-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft einen Laserprojektor mit wenigstens einer Laserquelle, mittels welcher ein Laserstrahl abstrahlbar ist. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren, bei welchem mittels wenigstens einer Laserquelle ein beleuchteter Bereich auf einer Projektionsfläche erzeugt wird. Ein Laserprojektor der genannten Art ist beispielsweise aus der
WO 2009/051720 A1 bekannt.
-
Mittels eines Laserprojektors können auf einer Projektionsfläche, beispielsweise einer Leinwand oder einer Zimmerwand, Bildinformationen angezeigt werden. Hierzu weist der Laserprojektor dann beispielsweise drei oder sechs Laserquellen auf, aus deren Licht für die Anzeige benötigten Farben gemischt werden können. Um mittels der Laserquellen weißes Licht zu erzeugen, werden die Farben der Laserquellen entsprechend überlagert, etwa mittels einer entsprechenden Kombinationsoptik (Beam Combining Optics). Um den aus den Laserstrahlen der einzelnen Laserquellen gebildeten gemeinsamen Laserstrahl dann auf die Projektionsfläche zu lenken, lässt sich beispielsweise ein Scanner-Spiegel verwenden, mittels welchem der gemeinsame Laserstrahl zweidimensional ausgerichtet werden kann. Die Laserstrahlen werden hierzu durch den elektromechanisch beweglichen Scanner-Spiegel abgelenkt. Ein solcher Spiegel kann beispielsweise mittels einer mikroelektro-mechanischen Anordnung (MEMS – Micro-Electro-Mechanical-System) ausgerichtet werden.
-
Laserquellen stellen eine Alternative zu Leuchtmitteln dar, die nichtkohärentes Licht auf der Grundlage einer Gasentladung oder mittels einer Glühwindel erzeugen. Problematisch bei der Verwendung von Laserquellen kann allerdings sein, dass ein menschlicher Betrachter auf der Projektionsfläche in einem mittels einer Laserquelle beleuchteten Bereich ein als Specklemuster, Lichtgranulation oder kurz Speckle bezeichnetes Interferenzphänomen wahrnimmt. Hierbei sieht der Betrachter trotz gleichmäßiger Ausleuchtung des Bereichs keine gleichmäßig ausgeleuchtete Fläche, sondern es erscheinen innerhalb des Bereichs stets dunkle Flecken, ähnlich einem Bildrauschen. Hervorgerufen wird der Speckle durch eine Interferenz von benachbarten Lichtstrahlen des auf die Projektionsfläche treffenden Laserstrahls, nachdem sie an einzelnen Streuzentren der Projektionsfläche zurück in den Raum gestrahlt wurden und sich hierbei überlagern. Die Interferenz ist, anders als bei Gasentladungslampen oder Glühlampen, bei Laserquellen aufgrund von der Kohärenz der Teilstrahlen des Laserstrahls möglich.
-
Stand der Technik
-
In der oben genannten Druckschrift ist zur Vermeidung des Speckle-Phänomens in einem Strahlengang eines Laserstrahls einer Laserquelle eine bewegliche Linse angeordnet, mit der der Laserstrahl zum einen fokussiert, und zum anderen aber auch kontinuierlich in einem für einen Betrachter nicht wahrnehmbaren Maße hin- und hergeschwenkt wird. Ein mittels dieses Laserprojektors erzeugtes Bild steht somit nicht still, sondern wird derart kontinuierlich auf der Projektionsfläche mit hoher Frequenz hin- und herverschoben, dass die Entstehung eines Speckle-Interferenzmusters auf der Netzhaut eines menschlichen Betrachters aufgrund von deren Reaktionsträgheit vermieden wird. Nachteilig bei dieser Anordnung ist allerdings, dass die für das periodische Verschwenken der Linse nötige Mechanik sehr aufwendig und damit in der Herstellung teuer ist. Zudem lässt sich eine solche Mechanik nicht derart miniaturisieren, dass die Linse auch in einem so genannten Pico-Projektor verwendet werden könnte, für den ansonsten Laserquellen als Leuchtmittel besonders geeignet wären.
