DE102012202026A1

DE102012202026A1 - Projektionsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012202026A1
Application number: DE201210202026
Authority: DE
Inventors: Reinhold Fiess; Annette Frederiksen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-08-14
Also published as: WO2013117499A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung mit: einer Mikrospiegeleinrichtung zum Ablenken eines von einer Lasereinrichtung erzeugten Laserstahls auf eine in einem Projektionsabstand zur Projektionsvorrichtung angeordneten Projektionsfläche; einer zwischen der Lasereinrichtung und der Mikrospiegeleinrichtung angeordneten einstellbaren Linseneinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Strahldurchmesser des Laserstrahls einzustellen; und einer mit der einstellbaren Linseneinrichtung gekoppelten Steuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die einstellbare Linseneinrichtung derart anzusteuern, dass mit dem eingestellten Strahldurchmesser des Laserstrahls ein vorgegebener Pixeldurchmesser auf der Projektionsfläche erreichbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung.
Stand der Technik
Die DE 102 158 93 C1 beschreibt eine Projektionseinrichtung und ein Projektionsverfahren zur Wiedergabe von optischen Informations- und Entertainment-Daten in Personentransportmitteln. Bei der dort beschriebenen Projektionseinrichtung ist zur Bilderzeugung ein Laser-Projektor vorhanden, der eine integrierte Ablenkeinrichtung aufweist, mittels der ein oder mehrere Laserstrahlen rasterförmig auf Projektionsflächen im Innenbereich des Personentransportmittels gerichtet werden, wobei die Projektionsflächen durch die in den Personentransportmitteln vorhandenen Inneneinrichtungen gebildet werden.
Ferner ist bei der dort beschriebenen Projektionseinrichtung vorgesehen, dass der Laser-Projektor ein Mittel zur simultanen Projektion visueller Information auf verschiedenen Projektionsflächen umfasst, auf welchen unterschiedliche Informationen dargestellt werden können, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, welche eine Lichtabstrahlung durch den Laser-Projektor nur während des Überstreichens der verschiedenen Projektionsflächen zulässt.
Für den Einsatz von Projektoren und insbesondere von Pico-Projektoren in mobilen Geräten wie Handys, Personal Digital Assistant, kurz PDA, deutsch „persönlicher digitaler Assistent“, Laptops oder sonstige portablen Geräte eignen sich besonders Laserprojektionssysteme nach dem sogenannten „Flying Spot"-Verfahren, da diese gegenüber anderen Systemen ein hohes Miniaturisierungspotential aufweisen.
Bei der Laserprojektion handelt es sich um ein sogenanntes fokusfreies System, welches keine Fokusiervorrichtung benötigt. Da bei der Laserprojektion zur Lichterzeugung als Lichtquellen Laser verwendet werden, erscheint das projizierte Bild in allen Projektionsabständen scharf. Bei LED- oder Lampenprojektoren benötigt man immer ein Objektiv, um das projizierte Bild für den gewünschten Projektionsabstand scharf zu stellen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt eine Projektionsvorrichtung mit: einer Mikrospiegeleinrichtung zum Ablenken eines von einer Lasereinrichtung erzeugten Laserstahls auf eine in einem Projektionsabstand zur Projektionsvorrichtung angeordneten Projektionsfläche; einer zwischen der Lasereinrichtung und der Mikrospiegeleinrichtung angeordneten einstellbaren Linseneinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Strahldurchmesser des Laserstrahls einzustellen; und einer mit der Linseneinrichtung gekoppelten Steuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die einstellbare Linseneinrichtung derart anzusteuern, dass mit dem eingestellten Strahldurchmesser des Laserstrahls ein vorgegebener Pixeldurchmesser auf der Projektionsfläche erreichbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung mit den Schritten: Erzeugen eines Laserstrahls durch eine Lasereinrichtung; Ablenken des von der Lasereinrichtung erzeugten Laserstrahls auf eine in einem Projektionsabstand zur Projektionsvorrichtung angeordneten Projektionsfläche; Einstellen eines Strahldurchmessers des Laserstrahls durch eine zwischen der Lasereinrichtung und der Mikrospiegeleinrichtung angeordneten einstellbare Linseneinrichtung mittels einer Steuereinrichtung zum Erreichen eines vorgegebenen Pixeldurchmessers auf der Projektionsfläche mit dem eingestellten Strahldurchmesser des Laserstrahls und Projizieren eines Bildes auf der Projektionsfläche mit dem eingestellten Strahldurchmesser.
