DE102015122440A1 - Laser projection device - Google Patents
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Abstract
Der Erfindung, welche eine Laser-Projektionsanordnung (1) betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Laser-Projektionsanordnung (1) anzugeben, welche eine verbesserte Bilddarstellung bei gleichzeitiger Reduzierung der Störungen in der Bildwiedergabe (Speckle) ermöglicht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der Lichtquelle (2) mindestens zwei erste Laserdioden (10a), welche Laserlicht aus einem ersten Spektralbereich erzeugen und mindestens zwei zweite Laserdioden (10b), welche Laserlicht aus einem zweiten Spektralbereich erzeugen, angeordnet sind, dass eine erste Kombinationsoptik (11) zur Kombination des Laserlichtes der ersten Laserdioden (10a) zu einem ersten Laserstrahl und eine zweite Kombinationsoptik (13) zur Kombination des Laserlichtes der zweiten Laserdioden (10b) zu einem zweiten Laserstrahl angeordnet sind, dass ein erstes Überlagerungsmittel (17) angeordnet ist, welches das Laserlicht des ersten Laserstrahls und das Laserlicht des zweiten Laserstrahls zu einem kombinierten Laserstrahl vereinigt.The invention, which relates to a laser projection device (1), has for its object to provide a laser projection device (1), which allows improved image display while reducing the interference in image reproduction (Speckle). This object is achieved in that at least two first laser diodes (10a), which generate laser light from a first spectral range and at least two second laser diodes (10b), which generate laser light from a second spectral range, are arranged in the light source (2) first combination optics (11) for combining the laser light of the first laser diodes (10a) to form a first laser beam and a second combination optics (13) for combining the laser light of the second laser diodes (10b) to form a second laser beam that a first superimposition means (17) is arranged, which combines the laser light of the first laser beam and the laser light of the second laser beam to form a combined laser beam.
Description
Die Erfindung betrifft eine Laser-Projektionsanordnung, umfassend eine Bilderzeugungseinheit, ein Optikmodul und eine Projektionsfläche, wobei die Bilderzeugungseinheit eine Lichtquelle und ein Mittel zur Erzeugung eines darzustellenden Bildes beinhaltet.The invention relates to a laser projection device, comprising an image generation unit, an optical module and a projection surface, wherein the image generation unit includes a light source and a means for generating an image to be displayed.
Bekannt ist es, mittels eines sogenannten Head-up-Displays einem Nutzer, wie beispielsweise einem Autofahrer oder einem Piloten, Informationen in sein Sichtfeld zu projizieren. Derart ist es möglich, dass die Aufmerksamkeit eines Fahrers beim Führen eines Kraftfahrzeuges auf das Geschehen vor dem Fahrzeug gerichtet bleibt, während er die in das Sichtfeld projizierten Informationen erfassen kann.By means of a so-called head-up display, it is known to project information into its field of vision to a user, such as a driver or a pilot. Thus, it is possible for a driver's attention to be directed to what is happening in front of the vehicle when driving a motor vehicle, while he / she can capture the information projected into the field of view.
Zu den darstellbaren Informationen gehört die Anzeige von Betriebszuständen, wie beispielsweise Angaben zur Geschwindigkeit, Motordrehzahl, Zuladung, Ausstattung sowie Informationen eines Navigations-, Radar- oder Zielerfassungssystems. Darüber hinaus können beispielsweise in Fahrzeugen auch Informationen zu aktuell geltenden Streckenbeschränkungen, wie Überholverbote und Tempolimits oder die aktuelle Einstellung des ACC (engl.: adaptive cruise control – adaptive Geschwindigkeitsregelung) und andere, zur Anzeige gebracht werden.The displayable information includes the display of operating conditions, such as speed, engine speed, payload, equipment and information of a navigation, radar or target acquisition system. In addition, information about currently applicable route restrictions, such as overtaking bans and speed limits or the current setting of the ACC (Adaptive Cruise Control) and others, can also be displayed in vehicles, for example.