-
Darstellung der Erfindung
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Laserprojektor die Erzeugung eines beleuchteten Bereichs auf einer Projektionsfläche zu ermöglichen, bei dem ein Betrachter einen zumindest verminderten Speckle-Interferenzeffekt wahrnimmt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mittels eines Laserprojektors auf einer Projektionsfläche einen beleuchteten Bereich zu erzeugen, bei dem ein Betrachter einen verminderten Speckle-Interferenzeffekt wahrnimmt.
-
Der erfindungsgemäße Laserprojektor weist wenigstens eine Laserquelle auf, mittels welcher in zunächst bekannter Weise ein Laserstrahl zum Erzeugen eines beleuchteten Bereichs auf einer Projektionsfläche abstrahlbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Laserprojektor ist bei wenigstens einer der Laserquellen allerdings im Strahlengang des Laserstrahls eine Phasen-Versatz-Einrichtung angeordnet. Mittels dieser Einrichtung werden Phasen von parallel ausgerichteten Teilstrahlen des Laserstrahls gegeneinander verschoben, wenn der Laserstrahl die Phasen-Versatz-Einrichtung durchdringt. Die Phasen-Versatz-Einrichtung weist hierzu für die einzelnen Teilstrahlen jeweils Ausbreitungspfade auf, deren optische Weglängen sich unterscheiden. Unter einer optischen Weglänge ist hierbei diejenige Weglänge zu verstehen, die Licht in Vakuum in der gleichen Zeit zurücklegen würde, die es für einen Weg durch ein Medium der Phasen-Versatz-Einrichtung benötigt. Unterschiedliche optische Weglängen ergeben sich somit für zwei Teilstrahlen eines Laserstrahls, indem diese Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex durchdringen oder indem ein Körper unterschiedlich dicke Abschnitte aufweist und hierbei die einzelnen Teilstrahlen den Körper an den unterschiedlich dicken Stellen durchdringen. Im letzteren Fall kann auch mit einem Material mit homogenen Brechungsindex erreicht werden, dass die Teilstrahlen nach Durchdringen des Körpers bei gleicher zurückgelegter geometrischer Weglänge unterschiedliche optische Weglängen zurückgelegt haben.
-
Um mittels der wenigstens einen Laserquelle des Laserprojektors einen beleuchteten Bereich auf einer Projektionsfläche zu erzeugen wird also mittels zumindest einer Laserquelle des Projektors ein Laserstrahl erzeugt und dann die Phasen von benachbarten Teilstrahlen des Laserstrahls gegeneinander verschoben. Hierdurch wird erreicht, dass die einzelnen Teilstrahlen des Laserstrahls, die unmittelbar bei Austritt aus der Laserquelle räumliche (transversale) Kohärenz aufweisen, also in eine sich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls erstreckenden Ebene phasengleiche Wellenfronten bilden, nach dem Verschieben einen für die Speckle-Abschwächung signifikanten Phasenunterschied aufweisen. Auf der Projektionsfläche wird dann der beleuchtete Bereich durch Projizieren dieses Laserstrahls erzeugt. Bei dem erfindungsgemäßen Projektor und aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zum Erzeugen des Laserstrahls mit phasenverschobenen Teilstrahlen nicht nötig, die Kollinearität der Teilstrahlen des Laserstrahls zu zerstören. Mit anderen Worten bleiben die Teilstrahlen des Laserstrahls parallel zueinander ausgerichtet.
-
Der erfindungsgemäße Laserprojektor und das erfindungsgemäße Verfahren weisen den Vorteil auf, dass sich ein Interferenzeffekt, wie er sich durch die Reflexion an der Projektionsfläche ergeben kann, durch gezieltes Verschieben der Phasen einzelner Teilstrahlen eines Laserstrahls abschwächen und günstigstenfalls sogar aufheben lässt. Die Phasen-Versatz-Einrichtung lässt sich dabei an eine entsprechende Oberflächenstruktur einer Projektionsfläche anpassen, wenn beispielsweise bekannt ist, dass mittels des Laserprojektors Projektionen stets auf einem bestimmten Leinwandtyp mit bekannter Oberflächenrauheit erzeugt werden.
