DE102014220115B4

DE102014220115B4 - Verfahren zum Ansteuern einer Ablenkeinrichtung für eine Projektionsvorrichtung, Ablenkeinrichtung für eine Projektionsvorrichtung und Projektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102014220115B4
Application number: DE102014220115.2A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hofmann; Frank Senger; Thomas von Wantoch; Christian Mallas; Joachim Janes; Manfred Weiss
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: DE102014220115A1; CN105487224B; CN105487224A; US9832434B2; US20160100139A1

Abstract

Verfahren zum Ansteuern einer mindestens eine Ablenkeinheit (30) aufweisenden Ablenkeinrichtung (22) für eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren von Trajektorien auf eine Projektionsfläche (24), wobei die Ablenkeinrichtung (22) eine auf sie gerichtete elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung der Trajektorien umlenkt,und die mindestens eine Ablenkeinheit (30) mittels eines von einer Steuervorrichtung (32) gelieferten Ansteuersignals zum Erzeugen von Schwingungen mit jeweils einer Wendeamplitude bei Richtungsänderung der Schwingung um mindestens eine Ablenkachse angesteuert wird, wobei im Resonanzfall die Schwingungen eine maximale Amplitude aufweisen, bei der die erzeugten Trajektorien einen Rand der Projektionsfläche (24) erreichen,das Ansteuersignal derart eingestellt wird, dass die Wendeamplitude der Schwingungen einen vorbestimmten Wert außerhalb eines Bereichs der maximalen Amplitude der Schwingungen zumindest zeitweise aufweist,und eine Intensitätsverteilung der erzeugten Trajektorien auf der Projektionsfläche (24) mit einem vorgegebenen Intensitätsmuster erzielt wird,dadurch gekennzeichnet,dass das Ansteuersignal so eingestellt oder verändert wird, dass die Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung zumindest in der Mitte der Projektionsfläche (24) ein lokales Maximum enthält und/oder an einem Rand der Projektionsfläche (24) ein lokales Minimum enthältund/oder dass die elektromagnetische Strahlung derart umgelenkt wird, dass eine Verweildauer der elektromagnetischen Strahlung in der Mitte der Projektionsfläche (24) größer ist als an einem Rand der Projektionsfläche (24).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Ablenkeinrichtung für eine Projektionseinrichtung nach dem Hauptanspruch, eine Ablenkeinrichtung nach Anspruch 17 sowie eine Projektionsvorrichtung nach Anspruch 18.
Im Stand der Technik sind so genannte Lissajous-Projektoren bekannt, bei denen Spiegel verwendet werden, welche in zwei Achsen resonant oder nahezu resonant und damit sinusförmig schwingen. Prinzipbedingt sind diese auch als Resonanzscanner bezeichneten Spiegel in der Lage, sehr viel größere Amplituden zu erzielen, als nicht resonant betriebene Scanner. Größere Amplituden sind auf eine scannende Laserprojektion bezogen gleichbedeutend mit einer höheren optischen Auflösung.
So offenbart die DE 10 2009 058 762 A1 eine Ablenkeinrichtung für eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren von Lissajous-Figuren auf eine Projektionsfläche, die ausgebildet ist, einen Lichtstrahl um mindestens eine erste und eine zweite Ablenkachse zur Erzeugung der Lissajous-Figuren umzulenken. Die Ablenkeinrichtung umfasst eine Ablenkeinheit zur Erzeugung von Schwingungen um die Ablenkachsen und eine Steuervorrichtung zur Erzeugung von Ansteuersignalen für die Ablenkeinheit mit einer ersten und zweiten Ansteuerfrequenz, die im Wesentlichen den Resonanzfrequenzen der Ablenkeinheit entspricht, wobei die Ablenkeinheit einen Gütefaktor von > 3.000 aufweist und die Ansteuervorrichtung einen Regelkreis umfasst, der ausgebildet ist, abhängig von einer gemessenen Phasenlage der Schwingungen der Ablenkeinheit die erste und/oder die zweite Ansteuerfrequenz so zu regeln, dass die maximale Amplitude der Schwingungen in dem Resonanzbereich der Ablenkeinheit verbleibt. Dabei ist der Gütefaktor Q definiert als das Verhältnis von Resonanzfrequenz f0 zur Bandbreite B, Q = f0/B, und die Bandbreite B ist bei Darstellung der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz definiert als die Breite des Resonanzpeaks, an der Stelle, an der die Dämpfung 3,01 dB erreicht.
Weitere Ablenkeinrichtungen mit mikromechanischen Spiegeln sind beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2008 055 159 A1 , US 2011/0122101 A1 und US 2009/0059179 A1 offenbart.
Bei der Verwendung resonant betriebener Scanner dieser Art tritt mitunter das Problem auf, dass es bei Umkehrpunkten der Schwingungen wegen der minimalen Geschwindigkeit der Ablenkeinheit zu einer Intensitätsüberhöhung an einem Rand der Projektionsfläche kommen kann, wenn die Strahlungsintensität mit einer definierten Zeitkonstante zeitlich aufintegriert wird. Die 4 unten zeigt eine zeitlich integrierte Intensität von elektromagnetischer Strahlung entlang einer Linie bei resonantem Betrieb eines Resonanzscanners mit einer konstanten Ansteuerfrequenz (4 oben), die im Wesentlichen einer Resonanzfrequenz der Schwingungen entspricht, und mit einer konstanten maximalen Amplitude der Schwingungen (4, Mitte). Zu erkennen ist, dass die Intensität an den Endpunkten der Linie erhöht ist, wohingegen in der Mitte der Linie die Intensität ein Minimum besitzt. Durch eine Intensitätserhöhung an den Endpunkten der Linie kann ein Einsatzbereich solcher Scanner geschmälert sein.
Es gibt Applikationen, bei denen eine erhöhte zeitlich integrierte Lichtintensität nicht an den Endpunkten, sondern an anderer Stelle, z.B. in der Mitte der Linie oder entsprechend einem Intensitätsmuster erwünscht ist. Dies kann z.B. bei Beleuchtungsaufgaben der Fall sein, wenn etwa das Zentrum der gescannten Linie von höherer Bedeutung ist als die seitliche Begrenzung der Linie. Andere Applikationen wiederum zielen darauf ab, dass im zeitlichen Mittel eine möglichst homogene Ausleuchtung der Linie resultiert. Auch bei zweidimensionaler Ablenkung eines Lichtstrahls, wenn also eine Fläche ausgeleuchtet wird, kann es zu einer höheren Intensität an einem Rand als in der Mitte der ausgeleuchteten Fläche kommen.
In derartigen Fällen werden daher Scanner eingesetzt, die quasistatisch (nichtresonant) und mit nahezu gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt werden. Für Scanner, die quasistatisch arbeiten, tritt jedoch dabei das Problem zutage, dass in Folge geringer zur Verfügung stehender Antriebskräfte keine großen Amplituden der Ablenkeinheit realisiert werden können und zudem eine sehr weiche Federaufhängung der Ablenkeinheit erforderlich sein kann. Eine weiche Federaufhängung wiederum ist in der Regel sehr schock- und vibrationsempfindlich und daher für einige Applikationen wie zum Beispiel im Automobilbereich bislang nicht sinnvoll einsetzbar.
Für Applikationen mit stark einwirkenden Vibrationen und Stößen ist hingegen oft ein sehr robuster Scanner mit entsprechend harter Aufhängung der Ablenkeinheit erforderlich. Ein solcher Scanner kann meistens nur dann große Amplituden generieren, wenn er resonant betrieben wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Scanner-Konzept zu definieren, das es erlaubt, die nötige Robustheit gegenüber Vibrationen und Stößen zu erreichen, wobei unerwünschte Intensitätsüberhöhungen auf einer Projektionsfläche vermieden bzw. verringert werden sollen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs, eine Ablenkeinrichtung gemäß dem Anspruch 15 sowie eine Projektionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich mit den Unteransprüchen sowie den Ausführungsbeispielen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Ansteuern einer mindestens eine Ablenkeinheit aufweisenden Ablenkeinrichtung für eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren von Trajektorien auf eine Projektionsfläche vorgeschlagen. Die Ablenkeinrichtung lenkt eine auf sie gerichtete elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung der Trajektorien um, und die mindestens eine Ablenkeinheit wird mittels eines von einer Steuervorrichtung gelieferten Ansteuersignals zum Erzeugen von Schwingungen mit jeweils einer Wendeamplitude bei Richtungsänderung der Schwingung um mindestens eine Ablenkachse angesteuert, wobei im Resonanzfall die Schwingungen eine maximale Amplitude aufweisen, bei der die erzeugten Trajektorien einen Rand der Projektionsfläche erreichen. Das Ansteuersignal wird derart eingestellt, dass die Wendeamplitude der Schwingungen einen vorbestimmten Wert außerhalb eines Bereichs der maximalen Amplitude der Schwingungen zumindest zeitweise aufweist, und eine Intensitätsverteilung der erzeugten Trajektorien auf der Projektionsfläche mit einem vorgegebenen Intensitätsmuster erzielt wird.
Die Wendeamplitude der Schwingungen ist dabei definiert als eine Auslenkung der Ablenkplatte um die Ablenkachse während einer beliebigen Schwingung bei Richtungsänderung der Schwingung. Bei der Wendeamplitude der Ablenkplatte weist die Ablenkeinheit typischerweise eine minimale Geschwindigkeit auf. Verändert sich die Amplitude der Schwingung beispielsweise in Form einer periodischen Funktion, wie z.B. einer Sinusfunktion, bildet das Maximum der Funktion die Wendeamplitude.