Derartige Head-up-Displays weisen üblicherweise eine bilderzeugende Einheit, welche die darzustellenden Informationen in Form eines Bilds bereitstellt, ein Optikmodul, welches den Strahlenverlauf innerhalb des Head-up-Displays bis zu einer Austrittsöffnung ermöglicht und auch als Spiegeloptik bezeichnet wird, sowie eine Projektionsfläche, zur Darstellung des Bilds auf.Such head-up displays usually have an image-forming unit which provides the information to be displayed in the form of an image, an optical module which allows the beam path within the head-up display to an exit opening and is also referred to as mirror optics, as well as a projection surface , to display the picture.
Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, in der Bilderzeugungseinheit als Lichtquelle einen Laser einzusetzen, wobei diese Ausführung eines Head-up-Displays nachfolgend als Laser-Projektionsanordnung bezeichnet werden soll.It is also known from the prior art to use a laser as light source in the image generation unit, this embodiment of a head-up display being referred to below as a laser projection arrangement.
Bei einem Einsatz eines Lasers als Lichtquelle und einer hinreichend kohärenten Beleuchtung einer zu betrachtenden optisch rauen Objektoberfläche, welche Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge aufweist, lassen Störungen in der Bildwiedergabe, sogenannte Speckle-Muster oder Lichtgranulationen, beobachten. Ein weiterer hierfür ebenfalls verwendeter Begriff bei der Nutzung eines Lasers ist Lasergranulation.When using a laser as the light source and a sufficiently coherent illumination of an optically rough object surface to be considered, which has unevenness of the order of magnitude of the wavelength, disturbances in the image reproduction, so-called speckle patterns or light granulations, can be observed. Another term also used for this purpose when using a laser is laser granulation.
Unter diesen Störungen in der Bildwiedergabe werden sowohl einzelne Lichtflecke, auch als Bildrauschen bezeichnet, als auch auftretende Interferenzmuster im erzeugten Bild verstanden.These disturbances in the image reproduction are understood to be both individual light spots, also referred to as image noise, as well as occurring interference patterns in the generated image.
Zur Verringerung der Störungen in der Bildwiedergabe ist aus dem Stand der Technik aus der
In der
Aus der
Die Nachteile des bekannten Stands der Technik liegen in meist unerwünschten beweglichen Teilen im System, wie im oben genannten Ansatz mit einem beweglichen Diffusor, dem zusätzlichen Einsatz langer optischer Fasern oder zusätzlicher optischer Hohlräume, welche zu einer größeren Bauform der Einheiten führt und die Herstellungskosten erhöht.The disadvantages of the known prior art are in most unwanted moving parts in the system, as in the above approach with a movable diffuser, the additional use of long optical fibers or additional optical cavities, which leads to a larger size of the units and increases the cost.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Laser-Projektionsanordnung anzugeben, welche eine verbesserte Bilddarstellung bei gleichzeitiger Reduzierung der Störungen in der Bildwiedergabe (Speckle) ermöglicht.The object of the invention is to provide a laser projection device, which allows improved image display while reducing the interference in image reproduction (Speckle).
Außerdem wird angestrebt, den Aufwand und die Kosten bei der Herstellung einer Laser-Projektionsanordnung gering zu halten.In addition, the aim is to keep the cost and cost of producing a laser projection device low.
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by an article having the features according to claim 1 of the independent claims. Further developments are specified in the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung nutzt mehrere Gruppen von Laserdioden (LD), wobei in jeder Gruppe mehrere Laserdioden angeordnet sind, für jedes zu erzeugende Farbspektrum bei der Erzeugung eines Lichtstrahls. The present invention utilizes multiple groups of laser diodes (LD), with a plurality of laser diodes arranged in each group, for each color spectrum to be generated in the generation of a light beam.
Durch die Verwendung einer Anzahl von n spektral voneinander unabhängiger Laserdioden in mehreren Gruppen, werden die Störungen in der Bildwiedergabe nach der Vorschrift 1/√n auf einen Bruchteil des ursprünglichen Wertes reduziert.By using a number of n spectrally independent laser diodes in several groups, the disturbances in the image reproduction according to the rule 1 / √n are reduced to a fraction of the original value.
