dass ein Pixelversatz um eine Zeile und eine Spalte bei einer Auflösung von 1024 × 768, einer Projektionsentfernung von 1,5 m und einer Bildgröße von 42 cm × 29,7 cm zu einer Winkelabweichung von 0,015° in der Zeile und 0,016° in der Spalte.
Aus den Winkelabweichungen kann wiederum eine Phasenverschiebung der Lichtstrahlen voneinander ermittelt werden. Die Phasenverschiebung bezieht sich auf die elektronischen Signale zur Ansteuerung der jeweiligen Lichtstrahlen. Werden die elektronischen Signale der jeweiligen Lichtstrahlen um die ermittelte Phasenverschiebung moduliert, was eine zeitliche Verzögerung der einzelnen Lichtstrahlen bedeutet, kann der gewünschte versatzlose Farbeindruck auf der Projektionsfläche 101 wiederhergestellt werden.
6 zeigt ein Blockdiagramm einer Bildpunktversatzkorrektur mittels Messung der Winkelabweichung zwischen Lichtstrahlen und einer Einstellung, insbesondere Regelung, der jeweiligen Phasenverzögerung ('Online Beam Position Control'; OBPC). Der folgende Ablauf wird separat für jeden Lichtstrahl durchgeführt, wobei die Reihenfolge (z. B. bzgl. einer Laser-Farbe) der Bildpunktspositionsmessung exemplarisch gewählt wurde.

(S1–S3) Messung der Bildpunktposition bei mindestens einer bekannten Spiegelstellung und/oder Messung der Spiegelstellung bei einer bekannten Bildpunktposition für die, hier: drei, Lichtstrahlen rot (S1), grün (S2) und rot (S3).
(S4) Ermittlung des Referenzbildpunkts (jeweils für x- und y-Richtung separat),
(S5) Berechnung der Winkelabweichung, und daraus folgend
(S6) Berechnung der Phasenverschiebung bezüglich eines Nichtreferenz (Slawe-)bildpunkts, wie es als solches dem Fachmann bekannt ist,
(S7) Korrektur des Bildpunktversatzes durch elektronische Phasenverschiebung der Slavemodulation im Scan-Betrieb, und folgend
(S8) ein übliches Betreiben des Projektors.

Die Schritte S1 bis S3 und S4 bis S6 können sowohl während des Projektionsbetriebs ('online') als auch außerhalb des Projektionsbetriebs ('offline') erfolgen.
Im Folgenden werden je zwei Ausführungsbeispiele im "Online-" und "Offline"-Betrieb der Schritte S1–S3 aus 6 (Messung) beschrieben. "Offline-Betrieb" bedeutet hierbei, dass zu diesem Zeitpunkt zwar Strahlung den Projektor in Richtung Bildebene verlassen kann, jedoch keine vom User gewünschte Bildinformation übertragen wird, z. B. in der Startphase. "Online-Betrieb" bedeutet eine Durchführung während des Projektions-Betriebs.
Im Folgenden werden die Arbeitsschritte zweier projektorinternen Anordnungen/Verfahren zur Messung der Bildpunktposition anhand von 7 zunächst im "Offline-Betrieb" ausgeführt. Die Verfahren unterscheiden sich durch die Wahl des zur Positionsbestimmung notwendigen Referenzpunktes.
Die beispielhafte Bildpunktausmessung S1 bis S3 mit ortsfestem Detektor und variabler Spiegelstellung im "Offline"-Betrieb umfasst vorzugsweise die folgenden Schritte, und zwar zunächst bei einem Laserbetrieb nur einer Farbe entsprechend einer konstanten Laserleistung:

– Einklappen eines Umlenkspiegels oder semi-transparenten Spiegels 23 in den im Laserbetrieb erzeugten Strahlengang 24;
– Strahlführen in Richtung eines Detektors 25, evtl. mit Blende 27 und Optik 26 (siehe 8);
– Bewegen des Scannerspiegels 8 solange, bis der Detektor 25 ein maximales Signal anzeigt;
– Messen der Position der statischen Spiegelstellung des Scannerspiegels 8, und zwar durch:
– bauteilinterne Messung: z. B. kapazitiv, mittels Messfingern, etc., oder durch
– externe Messung: z. B. durch Bestrahlung des Spiegels 8 mit einem weiterem Laser (vorzugsweise mit einer Anordnung transversal zu den Projektionsstrahlen) und Messen der Position auf einem positionsempfindlichen Detektor, z. B. einem Detektor-Array (ohne Abbildung);
– evtl. Messung einer zweiten Bildpunktposition, vorzugsweise mit einem zweiten Detektor (ohne Abbildung).