Vorteile der Erfindung
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strahldurchmesser eines von einem Laserprojektionssystem zur Projektion verwendeten Laserstrahls für eine optimale Bildqualität mittels einer positions- und/oder brennweitenvariablen Linse anzupassen.
Vorteilhaft erlaubt dies, dass der Strahldurchmesser an unterschiedliche Projektionsabstandsbereiche angepasst werden kann, d.h. das Bild ist innerhalb eines bestimmten Projektionsabstandsbereichs hinreichend scharf.
Eine Möglichkeit zur Anpassung des Strahldurchmessers bei sehr hohen Auflösungen, wie etwa beim sogenannten hochauflösenden Fernsehen, ergibt sich ebenso vorteilhaft wie die Möglichkeit zur Anpassung des Strahldurchmessers bei einer Reduktion des Winkelbereichs für eine größere Helligkeit.
Ferner erlaubt die Verwendung einer positions- und/oder brennweitenvariablen Linse zur Kontrolle des Strahldurchmessers einen Ausgleich von Justagefehlern und Bauteiltoleranzen der verwendeten optischen Komponenten.
Vorteilhaft wird bei der erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung durch die Variabilität des Strahldurchmessers eine Anpassung des gescannten Öffnungswinkels, unter welchem das Bild projiziert wird, an eine gewünschte Bildhelligkeit ermöglicht, da die Projektionsvorrichtung in einem im Vergleich zu herkömmlichen Projektionsvorrichtungen weiteren Bereich von Öffnungswinkeln betrieben werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Projektionsabstand durch eine Sensoreinrichtung der Projektionsvorrichtung erfassbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Projektionsabstand von einem Benutzer der Projektionsvorrichtung einstellbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Projektionsabstand mittels unterschiedlicher Projektionsabstandsbereiche der Projektionsvorrichtung einstellbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Pixeldurchmesser in Abhängigkeit einer Bildauflösung eines von der Projektionsvorrichtung zu projizierenden Bildes vorgegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Pixeldurchmesser in Abhängigkeit eines Winkelbereichs eines von der Projektionsvorrichtung zu projizierenden Bildes vorgegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Strahldurchmesser des Laserstrahls zum Ausgleichen von Justageabweichungen und/oder Toleranzen der Projektionsvorrichtung einstellbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die einstellbare Linseneinrichtung eine variabel einstellbare Brennweite auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die einstellbare Linseneinrichtung verschiebbar zwischen der Lasereinrichtung und der Mikrospiegeleinrichtung angeordnet.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
3 ein Diagramm mit vier Funktionsgraphen für den zu erreichenden Pixeldurchmesser in Abhängigkeit des Projektionsabstands für verschiedene Auflösungsmodi bei einem horizontalen optischen Vollwinkel von 48° gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Pixel- und des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für zwei Auflösungsmodi bei gleichem Divergenzwinkel W1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Pixel- und des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand D1 für den Auflösungsmodus WVGA in einem Projektionsabstandsbereich von 500 mm bis 1500 mm
6A, 6B zeigen jeweils ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Pixel- und des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für den Auflösungsmodus WVGA für verschiedene Abstandsbereich bei einer Verwendung einer Lasereinrichtung 10 mit einem Divergenzwinkel W1 von 5° gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7A, 7B jeweils ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Pixel- und des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für den Auflösungsmodus WVGA für verschiedene Abstandsbereich bei einer Verwendung einer Lasereinrichtung 10 mit einem Divergenzwinkel W1 von 5° gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
8 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für den Auflösungsmodus HD1080 für einen Projektionsabstandsbereich gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
9 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für den Auflösungsmodus HD1080 für unterschiedliche Projektionsabstände bei veränderlicher Position der Linse gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung;
10 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für den Auflösungsmodus HD1080 für unterschiedliche Projektionsabstände bei veränderlicher Brennweite der Linse gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung; und
11 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms des Verfahrens zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile, Komponenten oder Verfahrensschritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Eine Projektionsvorrichtung 5 umfasst eine Lasereinrichtung 10, eine Mikrospiegeleinrichtung 30, Lasersteuerungseinrichtung 50, eine Stromversorgung 55, eine Steuereinrichtung 60, eine Mikrospiegelsteuerungseinrichtung 65, einen Mikrospiegelpositionssensor 70, eine Videosignalverarbeitungseinrichtung 75, eine Signalsteuerungseinrichtung 80 und eine einstellbare Linseneinrichtung 110.