Vorgesehen ist es, das Laserlicht mehrerer in einer Gruppe angeordneter Laserdioden, welche Laserlicht aus einem ersten Spektralbereich erzeugen, in einer Kombinationsoptik zu einem ersten Laserstrahl zusammenzuführen.It is intended to combine the laser light of a plurality of laser diodes arranged in a group, which generate laser light from a first spectral range, in a combination optical system to form a first laser beam.
Vorteilhaft ist es, mindestens zwei Laserdioden, welche Laserlicht aus einem ersten Spektralbereich erzeugen, je Gruppe anzuordnen. Eine Begrenzung auf diese Anzahl besteht aber nicht. Ein Vergrößern der Anzahl der Laserdioden je Farbspektrum ist vorteilhaft, da hierdurch die Störungen in der Bildwiedergabe weiter reduziert werden können.It is advantageous, at least two laser diodes, which laser light from a first Generate spectral range, arrange each group. However, there is no limit to this number. Increasing the number of laser diodes per color spectrum is advantageous because it can further reduce disturbances in image reproduction.
Ein besonderer Vorteil des Einsatzes mehrerer Laserdioden je Farbspektrum besteht auch darin, dass die Helligkeit auf einen Wert in der Größe n Mal der ursprünglichen Helligkeit, erreichbar mit einer Laserdiode, erhöht wird.A particular advantage of using a plurality of laser diodes per color spectrum is also that the brightness is increased to a value n times the original brightness, achievable with a laser diode.
Somit stellt die Erfindung eine Laser-Projektionsanordnung mit einer verbesserten Bildqualität zur Verfügung.Thus, the invention provides a laser projection array with improved image quality.
Vorgesehen ist es, mindestens zwei erste Laserdioden, welche Laserlicht aus einem ersten Spektralbereich erzeugen, und mindestens zwei zweite Laserdioden, welche Laserlicht aus einem zweiten Spektralbereich erzeugen, anzuordnen.It is intended to arrange at least two first laser diodes, which generate laser light from a first spectral range, and at least two second laser diodes, which generate laser light from a second spectral range.
Das Laserlicht der ersten Laserdioden und das Laserlicht der zweiten Laserdioden werden mittels je einer Kombinationsoptik zu einem ersten und einem zweiten Laserstrahl zusammengeführt. Zur Erzeugung eines von der Lichtquelle auszugebenden Lichtstrahls, wird das Laserlicht des ersten und des zweiten Laserstrahls in einem ersten Überlagerungsmittel zu einem kombinierten Laserstrahl zusammengeführt. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, bereits diesen kombinierten Laserstrahl von der Lichtquelle auszugeben.The laser light of the first laser diodes and the laser light of the second laser diodes are combined by means of a combination optical system to form a first and a second laser beam. To generate a light beam to be emitted by the light source, the laser light of the first and the second laser beam is combined in a first superimposition means to form a combined laser beam. In one embodiment of the invention, it is provided to output this combined laser beam from the light source.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, einen weiteren dritten Laserstrahl, welcher mittels mehrerer dritter Laserdioden und einer weiteren Kombinationsoptik bereitgestellt wird, zu erzeugen. Dieser dritte Laserstrahl wird dann in einem zweiten Überlagerungsmittel mit dem kombinierten Laserstrahl zu einem Summen-Laserstrahl vereinigt. In dieser Variante wird der derart erzeugte Summen-Laserstrahl von der Lichtquelle ausgegeben.In an advantageous development, it is provided to produce a further third laser beam, which is provided by means of a plurality of third laser diodes and a further combination optics. This third laser beam is then combined in a second superimposing means with the combined laser beam to form a sum laser beam. In this variant, the sum laser beam thus generated is output from the light source.