Die maximale Amplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit um die mindestens eine Ablenkachse ist der größte Wert, den die Amplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit um die mindestens eine Ablenkachse im Resonanzfall d.h. bei einer vorgegebenen maximalen Ansteueramplitude und einer Ansteuerfrequenz im Bereich der Resonanzfrequenz der mindestens einen Ablenkachse, vorzugsweise zwei oder mehr als zwei Ablenkachsen, erreichen kann. Nur bei Vorliegen einer maximalen Amplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit kann der Rand der Projektionsfläche durch die erzeugten Trajektorien erreicht bzw. ausgeleuchtet werden. D.h. nur bei Ansteuerung der Ablenkeinheit durch die Steuervorrichtung mit der vorgegebenen maximalen Ansteueramplitude und mit der auf die Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit abgestimmten Ansteuerfrequenz kann der Rand der Projektionsfläche ausgeleuchtet werden. Dies geschieht typischerweise nach einem Einschwingvorgang bzw. einer Einschwingzeit. Die Ablenkeinheit wird also typischerweise zumindest zeitweise im Resonanzfall mit maximaler Amplitude der Schwingungen betrieben, um auch den Rand der Projektionsfläche auszuleuchten.
Ein Bereich der maximalen Amplitude der Schwingungen umfasst Amplituden, die bis zu 1% von der maximalen Amplitude der Schwingungen abweichen. Die maximale Ansteueramplitude ist in der Regel fest vorgegeben und sollte einen von der jeweiligen Ablenkeinheit abhängigen Wert nicht überschreiten, um z.B. Schäden bei der Ablenkeinheit zu vermeiden.
Falls nur eine Ablenkachse vorgesehen ist, können die Trajektorien auf einer Linie auf der Projektionsfläche abgebildet werden. Der Rand der Projektionsfläche ist dann durch die Endpunkte der Linie bestimmt. Um trotzdem die gesamte Projektionsfläche auszuleuchten, kann die Projektionsfläche in der anderen Dimension z.B. mittels eines Rasterscanverfahrens abgetastet werden. Das Verfahren ist nicht notwendigerweise auf eine einzige Ablenkachse beschränkt. Falls die elektromagnetische Strahlung um mehrere Ablenkachsen umgelenkt wird, können die Trajektorien Lissajous-Figuren bilden. Mehrere Ablenkachsen, z.B. 2 oder 3, können beispielsweise durch mehrere seriell angeordnete Ablenkeinheiten oder eine einzige mehrachsige Ablenkeinheit realisiert werden. Die Lissajous-Figuren können auf einer Fläche der Projektionsfläche abgebildet werden.
Der vorbestimmte Wert kann im Sinne der Anmeldung auch ein Wertebereich sein oder durch eine Funktion gebildet sein. Beispielsweise kann der vorbestimmte Bereich zeitlich konstant sein oder sich zeitlich ändern. Weiterhin kann der vorbestimmte Bereich sich periodisch wiederholen. Der vorbestimmte Wert oder Wertebereich sollte aber außerhalb des Bereichs der maximalen Amplitude der Schwingungen liegen und insbesondere kleinere Werte aufweisen als die maximale Amplitude der Schwingungen.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann ein dauerhaft resonanter Betrieb der Ablenkeinheit mit maximaler Amplitude der Schwingungen zumindest zeitweise verhindert werden. D.h. die Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit kann, nachdem diese die maximale Amplitude erreicht hat, durch Einstellen des Ansteuersignals auf eine Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit, welche kleiner als die maximale Amplitude der Schwinungen ist, eingestellt bzw. verringert werden. Die Wendeamplitude der Schwingungen ist somit typischerweise zeitlich nicht konstant. Mit dem Verfahren kann eine Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung innerhalb der Projektionsfläche geändert bzw. entsprechend einem vorgegebenen Muster eingestellt werden werden. Insbesondere kann eine unerwünschte Intensitätserhöhung an einem Rand der Projektionsfläche zumindest reduziert werden.
Das Ansteuersignal wird typischerweise abhängig von der maximalen Ansteueramplitude und der auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen abgestimmte Ansteuerfrequenz eingestellt. Das eingestellte Ansteuersignal kann vor Inbetriebnahme der Ablenkeinrichtung kalibriert werden. Die genannte Kalibration kann auch während des Betriebs der Ablenkeinrichtung stattfinden. Beispielsweise können die maximale Ansteueramplitude und die auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen abgestimmte Ansteuerfrequenz vor Inbetriebnahme der Ablenkeinrichtung bestimmt werden. Die maximale Ansteueramplitude und die auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen abgestimmte Ansteuerfrequenz werden dann beim Einstellen des Ansteuersignals derart berücksichtigt, dass mit dem eingestellten Ansteuersignal die Wendeamplitude der Schwingungen den vorbestimmten Wert außerhalb des Bereichs der maximalen Amplitude zumindest zeitweise aufweist. Das jeweils einzustellende Ansteuersignal bestimmt somit die Intensitätsverteilung bzw. das Intensitätsmuster auf der Projektionsfläche.
Aufgrund von externen Einflüssen wie Temperatur oder Vibrationen kann es z.B. zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit kommen. Folgich sollte in diesem Fall zumindest die Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals an die verschobene Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit angepasst werden. Hierdurch kann es erforderlich sein, die Kalibration des Ansteuersignals in vorbestimmten Zeitabständen erneut durchzuführen. Zum Beispiel kann die Kalibration vor jeder Inbetriebnahme der Ablenkeinrichtung durchgeführt werden. Die Kalibration kann auch in festen zeitlichen Abständen, wie jede Stunde, jeden Tag, jede Woche, jeden Monat oder jedes Jahr durchgeführt werden.
In einer Weiterbildung weist das Verfahren folgende Schritte auf:

- Ansteuern der zumindest einen Ablenkeinheit mittels des von der Steuervorrichtung gelieferten Ansteuersignals zum Erzeugen von resonanten Schwingungen um die mindestens eine Ablenkachse,
- Bestimmen eines Signals, welches die Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit repräsentiert,
- Vergleichen des bestimmten Signals mit einem Wert, welcher die maximale Amplitude der Schwingungen repräsentiert und,
- wenn beim Vergleich die Wendeamplitude der Schwingungen der maximalen Amplitude der Schwingungen entspricht, Verändern des Ansteuersignals derart, dass die Wendeamplitude der Schwingungen auf den vorbestimmten Wert außerhalb des Bereichs der maximalen Amplitude der Schwingungen zumindest zeitweise verringert wird.

Der Wert, der die maximale Amplitude der Schwingungen repräsentiert, kann beispielsweise in der Steuervorrichtung gespeichert sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Ablenkeinheit in einem ersten Zeitintervall mit einem ersten Ansteuersignal derart angesteuert wird, dass nach einem Einschwingvorgang der Schwingungen die maximale Amplitude der Schwingungen erreicht wird, anschließend die Ablenkeinheit in einem zweiten Zeitintervall mit einem zweiten Ansteuersignal angesteuert wird, wobei das zweite Ansteuersignal sich von dem ersten Ansteuersignal derart unterscheidet, dass die Wendeamplitude der Schwingungen verringert wird, wobei das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall aufeinander folgen. Beispielsweise folgen das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall unmittelbar und alternierend aufeinander.
Die zeitliche Abfolge des Ansteuersignals kann durch eine Aneinanderreihung von jeweils dem ersten und dem zweiten Zeitintervall gegeben sein. Es können auch weitere Zeitintervalle vorgesehen sein. Beispielsweise fängt nach dem zweiten Zeitintervall ein drittes Zeitintervall an, in dem eine Ansteueramplitude von ungefähr null gewählt wird. Die Wendeamplitude der Schwingungen wird sich dann ebenfalls auf einen Wert von null einstellen. Hierdurch kann eine Verweildauer bzw. eine zeitlich integrierte Intensität der elektromagnetischen Strahlung in einer Mitte der Projektionsfläche erhöht werden. Hiernach kann die Ablenkeinheit wieder resonant betrieben werden, d.h. nach dem dritten Zeitintervall kommt wieder das erste Zeitintervall. Die genannten Zeitintervalle sollten kleiner als 30 ms, vorzugsweise kleiner als 10 ms sein. Hierdurch können für das menschliche Auge wahrnehmbare Flackereffekte oder Stroboskopeffekte reduziert werden.
In einer Weiterbildung wird die Ablenkeinheit direkt nach Erreichen der maximalen Amplitude der Schwingungen mit dem zweiten Ansteuersignal derart angesteuert, dass die Wendeamplitude der Schwingungen auf den vorbestimmten Wert verringert wird. Hierdurch kann eine Verweildauer bzw. eine zeitlich integrierte Intensität der elektromagnetischen Strahlung in einem Randbereich der Projektionsfläche verringert werden. Der Randbereich der Projektionsfläche ist hierbei definiert als eine Umgebung um einen Rand der Projektionsfläche von bis zu 10% der gesamten Ausdehnung der Projektionsfläche. Der Randbereich der Projektionsfläche liegt dabei vollständig innerhalb der Projektionsfläche.
In einer Ausführungsform ist eine Dauer des ersten Zeitintervalls kleiner als eine Dauer des zweiten Zeitintervalls. Die Dauer des zweiten Zeitintervalls kann zum Beispiel mindestens 2 mal oder mindestens 5 mal oder mindestens 10 mal oder mindestens 50 mal oder mindestens 99 mal länger sein als die Dauer des ersten Zeitintervalls. Die Ablenkeinheit kann also in mindestens 33% der Zeit mit einem Ansteuersignal angesteuert werden, das nicht dem resonanten Ansteuersignal entspricht.
Das zweite Ansteuersignal kann im zweiten Zeitintervall zeitlich konstant sein oder sich zeitlich ändern oder zeitlich periodisch sein.