Die Lasereinrichtung 10 umfasst eine erste Lasereinheit 11, eine zweite Lasereinheit 12 und eine dritte Lasereinheit 13.
Die erste Lasereinheit 11 ist beispielsweise als ein rotfarbiger Laser ausgeführt, welcher Laserstrahlung mit einer roten Spektralfarbe erzeugt.
Die zweite Lasereinheit 12 ist beispielsweise als ein grün emittierender Laser ausgebildet, beispielsweise als ein Indium-Gallium-Nitrid-Laser.
Die dritte Lasereinheit 13 ist beispielsweise als ein blaufarbiger Laser ausgeführt, welcher in einem Wellenlängenbereich mit blauer Farbwahrnehmung Laserstrahlung erzeugt.
Die Laserstrahlen der Lasereinheiten 11, 12, 13 werden über Spiegeleinrichtungen 21, 22, 23, welche als voll reflektierende Spiegel oder als halbdurchlässige Spiegel oder als sonstige Umlenkspiegel ausgelegt sind, und anschließend über die einstellbare Linseneinrichtung 110 auf die Mikrospiegeleinrichtung 30 geleitet, welcher dazu ausgelegt ist, Schwingbewegungen auf Basis von eingehenden Bewegungs- und Ablenkungssignalen auszuführen.
Die Mikrospiegeleinrichtung 30 ist zum Ablenken eines von der Lasereinrichtung 10 erzeugten Laserstahls L vorgesehen. Die dazu verwendeten Bewegungs- und Ablenkungssignale werden von der Mikrospiegelsteuerungseinrichtung 65 an die Mikrospiegeleinrichtung 30 gesendet.
Ein von der Projektionsvorrichtung 5 zu projizierendes Bild 40 wird beispielsweise aus einzelnen Zeilen Z1–Zn aufgebaut. Diese Zeilen Z1–Zn werden nacheinander übertragen und untereinander dargestellt. Aufgrund der Trägheit des Auges ist dieser Vorgang nicht bzw. kaum sichtbar. Links oben schwarz dargestellt startet der Bildaufbau mit der Zeile Z1. Ist der rechte Bildrand erreicht, erfolgt ein Zeilenrücklauf. Der Lichtstrahl der Lasereinrichtung 10 wird beispielsweise für die Zeit des Rücklaufes dunkelgeschaltet. Am linken Rand startet die Darstellung der nächsten, zweiten Zeile Z2.
Eine einzelne Zeile Zi des Bildes 40 wird dabei kontinuierlich durch Projektion von links nach rechts oder von rechts nach links aufgebaut. Jedes Bild 40 umfasst also mehrere aufeinanderfolgend gesendete Zeilen Zi.
Ebenso denkbar ist ein spaltenweiser Aufbau oder ein sonstiger sukzessiver Bildaufbau zur schrittweisen Erzeugung des Bildes 40.
Die einstellbare Linseneinrichtung 110 weist beispielsweise eine oder mehrere positions- und/oder brennweitenvariablen Linsen oder Zylinderlinsen auf.
Beispielsweise kann die einstellbare Linseneinrichtung 110 bei einer Verwendung einer positionsveränderlichen Linse eine Anpassungen der Position der Linse in einem Bereich von 5 bis 200 µm ermöglichen. Diese Positionsveränderung der Linse der einstellbaren Linseneinrichtung 110 kann durch eine Autofokusmechanik oder durch einen piezoelektrischen Aktor oder durch einen akustooptischen Modulator oder durch einen sonstigen elektromechanischen Aktor vorgenommen werden.