Die Erfindung sieht vor, beispielsweise innerhalb der ersten Laserdioden, welche Laserlicht aus einem ersten Spektralbereich eines roten Farbspektrums erzeugen, zwei oder mehr Laserdioden anzuordnen, welche innerhalb des roten Farbspektrums Laserlicht mit verschiedenen Wellenlängen erzeugen. Durch diese Kombination verschiedener Wellenlängen werden die Störungen in der Bildwiedergabe vorteilhaft reduziert.The invention provides, for example, within the first laser diodes, which generate laser light from a first spectral range of a red color spectrum, to arrange two or more laser diodes, which generate laser light with different wavelengths within the red color spectrum. This combination of different wavelengths advantageously reduces the disturbances in the image reproduction.
Auch innerhalb der zweiten und dritten Laserdioden, welche beispielsweise Laserlicht aus einem zweiten und dritten Spektralbereich eines grünen und blauen Farbspektrums erzeugen, werden jeweils Laserdioden mit unterschiedlichen Wellenlängen innerhalb des jeweiligen Farbspektrums angeordnet. In diesem Fall wird eine weitere Reduzierung der Störungen in der Bildwiedergabe erreicht.Within the second and third laser diodes, which for example generate laser light from a second and a third spectral range of a green and blue color spectrum, laser diodes with different wavelengths are also arranged within the respective color spectrum. In this case, a further reduction of the disturbances in the image reproduction is achieved.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Laserdioden innerhalb einer Gruppe, wie beispielsweise die ersten Laserdioden, unterschiedliche Polarisationen aufweisen. Der Ersatz unterschiedlicher Polarisationen in einer oder mehreren Gruppen führt zu einer weiteren vorteilhaften Reduktion der Störungen in der Bildwiedergabe nach der Vorschrift 1/√2.In a particular embodiment of the invention it is provided that the laser diodes within a group, such as the first laser diodes, have different polarizations. The replacement of different polarizations in one or more groups leads to a further advantageous reduction of the disturbances in the image reproduction according to the rule 1 / √2.
Vorgesehen ist es, zur Kombination des Laserlichtes mehrerer Laserdioden einer Gruppe eine Kombinationsoptik anzuordnen, welche das Licht der einzelnen Laserdioden zu einem Laserstrahl zusammenfasst. Diese Kombinationsoptik kann beispielsweise durch Volumen-Brag-Gitter (VBG) realisiert werden. Derart können beispielsweise zwei oder mehr Laserstrahlen mit ähnlicher Frequenz und gleicher Polarisation kombiniert werden. Diese Kombination ist insbesondere bei einer Anwendung in einem Head-up-Display sehr vorteilhaft.It is intended to arrange a combination optics for combining the laser light of a plurality of laser diodes of a group, which combines the light of the individual laser diodes into a laser beam. This combination optics can be realized for example by volume Brag gratings (VBG). For example, two or more laser beams of similar frequency and polarization can be combined. This combination is particularly advantageous when used in a head-up display.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, das Laserlicht mindestens zweier Gruppen von Laserdioden zu einem Laserstrahl mittels einer Kombinationsoptik und eines Überlagerungsmittels zusammenzufassen und als Licht der Lichtquelle der Laser-Projektionsanordnung auszugeben. Alternativ kann auch das Laserlicht dreier oder mehr Gruppen von Laserdioden zu einem auszugebenden Laserstrahl der Lichtquelle einer Laser-Projektionsanordnung zusammengefasst werden.According to the present invention, it is provided to combine the laser light of at least two groups of laser diodes into a laser beam by means of a combination lens and a superimposition means and to output them as light of the light source of the laser projection device. Alternatively, the laser light of three or more groups of laser diodes can be combined to form a laser beam to be output from the light source of a laser projection device.