Das Ansteuersignal ist in der Regel durch eine Ansteuerfrequenz, eine Ansteueramplitude und eine Ansteuerphase bestimmt. Das Ansteuersignal kann zum Beispiel durch eine Sinusfunktion mit Amplitude, Frequenz und Phase gebildet sein. In einer Ausgestaltung wird zur Erzielung des vorgegebenen Intensitätsmusters eine Ansteuerfrequenz und/oder eine Ansteueramplitude und/oder eine Ansteuerphase und/oder ein Puls-Pausen-Verhältnis des Ansteuersignals eingestellt oder verändert, wobei entsprechende Modulationen, z.B. Amplituden-, Frequenz-, Phasen,- Puls-Weitenmodulationen und dgl. vorgenommen werden können. Es können auch verschiedene Parameter des Ansteuersignals gleichzeitig eingestellt oder verändert oder geregelt werden, beispielsweise werden sowohl die Ansteuerfrequenz als auch die Ansteueramplitude des Ansteuersignals eingestellt oder verändert.
Die Parameter der Ansteuersignale können zur Vorgabe eines oder mehrerer gewünschten Intensitätsmusters der elektromagnetischen Strahlung auf der Projektionsfläche in einem Speicher, z.B. in einem Speicher der Steuervorrichtung, gespeichert und zur Einstellung des Ansteuersignals abgerufen werden.
In einer Ausführungsform wird lediglich die Ansteueramplitude eingestellt oder verändert (Amplitudenmodulation), während die anderen Parameter (Ansteuerfrequenz und Ansteuerphase) fest gehalten werden. In diesem Fall wird die Ansteuerfrequenz im Wesentlichen auf die Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit abstimmt. Weiter wird die Ansteueramplitude des Ansteuersignals so moduliert, dass die Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit im zeitlichen Mittel kleiner ist als die maximale Amplitude der Schwingungen. Im ersten Zeitintervall ist die Ansteueramplitude des Ansteuersignals maximal. Zumindest nach einer Einschwingzeit entspricht die Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit dann der maximalen Amplitude der Schwingungen. Durch Verringerung der maximalen Ansteueramplitude im zweiten Zeitintervall wird sich die Wendeamplitude der Schwingungen zeitversetzt ebenfalls verringern. Die Schwingungen der Ablenkeinheit weisen dann, trotz Anregung mit resonanter Ansteuerfrequenz, keine maximale Amplitude mehr auf. Wie schnell die Verringerung der Wendeamplitude der Schwingungen bei Verringerung der Ansteueramplitude erfolgt, hängt von einer Güte der Ablenkeinheit ab. Es wäre also beispielsweise möglich, dass die Ansteueramplitude im zweiten Zeitintervall einen Wert, welcher die weniger als 90% oder weniger als 70% oder weniger als 50% oder weniger als 30% oder weniger als 10% der maximalen Ansteueramplitude beträgt oder welcher nahe Null oder gleich Null ist. Hierdurch nimmt die Wendeamplitude der Schwingungen zeitversetzt ab, bis sie ebenfalls einen verringerten Wert bzw. einen Wert nahe Null oder gleich Null annimmt. Die Ablenkeinheit würde dann zeitweise keine Schwingung mehr ausführen. Dies entspricht einer Erhöhung der Lichtintensität im Zentrum einer ausgeleuchteten Linie auf der Projektionsfläche oder im Zentrum einer ausgeleuchteten Fläche der Projektionsfläche. Anschließend kann die Ablenkeinheit wieder, z.B. gemäß dem ersten Zeitintervall, mit der maximalen Ansteueramplitude und mit der Ansteuerfrequenz im Bereich der Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit angesteuert werden.
Damit einerseits das menschliche Auge und die daran anschließende Sinneswahrnehmung nicht die einzelnen Variationsschritte aufzulösen vermag, sondern nur ein zeitlich integrales Muster wahrnimmt, ist es erforderlich, dass die oben geschilderte Amplitudenmodulation schnell genug vonstatten geht. Wenn die Ablenkeinheit einen sehr hohen Gütefaktor besitzt, dann wird sie im eingeschwungenen Zustand trotz Verringerung der Ansteueramplitude des Ansteuersignals nicht sofort dieser Amplitudenänderung folgen, sondern umso länger mit großer Amplitude weiterschwingen, je höher der Gütefaktor der Ablenkeinheit ist. Die oben geschilderte Amplitudenmodulation ließe sich daher am besten realisieren, wenn die Ablenkeinheit einerseits einen hinreichend niedrigen Gütefaktor (gleichbedeutend mit einer hohen Dämpfung) besitzt, um die Amplitude der Schwingungen schnell hinsichtlich der menschlichen Sinneswahrnehmung verringern zu können, zugleich aber auch über die erforderliche Antriebskraft verfügt, um innerhalb kurzer Zeit (z.B. innerhalb 1/100 Sekunde) auf große Amplituden aufschwingen zu können. Der Gütefaktor sollte jedoch größer als 40 oder größer als 80 sein, um eine Robustheit gegenüber Vibrationen zu erzielen.
Ablenkeinheiten mit einer großen Antriebskraft lassen sich insbesondere mit elektromagnetischen oder piezoelektrischen Antrieben realisieren. Ein thermischer Antrieb verfügt ebenfalls über hohe Antriebskräfte, aber kann bedingt durch die Limitierung der Wärmeleitung im Allgemeinen nicht die Bandbreite und Ansteuerfrequenz realisieren, die für die hier genannten Applikationen erforderlich sind. Elektrostatische Antriebe sind schnell und können auch so gestaltet werden, dass die Ablenkeinheit stark gedämpft wird, um ein ausreichend schnelles Abklingen der Amplitude der Schwingungen zu ermöglichen. Dies hat aber in der Regel auch zur Folge, dass sich nur sehr geringe Amplituden der Schwingungen realisieren lassen. Bei elektrostatischen Antrieben kann zum Erreichen großer Amplituden der Schwingungen ein Vakuum-Package um die Ablenkeinheit sinnvoll sein. In einem Vakuum-Package sind häufig bis zu 20 mal so große maximale Amplituden erzeugbar wie bei einem Normaldruck von etwa 1 atm.
In einer weiteren Ausführungsform kann zur Verringerung der Wendeamplitude der Schwingungen auch alternativ oder zusätzlich zur Amplitudenmodulation die Ansteuerfrequenz geändert werden (Frequenzmodulation). Indem die Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals gegenüber der Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit verstimmt wird, lässt sich erreichen, dass die Ablenkeinheit trotz hohen Gütefaktors aktiv in sehr kurzer Zeit abgebremst wird. Die Frequenzmodulation kann mit einer variablen Änderungsrate durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine schnelle anfängliche Frequenzänderung mit einer sich anschließenden langsamer verändernden Ansteuerfrequenz kombiniert werden. Die Ansteuerfrequenz kann auch um einen festen Wert vergrößert oder verkleinert werden. Abhängig von einer Güte der Ablenkeinheit muss die Ansteuerfrequenz mehr oder weniger verändert werden, um die Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit in Bezug auf die maximale Amplitude der Schwingungen zu verringern. So kann eine Ablenkeinheit mit einer Resonanzfrequenz von 20 kHz und mit einem hohen Gütefaktor von z.B. 10000 bereits durch eine Verstimmung der Ansteuerfrequenz um wenige Hz vollständig abgebremst werden. Das Maß der Verstimmung der Ansteuerfrequenz sollte eine Bandbreite B einer Resonanzkurve der Ablenkeinheit nicht deutlich, z.B. nicht mehr als zweimal die Bandbreite B, überschreiten. Mit Verwendung der obigen Definition des Gütefaktors Q = f0/B ergibt sich, dass z.B. bei einer Resonanzfrequenz von f0 20 kHz und einem Gütefaktor Q von 10000 eine Verstimmung der Resonanzfrequenz von maximal ± 4 Hz ausreicht, um die Ablenkplatte abzubremsen und folglich die Wendeamplitude der Schwingungen zu verringern. Der Gütefaktor kann typischerweise größer sein als 3000, vorzugsweise größer als 10000, insbesondere größer als 500000 oder größer als 100000.
Die Ansteuerfrequenz kann auch permanent moduliert werden, um die Wendeamplitude zumindest zeitweise außerhalb des Bereichs der maximalen Amplitude der Schwingungen zu halten. Beispielsweise kann sich die Ansteuerfrequenz periodisch um eine Resonanzfrequenz der Schwingungen bewegen. Die Ansteuerfrequenz kann beispielsweise mit einer Dreiecksfunktion, einer Rechteckfunktion oder mit einer Sinusfunktion um die Resonanzfrequenz moduliert werden. In diesem Fall kann die Ablenkplatte nur für eine infinitesimal kurze Zeit mit der Resonanzfrequenz angeregt werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Frequenzmodulation und/oder zur Amplitudenmodulation kann auch eine Phasenmodulation des Ansteuersignals durchgeführt werden, um die Wendeamplitude zumindest zeitweise außerhalb des Bereichs der maximalen Amplitude der Schwingungen zu halten. Die Ablenkeinheit wird also beispielsweise bei maximaler Ansteueramplitude und bei konstanter Ansteuerfrequenz, welche im Wesentlichen einer Resonanzfrequenz der Schwingungen entspricht, betrieben. Wird nun die Ansteuerphase so geändert, dass die Ablenkeinheit seine Antriebspulse nicht mehr zum richtigen Zeitpunkt erhält, dann können die Antriebspulse teilweise oder bei gegenphasigem Ansteuern sogar vollständig bremsende Wirkung bewirken.
Eine Beeinflussung der Wendeamplitude der Schwingungen kann auch durch eine Änderung des Puls-Pausen-Verhältnisses bei Ansteuerung mit einem Rechtecksignal erzielt werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass es zu einem vorgegebenen Zeitpunkt eine beschleunigende Wirkung und abbremsende Wirkung gibt. Wird zum Beispiel ein Puls-Pausen-Verhältnis von über 90% gewählt, dann ist die resultierende Wendeamplitude der Schwingungen deutlich unter dem Maximum, wodurch die Lichtintensität im Zentrum der Projektionsfläche steigt. Bei 50% wird hingegen in der Regel die maximale Amplitude erzielt und es kann Licht an die Ränder „transportiert“ werden. Werte deutlich darunter lassen die Amplitude wieder kleiner werden.