-
Um für einzelne Teilstrahlen unterschiedliche optische Weglängen bereitzustellen, sind auf der Grundlage der oben geschilderten Bedingungen eine Vielzahl von Ausführungsformen der Phasen-Versatz-Einrichtung konstruierbar. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass auf der Projektionsfläche ein Laserstrahl mit phasenverschobenen Teilstrahlen auftrifft.
-
Um dabei zu verhindern, dass durch die Phasen-Versatz-Einrichtung eine Kollinearität der Teilstrahlen gestört wird, weist eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors eine geeignete Anordnung aus wenigstens einem für das Licht der Laserquelle transparenten Körper auf. Dieser Körper umfasst dann das Material, welches das wenigstens eine Medium zum Bilden der unterschiedlichen optischen Weglängen umfasst. Außerdem weist die Anordnung dabei optische Übergänge zu ihrer Umgebung auf, die zum Strahlenweg der einzelnen Teilstrahlen senkrecht angeordnet sind. Mit anderen Worten treten die Teilstrahlen stets durch senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung ausgerichtete Oberflächenbereiche in die Anordnung ein und auch wieder aus. Hierdurch wird eine Richtungsänderung der Teilstrahlen aufgrund von Brechung vermieden.
-
Um nun unterschiedliche optische Weglängen für die einzelnen Teilstrahlen bereitzustellen, sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors vor, dass ein transparenter Körper mit einem stufenförmigen Profil in dem Strahlenweg des Laserstrahls angeordnet ist. Durch dieses stufenförmige Profil ist eine Mehrzahl von Oberflächenbereichen gebildet, die stufenversetzt zueinander angeordnet sind, wobei jeder Teilstrahl des Laserstrahls einen anderen dieser Oberflächenbereiche durchdringt. Durch das gestufte Profil ergeben sich damit für die einzelnen Teilstrahlen unterschiedliche geometrische Weglängen, welche die Teilstrahlen in dem transparenten Körper zurücklegen. Selbst wenn der Körper nun aus einem Material mit konstantem Brechungsindex gebildet ist, resultiert dies in unterschiedlichen optischen Weglängen, die sich für die einzelnen Teilstrahlen bis zu Projektionsfläche ergeben. Der Einfluss des Körpers mit dem stufenförmigen Profil ist vergleichbar mit einer so genannten Face-Shift-Maske, wie sie aus der Lithografie zum Herstellen von Leiterbahnen für integrierte Schaltungen bekannt sind.
-
Um zu einem gegebenen Teilstrahl des Laserstrahls einen Phasenversatz möglichst vieler benachbarter Teilstrahlen zu erzeugen, kann vorgesehen sein, die gestuften Oberflächenbereiche schachbrettartig aus einzelnen, rechteckigen Oberflächenbereichen auszubilden, die dann jeweils zueinander höhenversetzt sind. Diese Form eines stufenförmigen Profils kann allerdings je nach Größe des transparenten Körpers und des Materials, aus welchem er gebildet ist, in der Herstellung aufwendig sein.