Die anderen Lichtstrahlen werden analog zu den obigen Schritten ausgemessen.
Der Ablauf für eine variable Detektorposition und eine definierte Spiegelstellung umfasst vorzugsweise die folgenden Arbeitsschritte, und zwar zunächst bei einem Laserbetrieb nur einer Farbe entsprechend einer konstanten Laserleistung:

– Einklappen eines Umlenkspiegels oder semi-transparenter Spiegels 23 in den Strahlengang 24;
– Strahlführen in Richtung eines ortsauflösenden Detektors 25, z. B. eines Detektor-Arrays, unter Zuhilfenahme z. B. von Blende 27 und Optik 26 (siehe 8);
– Bewegen des Scannerspiegels 8 in eine definierte Position;
– Messen der sich ergebenden Bildpunktposition mittels des Detektors 25 unter Beachtung einer Bildpunktsgröße (siehe auch 8);
– evtl. Messung einer zweiten Bildpunktposition (zweite Spiegelstellung notwendig).

Die anderen Lichtstrahlen werden analog zu den obigen Schritten ausgemessen.
Bei einer Messstrecke im Projektor von z. B. 50 mm ist ein Detektor 25 der Größe (bzw. eine Blende entsprechenden Durchmessers vor dem Detektor 25 bzw. bzw. eine Pixelgröße) von 15–20 μm notwendig, um die Winkelabweichung nach der obigen Annahme auflösen zu können.
Zur Verbesserung der Messgenauigkeit können vor dem Detektor 25 die Fokussierlinse 26 und die Blende 27 verwendet werden (siehe 8). Die Linse 26 ist insbesondere vorteilhaft, falls die Laserstrahlen 24 nach dem Scannerspiegel einen Strahldurchmesser d von deutlich größer als 20 μm aufweisen.
Im Folgenden wird ein Messverfahren der Farbbildpunktposition im „Online-Betrieb" näher beschrieben:
Im Unterschied zu den obigen "Offline"-Verfahren ist der Umlenkspiegel 23 im Online-Verfahren semitransparent und dauerhaft installiert. Desweiteren sind alle Farben gleichzeitig in Betrieb. Zur Trennung der Farben werden entsprechende Filter (Farbrad, etc..) oder diffraktive Elemente (ohne Abbildungen) in Verbindung mit einem Detektor für jede Farbe verwendet. Analog zu den "Offline"-Verfahren können auch hier die zwei Varianten verwendet werden. Im Unterschied zu den "Offline"-Verfahren müssen jedoch mehrere Messungen gemittelt werden, um Messfehler zu minimieren, da während des Betriebes jede Farbe moduliert wird und dadurch Messfehler entstehen können.
Der Ablauf für einen ortsfesten Detektor und eine variable Spiegelstellung umfasst vorzugsweise die folgenden Arbeitsschritte:

– Erzeugen eines Triggersignals, wenn der Detektor 25 ein maximales Signal anzeigt;
– Messen der Position der Spiegelstellung, durch:
a) Bauteilinterne Messung, z. B. kapazitiv, mit Messfinger, etc.; und/oder durch
b) Externe Messung, z. B. Bestrahlung des Spiegels 8 mit einem weiterem Laser in einer Anordnung vorzugsweise transversal zu den Projektionsstrahlen und Messung der Position auf einem positionsempfindlichen Detektor 25.
– evtl. Messung einer zweiten Bildpunktposition (weiterer Detektor notwendig; ohne Abb.)
– Messung der anderen Lichtstrahlen analog zu den obigen Schritten.

Der Ablauf für eine variable Detektorposition und ein definierte Spiegelstellung im "Online"-Betrieb umfasst vorzugsweise die folgenden Arbeitsschritte:

– Erzeugen eines Triggersignals, wenn sich der Scannerspiegel 8 in einer definierten Position befindet;
– Messen der Bildpunktposition mittels Detektor-Array 25 (Pixelgröße beachten)
– evtl. Messung einer zweiten Bildpunktposition (zweite Spiegelstellung notwendig)
– Messen der anderen Lichtstrahlen analog zu den obigen Schritten.

9 zeigt schematisch den Hardware-Aufbau zur OBPC. Als zentrales Steuerungselement dient hierbei ein Mikrocontroller 201, der über schreibende Datenleitungen mit einer Video-Elektronik 202 (Befehl: Elektronik An/Aus), einem Scanner-Treiber 203 (Befehl: Spiegel-Position), Verzögerungsgliedern 204 (Befehl: Größe der Verzögerung), jeweils für eine Farbe von hier: rot, grün und blau, und Lasertreibern 205 (Befehl: Laser An/Aus) jeweils für eine entsprechende Farbe verbunden ist. Der Mikrocontroller 201 ist über lesende Datenleitungen mit einem Scannerspiegel 206 (Positionsangabe), einem Detektor 207 (Signalhöhe) und der Video-Elektronik 202 (Video An/Aus) verbunden. Die Verzögerungsglieder 204 sind hier exemplarisch vereinzelt von der Videoelektronik 202 dargestellt. Sie können aber auch in diese integriert sein.
Der Mikrocontroller steuert die Bestimmung der Bildpunkt- und/oder Spiegelpositionen für jede Farbe, berechnet die sich daraus ergebenden Phasenverschiebungen, und gibt entsprechende Steuerungssignale an die Verzögerungsglieder 204 weiter, welche den zugehörigen Lasertreiber 203 entsprechend einstellen, welcher wiederum den zugehörigen Laser 208 treibt.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. So können statt Laserdioden auch andere Laserquellen, oder auch Nicht-Laserquellen wie LEDs oder Glühlampen, eingesetzt werden.

1: Projektionsvorrichtung
2: Laserdiode
3: Laserdiode
4: Laserdiode
5: Lichtstrahl
6: Lichtstrahl
7: Lichtstrahl
8: Scannerspiegel
9: Projektionsvorrichtung
10: Strahlengang
11: Strahlengang
12: Umlenkspiegel
13: Projektionsvorrichtung
14: Lichtstrahl
15: Lichtstrahl
16: Lichtstrahl
17: Spiegelarray
18: Einzelspiegel
19: Projektionsvorrichtung
20: Lichtstrahl
21: Lichtstrahl
22: mikrooptisches Element
23: Spiegel
24: Strahlengang
25: Detektor
26: Optik
27: Blende
101: Projektionsfläche
102: Einzelstrahl-Bildpunkt
103: Einzelstrahl-Bildpunkt
103_x: Abweichung
103_y: Abweichung
104: Einzelstrahl-Bildpunkt
104_x: Abweichung
104_y: Abweichung
201: Mikrocontroller
202: Videoelektronik
203: Scannertreiber
204: Verzögerungsglied
205: Lasertreiber
206: Scannerspiegel
207: Detektor
208: Laser
α1: Winkel zwischen Lichtstrahlen
α2: Winkel zwischen Lichtstrahlen
α3: Winkel zwischen Lichtstrahlen
β: maximaler mechanischer Auslenkwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2005/0110954 [0002]