In einer Ausgestaltung kann auch eine Kombination aus Ansteuerfrequenz und/oder Ansteueramplitude und/oder Ansteuerphase und/oder Puls-Pausen-Verhältnis eingestellt oder verändert werden, um die Wendeamplitude der Schwingungen zu beeinflussen und die Intensitätsverteilung der erzeugten Trajektorien auf der Projektionsfläche mit dem vorgegebenen Intensitätsmuster zu erzielen.
Typischerweise wird das Ansteuersignal derart eingestellt oder verändert, dass die Wendeamplitude der Schwingungen zumindest zeitweise kleiner als 95% oder kleiner als 90%, vorzugsweise kleiner als 70%, noch bevorzugter kleiner als 50% der maximalen Amplitude der Schwingungen ist. Die Vorgaben für den Änderungsbereich der Wendeamplitude sind von den Eigenschaften des Ablenkelements und von der Auflösung der Projektionsfläche bestimmt. Beispielsweise ist der Änderungsbereich als Kehrwert der Minimalauflösung in einer Achse vorgegeben. Bei einer Definition unter Verwendung von Pixeln sollte sich die Wendeamplitude vorzugsweise um mehr als eine „Pixelbreite“ ändern. Beispielsweise sollte sich die Wendeamplitude des Ablenkelements im Falle einer Minimalauflösung von 480 x 640 Pixeln um mehr als 1/480 (0,00283) und 1/640 (0,00146) ändern.
Das Signal, welches eine Wendeamplitude der Schwingungen repräsentiert, kann verschiedene Messungen, Messwerte oder Signale umfassen. Zum Beispiel kann eine Amplitude der Schwingungen direkt gemessen werden. Durch eine direkte Messung des Amplitudenverlaufs können auch Phase und Frequenz der Schwingungen abgeleitet werden.
Das Signal, das die Wendeamplitude der Schwingungen repräsentiert, kann auch alternativ oder zusätzlich eine zeitlich integrierte Intensität der elektromagnetischen Strahlung auf der Projektionsfläche umfassen. Durch eine derartige Intensitätsmessung kann auch die Wendeamplitude der Schwingungen bestimmt werden. Wenn die gesamte Projektionsfläche, insbesondere der Rand der Projektionsfläche ausgeleuchtet ist, schwingt die Ablenkeinheit zumindest zeitweise typischerweise mit der maximalen Amplitude. Wenn eine Intensitätserhöhung der elektromagnetischen Strahlung am Rand der Projektionsfläche gemessen wird, ist dies somit ein Hinweis dafür, dass die Wendeamplitude der Schwingungen der maximalen Amplitude entspricht. Die Intensitätsmessung kann mit einem optischen Sensor, z.B. CMOS, CCD, Photodiode, Photomultiplier, oder Photozelle erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Wendeamplitude oder eine Phasenlage der Schwingungen der Ablenkeinheit erfasst bzw. bestimmt werden. Die Phasenlage oder die Wendeamplitude kann dabei aus einer Winkellage der Ablenkeinheit ermittelt werden. Es kann hierbei ein Nulldurchgang der Schwingung für die Bestimmung der Phasenlage benutzt werden. Beim Nulldurchgang ist die Phase z.B. 0 oder pi. Um zwischen den beiden Phasen 0 und pi unterscheiden zu können, besitzt die Ablenkeinheit vorzugsweise eine Asymmetrie derart, dass die gemessenen Winkellagen der Ablenkeinheit sich bei einer Phase von 0 und einer Phase von pi unterscheiden. Hierdurch kann die Phasenlage und ein Zeitpunkt des Nulldurchganges eindeutig zugeordnet werden. Unter der Voraussetzung, dass die Ablenkeinheit sinusförmig oszilliert, kann bei Kenntnis der Zeitpunkte der Nulldurchgänge die Schwingungsform der Ablenkeinheit mit eienr Sinusfunktion nachgebildet werden. Die Phasenlage kann weiter kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen gemessen werden. Hierbei sollten die zeitlichen Abstände kleiner sein, als eine Schwingungsdauer, zum Beispiel kleiner als 1/6 der Schwingungsdauer. Hierdurch kann die Nachbildung der Schwingungsform mir einer Sinusfunktion entfallen.
Die Steuervorrichtung kann einen Regelkreis umfassen, der ausgebildet ist, abhängig von einer gemessenen Phasenlage der Schwingungen der Ablenkeinheit die Ansteuerfrequenz bzw. die Ansteueramplitude derart zu regeln, dass die Wendeamplitude der Schwingungen den vorbestimmten Wert aufweist. Ein derartiger Regelkreis ist zum Beispiel in der DE 10 2009 058 762 A1 beschrieben.
In einer Ausführungsform wird die Wendeamplitude der Schwingungen oder die Phasenlage der Schwingungen oder die Amplitude der Schwingungen optisch, kapazitiv, magnetisch, resistiv, piezoresistiv oder piezoelektrisch gemessen.
Außerdem wird das Ansteuersignal erfindungsgemäß so eingestellt oder verändert, dass die Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung zumindest in der Mitte der Projektionsfläche ein lokales Maximum enthält. Alternativ oder zusätzlich wird das Ansteuersignal so eingestellt oder verändert, dass die Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung an einem Rand oder in einem Randbereich der Projektionsfläche ein lokales Minimum enthält. Dabei kann das Ansteuersignal so eingestellt oder verändert werden, dass beide Bedingungen erfüllt sind, d.h. dass die Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung in der Mitte der Projektionsfläche ein lokales Maximum und an einem Rand oder in einem Randbereich der Projektionsfläche ein lokales Minimum enthält, vgl. 7. Je nach Anwendung des Verfahrens können das Intensitätsmaximum und das Intensitätsminimum der elektromagnetischen Strahlung innerhalb der Projektionsfläche eingestellt und/oder verändert werden. Außerdem ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die elektromagnetische Strahlung derart umgelenkt wird, dass eine Verweildauer der elektromagnetischen Strahlung in der Mitte der Projektionsfläche größer ist als an einem Rand der Projektionsfläche, vgl. 7.
Bei Rasterverfahren aus dem Stand der Technik ist eine Wiederholrate von Bildpunkten fest vorgegeben. Beispielsweise wird ein Raster von oben nach unten oder von links nach rechts abgetastet. Wenn während des Rasterverfahrens Temperaturschwankungen, Vibrationen oder Stöße bedingt durch äußere Einflüsse auftreten, kann es zu Bildstörungen oder einem Flackern kommen.
Bei Anwendungen, wo Vibrationen, Stöße und Temperaturschwankungen von bis zu 120° C (von - 40° C bis 80° C) eine Rolle spielen, z.B. im Automobilbereich, kann es vorteilhaft sein, wenn die Trajektorien keine feste Wiederholrate aufweisen. Es kann sogar für jede einzelne Trajektorie eine andere, beliebige Reihenfolge des Abtastens gewählt werden. Hierdurch kann eine Flexibilität und Robustheit des Verfahrens vergrößert werden.
In einer Ausführungsform wird das Ansteuersignal so eingestellt oder verändert, dass die Trajektorien auf der Projektionsfläche nicht ortsfest sind und/oder dass die Trajektorien keine feste Wiederholrate aufweisen. Falls mehrere Ablenkachsen vorgesehen sein, müssen die Ansteuerfrequenzen der jeweiligen Ablenkachsen daher auch nicht in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen. Dies würde bei einer Bildprojektionsvorrichtung bedeuten, dass es keine feste vorhersehbare Reihenfolge eines Bildspeicher-Auslese-Vorgangs gibt, da die Reihenfolge der Abtastung einer Projektionsfläche nicht konstant ist.
Die zeitliche Variation der Trajektorien hat weiter den günstigen Umstand zur Folge, dass unerwünschte Speckle-Muster, die bei Laserprojektionen auftreten können, wahrnehmbar verringert werden, weil auf der Projektionsfläche nicht stets die gleichen, sondern verschiedene Streuzentren getroffen werden. Dies aber hat zur Folge, dass auch die Speckle-Muster variieren und im Auge durch Überlagerung und zeitliche Integration gemittelt werden. Dies ist ein Vorteil gegenüber allen Laser-Projektionsverfahren mit ortsfesten Trajektorien.
Die Bildwiederholungsrate beschreibt die Rate mit der verschiedene Trajektorien aufeinander folgen. Die Bildwiederholungsrate sollte mindestens 30 Hz, insbesondere mindestens 60 Hz, vorzugsweise mindestens 100 Hz, besonders bevorzugt 400 Hz betragen. Hierdurch können für das menschliche Auge wahrnehmbare Flackereffekte oder Stroboskop-Effekte reduziert werden.
Für die Projektion sehr hoch aufgelöster Bilder, wie beispielsweise bei einer HDTV-Auflösung werden in der Regel extrem schnelle Ablenkeinheiten benötigt. Um diesen Anforderungen zu genügen, sollte die Frequenz der resonanten Schwingungen der Ablenkeinheit mindestens 1000 Hz betragen. Vorzugsweise ist die Resonanzfrequenz größer als 3000 Hz, insbesondere größer als 10 kHz oder größer als 30 kHz.
Mit der vorliegenden Anmeldung wird auch eine Ablenkeinrichtung für eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren von Trajektorien auf eine Projektionsfläche, die ausgebildet ist elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung der Trajektorien umzulenken, bereitgestellt. Die Ablenkeinrichtung umfasst

- zumindest eine Ablenkeinheit zum Erzeugen von Schwingungen um mindestens eine Ablenkachse, und
- eine Steuervorrichtung zum Erzeugen eines Ansteuersignals für die Ablenkeinheit. In einer Weiterbildung weist die Ablenkeinrichtung Mittel zum Erfassen eines Messsignals auf, welches eine Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit repräsentiert. Die Ablenkeinrichtung ist insbesondere zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet.