Beispielsweise kann die einstellbare Linseneinrichtung 110 bei einer Verwendung einer brennweitenveränderlichen Linse als eine Linseneinrichtung mit mindestens einer Flüssiglinse ausgebildet sein, welche eine elektrisch variierbare Brennweite aufweist.
Ferner kann die einstellbare Linseneinrichtung 110 sonstige Linsen mit elektrisch variierbarer Brennweite aufweisen, beispielsweise auf der Basis von elektroaktiven Polymeren oder von sonstigen Polymeren, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Form ändern. Beispielsweise sind die elektroaktiven Polymeren als leitfähige Polymere, als ionische Metall-Polymer-Komposite und oder als ionische Gele ausgebildet.
Die einstellbare Linseneinrichtung 110 kann auch mit einer oder mit mehreren Flüssigkristalllinsen als brennweitenvariablen Linsen ausgebildet sein.
Die Videosignalverarbeitungseinrichtung 75 verarbeitet ein Videosignal VI, welches von einem externen Gerät übertragen wird oder von einer internen Videoquelle der Projektionsvorrichtung 5 ausgelesen wird.
Die Videosignalverarbeitungseinrichtung 75 ist mit der Signalsteuerungseinrichtung 80 und der Lasersteuerungseinrichtung 50 gekoppelt. Die Lasersteuerungseinrichtung 50 ist mit der Lasereinrichtung 10 gekoppelt und dazu ausgelegt, die Lasereinrichtung 10 anzusteuern.
Die Stromversorgung 55 versorgt sämtliche Komponenten der Projektionsvorrichtung 5 mit Energie, wie beispielsweise die Lasereinrichtung 10, die Mikrospiegeleinrichtung 30, die Lasersteuerungseinrichtung 50, die Stromversorgung 55, die Steuereinrichtung 60, die Mikrospiegelsteuerungseinrichtung 65, den Mikrospiegelpositionssensor 70, die Videosignalverarbeitungseinrichtung 75, die Signalsteuerungseinrichtung 80 und die einstellbare Linseneinrichtung 110.
Die mit der einstellbaren Linseneinrichtung 110 gekoppelte Steuereinrichtung 60 ist dazu ausgelegt, die einstellbare Linseneinrichtung 110 anzusteuern.
Der Mikrospiegelpositionssensor 70 ist als ein Positionsdetektor zur Positionsbestimmung oder als ein positionssensitiver Detektor ausgebildet und erlaubt ein Erfassen von Positionen der in der Mikrospiegeleinrichtung 30 angeordneten und beim Bildaufbau des Bildes sich bewegenden Mikrospiegel.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Eine optische Achse OA der Projektionsvorrichtung 5 ist in der 2 als gestrichelte Linie dargestellt.
Ferner ist ein axiales Profil des Laserstrahls L wiedergegeben, wobei der Einfluss der einstellbaren Linseneinrichtung 110 auf das axiale Profil des Laserstrahls L durch die Divergenzwinkel W1 und W2 charakterisiert ist, welche jeweils in Bezug auf die optische Achse OA gemessen werden.
In der 2 ist die optische Achse OA entlang einer Koordinatenachse z angeordnet. Eine mit z0 bezeichnete Position auf der Koordinatenachse z stellt einen Ort der Mikrospiegeleinrichtung 30 dar. Eine mit z1 bezeichnete Position auf der Koordinatenachse z stellt einen Ort einer Linse der einstellbaren Linseneinrichtung 110 dar. Eine Brennweite der Linse der einstellbaren Linseneinrichtung 110 ist mit f1 gekennzeichnet.
Der Divergenzwinkel W1 bezeichnet einen Divergenzwinkel des Laserstrahls L nach Austritt aus der Lasereinrichtung 10. Der Divergenzwinkel W2 bezeichnet einen Divergenzwinkel des Laserstrahls L nach Austritt aus der Mikrospiegeleinrichtung 30.
Nach dem Austritt des Laserstrahls L aus der Mikrospiegeleinrichtung 30 weist das axiale Profil des Laserstrahls L eine Strahltaille auf. Direkt in der Strahltaille des axialen Profils des Laserstrahls L ist der Krümmungsradius unendlich.