-
Um einen Phasenversatz zwischen einem bestimmten Teilstrahl und den ihn umgebenden, benachbarten Teilstrahlen zu erzeugen, sieht daher eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors vor, dass die Phasen-Versatz-Einrichtung eine Anordnung aus wenigstens einem für das Licht der Laserquelle transparenten Körper umfasst, an welcher treppenförmige Bereiche ausgebildet sind. Jeder der treppenförmigen Bereiche ist dabei aus länglich geformten Stufen gebildet, die sich entlang einer Raumrichtung quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls erstrecken. Mittels eines einzigen solchen treppenförmigen Bereichs können damit nur Oberflächenbereiche bereitgestellt werden, die entlang nur einer Erstreckungsrichtung des Körpers zueinander höhenversetzt sind. Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors ist deshalb vorgesehen, die mehreren treppenförmigen Bereiche bezüglich ihrer Ausrichtung senkrecht zum Strahlenweg gegeneinander verdreht anzuordnen. Bevorzugt werden sie dabei senkrecht zueinander angeordnet. Durchdringt nun der Laserstrahl zwei solche treppenförmigen Bereiche, werden zu einem gegebenen Teilstrahl die in jeweils unterschiedliche Richtung benachbart verlaufenden Teilstrahlen an jeweils einem der gestuften Bereiche phasenversetzt.
-
Da sich ein einzelner treppenförmiger Bereich wesentlich kostengünstiger und prozesssicherer herstellen lässt, kann diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors mit geringem Kosten bereitgestellt werden.
-
Wie bereits erwähnt, lassen sich unterschiedliche optische Weglängen auch dadurch ausbilden, dass die einzelnen Teilstrahlen durch Materialien mit unterschiedlichen Berechnungsindex geleitet werden. Hierzu sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Projektors vor, dass die Phasen-Versatz-Einrichtung einen für das Licht der Laserquelle transparenten Körper aufweist, bei welchem ein Wert für den Berechnungsindex entlang zumindest einer Erstreckungsrichtung des Körpers ortsabhängig ist.
-
Eine zweckmäßige Ausführungsform dieser Weiterbildung sieht dabei vor, dass der den ortsabhängigen Berechnungsindex aufweisende Körper aus einer Schichtanordnung aus wenigstens zwei aufeinander angeordneten Schichten gebildet ist, die jeweils ein Material umfassen, welches einen anderen Berechnungsindex aufweist als ein Material der benachbarten Schicht. Wird die Schichtanordnung nun in der Weise in den Strahlenweg des Lasers angeordnet, dass der Laserstrahl die Schichten entlang einer Erstreckungsrichtung der Schichtebenen durchdringt, so wird durch jede der Schichten ein Teilstrahl des Laserstrahls definiert, auf den ein anderer Brechungsindex wirkt. Auf Grundlage einer Anordnung aus solchen Schichten lässt sich ein Körper mit ortsabhängigen Berechnungsindex besonders günstig herstellen. Als einzelne Schichten können beispielsweise Folien aus Materialen mit unterschiedlichen Brechungsindex verwendet werden.
-
Die bisher beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors nutzen die Erkenntnis, dass sich der Speckle-Interferenzeffekt vermindern lässt, indem die Teilstrahlen gegeneinander phasenverschoben werden. Insbesondere dann, wenn die Oberflächenstruktur der Projektionsfläche nicht bekannt ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, noch eine weitere Maßnahme zur Unterdrückung eines Speckle-Interferenzmusters vorzusehen. Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Laserprojektors sieht nämlich vor, dass bei der Phasen-Versatz-Einrichtung die optische Weglänge zumindest einiger der Ausbreitungspfade während des Betriebs des Laserprojektors veränderbar ist. Sollte sich also aufgrund einer ungünstigen Konstellation betreffend den Grad der Phasenverschiebung einerseits und die Rauheit der Projektionsfläche andererseits dennoch ein Speckle-Interferenzmuster ausbilden, so kann durch Variieren der optischen Weglängen erreicht werden, dass dieses Speckle-Muster mit der Zeit variiert. Werden die optischen Weglängen schneller verändert als dies ein menschlicher Betrachter wahrnehmen kann, so überlagern sich die einzelnen Speckle-Muster im Auge des Betrachters wegen dessen Trägheit bei der Wahrnehmung zu einer homogen ausgeleuchteten Fläche.