Weiterhin wird mit der vorliegenden Anmeldung eine Projektionsvorrichtung mit einer zuvor beschriebenen Ablenkeinrichtung und einer Strahlungsquelle zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung mit einer ersten Wellenlänge oder einem ersten Wellenlängenbereich vorgeschlagen. Als Projektionsfläche ist ein Leuchtschirm vorgesehen und ausgebildet, die erste Wellenlänge oder den ersten Wellenlängenbereich der umgelenkten elektromagnetischen Strahlung in eine zweite Wellenlänge oder einen zweiten Wellenlängenbereich zu konvertieren. Hierbei ist die zweite Wellenlänge bzw. der zweite Wellenlängenbereich typischerweise energieärmer als die erste Wellenlänge bzw. der erste Wellenlängenbereich. Weiter umfasst die zweite Wellenlänge bzw. der zweite Wellenbereich vorzugsweise sichtbares Licht.
Bei der Projektionsvorrichtung zum Projizieren eines Bildes auf die Projektionsfläche ist vorzugsweise neben der Ablenkeinrichtung zusätzlich eine Modulationseinheit zum Modulieren der Intensität der elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsquelle abhängig von einem zu projizierenden Bild und einem Ort der elektromagnetischen Strahlung auf der Projektionsfläche vorgesehen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Ablenkeinheit mindestens einen Mikrospiegel auf, wobei der die Auslenkung des Spiegels angebende optische Gesamtscanwinkel > 30 Grad, vorzugsweise > 40 Grad und noch bevorzugter > 60 Grad ist. Dabei kann der Mikrospiegel ein zweiachsiger, kardanisch an Torsionsfedern aufgehängter Mikrospiegel sein, es können aber auch hintereinander angeordnete einachsige Spiegel verwendet werden. Üblicherweise wird der in der Ablenkvorrichtung verwendete Spiegel um zwei zueinander orthogonal angeordnete Achsen schwingen. Es können aber auch von 90 Grad abweichende Winkel zwischen den Scan- oder Ablenkachsen eingeschlossen werden.
Die Ablenkeinrichtung ist nicht notwendigerweise auf eine oder zwei Ablenkachsen beschränkt. Zum Beispiel können auch drei oder mehr seriell angeordnete einachsige Ablenkeinheiten oder eine einziger drei- oder mehrachsige Ablenkeinheit eingesetzt werden. So kann auch ein Scanner mit beispielsweise drei oder mehr Torsions- und/oder Biegefederaufhängungen verwendet werden, um eine komplexe, dicht gepackte Lissajous-Trajektorie zu realisieren.
Die Ausführungen sind auch nicht auf eine spezifische Bauweise des Scanners beschränkt, z. B. auf eine kardanische Aufhängung des Spiegels oder auf eine spezielle Antriebsart, wie beispielsweise eine Antriebsart mit Elektrodenkämmen. Voraussetzung ist stets, dass die vorgesehene Projektionsfläche in ausreichender Geschwindigkeit und Dichte durch den Projektionsstrahl abgetastet wird. Dieses könnte auch durch einen Aktuator, der die Strahlablenkung nicht durch Reflexion an einem Spiegel, sondern durch ein brechendes oder beugendes Element erzielt, erreicht werden.
Das vorgeschlagene Verfahren, die Ablenkeinrichtung und die Projektionsvorrichtung können in verschiedenen Applikationen angewendet werden, z.B. in Laser-Projektions-Displays, Beleuchtungssystemen oder in Maschinen zur Laser-Materialbearbeitung. Zu den relevanten Applikationen können beispielsweise Kleinst-Projektoren, die in mobilen Consumer-Produkten untergebracht werden, gehören, aber ebenso Head-Up-Displays in Flugzeugen und Autos. Andere Einsatzbereiche können Armaturenbrett-Displays sein oder Datenbrillen. Eine weitere Anwendung insbesondere im Automobilbereich stellen Scheinwerfersysteme dar, die über Display-Eigenschaften verfügen können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Figuren zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Ablenkeinrichtung;
2 eine Aufsicht auf einen zweiachsigen, kardanisch aufgehängten Mikrospiegel mit Kammantrieben;
3 einen schematischen Aufgab einer Projektionsvorrichtung mit einer Ablenkeinrichtung;
4 eine integrierte Intensität (unten) von elektromagnetischer Strahlung entlang einer Bildhöhe bei konstanter Ansteuerfrequenz (oben) und konstanter Wendeamplitude der Schwingungen (Mitte);
5 eine Intensitätsverteilung (unten) nach einer Ausführungsform der Anmeldung von elektromagnetischer Strahlung entlang einer Bildhöhe bei nicht-konstanter Ansteuerfrequenz (oben) und nicht-konstanter Wendeamplitude der Schwingungen (Mitte);
6 eine weitere Intensitätsverteilung (unten) nach einer Ausführungsform der Anmeldung von elektromagnetischer Strahlung entlang einer Bildhöhe bei nicht-konstanter Ansteuerfrequenz (oben) und nicht-konstanter Wendeamplitude der Schwingungen (Mitte);
7 eine weitere Intensitätsverteilung (unten) nach einer Ausführungsform der Anmeldung von elektromagnetischer Strahlung entlang einer Bildhöhe bei nicht-konstanter Ansteuerfrequenz (oben) und nicht-konstanter Wendeamplitude der Schwingungen (Mitte);
8 eine integrierte Intensität von elektromagnetischer Strahlung auf einer Projektionsfläche bei resonanter Ansteuerfrequenz und maximaler Amplitude der Schwingungen;
Flg. 9 eine Intensitätsverteilung nach einer Ausführungsform der Anmeldung von elektromagnetischer Strahlung auf einer Fläche bei nicht-konstanter Ansteuerfrequenz und nicht-konstanter Wendeamplitude der Schwingungen;
10 eine Intensitätsverteilung nach einer weiteren Ausführungsform der Anmeldung von elektromagnetischer Strahlung auf einer Fläche;
11 ein Blockschaltbild nach einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Anmeldung;
12 eine weitere Intensitätsverteilung (unten) nach einer Ausführungsform der Anmeldung von elektromagnetischer Strahlung entlang einer Bildhöhe bei nicht-konstanter Ansteuerphase (oben) und nicht-konstanter Wendeamplitude der Schwingungen (Mitte); und
13 eine weitere Intensitätsverteilung (unten) nach einer Ausführungsform der Anmeldung von elektromagnetischer Strahlung entlang einer Bildhöhe bei nicht-konstanter Ansteueramplitude (oben) und nicht-konstanter Wendeamplitude der Schwingungen (Mitte).

In den Figuren sind wiederkehrende Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch mit 30 eine Ablenkeinheit dargestellt, die als Ablenkelement 31 einen zweiachsigen, kardanisch aufgehängten Mikrospiegel 31 umfasst. Die Ablenkeinheit bzw. der Mikrospiegel 31, dessen Antrieb nicht näher dargestellt ist, wird von einem von einer Ansteuervorrichtung 32 gelieferten Ansteuersignal für jede Achse mit den Frequenzen f1 und f2 als Ansteuerfrequenzen und den Ansteueramplituden A1 und A2 angetrieben.
Die Ansteuervorrichtung 32 weist einen Regelkreis 34 auf, der ausgestaltet ist, die Ansteuersignale zu regeln. Der in 1 dargestellte Regelkreis 34 ist nur schematisch für beide Achsen angedeutet, es kann aber auch für jede Schwingungsachse ein Regelkreis vorgesehen sein. Zur Erfassung der Amplitude oder der Phasenlage der Schwingungen ist eine Messvorrichtung 33 vorgesehen, die die Auslenkung des Mikrospiegels 31 misst. Die Amplitude oder die Phasenlage der Schwingungen kann mit Hilfe von optischen oder kapazitiven, piezoresistiven oder piezoelektrischen Sensoren erfasst werden.
Optisch lässt sich die Position und Phasenlage eines resonanten Spiegels über einen Monitor-Laserstrahl und eine positionssempfindliche 2D-Photodiode (PSD) zeitaufgelöst erfassen. Je nach Auftreffort des am Spiegel abgelenkten Laserstrahls werden an den vier Ableitelektroden des PSDs unterschiedliche Photoströme abgegriffen und per Strom-Spannungswandler und anschließende Differenzbildung, Summenbildung und schließlich Quotientbildung (Differenz geteilt durch Summe) in ein zeitaufgelöstes XY-Positionssignal gewandelt.
Bei der piezoresistiven Messmethode bewirkt der während der Torsionsschwingung erzeugte, vom Auslenkwinkel abhängige, mechanisch induzierte Stress in den Torsionsfedern eine Widerstandsänderung in den Sensor-Strukturen. Diese wird in der Regel durch eine Wheatstone-Brücke ausgewertet und liefert ein dem Torsionswinkel proportionales Ausgangssignal.
Bei piezoelektrischen Sensoren basierend z.B. auf Aluminiumnitrid- oder Bleizirkontitanat-Schichten erzeugt die Verdrillung der Torsionsfeder eine Gitterveränderung, die eine Ladungsverschiebung verursacht. Die räumliche Ladungsänderung kann als eine dem Verkippwinkel proportionale Spannung gemessen werden.
Bei kapazitiven Auswerteverfahren wird die vom Verkippwinkel abhängige zeitlich veränderliche Kapazität zwischen statischen und beweglichen Sensor-Elektrodenfingern ausgewertet. Aus der Literatur ist eine ganze Reihe unterschiedlicher Auswerte-Methoden bekannt. Häufig werden sogenannte Trägerfrequenz-Verfahren verwendet. Dazu wird eine hochfrequent modulierte Spannung an die Sensorkammstrukturen angelegt. Die Bewegung der fingerförmigen Kapazitäten erzeugt einen kapazitiven Strom, dessen Signalform eine Amplitudenmodulation des Trägersignals darstellt. In der Amplitudenmodulation ist die Information über die Spiegelbewegung enthalten und kann durch Multiplikation (Mischen) und Filterung extrahiert werden.