Die Projektionsvorrichtung 5 ist in einem Projektionsabstand D1 von einer Projektionsfläche PF angeordnet. Beim Auftreffen auf die Projektionsfläche PF weist der Laserstrahl L einen Strahldurchmesser D3 auf. Der Strahldurchmesser D3 ist in seiner Größenordnung durch den Pixeldurchmesser vorgegeben.
Der vorgegebene Pixeldurchmesser wird durch die Größe und die Auflösung des projizierten Bildes am Ort der Projektionsfläche PF festgesetzt.
Dabei gilt folgender Zusammenhang für den Pixeldurchmesser d_x:
Der Pixeldurchmesser d_x ist zum einen direkt von der verwendeten Bildgröße b_Bild,an und von der Auflösung H_res abhängig.
Der Pixeldurchmesser d_x ist zum anderen vom Abstand d_Abstand zwischen dem Projektor und der Projektionsfläche PF, von der Auflösung H_res des projizierten Bildes und von dem genutzten Winkelbereich θ_hor,an für die Projektion abhängig.
Dabei entspricht der Ausdruck Projektionsabstand D1 der Bezeichnung Abstand d_Abstand, wie in der Formel verwendet.
Die Lasereinrichtung 10 ist in einem Abstand D4 zu der einstellbaren Linseneinrichtung 110 angeordnet.
Mit der einstellbaren Linseneinrichtung 110 wird ein Strahldurchmesser D2 des Laserstrahls L eingestellt, wobei mit dem eingestellten Strahldurchmesser D2 der weitere Verlauf des axialen Profils des Laserstrahls L vorgegeben ist.
Der Projektionsabstand D1 kann beispielsweise vom Benutzer vorgegeben werden, wie etwa durch ein Einstellen eines Bedienelementes, welches in Form eines Drehrads oder eines Drehreglers ausgeführt ist. Dabei kann auch lediglich eine Schärfeneinstellung vom Benutzer durch das Einstellen des Bedienelementes erfolgen, ohne dass der Benutzer den Projektionsabstand D1 kennt.
In der 3 ist ein Diagramm mit vier Funktionsgraphen für den zu erreichenden Pixeldurchmesser in Abhängigkeit des Projektionsabstands für verschiedene Auflösungsmodi bei einem horizontalen optischen Vollwinkel von 48° gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Auf der x-Achse des in der 3 gezeigten Diagramms ist der Projektionsabstand D1 entlang der Koordinatenachse z in mm in einem Bereich von 0 bis 10000 mm aufgetragen, die y-Achse stellt den zu erreichenden Pixeldurchmesser in der Einheit mm in einem Bereich von 0 bis 9 mm dar.
In der 3 sind Funktionsgraphen für vier verschiedene Auflösungsmodi dargestellt: als erster Auflösungsmodus WVGA mit einer Auflösung von 854 auf 480 Bildpunkten, als zweiter Auflösungsmodus PAL mit einer Auflösung von 1024 auf 576 Bildpunkten, als dritter Auflösungsmodus HD720 mit einer Auflösung von 1280 auf 576 Bildpunkten und als vierter Auflösungsmodus HD 1080 mit einer Auflösung von 1920 auf 1080 Bildpunkten.
Die 4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Pixel- und des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für zwei Auflösungsmodi bei gleichem Divergenzwinkel W1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Auf der x-Achse der 4 ist der Projektionsabstand D1 entlang der Koordinatenachse z in mm in einem Bereich von 0 bis 10000 mm aufgetragen, die y-Achse stellt den zu erreichenden Pixeldurchmesser bzw. den effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L in der Einheit mm in einem Bereich von 0 bis 9 mm dar.
Die 4 zeigt die Abhängigkeit des Strahl- und Pixeldurchmessers vom Projektionsabstand D1 für die Auflösungsmodi WVGA und HD1080. Mit durchgezogener Linie ist jeweils der Pixeldurchmesser für den Auflösungsmodus WVGA oder für den Auflösungsmodus HD1080 dargestellt. Mit gestrichelter Linie ist jeweils der von der Projektionsvorrichtung 5 erzielte Strahldurchmesser des Laserstrahls L für den Auflösungsmodus WVGA bzw. für den Auflösungsmodus HD1080 dargestellt.