-
Um eine Veränderung der optischen Weglängen zu erzielen, sieht eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors vor, dass die Phasen-Versatz-Einrichtung einen im Strahlenweg angeordneten, für das Licht der Laserquellen transparenten Körper aufweist, durch welchen die zu verändernden Ausbreitungspfade verlaufen und welcher mittels einer Bewegungseinrichtung der Phasen-Versatz-Einrichtung im Betrieb des Laserprojektors bewegbar ist. Gemäß einer Ausführungsform wird der Körper hierbei rotiert und/oder geschüttelt. Gemäß einer Variante wird der Körper mit dem gestuften Profil (die bereits beschriebene Phase-Shift-Maske) rotiert, sodass einzelne Teilstrahlen abwechselnd unterschiedliche optische Weglängen zurücklegen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Körper derart in Vibration versetzt wird, dass er sich verformt und hierdurch sein Durchmesser an einzelnen Stellen mit der Zeit variiert.
-
Anstelle oder zusätzlich zu einer Veränderung der Körpergeometrie oder dessen Lage ist gemäß einer anderen Ausführungsform des Laserprojektors vorgesehen, dass die Phasen-Versatz-Einrichtung ein Material umfasst, dessen Brechungsindex von einem das Material durchdringenden elektrischen oder magnetischen Feld abhängig ist. Erzeugt man nun ein inhomogenes Feld dieser Art und verändert dessen Feldstärke im Betrieb des Laserprojektors, ergeben sich auch auf diese Weise für einzelne Teilstrahlen, die das Material durchdringen, unterschiedliche und über der Zeit veränderliche optische Weglängen.
-
Die erfindungsgemäße Lösung zu der oben genannten Aufgabe ist nicht darauf beschränkt, parallel zueinander verlaufende Teilstrahlen eines Laserstrahls zueinander bezüglich ihrer Phase zu verschieben. Die erfindungsgemäße Lösung kann auch mit bereits bekannten Lösungen, wie etwa der eingangs beschriebenen Linse kombiniert werden. Entsprechend umfasst ein Aspekt der Erfindung einen Laserprojektor mit einer in einem Strahlenweg einer Laserquelle angeordneten Linse, die ein gestuftes Profil aufweist. Durch die Brechung der Teilstrahlen des Laserstrahls sind diese nach Durchdringen der Linse zwar nicht mehr kollinear. Indem die Oberfläche der Linse gestuft ausgebildet ist, wird dennoch auch für die gebündelten Teilstrahlen ein für die Verminderung des Speckle-Interferenzeffekts signifikanter Phasenversatz bewirkt. Ein durch die unterschiedliche Dicke einer gewöhnlichen Linse allein bewirkte Phasenversatz ist für eine merkliche Verminderung des Speckle-Interferenzeffekts nicht ausreichend.
-
Des Weiteren gehört zu der Erfindung auch ein Laserprojektor mit einer in einem Strahlenweg einer Laserquelle angeordneten Linse, die ein Material mit einem ortsabhängigen Brechungsindex aufweist. Auch hierdurch kann das Bündeln der Teilstrahlen des Laserstrahls mit der durch einen ortsabhängigen Brechungsindex erzielbaren signifikanten Phasenverschiebung der einzelnen Teilstrahlen kombiniert werden.
-
Zu der Erfindung gehören schließlich auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laserprojektors beschrieben wurden. Aus diesem Grund werden die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal erläutert.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Laserprojektors gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors;
-
2 eine Skizze eines Laserstrahls, dessen Teilstrahlen durch eine Phasen-Versatz-Einrichtung gegeneinander phasenverschoben werden;
-
3 eine schematische Darstellung eines transparenten Körpers, welcher Bestandteil des Laserprojektors von 1 ist, und
-
4 eine Skizze eines transparenten Körpers, welcher ebenfalls Bestandteil des Laserprojektors von 1 sein kann.
-
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
-
Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.