Claims

Projektionsvorrichtung (1, 9, 13) mit mindestens zwei Lichtquellen (2, 3, 4) zur Ausstrahlung jeweiliger Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16) und einer Projektionseinrichtung (8) zur Umlenkung der Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16) auf eine Projektionsfläche (101), wobei zumindest zwei der Lichtquellen (2, 3, 4) so ausgerichtet sind, dass sie die Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16) unter einem vordefinierten Winkel (α1, α2) zueinander ausstrahlen.
Projektionsvorrichtung (19) mit mindestens zwei Lichtquellen (2, 4) zur kollinearen Ausstrahlung jeweiliger Lichtstrahlen (20, 21), einem Umlenksystem (22) zur nicht-kollinearen Umlenkung der Lichtstrahlen (20, 21) und einer Projektionseinrichtung (8) zur Umlenkung der nicht-kollinearen Lichtstrahlen (20, 21) auf eine Projektionsfläche (101), wobei das Umlenksystem (22) mindestens ein den Lichtstrahlen gemeinsames Mikrooptikelement (22) aufweist.
Projektionsvorrichtung (19) nach Anspruch 2, bei der zumindest zwei der Lichtquellen (2, 4) gestapelt sind, insbesondere eine rote Laserdiode (2) und eine blaue Laserdiode (4).
Projektionsvorrichtung (19) nach Anspruch 2 oder 3, ferner aufweisend mindestens eine weitere Lichtquelle, insbesondere einen grünen Laser, zur nicht-kollinearen Ausstrahlung ihres Lichtstrahls auf die Projektionseinrichtung (8) unter Umgehung des Umlenksystems (22).
Projektionsvorrichtung (1, 9, 13, 19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Summe der Winkel (α1, α2; α3) zwischen den Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21) kleiner ist als ein maximaler mechanischer Auslenkwinkel (β) der Projektionseinrichtung (8) in einer von dem Winkel aufgespannten Ebene, abzüglich 5° bis 15°, insbesondere abzüglich ungefähr 10°.
Projektionsvorrichtung (1, 9, 13, 19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Projektionseinrichtung ein Scannerspiegel (8) ist.
Projektionsvorrichtung (1, 9, 13, 19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend mindestens ein Umlenkelement (12, 17, 18) zur Umlenkung zumindest eines der Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21) zwischen der Lichtquelle (2, 3, 4) und der Projektionseinrichtung (8) so, dass zumindest ein Strahlengang eines Lichtstrahls (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21) gefaltet ist.
Projektionsvorrichtung (1, 9, 13, 19) nach Anspruch 7, bei der mindestens ein Strahlengang eines blauen Lichtstrahls (11; 16) und ein Strahlengang eines roten Lichtstrahls (10; 14) gefaltet sind und ein Strahlengang eines grünen Lichtstrahls (6) nicht gefaltet ist.
Projektionsvorrichtung (1, 9, 13, 19) nach Anspruch 7, bei der die Strahlengänge aller Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21) gefaltet sind.
Projektionsvorrichtung (1, 9, 13, 19) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der das Umlenkelement (17) ein Feld identischer Einzelumlenkelemente (18) aufweist.
Projektionsvorrichtung (1, 9, 13, 19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Lichtquellen (2, 3, 4) Laserquellen sind.
Projektionsvorrichtung (1, 9, 13, 19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Steuervorrichtung zur Phasenverzögerung der Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21).
Projektionsvorrichtung (1, 9, 13, 19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die mindestens zwei Lichtquellen drei Lichtquellen (2, 3, 4) des RGB-Farbmusters, vier Lichtquellen des RRGB-Farbmusters oder vier Lichtquellen des RGBB-Farbmusters aufweisen.
Verfahren zum Projizieren von mindestens zwei Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16) aus jeweiligen Lichtquellen (2, 3, 4) auf eine Projektionsfläche (101) mittels einer die Lichtstrahlen umlenkenden Projektionseinrichtung (8), wobei die Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16) von den Lichtquellen (2, 3, 4) unter einem vordefinierten Winkel (α1, α2; α3) zueinander ausgestrahlt werden.
Verfahren zum kollinearen Ausstrahlen mindestens zweier Lichtstrahlen (20, 21) von jeweiligen Lichtquellen (2, 4), wobei die Lichtstrahlen (20, 21) folgend nicht-kollinear abgelenkt werden und dann nicht-kollinear auf eine Projektionsfläche (101) umgelenkt werden, wobei die Lichtstrahlen (20, 21) mittels mindestens eines gemeinsamen Mikrooptikelements (22) nicht-kollinear abgelenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem zumindest ein weiterer Lichtstrahl von einer jeweiligen Lichtquelle zu den anderen Lichtrahlen (20, 21) nicht-kollinear ausgesandt wird, wobei dieser zumindest eine Lichtstrahl durch das Mikrooptikelement (22) nicht abgelenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem mindestens ein roter Lichtstrahl (20) und ein blauer Lichtstrahl (21) mittels des Mikrooptikelements (22) abgelenkt werden und ein grüner Lichtstrahl nicht mittels des Mikrooptikelements (22) abgelenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Winkel (α1, α2; α3) zwischen zwei Lichtstrahlen kleiner ist als ein maximaler mechanischer Auslenkwinkel (β) der Projektionseinrichtung (8) in einer von dem Winkel aufgespannten Ebene, abzüglich 5° bis 15°, insbesondere abzüglich ungefähr 10°.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21) mittels eines Scannerspiegels (8) auf die Projektionsfläche (101) umgelenkt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Lichtstrahl (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21) gefaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem mindestens ein blauer Lichtstrahl (7; 21) und ein roter Lichtstrahl (5; 20) gefaltet werden und ein grüner Lichtstrahl nicht gefaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem alle Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11;14, 15, 16; 20, 21) gefaltet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem die Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21) mittels eines Feldes (17) identischer Einzelumlenkelemente (18) gefaltet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei dem die Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10,11; 14, 15, 16; 20, 21) Laserlichtstrahlen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, bei dem zumindest einer der Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21) phasenverzögert wird, um einen Versatz der Lichtstrahlen (5, 6, 7; 10, 11; 14, 15, 16; 20, 21) auf der Projektionsfläche (101) auszugleichen.