Die 5 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Pixel- und des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand D1 für den Auflösungsmodus WVGA in einem Projektionsabstandsbereich von 500 mm bis 1500 mm.
Auf der x-Achse der 5 ist der Projektionsabstand D1 entlang der Koordinatenachse z in der Einheit mm in einem Bereich von 0 mm bis 2500 mm aufgetragen, die y-Achse stellt den zu erreichenden Pixeldurchmesser und den effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L in der Einheit mm in einem Bereich von 0 mm bis 3,5 mm dar.
Die gerade Kennlinie in dem Diagramm in der 5 gibt den zu erreichenden Pixeldurchmesser wieder, die gekrümmte Kennlinie zeigt den Kurvenverlauf einer den effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L wiedergebenden Funktion.
Die in 5 dargestellte Funktion kann beispielsweise durch entsprechende Funktionsparameter wie etwa Brennweite und Position der einstellbaren Linseneinrichtung 110 angepasst werden. Durch die Anpassung ist eine größtmögliche Übereinstimmung der gekrümmten Kennlinie mit der geraden Kennlinie gegeben, wodurch eine maximale Bildqualität des zu projizierenden Bildes ermöglicht wird.
Die in der 8 dargestellte Kennlinie der Abhängigkeit des Strahldurchmessers über den Projektionsabstand D1 zeigt den Verlauf des Strahldurchmessers für eine Lasereinrichtung 10 mit einem Divergenzwinkel W1 von 10°, einem Brennweitenwert f1 von 2,872 mm und einem z-Positionswert z1 von 2,8810 mm.
Die 6A und 6B zeigen jeweils ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Pixel- und des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für den Auflösungsmodus WVGA für verschiedene Abstandsbereich bei einer Verwendung einer Lasereinrichtung 10 mit einem Divergenzwinkel W1 von 5°. Jedes Diagramm zeigt zwei Funktionsgraphen, welche zwei unterschiedliche Positionen der einstellbaren Linsenreinrichtung 110 beschreiben.
Auf den x-Achsen der 6A und 6B ist jeweils der Projektionsabstand D1 entlang der Koordinatenachse z in mm in einem Bereich von 0 mm bis 10000 mm bzw. 0 mm bis 2000 mm aufgetragen, die y-Achse stellt den zu erreichenden Pixeldurchmesser bzw. den effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L in der Einheit mm in einem Bereich von 0 mm bis 14 mm bzw. 0 mm bis 5 mm dar.
Die Funktionsgraphen in den 6A und 6B zeigen jeweils eine Anpassung des effektiven Strahldurchmessers des Laserstrahls L mittels positionsveränderlichen Linsen in der einstellbaren Linseneinrichtung 110.
Es werden beispielsweise lediglich Positionsveränderungen einer Linse der einstellbaren Linsenreinrichtung 110 von weniger als 25 µm für den Bereich von 0 mm bis 10000 mm bzw. von weniger als 50 µm für den Bereich von 0 mm bis 2000 mm benötigt, um einen vorteilhaft angepassten Funktionsverlauf des effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L zu erreichen.
Die 7A und 7B zeigen jeweils ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Pixel- und des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für den Auflösungsmodus WVGA für verschiedene Abstandsbereich bei einer Verwendung einer Lasereinrichtung 10 mit einem Divergenzwinkel W1 von 5°. Die beiden Diagramme zeigen jeweils zwei Funktionsgraphen, welche zwei unterschiedliche Brennweiten einer Linse der einstellbaren Linsenreinrichtung 110 beschreiben.
Auf den x-Achsen der 7A und 7B ist jeweils der Projektionsabstand D1 entlang der Koordinatenachse z in mm in einem Bereich von 0 mm bis 10000 mm bzw. 0 mm bis 2000 mm aufgetragen, die y-Achse stellt den zu erreichenden Pixeldurchmesser bzw. den effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L in der Einheit mm in einem Bereich von 0 mm bis 14 mm bzw. 0 mm bis 5 mm dar.
Es werden beispielsweise lediglich Brennweitenveränderungen einer Linse der einstellbaren Linsenreinrichtung 110 von weniger als 200 µm für die beiden Bereiche von 0 mm bis 10000 mm bzw. für den Bereich von 0 mm bis 2000 mm benötigt, um einen vorteilhaft angepassten Funktionsverlauf des effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L zu erreichen.
Die 8 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand D1 für den Auflösungsmodus HD1080 für einen Projektionsabstandsbereich gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Auf der x-Achse der 8 ist der Projektionsabstand D1 entlang der Koordinatenachse z in mm in einem Bereich von 0 mm bis 2500 mm aufgetragen, die y-Achse stellt den zu erreichenden Pixeldurchmesser und den effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L in der Einheit mm in einem Bereich von 0 mm bis 3,5 mm dar.
Die in der 8 dargestellte Kennlinie der Abhängigkeit des Strahldurchmessers über den Projektionsabstand D1 zeigt den Verlauf des Strahldurchmessers für eine Lasereinrichtung 10 mit einem Divergenzwinkel W1 von 10°, einem Brennweitenwert f1 von 5,915 mm und einem z-Positionswert z1 von 5,950 mm
Die 9 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand D1 für den Auflösungsmodus HD1080 für unterschiedliche Projektionsabstände bei veränderlicher Position der Linse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Auf der x-Achse der 9 ist der Projektionsabstand D1 entlang der Koordinatenachse z in mm in einem Bereich von 0 mm bis 3000 mm aufgetragen, die y-Achse stellt den zu erreichenden Pixeldurchmesser und den effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L in der Einheit mm in einem Bereich von 0 mm bis 35 mm dar.
In der 9 sind drei Kennlinien für die Positionswerte 5,950 mm und 6,000 mm sowie 6,100 mm als veränderliche z-Positionswerte z1 der Linse der einstellbaren Linseneinrichtung 110 dargestellt, wobei die drei Positionswerte einem Bereich der Positionsveränderung von 150 µm entsprechen.
Die in der 9 dargestellten unterschiedlichen drei Kennlinien zeigen jeweils alle den Verlauf der Strahldurchmesser für eine Lasereinrichtung 10 mit einem Divergenzwinkel W1 von 10° und einem Brennweitenwert f1 von 5,915 mm.
Die 10 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Strahldurchmessers von dem Projektionsabstand für den Auflösungsmodus HD1080 für unterschiedliche Projektionsabstände bei veränderlicher Brennweite der Linse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Auf der x-Achse des in der 10 dargestellten Diagramms ist der Projektionsabstand D1 entlang der Koordinatenachse z in mm in einem Bereich von 0 mm bis 3000 mm aufgetragen, die y-Achse des Diagramms stellt den zu erreichenden Pixeldurchmesser und den entsprechenden effektiven Strahldurchmesser des Laserstrahls L in der Einheit mm in einem Bereich von 0 mm bis 16 mm dar.
Es sind in der 10 drei Kennlinien für die Brennweitenwerte 5,915 mm sowie 5,850 mm und 5,935 mm als veränderlicher Brennweite der Linse der einstellbaren Linseneinrichtung 110 mit einem Divergenzwinkel W1 von 10° und einem z-Positionswert z1 von 5,950 mm dargestellt.
Die in den 3 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiele sind nur als beliebige Systemkonfigurationen der Projektionsvorrichtung gezeigt. Dabei sind auch von den dargestellten Ausführungsbeispielen abweichende Systemkonfigurationen der Projektionsvorrichtung denkbar, welche geänderte Systemparameter mit geänderten Größen wie beispielsweise Linseneinstellungen, Brennweite oder Projektionsabstand aufweisen.
Die 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms des Verfahrens zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Das Verfahren zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
Als ein erster Verfahrensschritt erfolgt ein Erzeugen Sq1 eines Laserstrahls L durch eine Lasereinrichtung 10.