-
In 1 ist ein Laserprojektor 10 gezeigt, welcher eine Mehrzahl von Laserquellen aufweist, von denen in 1 der Übersichtlichkeit halber lediglich eine Laserquelle 12 dargestellt ist. Bei dem Laserprojektor 10 kann es sich beispielsweise um einen Pico-Laserprojektor handeln, der Abmessungen in der Größenanordnung eines Smartphones (maximale Länge kleiner als 15 cm) aufweist. Die Laserquelle 12 erzeugt einen Laserstrahl 14, der von einem verschwenkbaren Spiegel 16 reflektiert und auf eine in einem Abstand von mehreren Metern befindliche Projektionsfläche 18 umgelenkt wird. Bei der Projektionsfläche 18 kann es sich beispielsweise um eine Wand in einem Zimmer oder um eine Projektionsleinwand handeln. Der Laserstrahl 14 erzeugt auf der Projektionsfläche 18 einen beleuchteten Bereich 20. Durch periodisches Verschwenken des Spiegels 16 wird die Projektionsfläche 18 bei dem in 1 gezeigten Beispiel zeilenartig mittels des Laserstrahls 14 über eine Fläche von über einen Quadratmeter angeleuchtet. Bei dem Spiegel 16 kann es sich um einen 2D-Scanner-Spiegel handeln, der auf einem MEMS montiert ist.
-
Durch Variieren der Helligkeit des Laserstrahls 14 und der übrigen Laserstrahlen der weiteren Laserquellen wird insgesamt auf der Projektionsfläche 18 eine Bildsequenz, beispielsweise eines Unterhaltungsfilms, projiziert. Auch für den Fall, dass bei dieser Bildsequenz eine Teilfläche der Projektionsfläche 18 durch den Projektor 10 mit einem Licht gleicher Farbe für einen längeren Zeitraum bestrahlt wird, nimmt ein Betrachter der Projektionsfläche 18 kein Speckle-Interferenzmuster wahr.
-
Bei dem Laserprojektor 10 ist dazu in einem Strahlenweg des Lasers 14 eine Phasen-Versatz-Einrichtung 22 angeordnet, so dass der Laserstrahl 14 sie während des Betriebs des Projektors 10 durchdringt. Die Einrichtung 22 kann zwischen der Laserquelle 12 und dem Spiegel 16 in einem Abschnitt des Strahlenwegs angeordnet sein, in welchem der Laserstrahl 14 kollimiert ist und in welchem ein quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 bemessener Durchmesser des Laserstrahls 14 minimal ist.
-
Im Zusammenhang mit 2 ist im Folgenden erläutert, wie durch die Einrichtung 22 ein Phasenversatz zwischen einzelnen Teilstrahlen des Laserstrahls 14 erzeugt wird. Für die folgende Erläuterung sei hier angenommen, dass die Einrichtung 22 aus einem einzelnen transparenten Körper besteht, wie es in 2 angedeutet ist.
-
In 2 ist dargestellt, wie der Laserstrahl 14 die Einrichtung 22 durchdringt. Um die Einwirkung der Einrichtung 22 auf den Laserstrahl 14 zu verdeutlichen, ist in 2 eine gedankliche Unterteilung des Laserstrahls 14 in Teilstrahlen 24 vorgenommen, wobei in 2 nur 5 davon dargestellt sind. Tatsächlich kann der Laserstrahl 22 in einer Erstreckungsrichtung quer zu seiner Ausbreitungsrichtung einen Durchmesser von beispielsweise 2 mm aufweisen (so genannte Spotgröße), und es kann durch die Einrichtung 22 vorgesehen sein, dass ein solcher Laserstrahl beispielsweise in fünfzig Teilstrahlen 24 unterteilt wird. Die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 bzw. der Teilstrahlen 24 ist in 2 (und auch in den weiteren Figuren) jeweils durch Pfeile angedeutet.
-
Für die einzelnen Teilstrahlen 24 ergibt sich jeweils eine andere optische Weglänge aufgrund des Einflusses der Einrichtung 22. In 2 ist dazu dargestellt, wie zu einem gegebenen Zeitpunkt Wellenfronten 26 der einzelnen Teilstrahlen 24 aufgrund der Kohärenzen der Teilstrahlen 24 zeitgleich auf eine Eintrittsfläche 28 der Einrichtung 22 treffen. Die Eintrittsfläche 28 erstreckt sich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Teilstrahlen 24, sodass beim Eintritt der Teilstrahlen 24 in den transparenten Körper der Einrichtung 22 keine Brechung erfolgt, durch welche die Teilstrahlen 24 in eine andere Richtung abgelenkt würden.
-
Innerhalb des Körpers der Einrichtung 22 breitet sich jeder der Teilstrahlen 24 entlang eines anderen Ausbreitungspfads 30 aus. Die Ausbreitungspfade 30 sind hier parallel zueinander ausgerichtet. Entlang eines jeden Ausbreitungspfads 30 ergibt sich für die einzelnen Teilstrahlen 24 eine unterschiedliche optische Weglänge, sodass die einzelnen Wellenfronten der Teilstrahlen 24 entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 auseinanderlaufen. Beim Austritt der Teilstrahlen 24 aus einer Austrittsfläche 32 des Körpers der Einrichtung 22 sind die einzelnen einander entsprechenden Wellenfronten der Teilstrahlen 24 auseinandergelaufen, sodass sich eine aufgefächerte Wellenfront 34 ergibt. Austrittsfläche 32 ist wie die Eintrittsfläche 28 senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 24 angeordnet, sodass sich auch hier keine Brechung ergibt.
-
Die so entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 einander ortsversetzten Wellenfronten der aufgefächerten Wellenfront 34 entsprechen einem Phasenversatz der Teilstrahlen 24, welchen die Teilstrahlen 24 nach Austritt aus dem Körper der Einrichtung 22 aufweisen.
-
Die derart gegeneinander phasenverschobenen Teilstrahlen 24 bilden nach Austritt aus der Einrichtung 22 den auf den Spiegel 16 treffende Laserstrahl 14 mit phasenverschobenen Teilstrahlen 24 und beleuchten den Bereich 20 auf der Projektionsfläche 18, wobei eine Ausprägung eines Speckle-Interferenzmusters aufgrund des Phasenversatzes der einzelnen Teilstrahlen 24 signifikant abgeschwächt ist.
-
Anhand von 3 und 4 ist im Folgenden erläutert, wie der Körper der Einrichtung 22 ausgestaltet sein kann, um eine Phasendifferenz oder Phasenversatz mittels unterschiedlicher, für das Licht des Laserstrahls 14 transparenter Körper zu erzeugen.
-
Die Variation der optischen Weglänge lässt sich auf mehrere Weisen erhalten. Startpunkt ist der kollineare Laserstrahl 14, der in einen optisch transparenten Körper 36 eintritt.
-
Die Ausbreitungsrichtung der einzelnen Teilstrahlen 24 bleibt unverändert, wenn die optischen Übergänge senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Teilstrahlen 24 stehen. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel weist der Körper 36 der Phasen-Versatz-Einrichtung 22 ein treppenförmiges Ausgangsprofil 38 auf. Jeder der Teilstrahlen 24 legt daher einen unterschiedlich langen geometrischen Weg innerhalb des Körpers 36 auf seinen Weg zum Spiegel 16 zurück. Hierdurch ergibt sich eine in 3 in einen Diagramm 40 veranschaulichte Phasendifferenz für die einzelnen Teilstrahlen 24 entlang einer Erstreckungsrichtung X des Körpers 36 quer zur Ausbreitungsrichtung der Strahlen 24. In dem Diagramm 40 dient dabei der in 3 oberste Teilstrahl 24 als Referenz, für den sich entsprechend eine Phasendifferenz von 0° ergibt. Ein benachbarter Teilstrahl weist zu diesem Referenz-Strahl dann eine Phasendifferenz D auf. Die Phasendifferenz kann zwischen 0° und 180° betragen.
-
In 4 ist eine zweite Möglichkeit dargestellt, wie durch eine Phasen-Versatz-Einrichtung 22 für die Teilstrahlen 24 des Laserstrahl 14 Ausbreitungspfade mit unterschiedlichen optischen Weglängen bereitgestellt werden können. Die Phasen-Versatz-Einrichtung 22 weist hier einen transparenten Körper 36' auf, beispielsweise einen Quader, der einen quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 ortsveränderlichen Brechungsindex aufweist. Der Brechungsindex kann hierbei z.B. gemäß einer stetigen Funktion kontiunierlich größer oder kleiner werden. Entsprechende Materialen, die einen solchen Gradienten im Brechungsindex aufweisen, sind an sich aus dem Stand der Technik bereits bekannt. In 4 ist in einem Diagramm 42 eine sich durch Verwendung des Körpers 36' ergebende Phasendifferenz in Abhängigkeit von der Erstreckungsrichtung X als kontinuierlicher Graph 44 dargestellt.
-
In dem Körper 36' kann auch vorgesehen sein, dass sich der Brechungsindex in Stufen ändert. Hierzu kann der Körper 36 aus mehreren Schichten 46 gebildet sein, die jeweils ein Material mit einem anderen Brechungsindex aufweisen. Beispielsweise können die Schichten 46 jeweils durch eine Folie aus einem entsprechenden Material gebildet sein. Die Folien können durch Aufeinanderkleben oder Verschweißen zu dem Körper 36 zusammengesetzt werden. Ein entsprechend resultierender stufenförmiger Verlauf 48 der Phasendifferenz ist in dem Diagramm 42 ebenfalls dargestellt. Eine andere Möglichkeit, mehrere Schichten 46 mit unterschiedlichen Brechungsindex zu bilden, besteht darin, transparente Materialen, wie Kunstharze, in Schichten aufeinander zu gießen und hierbei einzelne Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex zu verwenden. Die Unterschiede zwischen den Brechungsindizes können beispielsweise derart gewählt sein, dass eine Schicht 46 einen Brechungsindex von 1,5 aufweist, und eine benachbarte Schicht einen Brechungsindex von 1,52.
-
Bei den in 3 und 4 gezeigten Beispielen ergibt sich eine Phasendifferenz zunächst nur entlang einer einzigen Erstreckungsrichtung X quer zur Ausbreitungsrichtung der Teilstrahlen 24. Um den Effekt eines Phasenversatzes in zwei Richtungen zu erhalten, ist es vorteilhaft, nach dem ersten Körper 36 bzw. 36' einen um 90° verdrehten Körper mit vergleichbarer Ausgestaltung im Strahlenweg anzuordnen. Damit lässt sich der Effekt einfach auf die zweite, senkrecht zur X-Achse stehenden Achse erweitern. Möglich ist auch, eine zwei-dimensionale Maske zu benützen. Das stufenförmige Profil 38 und die Maske können beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens ausgebildet werden, wie es im Zusammenhang mit der Bildung von Face-Shift-Masken für Lithografien bekannt ist. Je mehr Teilstrahlen hierbei durch die entsprechende Anzahl von Stufen definiert werden und je unterschiedlicher die Phasendifferenz zwischen den einzelnen Teilstrahlen ausfällt, desto besser lässt sich Speckle unterdrücken.
-
Durch die Beispiele ist gezeigt, wie eine Phasen-Versatz-Einrichtung bereitgestellt werden kann, die sich einfach auch in bestehende Architekturen von Laserprojektoren integrieren lässt. Da sie nur aus einem Bauteil besteht, ist der Kostenaufwand für ihre Herstellung gering. Dennoch lässt sich effizient ein Speckle-Interferenzmuster soweit unterdrücken, dass ein Betrachter einer Projektion keinen störenden Speckle wahrnimmt. Die beschriebenen Körper lassen sich auch einfach in einen Bewegungsmechanismus (wie Drehung, Rotation, Vibration, Schütteln) integrieren, welcher die Körper bewegt, wodurch ein möglicher, verbleibender Speckle durch die zeitliche Variierung der Ausbreitungspfade weiter abgeschwächt wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