In 2 ist ein zweiachsiger, kardanisch aufgehängter Mikrospiegel 5, wie er in 1 verwendet werden kann, dargestellt. Es sind elektrostatische achsenferne Kammantriebe 7 und achsennahe Kammantriebe 8 dargestellt, die auch als Sensorelektroden verwendet werden können. Die Spiegelplatte 5 ist über Torsionsfedern 6 in einem beweglichen Rahmen 9 aufgehängt, der wiederum durch Torsionsfedern 10 in einem festen Chiprahmen 11 aufgehängt ist. Der Rahmen 9 kann durch elektrostatische Kamm-Antriebe 12 in Resonanz versetzt werden, wobei auf achsennahe Kammelektroden zu Antriebs- oder Sensorzwecken des beweglichen Rahmens 9 der Übersichtlichkeit wegen verzichtet wurde.
In 3 ist eine Anordnung einer Lissajous-Laser-Projektionsvorrichtung dargestellt. Diese Projektionsvorrichtung weist eine Ablenkeinrichtung gemäß 1 auf, wobei hier der Vakuum gekapselte zweiachsige Spiegel-Scanner mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet ist. Als Strahlungsquelle sind drei Dauerstrichlaser 18 mit zeitlich konstanter Strahlungsintensität vorgesehen, deren Licht bzw. Strahlung durch Kollimatoren 20 parallelisiert und durch ein Strahlvereinigungssystem 21 zu einem koaxialen Strahl 15 geformt wird. Das verwendete Laserlicht hat eine Wellenlänge von 400 nm. Die Laserquellen 18 können auch unterschiedliche Farben, wie z.B. rot, grün und blau, aufweisen. Der koaxiale Strahl 15 wird durch den schrägen Glasdeckel 23 des Spiegel-Scanners 22, auf den Spiegel gerichtet. Der abgelenkte Laserstrahl 16 leuchtet zweiachsig eine Projektionsfläche 24 aus. Die Projektionsfläche 24 kann als Leuchtschirm 50 ausgebildet sein, der die Wellenlänge des Laserlichts von 400 nm in eine Wellenlänge von z.B. 600 nm konvertiert. Digitale Bilddaten werden über einen Eingang 25 an eine digitale Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 13 geliefert, in der den Bilddaten entsprechende Steuerimpulse an eine analoge Steuereinheit 17 übergeben werden. Mit 33 ist die Messvorrichtung 33 zur Messung der Auslenkung des Spiegels der Ablenkeinheit 23 angedeutet, die mit der Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 13 verbunden ist. Letztere steuert auch einen analogen Spannungsverstärker 14 an. Dieser bildet mit Teilen der Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 13 die Ansteuervorrichtung nach 2, wobei hier nur eine Ansteuersignalleitung für beide Ablenkachsen mit den Ansteuerfrequenzen f1, f2 und den Ansteueramplituden A1 und A2 dargestellt ist.
Zusätzlich kann eine nicht gezeigte Modulationseinheit zum Modulieren der Intensität der elektromagnetischen Strahlung der Dauerstrichlaser 18 abhängig von einem zu projizierenden Bild und einem Ort der elektromagnetischen Strahlung auf der Projektionsfläche 24 vorgesehen sein.
Die Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit beträgt für die Ablenkachsen 11 kHz bzw. 11,5 kHz. Eine Bildwiederholungsrate ist größer als 60 Hz, jedoch kleiner als 600 Hz Hz, z.B. 500 Hz. Das Ansteuersignal wird durch die Regeleinheit 34 so geregelt, dass die Trajektorien nicht ortsfest sind bzw. dass die Trajektorien keine feste Wiederholrate aufweisen.
Die Projektionsvorrichtung eignet sich für eine Anwendung im Automobilbereich, beispielsweise kann die Projektionsvorrichtung als Schweinwerfer eines Fahrzeuges eingesetzt werden. Die in der 3 gezeigte Projektionsvorrichtung ist insbesondere ausgestaltet zum Durchführen eines nachfolgend beschriebenen Verfahrens.
Für eine bessere Übersicht beschränken sich die in den 4 bis 7 gezeigten Intensitäten auf eine Ablenkachse. Außerdem sind in den 4 bis 7 nur die Ansteuerfrequenzen des Ansteuersignals und die Wendeamplituden von Schwingungen um eine Ablenkachse gezeigt.
Der untere Graph der 4 zeigt eine Intensitätsverteilung entlang einer Linie (Bildhöhe), wie sie typischerweise mit Ablenkeinrichtungen nach dem Stand der Technik erzielt wird. Im obigen Graphen ist die Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals über der Zeit aufgetragen, während im mittleren Bild die Wendeamplitude der Ablenkeinheit über der Zeit aufgetragen ist. Die Ansteuerfrequenz ist auf die Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit abgestimmt. Außerdem weist die Ansteueramplitude einen maximalen vorgegebenen Wert auf. Hierdurch schwingt die Ablenkeinheit im Wesentlichen vorzugsweise oder näherungsweise harmonisch mit einer maximalen Amplitude. An den Umkehrpunkten der harmonischen Schwingung verlangsamt sich die Bewegung der Ablenkeinheit. Hierdurch ist eine Verweildauer des Lichts an den Rändern der Ablenkeinheit höher als in der Mitte der Ablenkeinheit. Somit ist eine Verweildauer des abgelenkten Laserlichts an den Randpunkten der Linie höher als in der Mitte der Linie. Hierdurch ist die zeitlich integrierte Intensität des Lichts an den Randpunkten der Linie höher als in der Mitte der Linie.
In den 5, 6 und 7 (unten) ist eine Intensitätsverteilung des Lichts mit einem eingestellten Intensitätsmuster entlang einer Linie auf der Projektionsfläche 24 dargestellt, die durch Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht wird. Weiterhin sind in den 5, 6 und 7 die Ansteuerfrequenz des Ansteuersignals (oben) sowie die Wendeamplitude der Schwingungen (Mitte) jeweils über der Zeit aufgetragen. Die Ansteuerfrequenz kann hierbei der Steuervorrichtung entnommen werden. Durch die Messvorrichtung wird stetig ein Signal erfasst, welches eine Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit repräsentiert.
Im Folgenden wird auf die 5 und 11 Bezug genommen. In der 5 sind Zeitintervalle t1, t2 angedeutet. Im Zeitintervall t1 wird die Ablenkeinheit mit einer ersten konstanten Ansteuerfrequenz, die der Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit entspricht, entsprechend einer Sinusfunktion angesteuert. Die Ansteueramplitude des sinusförmigen Ansteuersignals weist einen maximal vorgegebenen Wert auf. Im Zeitintervall t1 steuert die Steuervorrichtung die Ablenkeinheit somit mit einem Ansteuersignal an, mit dem resonante Schwingungen mit maximaler Amplitude erzeugt werden können, vgl. Schritt 70 in 11. Während einer Einschwingzeit vergrößert sich die Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit bis sie im Resonanzfall ihren größten Wert (maximale Amplitude) erreicht.
Die Wendeamplitude der Schwingungen wird stetig gemessen, vlg. Schritt 71 der 11 und mit einer maximalen Amplitude der Schwingungen verglichen, vgl. Schritt 72 der 11. Falls die Wendeamplitude der Schwingungen der maximalen Amplitude entspricht, moduliert die Regeleinheit die Ansteuerfrequenz, vgl. Schritt 73 der 12. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Ansteuerfrequenz nicht sofort nach Erreichen der maximalen Amplitude der Schwingungen moduliert, sondern nach einer fest vorgegebenen Zeit t1' nach Erreichen der maximalen Amplitude der Schwingungen. Die Modulation der Ansteuerfrequenz findet zu Beginn des Zeitintervalls t2 statt. Die Ansteuerfrequenz wird hierbei mit einer Sinusfunktion mit konstanter Frequenz moduliert. Durch die Änderung der Ansteuerfrequenz wird die Ablenkeinheit nicht mehr resonant angetrieben. Die Schwingungen der Ablenkeinheit werden durch die von der Resonanzfrequenz abweichende Ansteuerfrequenz gebremst, wodurch die Wendeamplitude der Schwingungen verringert wird. Am Ende des Zeitintervalls t2 erreicht die Wendeamplitude der Schwingungen einen Wert, der etwa 38% der maximalen Amplitude der Schwingungen entspricht. Durch die Verringerung der Wendeamplitude der Schwingungen verlagert sich die gemessene Lichtintensität von den Randpunkten der Linie in Richtung Mitte der Linie. Im Gegensatz zur Lichtintensität der 4 gibt es in der 5 zwei lokale Maxima M1 und M2, die sich jeweils zwischen den Randpunkten und der Mitte der Linie befinden. Anschließend wird die Ansteuerfrequenz im darauffolgenden Zeitintervall t1 wieder auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen abgestimmt. Die Wendeamplitude der Schwingungen vergrößert sich hierdurch wieder. Im Ausführungsbeispiel sind die Zeitintervalle t1 und t2 gleich lang.
Im Folgenden wird auf die 6 Bezug genommen. Die Ablenkeinheit wird im Zeitintervall t1 mit einer auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen abgestimmten Ansteuerfrequenz angetrieben. Die Ansteueramplitude ist im gezeigten Beispiel konstant und weist einen maximalen vorgegebenen Wert auf. Im Zeitintervall t1 steuert die Steuervorrichtung die Ablenkeinheit somit mit einem Ansteuersignal an, mit dem resonante Schwingungen mit maximaler Amplitude erzeugt werden können. Hierdurch vergrößert sich die Wendeamplitude der Schwingungen während einer Einschwingzeit bis zur maximalen Amplitude. Wenn die Wendeamplitude der Schwingungen der maximalen Amplitude der Schwingungen entspricht, setzt sofort eine Modulation der Ansteuerfrequenz ein (Zeitintervall t2). Die Amplitude der Schwingungen erreicht somit nur für einen intesimal kurzen Zeitpunkt die maximalen Amplitude. Danach führt die Frequenzmodulation des Ansteuersignals dazu, dass die Wendeamplitude bis auf 38% der maximalen Amplitude verringert wird. Die Dauer des Zeitintervalls t2 ist etwa dreimal so lang wie die Dauer des Zeitintervalls t1. Wie in der 5 wird die Ansteuerfrequenz zeitlich periodisch mit einer Sinusfunktion moduliert. Anschließend wird die Ansteuerfrequenz wieder auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen gesteuert.
In der 7 ist ein weiteres Beispiel für eine Verschiebung der Lichtintensität weg von den Randpunkten in Richtung Mitte der Linie gezeigt. Die Ablenkeinheit schwingt im Zeitintervall t1 zunächst durch Anlegen eines Ansteuersignals mit einer auf die Resonanzfrequenz der Schwingungen abgestimmten Ansteuerfrequenz auf. Die Ansteueramplitude ist im gezeigten Beispiel konstant und weist einen maximalen Wert auf. Im Zeitintervall t1 steuert die Steuervorrichtung die Ablenkeinheit somit mit einem resonanten Ansteuersignal an. Bei Erreichen eines Maximalwinkels bzw. der resonanten Schwingungen der Ablenkeinheit setzt sofort eine Frequenzmodulation der Ansteuerfrequenz ein, so dass sich die Wendeamplitude der Schwingungen ab Beginn des Zeitintervalls t2 wieder verringert. In diesem Beispiel verringert sich die Wendeamplitude der Schwingungen im Zeitintervall t2 bis auf einen Wert von etwa Null. Dort wird die Wendeamplitude der Schwingungen durch ein Ansteuersignal unangepasster Frequenz im Zeitintervall t3 gehalten bis durch erneute Änderung der Ansteuerfrequenz auf eine resonante Ansteuerfrequenz, die im Wesentlichen der Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit entspricht, die Ablenkeinheit wieder aufzuschwingen beginnt. Die unangepasste Ansteuerfrequenz im Zeitintervall t3 beträgt 10890 Hz und ist somit 110 Hz weniger als die Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit von 11 kHz. Die längere Verweildauer der Ablenkplatte bei nichtausgelenktem Winkel hat zur Folge, dass ein Intensitätsmaximum M3 in die Bildmitte verlagert ist, während das Intensitätsminimum an Rand zu finden ist. Die Zeitintervalle t1 und t3 sind im gezeigten Beispiel gleich lang.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde lediglich die Ansteuerfrequenz verändert. Die Ansteueramplitude wird in den Ausführungsbeispielen nicht verändert und weist einen maximalen Wert auf, wodurch die Randpunkte der Linie auf der Projektionsfläche ausgeleuchtet werden können. Selbstverständlich können zusätzlich oder alternativ zur Ansteuerfrequenz auch die Ansteueramplitude und/oder die Ansteuerphase und/oder das Puls-Pausen-Verhältnis des Ansteuersignals verändert werden (s. unten).
Die Zeitintervalle t1, t2, t3 und t4 sind vorzugsweise kürzer als 30 ms oder kleiner als 10 ms. Hierdurch können für das menschliche Auge sichtbare Flackereffekte verringert bzw. vermieden werden.
Die 8 zeigt eine Intensitätsverteilung auf einer Projektionsfläche, wie sie typischerweise mit Ablenkeinrichtungen mit zwei Ablenkachsen nach dem Stand der Technik erzielt wird. Während in der 4 der eindimensionale Fall (Intensitätsverteilung entlang einer Linie) gezeigt ist, ist in der 8 der zweidimensionale Fall (Intensitätsverteilung auf einer Fläche) gezeigt. In einem Randbereich 60 der Fläche ist eine integrierte Lichtintensität höher, als in der Mitte 61 der Fläche. Die Ansteuerfrequenzen f1, f2 sind auf die Resonanzfrequenzen der Ablenkeinheit abgestimmt. Außerdem sind die Ansteueramplituden A1, A2 maximal. Hierdurch schwingt die Ablenkeinheit um die zwei Ablenkachsen im Wesentlichen vorzugsweise oder näherungsweise harmonisch mit jeweils einer konstanten Wendeamplitude. An den Umkehrpunkten der harmonischen Schwingungen verlangsamt sich die Bewegung der Ablenkeinheit. Hierdurch ist eine Verweildauer des Lichts an den Rändern der Ablenkeinheit höher als in der Mitte der Ablenkeinheit. Daher ist eine integrierte Lichtintensität in dem Randbereich 60 der Fläche höher als in der Mitte 61 der Fläche.
In der 9 ist eine Intensitätsverteilung des Lichts auf einer Fläche dargestellt, die durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht wird. Die Ausführungsform der 9 entspricht der Ausführungsform der 7 in zwei Dimensionen. Die entsprechende Ablenkeinrichtung weist also zwei Ablenkachsen ab, wodurch Lissajous-Figuren auf der Projektionsfläche erzeugt werden. Durch Frequenzmodulation beider Ansteuerfrequenzen f1 und f2 (entsprechend der Ausführungsform der 7 erweitert auf zwei Dimensionen) werden die Wendeamplituden der Schwingungen verringert. Hierdurch ist eine Verweildauer des Lichts in einem Bereich 62 um die Mitte 61 der Fläche höher, als in einem Randbereich 60 der Fläche. Die Intensitätsverteilung der 9 weicht also von der Intensitätsverteilung der 8 ab. In der 9 weist ein Bereich 62 um die Mitte 61 der Fläche eine höhere integrierte Lichtintensität auf als der an diesen Bereich 62 angrenzende Bereich 63.
In der 10 ist eine weitere Intensitätsverteilung des Lichts auf einer Fläche dargestellt, die durch eine durch eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht wird. Wie in den 8 und 9 weist die Ablenkeinheit zwei Ablenkachsen auf. Die 10 stellt eine Mischform der 8 und 9 dar. In der 10 ist ein erstes Ansteuersignal ein konstantes resonantes Ansteuersignal. Das erste Ansteuersignal wird also nicht moduliert. Ein zweites Ansteuersignal wird moduliert, um eine zweite Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit zumindest zeitweise zu verringern. Hierdurch schwingt die Ablenkeinheit um die erste Ablenkachse resonant, während die Ablenkeinheit um die zweite Ablenkachse zumindest zeitweise, z.B. wie im Zeitintervall t2, nicht resonant schwingt. Hierdurch ist eine Intensitätsverteilung in einem Randbereich 64 im Wesentlichen unverändert und entspricht dem Randbereich 60 der 8. Weiter ist durch die Modulation des zweiten Ansteuersignals befindet sich ein Streifen 65 mit erhöhter Lichtintensität etwa in der Mitte der Fläche.
Die 11 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die 11 zeigt die Schritte:

Ansteuern der Ablenkeinheit 30 mittels eines resonanten Ansteuersignals im Schritt 70;
Erfassen einer Wendeamplitude der Schwingungen im Schritt 71; Vergleichen der Wendeamplitude der Schwingungen mit einer maximalen Amplitude der Schwingungen im Schritt 72; und
wenn die Wendeamplitude der maximalen Amplitude entspricht, Verändern des Ansteuersignals derart, dass die Wendeamplitude der Schwingungen auf einen vorbestimmten Wert verringert wird im Schritt 73. Nach Schritt 73 wird wieder von vorn mit Schritt 70 angefangen.

Im Folgenden wird auf die 12 Bezug genommen. In der 12 sind Zeitintervalle t1, t2 angedeutet. Im Zeitintervall t1 wird die Ablenkeinheit mit einer konstanten Ansteuerfrequenz, die der Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit entspricht, angesteuert. Im gezeigten Beispiel weist die Ansteueramplitude einen maximalen Wert auf. Die Ansteuerphase ist im Zeitintervall t1 konstant. Während einer Einschwingzeit vergrößert sich die Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit bis sie bei der maximalen Amplitude ihren größten Wert erreicht.
Die Wendeamplitude der Schwingungen wird stetig gemessen und mit der maximalen Amplitude der Schwingungen verglichen. Falls die Wendeamplitude der Schwingungen der maximalen Amplitude der Schwingungen entspricht, wird die Ansteuerphase verändert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Ansteuerphase sofort nach Erreichen der maximalen Amplitude der Schwingungen moduliert. Die Modulation der Ansteuerphase findet zu Beginn des Zeitintervalls t2 statt. Die Ansteuerphase wird hierbei um 180° oder pi geändert. Durch die Änderung der Ansteuerphase wird die Ablenkeinheit gegenphasig angetrieben. Hierdurch werden die Schwingungen der Ablenkeinheit gebremst, wodurch die Wendeamplitude der Schwingungen verringert wird. Am Ende des Zeitintervalls t2 erreicht die Wendeamplitude der Schwingungen einen Wert, von etwa null. Durch die Verringerung der Wendeamplitude der Schwingungen verlagert sich die gemessene Lichtintensität von den Randpunkten der Linie in Richtung Mitte der Linie. Im Gegensatz zur Lichtintensität der 4 gibt es in der 12 ein Intensitätsmaximum in der Mitte der Linie. An den Randpunkten der Linie wird eine minimale Lichtintensität gemessen. Anschließend wird die Ansteuerphase im darauffolgenden Zeitintervall t1 wieder um 180° oder pi geändert. Die Ablenkeinheit wird dann wieder in Phase mit dem Ansteuersignal zu Schwingungen angeregt. Folglich vergrößert sich die Wendeamplitude der Schwingungen wieder. Im Ausführungsbeispiel ist das Zeitintervall t1 5,5 ms lang und das Zeitintervall z2 ist 1 ms lang. Die Resonanzfrequenz beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel 10 kHz, während der Gütefaktor 50 beträgt.
Im Folgenden wird auf die 13 Bezug genommen. In der 13 sind Zeitintervalle t1, t2, t3, t4 angedeutet. In den Zeitintervallen t1, t2, t3, t4 wird die Ablenkeinheit mit einer konstanten Ansteuerfrequenz, die der Resonanzfrequenz der Ablenkeinheit entspricht, angesteuert. Die Ansteueramplitude weist im Zeitintervall t1 einen maximalen Wert auf. Weiter ist die Ansteuerphase im Zeitintervall t1 konstant. Die Steuervorrichtung steuert die Ablenkeinheit im Zeitintervall t1 somit mit einem resonanten Ansteuersignal an. Während einer Einschwingzeit vergrößert sich die Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit bis sie bei der maximalen Amplitude ihren größten Wert erreicht.
Die Wendeamplitude der Schwingungen wird stetig gemessen und mit der maximalen Amplitude der Schwingungen verglichen. Falls die Wendeamplitude der Schwingungen der maximalen Amplitude entspricht, wird die Ansteuerphase verändert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Ansteuerphase sofort nach Erreichen der maximalen Amplitude der Schwingungen geändert. Die Änderung der Ansteuerphase findet zu Beginn des Zeitintervalls t2 statt. Die Ansteuerphase wird hierbei um 180° oder pi geändert. Durch die Änderung der Ansteuerphase wird die Ablenkeinheit gegenphasig angetrieben, im gezeigten Beispiel ist dies durch einen negativen Wert der Ansteueramplitude angedeutet. Hierdurch werden die Schwingungen der Ablenkeinheit gebremst, wodurch die Wendeamplitude der Schwingungen verringert wird. Am Ende des Zeitintervalls t2 erreicht die Wendeamplitude der Schwingungen einen Wert von etwa null. Im Zeitintervall t3 wird die Ansteuerphase wieder um 180° oder pi geändert. Im Zeitintervall t3 weist die Ansteueramplitude einen Wert von etwa 60% der maximalen Ansteueramplitude auf. Die Ansteueramplitude wird im Zeitintervall t4 auf einen Wert von etwa 80% der maximalen Ansteueramplitude erhöht. Dies führt zur weiteren Vergrößerung der Wendeamplitude der Schwingungen. Anschließend im Zeitintervall t1 wird die Ansteueramplitude auf die maximale Ansteueramplitude erhöht. Das Ansteuersignal ist somit lediglich im Zeitintervall t1 ein resonantes Ansteuersignal. Die Zeitintervalle t1, t3 und t4 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel gleich lang, während das Zeitintervall t2 etwa die Hälfte des Zeitintervalls t1 beträgt.
In der 13 werden also sowohl die Ansteueramplitude als auch die Ansteuerphase moduliert, um die Wendeamplitude der Schwingungen zu verändern oder einzustellen. Durch die Verringerung der Wendeamplitude der Schwingungen verlagert sich die gemessene Lichtintensität von den Randpunkten der Linie in Richtung Mitte der Linie. Im Gegensatz zur Lichtintensität der 4 gibt es in der 13 ein Intensitätsmaximum in der Mitte der Linie. An den Randpunkten der Linie wird eine minimale Lichtintensität gemessen.
Die Messung oder Bestimmung der Amplitude der Schwingungen oder der Phasenlage der Ablenkeinheit kann alternativ auch entfallen. In diesem Fall wird das Ansteuersignal derart eingestellt, beispielsweise wie in den Ausführungsbeispielen der 5, 6, 7, 9, 10, 12 oder 13, dass die Wendeamplitude der Schwingungen zumindest zeitweise einen Wert aufweist, der von der maximalen Amplitude der Schwingungen abweicht. Durch die Einstellung können auch die in den 5, 6, 7, 9, 10, 12 oder 13gezeigten Intensitätsmuster der Intensitätsverteilung der elektromagnetsichen Strahlung auf der Projektionsfläche 24 erzielt werden. In diesem Fall kann eine vorherige Kalibration des Ansteuersignals vorteilhaft sein.
Ansteuersignale bzw. deren Parameter für jeweilige Intensitätsmuster der Intensitätsverteilung der auf die Projektionsfläche fallenden elektromagnetischen Strahlung können beispielsweise in einem Speicher der Steuervorrichtung gespeichert und abgerufen werden.

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer mindestens eine Ablenkeinheit (30) aufweisenden Ablenkeinrichtung (22) für eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren von Trajektorien auf eine Projektionsfläche (24), wobei die Ablenkeinrichtung (22) eine auf sie gerichtete elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung der Trajektorien umlenkt, und die mindestens eine Ablenkeinheit (30) mittels eines von einer Steuervorrichtung (32) gelieferten Ansteuersignals zum Erzeugen von Schwingungen mit jeweils einer Wendeamplitude bei Richtungsänderung der Schwingung um mindestens eine Ablenkachse angesteuert wird, wobei im Resonanzfall die Schwingungen eine maximale Amplitude aufweisen, bei der die erzeugten Trajektorien einen Rand der Projektionsfläche (24) erreichen, das Ansteuersignal derart eingestellt wird, dass die Wendeamplitude der Schwingungen einen vorbestimmten Wert außerhalb eines Bereichs der maximalen Amplitude der Schwingungen zumindest zeitweise aufweist, und eine Intensitätsverteilung der erzeugten Trajektorien auf der Projektionsfläche (24) mit einem vorgegebenen Intensitätsmuster erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal so eingestellt oder verändert wird, dass die Intensitätsverteilung der elektromagnetischen Strahlung zumindest in der Mitte der Projektionsfläche (24) ein lokales Maximum enthält und/oder an einem Rand der Projektionsfläche (24) ein lokales Minimum enthält und/oder dass die elektromagnetische Strahlung derart umgelenkt wird, dass eine Verweildauer der elektromagnetischen Strahlung in der Mitte der Projektionsfläche (24) größer ist als an einem Rand der Projektionsfläche (24).
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: - Ansteuern der zumindest einen Ablenkeinheit mittels des von der Steuervorrichtung gelieferten Ansteuersignals zum Erzeugen von resonanten Schwingungen um die mindestens eine Ablenkachse, - Bestimmen eines Signals, welches die Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit (30) repräsentiert, - Vergleichen des bestimmten Signals mit einem Wert, welcher die maximale Amplitude der Schwingungen repräsentiert und, - wenn beim Vergleich die Wendeamplitude der Schwingungen der maximalen Amplitude der Schwingungen entspricht, Verändern des Ansteuersignals derart, dass die Wendeamplitude der Schwingungen auf den vorbestimmten Wert außerhalb des Bereichs der maximalen Amplitude der Schwingungen zumindest zeitweise verringert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (30) in einem ersten Zeitintervall mit einem ersten Ansteuersignal derart angesteuert wird, dass nach einem Einschwingvorgang die maximale Amplitude der Schwingungen erreicht wird, anschließend die Ablenkeinheit (30) in einem zweiten Zeitintervall mit einem zweiten Ansteuersignal angesteuert wird, wobei das zweite Ansteuersignal sich von dem ersten Ansteuersignal derart unterscheidet, dass die Wendeamplitude der Schwingungen verringert wird, wobei das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall aufeinander folgen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass direkt nach Erreichen der maximalen Amplitude der Schwingungen mittels des ersten Ansteuersignals die Ablenkeinheit (30) mit dem zweiten Ansteuersignal derart angesteuert wird, dass die Wendeamplitude der Schwingungen auf den vorbestimmten Wert verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ansteuersignal im zweiten Zeitintervall zeitlich konstant ist oder sich zeitlich ändert oder zeitlich periodisch ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dauer des ersten Zeitintervalls kleiner als eine Dauer des zweiten Zeitintervalls ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung des vorgegebenen Intensitätsmusters eine Ansteuerfrequenz und/oder eine Ansteueramplitude und/oder eine Ansteuerphase und/oder ein Puls-Pausen-Verhältnis des Ansteuersignals eingestellt oder verändert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal derart eingestellt oder verändert wird, dass die Wendeamplitude der Schwingungen kleiner als 95%der maximalen Amplitude der Schwingungen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das bestimmte Signal die Wendeamplitude oder eine Phasenlage der Schwingungen der Ablenkeinheit (30) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendeamplitude oder die Phasenlage der Schwingungen optisch, kapazitiv, magnetisch, resistiv, piezoresistiv oder piezoelektrisch gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal so eingestellt oder verändert wird, dass die Trajektorien nicht ortsfest sind und/oder dass die Trajektorien keine feste Wiederholrate aufweisen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Frequenz der resonanten Schwingungen der Ablenkeinheit (30) mindestens 1000 Hz beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildwiederholungsrate mindestens 30 Hz beträgt.
Ablenkeinrichtung für eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren von Trajektorien auf eine Projektionsfläche (24), die ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung der Trajektorien umzulenken, umfassend - zumindest eine Ablenkeinheit (30) zum Erzeugen von Schwingungen um mindestens eine Ablenkachse, - eine Steuervorrichtung (32) zum Erzeugen eines Ansteuersignals für die Ablenkeinheit (30), wobei die Ablenkeinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
Ablenkeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (33) zum Erfassen eines Messsignals umfasst, wobei das Messsignal eine Wendeamplitude der Schwingungen der Ablenkeinheit (30) repräsentiert.
Projektionsvorrichtung mit einer Ablenkeinrichtung (22) nach Anspruch 14 oder 15 und einer Strahlungsquelle (18) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung mit einer ersten Wellenlänge oder einem ersten Wellenlängenbereich, wobei als Projektionsfläche (24) ein Leuchtschirm vorgesehen ist, der ausgebildet ist, die erste Wellenlänge oder den ersten Wellenlängenbereich der umgelenkten elektromagnetischen Strahlung in eine zweite Wellenlänge oder einen zweiten Wellenlängenbereich zu konvertieren.
Projektionsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modulationseinheit zum Modulieren der Intensität der elektromagnetischen Strahlung der Strahlungsquelle abhängig von einem zu projizierenden Bild und einem Ort der elektromagnetischen Strahlung auf der Projektionsfläche vorgesehen ist.