Als ein zweiter Verfahrensschritt erfolgt ein Ablenken S2 des von der Lasereinrichtung 10 erzeugten Laserstrahls L auf eine in einem Projektionsabstand D1 zur Projektionsvorrichtung 5 angeordneten Projektionsfläche PF. Die Projektionsfläche PF ist beispielsweise auf einer Projektionswand angeordnet.
Als dritter Verfahrensschritt erfolgt ein Einstellen S3 eines Strahldurchmesser D2 des Laserstrahls L durch eine zwischen der Lasereinrichtung 10 und der Mikrospiegeleinrichtung 30 angeordneten einstellbaren Linseneinrichtung 110 mittels einer Steuereinrichtung 60 zum Erreichen eines vorgegebenen Pixeldurchmessers auf der Projektionsfläche PF mit dem eingestellten Strahldurchmesser D3 des Laserstrahls L.
Als ein vierter Verfahrensschritt erfolgt ein Projizieren S4 eines Bildes auf der Projektionsfläche PF mit dem eingestellten Strahldurchmesser D3 des Laserstrahls L.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10215893 C1 [0002]

Claims

Projektionsvorrichtung mit: – einer Mikrospiegeleinrichtung (30) zum Ablenken eines von einer Lasereinrichtung (10) erzeugten Laserstahls (L) auf eine in einem Projektionsabstand (D1) zur Projektionsvorrichtung (5) angeordneten Projektionsfläche (PF); – einer zwischen der Lasereinrichtung (10) und der Mikrospiegeleinrichtung (30) angeordneten einstellbaren Linseneinrichtung (110), welche dazu ausgelegt ist, einen Strahldurchmesser (D3) des Laserstrahls (L) einzustellen; und – einer mit der einstellbaren Linseneinrichtung (110) gekoppelten Steuereinrichtung (60), welche dazu ausgelegt ist, die einstellbare Linseneinrichtung (110) derart anzusteuern, dass mit dem eingestellten Strahldurchmesser (D3) des Laserstrahls (L) ein vorgegebener Pixeldurchmesser auf der Projektionsfläche (PF) erreichbar ist.
Projektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Projektionsabstand (D1) durch eine Sensoreinrichtung der Projektionsvorrichtung (5) erfassbar ist.
Projektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Projektionsabstand (D1) von einem Benutzer der Projektionsvorrichtung (5) einstellbar ist.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Projektionsabstand (D1) mittels unterschiedlicher Projektionsabstandsbereiche der Projektionsvorrichtung (5) einstellbar ist.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pixeldurchmesser in Abhängigkeit einer Bildauflösung eines von der Projektionsvorrichtung (5) zu projizierenden Bildes vorgegeben ist.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pixeldurchmesser in Abhängigkeit eines Winkelbereichs eines von der Projektionsvorrichtung (5) zu projizierenden Bildes vorgegeben ist.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahldurchmesser (D3) des Laserstrahls (L) zum Ausgleichen von Justageabweichungen und/oder Toleranzen der Projektionsvorrichtung (5) einstellbar ist.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einstellbare Linseneinrichtung (110) eine variabel einstellbare Brennweite aufweist.
Projektionsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einstellbare Linseneinrichtung (110) verschiebbar zwischen der Lasereinrichtung (10) und der Mikrospiegeleinrichtung (30) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Projektionsvorrichtung mit den Schritten: – Erzeugen (S1) eines Laserstrahls (L) durch eine Lasereinrichtung (10); – Ablenken (S2) des von der Lasereinrichtung (10) erzeugten Laserstrahls (L) auf eine in einem Projektionsabstand (D1) zur Projektionsvorrichtung (5) angeordneten Projektionsfläche (PF); – Einstellen (S3) eines Strahldurchmessers (D3) des Laserstrahls (L) durch eine zwischen der Lasereinrichtung (10) und der Mikrospiegeleinrichtung (30) angeordneten einstellbare Linseneinrichtung (110) mittels einer Steuereinrichtung (60) zum Erreichen eines vorgegebenen Pixeldurchmessers auf der Projektionsfläche (PF) mit dem eingestellten Strahldurchmesser (D3) des Laserstrahls (L); und – Projizieren (S4) eines Bildes auf der Projektionsfläche (PF) mit dem eingestellten Strahldurchmesser (D3) des Laserstrahls (L).