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, innerhalb der Gruppe der ersten Laserdioden Dioden anzuordnen, welche Laserlicht aus dem roten Farbspektrum erzeugen. Innerhalb der Gruppe der zweiten Laserdioden werden Dioden angeordnet, welche Laserlicht aus dem grünen Farbspektrum erzeugen, und innerhalb der Gruppe der dritten Laserdioden sind Dioden angeordnet, welche Laserlicht aus dem blauen Farbspektrum erzeugen. Diese Zuordnung ist beispielhaft und kann von einem Fachmann an die zu erfüllenden Eigenschaften der Lichtquelle angepasst werden.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided to arrange diodes within the group of the first laser diodes, which generate laser light from the red color spectrum. Within the group of second laser diodes diodes are arranged, which generate laser light from the green color spectrum, and within the group of third laser diodes diodes are arranged, which generate laser light from the blue color spectrum. This assignment is exemplary and can be adapted by a person skilled in the properties of the light source to be met.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further details, features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
In der
Dieses Mittel
Die Lichtquelle
Das von der Bilderzeugungseinheit
Derart in das Sichtfeld projiziert, nimmt der Fahrer
Im Beispiel der
Die
Dabei sind rote Laserdioden
Das erzeugte Laserlicht der roten Laserdioden
In der
Zur Erzeugung eines Summen-Laserstrahls
Wie in der
Der erfindungsgemäß erzeugte Summen-Laserstrahl
Im Beispiel der
In dieser Spiegelanordnung
Bei Mikrospiegelaktoren wird üblicherweise zwischen sogenannten Mikroscannern (engl. microscanner, oder auch scanning micromirror) und Flächenlichtmodulatoren (engl. spatial light modulator, SLM) unterschieden.In the case of micromirror actuators, a distinction is usually made between so-called microscanners (English: microscanner or scanning micromirror) and area light modulators (SLMs).
Bei Mikroscannern erfolgt die Modulation eines Strahlenbündels an einem kontinuierlich bewegten Einzelspiegel, wobei das Licht bei einer Projektion über eine Projektionsfläche geführt wird, welche beispielsweise das Mittel
Derartige Mikrospiegelaktoren ermöglichen es, das Licht der erfindungsgemäßen starken Lichtquelle
Die Ausführung der Spiegelanordnung
Somit wird durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Lichtquelle
Es ist möglich eine Verringerung auf das 1/√n-fache des ursprünglichen Wertes der Störungen in der Bildwiedergabe zu erreichen. Gleichzeitig wird die Bildhelligkeit auf das n-fache der ursprünglichen Helligkeit erhöht, ausgehend von einem Einsatz von nur einer Laserdiode
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Laser-Projektionsanordnung Laser projection device
- 22
- Lichtquelle light source
- 33
- Mittel zur Erzeugung des darzustellenden Bildes Means for generating the image to be displayed
- 44
- Bilderzeugungseinheit (PGU) Image generation unit (PGU)
- 55
- Optikmodul/Spiegelsystem Optical module / mirror system
- 66
- Spiegel mirror
- 77
- Projektionsebene/Windschutzscheibe Projection plane / windshield
- 88th
- Fahrer/Beobachter/Betrachter Driver / observer / viewer
- 99
- virtuelles Bild virtual picture
- 10a10a
- Laserdioden (erste, rote) Laser diodes (first, red)
- 10b10b
- Laserdioden (zweite, grüne) Laser diodes (second, green)
- 10c10c
- Laserdioden (dritte, blaue) Laser diodes (third, blue)
- 1111
- erste Kombinationsoptik first combination optics
- 1212
- erster Laserstrahl first laser beam
- 1313
- zweite Kombinationsoptik second combination optics
- 1414
- zweiter Laserstrahl second laser beam
- 1515
- dritte Kombinationsoptik third combination optics
- 1616
- dritter Laserstrahl third laser beam
- 1717
- erstes Überlagerungsmittel first overlay means
- 1818
- kombinierter Laserstrahl combined laser beam
- 1919
- zweites Überlagerungsmittel second overlay means
- 2020
- Summen-Laserstrahl Hum laser beam
- 2121
- Spiegelanordnung/Mikrosystem (MEMS) Mirror arrangement / microsystem (MEMS)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 7796330 B2 [0008] US 7796330 B2 [0008]
- US 7762673 [0009] US 7762673 [0009]
-
US 11/378552 [0010]
US 11/378552 [0010]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MERH-IP MATIAS ERNY REICHL HOFFMANN PATENTANWA, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |