DE112013000454B4

DE112013000454B4 - Laserprojektor für dreidimensionale Bilder und Verfahren dafür

Info

Publication number: DE112013000454B4
Application number: DE112013000454.2T
Authority: DE
Inventors: c/o IBM Corporation Decusatis Casimer M.
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2013-01-23
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: US8998427B2; GB2512802B; GB201414364D0; US20130188145A1; US20130188146A1; GB2512802A; US8985785B2; WO2013110241A1; CN104067170B; CN104067170A; DE112013000454T5

Abstract

Verfahren, das aufweist:Bereitstellen einer ersten Lichtquelle (22), wobei die erste Lichtquelle Licht mit einer ersten Polarisation emittiert, wobei die erste Lichtquelle eine erste grüne Laserdiode (32), eine erste blaue Laserdiode (34) und eine erste rote Laserdiode (30) enthält;Bereitstellen einer zweiten Lichtquelle (27), die der ersten Lichtquelle benachbart ist, wobei die zweite Lichtquelle Licht mit einer zweiten Polarisation emittiert, wobei die zweite Lichtquelle eine zweite grüne Laserdiode (33), eine zweite blaue Laserdiode (35) und eine zweite rote Laserdiode (31) enthält;Bereitstellen einer digitalen Spiegeleinheit (digital mirror device, DMD) (62), wobei die DMD eine erste Achse (70) aufweist;Bereitstellen eines Spiegels (60), der optisch zwischen der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der DMD angeordnet ist, wobei der Spiegel der DMD benachbart ist;Emittieren eines ersten Lichts aus der ersten Lichtquelle;Reflektieren des ersten Lichts mittels des Spiegels auf die DMD;Emittieren eines zweiten Lichts aus der zweiten Lichtquelle, nachdem das erste Licht emittiert wurde;Reflektieren des zweiten Lichts mittels des Spiegels auf die DMD;Bereitstellen einer ersten Kollimatorlinse (37), die optisch mit der ersten grünen Laserdiode und der zweiten grünen Laserdiode gekoppelt ist;Bereitstellen einer zweiten Kollimatorlinse (39), die optisch mit der ersten blauen Laserdiode und der zweiten blauen Laserdiode gekoppelt ist; undBereitstellen einer dritten Kollimatorlinse (29), die optisch mit der ersten roten Laserdiode und der zweiten roten Laserdiode gekoppelt ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft einen stereoskopischen Projektor für dreidimensionale Bilder und insbesondere einen kleinen Projektor für dreidimensionale Bilder, der mit Passivbrillen verwendbar ist.
Dreidimensionale (3D) Filme und Bilder haben aufgrund der realistischeren Wiedergabe der Bilder in der Unterhaltung an Beliebtheit gewonnen. 3D-Bilder nutzen den physikalischen Vorgang des binokularen Sehens beim Menschen. Der Abstand der menschlichen Augen voneinander beträgt ungefähr 5 Zentimeter (2 Zoll). Das Gehirn empfängt beide Bilder und weist eine Funktion für binokulares Sehen auf, die den Unterschied zwischen den Bildern beider Augen nutzt, um den Abstand zu ermitteln. Die Abstandsermittlung bewirkt den durch eine Person wahrgenommenen dreidimensionalen Effekt.
Zum Erzeugen eines binokularen Bildes auf der Leinwand für einen Kinofilm oder ein Fernsehbild trägt der Benutzer üblicherweise eine Brille. Durch die Brille nimmt der Benutzer die Bilder anders wahr, und es entsteht der scheinbare 3D-Effekt. Üblicherweise gibt es zwei Typen von Brillen: Passiv- und Aktivbrillen. Der Typ der Brille hängt vom Typ des verwendeten Bildprojektionssystems ab.
Passivbrillen beruhen auf einem optischen Effekt, der durch Verwenden verschiedener Gläser für jedes Auge entsteht. Das Projektionssystem emittiert nacheinander eine Folge von Bildern, wobei aufeinanderfolgende Bilder ein wenig gegeneinander versetzt sind. Die Bilder sind so angeordnet, dass der Benutzer das erste Bild durch ein erstes Glas der Brille (z.B. mit dem rechten Auge) und das zweite Bild durch das andere Glas (z.B. mit dem linken Auge) sieht. Da die Bilder rasch nacheinander projiziert werden, nimmt der Benutzer nicht die mehreren Bilder, sondern einen dreidimensionalen Effekt wahr. Ursprünglich wurden für Passivbrillen unterschiedliche farbige Gläser verwendet, um die Bilder herauszufiltern, jedoch wird dadurch die Verwendung von 3D-Bildern eingeschränkt, wenn Farbbilder gewünscht sind. Zum Beheben dieses Problems wurden Polarisationsgläser entwickelt, wobei jedes Glas der Brille für verschieden polarisiertes Licht durchlässig ist. Die Polarisationsgläser von Passivbrillen sind für das Betrachten von 3D-Farbbildern geeignet. Gläser von Passivbrillen eignen sich eher für Projektorsysteme wie beispielsweise in Kinos, wo zum Projizieren des Bildes mehrere Projektoren eingesetzt werden können.
Die Entwicklung von 3D-Fernsehsystemen hat neue Probleme mit sich gebracht, da hier der Platz für mehrere Projektoren üblicherweise begrenzt ist. Um dem Rechnung zu tragen, wurden Aktivgläser entwickelt. Bei einem Aktivglas tauscht die Brille drahtlos Daten mit dem Projektor aus, um die Funktion der Brille mit den abgebildeten Bildern zu synchronisieren. Bei Aktivbrillen handelt es sich bei den Gläsern üblicherweise um Flüssigkristallbildschirme, die zwischen dem Durchlassen und Sperren von Licht umgeschaltet werden können. Auf diese Weise kann die Brille das linke und das rechte Glas schnell zwischen durchsichtig und undurchsichtig umschalten. Während die Brille umschaltet, wird durch das Fernsehgerät nacheinander eine Folge von Bildern projiziert. Wenn dieses Umschalten zwischen dem Fernsehgerät und der Brille synchronisiert ist, nimmt der Benutzer einen dreidimensionalen Effekt wahr.
Die US 2011 / 187 998 A1 offenbart eine Projektionsanzeigevorrichtung, die aufwiest: ein optisches Beleuchtungssystem, das eine erste Arraylinse und eine zweite Arraylinse aufweist, von denen jede eine Vielzahl von Linsenelementen mit einer Vielzahl von rechteckigen Formöffnungen aufweist und in einer Matrixform angeordnet ist; eine Beleuchtungslichtquellenvorrichtung, die eine oder mehrere Lichtquellen mit einem Polarisationsgrad von nicht weniger als 50% und einem oder mehreren Polarisatoren zum Übertragen eines polarisierten Lichts und zum Reflektieren eines anderen polarisierten Lichts aufweist. Mindestens ein Satz der Lichtquellen ist so angeordnet, dass die Polarisationsrichtungen von Lichtflüssen mit hohen Polarisationsgraden senkrecht zueinander sein können, die Lichtflüsse durch den Polarisator kombiniert werden, die Lichtflüsse durch ein Lichtfluss-Kondensationselement in einem einzigen Bereich kondensiert werden und dann auf ein anderes optisches Beleuchtungssystem gerichtet werden, das sich in einer nachfolgenden Stufe befindet.
Die JP 2008 - 003 125 A offenbart ein Beleuchtungssystem zum Unterdrucken einer in einem zu beleuchtenden Bereich inhomogenen Lichtintensitätsverteilung auf einer Ebene und zum Verringern der Verschlechterung einer Qualität von projizierten Bildern, selbst wenn die Emission einer beliebigen LD-Lichtquelle aus einer Vielzahl von LD-Lichtquellen in dem Beleuchtungssystem schwächer wird. Das Beleuchtungssystem kann vorzugsweise ein Projektor mit hoher Helligkeit sein.
Die WO 2010 / 143 981 A1 offenbart ein Projektionssystem, dadurch gekennzeichnet dass: eine erste Lichtquelleneinheit und eine zweite Lichtquelleneinheit wahlweise als Antwort auf einen Betriebsmodus, der einen Adaptermodus und einen Batteriemodus umfasst, betrieben werden, wobei die erste Lichtquelleneinheit eine erste bis dritte lichtemittierende Vorrichtung umfasst, die jeweils rot, grün und blau emittieren, die zweite Lichtquelleneinheit eine vierte bis sechste lichtemittierende Vorrichtung umfasst, die jeweils rot, grün und blau emittieren, und die erste Lichtquelleneinheit in dem Adaptermodus und die zweite Lichtquelleneinheit in dem Batteriemodus betrieben wird; eine Lichtdurchlasseinheit, die Licht, das von der ersten Lichtquelleneinheit oder der zweiten Lichtquelleneinheit emittiert wird, in Form von Oberflächenlicht durchlässt; eine Bilderzeugungsvorrichtung, die als Antwort auf ein Bildsignal unter Verwendung des Lichts, das von der Lichtdurchlasseinheit durchgelassen wird, ein Bild erzeugt; und eine Projektionslinsensystem, das das Bild durch Vergrößern des Bilds, das durch die Bilderzeugungsvorrichtung erzeugt wird, projiziert und das vergrößerte Bild projiziert, wobei eine Chipfläche der ersten Lichtquelleneinheit größer ist als die der zweiten Lichtquelleneinheit, eine Leuchtdichte der ersten Lichtquelleneinheit höher ist als die der zweiten Lichtquelleneinheit und die erste Lichtquelleneinheit mehr Leistung verbraucht als die zweite Lichtquelleneinheit.
Die WO 2005 / 074 267 A1 offenbart ein Projektionssystem mit einem Lichtventilsystem zum Recycling von Licht. Das Lichtventilsystem ist mit einem Lichtventil ausgestattet, das optisch mit einem Projektionsobjektiv gekoppelt ist. Die beispielhaften Systeme umfassen auch eine Lichtrecyclingvorrichtung, die zumindest einen Teil des Lichts reflektiert, das von dem Lichtventil zurück entlang eines Lichtwegs des Systems und auf eine Abbildungsoberfläche reflektiert wird, die die Helligkeit eines Bildes erhöht.
Die US 2004 / 0 201 824 A1 offenbart eine Projektionsanzeigevorrichtung umfassend eine Lichtquelle, ein Beleuchtungssystem, ein Reflexionssystem, einen Reflexionslichtmodulator, ein Linsenelement und ein Projektionssystem. Die optische Achse des Beleuchtungssystems und die optische Achse des Projektionssystems sind Windschieflinien. Durch das Linsenelement kann die Austrittspupille des Beleuchtungssystems im Wesentlichen mit der Eintrittspupille des Projektionssystems (12) konjugiert werden. Somit können der Reflexionslichtmodulator und das Projektionssystem koaxial angeordnet sein. Außerdem kann ein mechanischer Kontakt oder eine Interferenz zwischen den optischen Komponenten eliminiert werden, und der Raum kann effizient genutzt werden. Diese Konfiguration kann eine kostengünstige kompakte Projektionsanzeigevorrichtung unter Verwendung eines Reflexions-Lichtmodulators bereitstellen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, das eine erste Lichtquelle aufweist, wobei die erste Lichtquelle Licht mit einer ersten Polarisation aussendet. Die erste Lichtquelle enthält eine erste grüne Laserdiode, eine erste blaue Laserdiode und eine erste rote Laserdiode. Eine zweite Lichtquelle wird bereitgestellt, die der ersten Lichtquelle benachbart ist, wobei die zweite Lichtquelle Licht mit einer zweiten Polarisation aussendet. Die zweite Lichtquelle enthält eine zweite grüne Laserdiode, eine zweite blaue Laserdiode und eine zweite rote Laserdiode. Eine digitale Spiegeleinheit (digital mirror device, DMD) wird bereitgestellt, die eine erste Achse aufweist. Ein Spiegel wird bereitgestellt, der optisch zwischen der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der DMD angeordnet ist, wobei der Spiegel der DMD benachbart ist. Ein erstes Licht wird durch die erste Lichtquelle emittiert. Das erste Licht wird durch den Spiegel auf die DMD reflektiert. Ein zweites Licht wird durch die zweite Lichtquelle emittiert, nachdem das erste Licht emittiert worden ist. Das zweite Licht wird durch den Spiegel auf die DMD reflektiert. Eine erste Kollimatorlinse wird bereitgestellt, die optisch mit der ersten grünen Laserdiode und der zweiten grünen Laserdiode gekoppelt ist. Eine zweite Kollimatorlinse wird bereitgestellt, die optisch mit der ersten blauen Laserdiode und der zweiten blauen Laserdiode gekoppelt ist. Eine dritte Kollimatorlinse wird bereitgestellt, die optisch mit der ersten roten Laserdiode und der zweiten roten Laserdiode gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein System bereitgestellt, das eine erste Lichtquelle mit einer ersten grünen Laserdiode, einer ersten blauen Laserdiode und einer ersten roten Laserdiode aufweist. Eine zweite Lichtquelle ist der ersten Lichtquelle benachbart angeordnet, wobei die zweite Lichtquelle eine zweite grüne Laserdiode, eine zweite blaue Laserdiode und eine zweite rote Laserdiode aufweist, wobei die erste und die zweite Lichtquelle so angeordnet sind, dass sie Licht entlang einer gemeinsamen optischen Achse emittieren. Entlang der gemeinsamen optischen Achse ist ein Spiegel angeordnet. Dem Spiegel benachbart ist eine DMD angeordnet. Das System ferner aufweist: eine Projektionslinse aufweist, die der DMD benachbart ist, wobei die Projektionslinse so angeordnet ist, dass sie von der DMD reflektiertes Licht empfängt und ferner eine erste Achse aufweist; eine erste Kollimatorlinse, die optisch mit der ersten grünen Laserdiode und der zweiten grünen Laserdiode gekoppelt ist; eine zweite Kollimatorlinse, die optisch mit der ersten blauen Laserdiode und der zweiten blauen Laserdiode gekoppelt ist; und eine dritte Kollimatorlinse, die optisch mit der ersten roten Laserdiode und der zweiten roten Laserdiode gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Projektorsystem für eine tragbare elektronische Einheit bereitgestellt. Das Projektorsystem beinhaltet eine erste Lichtquelle mit einer ersten grünen Laserdiode, einer ersten blauen Laserdiode und einer ersten roten Laserdiode. Eine zweite Lichtquelle ist der ersten Lichtquelle benachbart angeordnet, wobei die zweite Lichtquelle eine zweite grüne Laserdiode, eine zweite blaue Laserdiode und eine zweite rote Laserdiode aufweist, wobei die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle so angeordnet sind, dass sie Licht entlang einer gemeinsamen optischen Achse emittieren. Eine erste Kollimatorlinse ist als integraler Bestandteil mit der ersten grünen Laserdiode und der zweiten grünen Laserdiode verbunden. Eine zweite Kollimatorlinse ist als integraler Bestandteil mit der ersten blauen Laserdiode und der zweiten blauen Laserdiode verbunden. Eine dritte Kollimatorlinse ist als integraler Bestandteil mit der ersten roten Laserdiode und der zweiten roten Laserdiode verbunden. Ein Spiegel ist so angeordnet, dass er Licht von der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle reflektiert. Dem Spiegel benachbart ist eine bildgebende Einheit angeordnet.
Durch die Techniken der vorliegenden Erfindung werden zusätzliche Merkmale und Vorteile realisiert. Weitere Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung werden hierin ausführlich beschrieben und als Teil der beanspruchten Erfindung angesehen. Zum besseren Verständnis der Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird auf die Beschreibung und die Zeichnungen verwiesen.
Figurenliste
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, wird in den Ansprüchen am Ende der Beschreibung eingehend dargelegt und ausdrücklich beansprucht. Das oben Gesagte und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klar, wobei:

1 eine schematische Ansicht eines Projektors für dreidimensionale Bilder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
2 eine schematische Draufsicht auf den Projektor für dreidimensionale Bilder von 1 ist;
3 ein Ablaufplan für ein Verfahren zum Betreiben eines Projektors für dreidimensionale Bilder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist; und
4 ein Ablaufplan für ein anderes Verfahren zum Betreiben eines Projektors für dreidimensionale Bilder gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Moderne Projektoren für dreidimensionale (3D) Bilder, die Passivgläser verwenden, verwenden üblicherweise zwei Projektoren. Frühere Bemühungen, nur einen einzigen Projektor zu verwenden, gehen davon aus, eine aktive Linse innerhalb des Projektors zu verwenden, die zwischen aufeinander folgenden Bildern umschaltet. Es sollte einsichtig sein, dass die Verwendung redundanter Projektoren oder einer kostspieligen Aktivlinse mit hohen Kosten verbunden sein kann. Ferner lassen sich diese Techniken nicht wie gewünscht an verschiedene Größenordnungen anpassen, wenn Benutzer mit zunehmend kleineren Projektorsystemen vergleichbare Leistungsparameter erreichen wollen.
Bei einem anderen Projektortyp werden Aktivgläser mit einer LCD-(Flüssigkristalldioden-) Linse verwendet, die im Einklang mit dem Projektor (üblicherweise einem Fernsehprojektor) gesteuert wird. Die Aktivbrille sperrt abwechselnd eine der Linsen, sodass der Benutzer aufeinander folgende Bilder abwechselnd durch verschiedene Linsen sieht. Eine Aktivbrille bietet dem Benutzer zwar einen guten 3D-Effekt, weist jedoch einige unerwünschte Eigenschaften auf. Die Aktivbrille benötigt eine Energiequelle wie beispielsweise einen Akku, der periodisch wiederaufgeladen oder ausgetauscht werden muss. Wenn die Datenübertragung zwischen dem Fernseher und der Brille unterbrochen wird, kann der 3D-Effekt verloren gehen. Aufgrund der Komplexität des Systems sind die Aktivbrillen recht teuer.
1 und 2 zeigen einen Projektor für dreidimensionale Bilder zum Projizieren eines dreidimensionalen (3D) Bildes von einer einzigen Projektionslinse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Projektor 20 beinhaltet einen Lichtgenerator 21 mit drei einzelnen Laserlichtgeneratoren 23, 24, 25. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält jeder Laserlichtgenerator 23, 24, 25 ein Paar monochromatischer Laserdioden. Im Folgenden wird ausführlich erörtert, dass jedes Paar monochromatischer Laserdioden zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen aufweist. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Generator 23 ein Paar roter Laserdioden 30, 31, der Generator 24 enthält ein Paar grüner Laserdioden 32, 33, und der dritte Generator 25 enthält ein Paar blauer Laserdioden 34, 35.
Die Generatoren 23, 24, 25 sind in Reihe angeordnet. Demgemäß sind die Dioden 30, 32, 34 in Reihe ausgerichtet, sodass sie eine erste Lichtquelle 22 bilden, und die Dioden 31, 33, 355 sind so ausgerichtet, dass sie eine zweite Lichtquelle 27 bilden. Jeder der Generatoren 30, 32, 34 kann als integralen Bestandteil einen Kollimator 29, 37, 39 enthalten, der Licht auf einen der benachbarten dichroitischen Spiegel 36, 38, 40 richtet.
Bei einem dichroitischen Spiegel oder Filter werden wechselnde optische Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes verwendet, die auf ein Glassubstrat aufgebracht sind. An den Grenzflächen zwischen den Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex entstehen phasenverschobene Reflexionen, wodurch bestimmte Lichtwellenlängen verstärkt und zur Interferenz mit anderen Wellenlängen gebracht werden. Da unerwünschte Wellenlängen nicht absorbiert, sondern stärker reflektiert werden, absorbieren dichroitische Filter diese unerwünschte Energie während des Betriebs nicht, was insofern von Vorteil ist, als die aufgenommene Wärmemenge im Vergleich zu einer vergleichbaren Lichtfiltereinheit verringert wird, da deren Filter Energie aller Wellenlängen außer der gewünschten Farbe absorbiert.
Die Spiegel 36, 38, 40 sind jeweils so angeordnet, dass sie die Farbe ihrer entsprechenden Laserdiode 30, 32, 34 reflektieren. Ferner sind die Spiegel 36, 38, 40 unter einem Winkel so angeordnet, dass sie die einzelnen Farben reflektieren und mischen, um weißes Licht zu erzeugen. Gemäß der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform emittiert die erste Laserdiode 30 ein blaues Licht 46, das von dem dichroitischen Spiegel 36 auf den dichroitischen Spiegel 38 reflektiert wird. Gleichzeitig emittiert die zweite Laserdiode 32 grünes Licht 48, das von dem dichroitischen Spiegel 38 auf den dichroitischen Spiegel 40 reflektiert wird. Das Licht 46 von der ersten Laserdiode 30 wird mit dem Licht 48 von der zweiten Laserdiode 32 gemischt.
Gleichzeitig mit der Emission des Lichts 46, 48 emittiert die dritte Laserdiode 34 rotes Licht 50 auf den dichroitischen Spiegel 40. Der dichroitische Spiegel 40 reflektiert das Licht 50 und ermöglicht ein Mischen des Lichts von den Dioden 30, 32, um weißes Licht zu bilden. Die dichroitischen Spiegel 36, 38, 40 weisen einen Winkel oder eine Form derart auf, dass das weiße Licht in eine Richtung zu einer gemeinsamen optischen Achse 55 gelenkt wird. Im Folgenden wird ausführlich erörtert, dass jede der Lichtquellen 22, 27 mit einer vorgegebenen Polarisationsrichtung angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform ist die Polarisation der Lichtquelle 42 senkrecht zu der Polarisation der Lichtquelle 44. Ferner sind die Lichtquellen 42, 44 so angeordnet, dass sie abwechselnd und nacheinander Licht entlang der gemeinsamen optischen Achse 55 emittieren.
Das Licht wird von der ersten Lichtquelle 22 emittiert und tritt durch eine Facettenlinse 54. Die Facettenlinse 54 besteht aus einer Anordnung von Mikrolinsen, die das durchgelassene Licht in viele Komponenten aufspalten und diese gleichmäßig auf das Gesichtsfeld projizieren. Dadurch wird eine gleichmäßige helle Ausleuchtung ohne verringerte Lichtintensität an den Rändern des projizierten Lichts erreicht. Nach dem Austreten aus der Facettenlinse 54 kann das Licht wahlweise durch eine Kondensorlinse 56 treten, die das Licht konzentriert.
Sodann tritt das Licht durch eine Fokussierlinse, die das Licht auf einen Spiegel 60 fokussiert. Der Spiegel 60 reflektiert das Licht und verteilt es auf eine bildgebende Einheit (imaging device) 62. Das Licht wird von der bildgebenden Einheit 62 polarisiert reflektiert, und das polarisierte Licht durchläuft dann im Wesentlichen eine Projektionslinsenbaugruppe 66 und verlässt den Projektor 20. Dieser Prozess wird der Reihe nach für die zweite Lichtquelle wiederholt.
Es sollte einsichtig sein, dass die Lichtquellen 22, 27 zwar einander benachbart angeordnet sind und Licht entlang der gemeinsamen optischen Achse 54 emittieren, dass jedoch das Licht von jeder Quelle im Wesentlichen dieselbe Weglänge zurücklegt, um das Bild von dem Projektor 20 zu projizieren. Dadurch wird die Modulation der Lichtquellen 22, 27 während des Betriebs vereinfacht. Ferner weisen die Laserdioden eine geringe Winkeldivergenz auf, sodass die Dioden dicht nebeneinander angeordnet werden und als integralen Bestandteil eine gemeinsame Kollimatorlinse nutzen können.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform handelt es sich bei der bildgebenden Einheit 62 um eine digitale Spiegeleinheit (DMD). Bei einer DMD handelt es sich um einen optischen Halbleiter mit mehreren hunderttausend als Array angeordneter mikroskopischer Spiegel. Das Array mikroskopischer Spiegel bildet eine Bildfläche oder -ebene, die dann projiziert werden kann. Diese Oberflächenspiegel entsprechen den in dem Bild abzubildenden Pixeln. Die Spiegel werden einzeln gedreht, um das Licht entweder in die Projektionslinsenbaugruppe 66 oder von dieser weg zu reflektieren (Dunkelstellung). Graustufenfarben werden durch sehr schnelles Hin- und Herschalten erzeugt. Die Graustufe ergibt sich aus der Zeitdauer, während der die mikroskopischen Spiegel Licht in die Projektionslinsenbaugruppe 66 reflektieren. Gemäß einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei der bildgebende Einheit 62 um LCoS- (liquid crystal on silicone, Flüssigkristall-auf-Silicium-) Einheit.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist die bildgebende Einheit 62 mit einer ersten Achse 70 angeordnet, die sich im Wesentlichen senkrecht von der Bildfläche der bildgebenden DMD-Einheit 62 erstreckt. Die Projektionslinsenbaugruppe 66 ist auf einer zweiten Achse 68 angeordnet. Die erste Achse 70 und die zweite Achse 68 sind um eine Strecke D gegeneinander versetzt, um den Spiegel 60 so anzuordnen, dass das Licht 72 entlang eines Vektors unter einem Winkel von der bildgebenden Einheit 62 so reflektiert wird, dass es durch die Projektionslinsenbaugruppe 66 aufgefangen wird. Gemäß einer Ausführungsform kann der Projektor 20 wahlweise einen Reflexionsfilter zum Verringern der Granularität (Speckle) beinhalten.
Es sollte einsichtig sein, dass durch die Verwendung der Lichtquellen 22, 27 und der bildgebenden Einheit 62 in Kombination mit einem achsenfernen Spiegel ein kompakterer Aufbau möglich ist. Demgemäß kann der Projektor 20 bis auf die Abmessungen eines Picoprojektors oder eines Mikroprojektors verkleinert werden. Diese kleinen Projektoren können gegebenenfalls in einer tragbaren elektronischen Einheit verwendet werden, beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Mobiltelefon, ein Tablet-Computer, ein Laptop-Computer und eine tragbare Spieleinheit. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch in stationären Einheiten verwendet werden, beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Arbeitsplatz-Computer oder ein Fernsehgerät. Gemäß einer Ausführungsform kann der Projektor 20 innerhalb eines Gehäuses mit den Abmessungen 5 bis 10,5 mm x 20 bis 37 mm x 20 bis 37 mm untergebracht werden.
Der Projektor 20 kann wahlweise auch eine Rückkopplungsschaltung 74 beinhalten. Die Rückkopplungsschaltung 74 ist elektrisch zum Austauschen von Daten mit der ersten Lichtquelle 22, der zweiten Lichtquelle 27 und der bildgebenden DMD-Einheit 62 verbunden. Die Rückkopplungsschaltung 74 stellt ein erstes Modulationssignal für die Lichtquellen 22, 27 und ein zweites Modulationssignal für die bildgebende DMD Einheit 62 bereit. Die Modulationssignale sorgen dafür, dass die Lichtquellen und die DMD-Einheit 62 während des Betriebs synchron bleiben. Mit anderen Worten, die Rückkopplungsschaltung 74 stellt sicher, dass die gewünschte Lichtquelle 22, 27 Licht emittiert, das dem durch die Projektionslinsenbaugruppe 66 projizierten Bild entspricht. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die elektrische Leistungsaufnahme des Projektors 20 während des Betriebs 30 Milliwatt oder weniger. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird das an die Lichtquellen 22, 27 übertragene Modulationssignal mit der doppelten Frequenz der bildgebenden DMD-Einheit 62 moduliert.
2 zeigt ein Verfahren 80 zum Betreiben eines Projektors für dreidimensionale Bilder wie beispielsweise des Projektors 20. Das Verfahren 80 startet in Block 82. Dann emittiert das Verfahren 80 in Block 84 ein Licht von einer ersten Lichtquelle wie beispielsweise der Lichtquelle 22. Das Licht von der ersten Lichtquelle wird durch den Spiegel 60 auf eine bildgebende Einheit wie beispielsweise die bildgebende DMD-Einheit 62 reflektiert. Das Licht wird in Block 86 von der bildgebenden Einheit und in eine oder mehrere Linsen 66 reflektiert, um durch den Projektor 20 ein Bild N zu projizieren. Anschließend emittiert die zweite Lichtquelle wie beispielsweise die Lichtquelle 27 in Block 88 ein Licht, das von dem Spiegel 60 auf die bildgebende Einheit reflektiert wird. Das Licht wird in Block 90 von der bildgebenden Einheit reflektiert und durch den Projektor 20 projiziert. Dann geht das Verfahren 80 zurück zu Block 84, um durch den Projektor 20 weitere Bilder zu projizieren. Es sollte einsichtig sein, dass das Bild N und das Bild N + 1 einander ähnlich, jedoch geringfügig gegeneinander versetzt sind, um für einen Benutzer, der eine polarisierende Passivbrille trägt, einen dreidimensionalen Effekt zu erzeugen.
4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Verfahrens 92 zum Betreiben eines Projektors für dreidimensionale Bilder wie beispielsweise des Projektors 20. Das Verfahren 92 beginnt in Block 94 und wird in Block 98 fortgesetzt, wo die Lichtquellen wie beispielsweise die Lichtquellen 22, 27 ein Modulationssignal empfangen, um den zeitlichen Verlauf des durch die Lichtquellen emittierten Lichts mit einem gewünschten Bild zu synchronisieren. Gemäß einer Ausführungsform weist das durch jede der Lichtquellen 22, 27 emittierte Licht eine vorgegebene Polarisation auf. Gemäß einer Ausführungsform stehen die Polarisationsrichtungen der Lichtquellen 22, 27 senkrecht aufeinander. Jedes Bild „N“ wird in Block 100 auf einer bildgebenden Einheit erzeugt. Licht wird in Block 102 von der ersten Lichtquelle emittiert. Das erste Licht wird in Block 104 beispielsweise durch eine Facettenlinse verteilt. Dieses erste Licht wird in Block 108 von dem Spiegel 60 auf die bildgebende Einheit reflektiert. Das erste Licht wird als Bild von der bildgebenden Einheit und in eine Projektionslinse reflektiert, um in Block 110 durch den Projektor das Bild N zu projizieren.
Dann wird das Verfahren 92 in Block 112 fortgesetzt, wo ein Bild N + 1 auf der bildgebenden Einheit erzeugt wird. Die zweite Lichtquelle wird in Block 114 aktiviert, um Licht zu emittieren. Dann wird das zweite Licht in Block 116 mit einer Linse beispielsweise mit einer Facettenlinse verteilt. Dann wird das zweite Licht in Block 120 von dem Spiegel 60 auf die bildgebende Einheit reflektiert. Das in Block 120 von der bildgebenden Einheit reflektierte Licht ist in einer Polarisationsrichtung polarisiert, die von dem von der bildgebenden Einheit reflektierten ersten Licht verschieden ist. Das zweite reflektierte Licht tritt durch die Projektionslinse, um in Block 122 das Bild N + 1 durch den Projektor zu projizieren. Es sollte einsichtig sein, dass das Bild N und das Bild N + 1 ähnlich, jedoch geringfügig versetzt sind, um für einen Benutzer, der eine polarisierende Passivbrille trägt, einen dreidimensionalen Effekt zu erzeugen. Es sollte einsichtig sein, dass die Bilder einen 3D-Film auf einer zweidimensionalen Projektionsfläche darstellen können, wenn das Verfahren 92 wiederholt wird.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen kleinen und zuverlässigen Projektor für dreidimensionale Bilder bereit. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bieten den Vorteil mehrerer Lichtquellen, die so angeordnet sind, dass sie zum Projizieren des Bildes dieselbe Weglänge aufweisen. Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass sie ein dreidimensionales Bild emittieren, das mit einer Passivbrille betrachtet werden kann.
Die hierin verwendeten Begriffe dienen lediglich zum Beschreiben bestimmter Ausführungsformen und sollen die Erfindung nicht einschränken. Die hierin gebrauchten Einzahlformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ sollen gleichermaßen auch die Mehrzahlformen beinhalten, sofern aus dem Zusammenhang nicht eindeutig anderes hervorgeht. Ferner ist klar, dass die Begriffe „weist auf“ und/oder „aufweisend“ bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten bedeuten, nicht jedoch das Vorhandensein oder Hinzukommen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder der Gruppen ausschließen.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Aktionen und gleichwertigen Mittel oder Schritte zuzüglich Funktionselementen in den folgenden Ansprüchen sollen alle Strukturen, Materialien oder Aktionen zum Ausführen der Funktion in Kombination mit anderen ausdrücklich beanspruchten Elementen beinhalten. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt worden, erhebt jedoch nicht den Anspruch auf Vollständigkeit oder Beschränkung auf die Erfindung in der offenbarten Form. Dem Fachmann sind viele Modifikationen und Varianten offensichtlich, ohne vom Schutzumfang und Wesensgehalt der Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung und die praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern und anderen Fachleuten das Verständnis der Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu erleichtern, die für die jeweils vorgesehene Anwendung geeignet sind.
Die hierin gezeigten Ablaufpläne stellen lediglich ein Beispiel dar. An den hierin beschriebenen Schaubildern oder Schritten (oder Operationen) können zahlreiche Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Wesensgehalt der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können die Schritte in einer veränderten Reihenfolge ausgeführt werden, oder es können Schritte hinzugefügt, entfernt oder geändert werden. Alle diese Änderungen werden als Bestandteil der beanspruchten Erfindung angesehen.

Claims

Verfahren, das aufweist: Bereitstellen einer ersten Lichtquelle (22), wobei die erste Lichtquelle Licht mit einer ersten Polarisation emittiert, wobei die erste Lichtquelle eine erste grüne Laserdiode (32), eine erste blaue Laserdiode (34) und eine erste rote Laserdiode (30) enthält; Bereitstellen einer zweiten Lichtquelle (27), die der ersten Lichtquelle benachbart ist, wobei die zweite Lichtquelle Licht mit einer zweiten Polarisation emittiert, wobei die zweite Lichtquelle eine zweite grüne Laserdiode (33), eine zweite blaue Laserdiode (35) und eine zweite rote Laserdiode (31) enthält; Bereitstellen einer digitalen Spiegeleinheit (digital mirror device, DMD) (62), wobei die DMD eine erste Achse (70) aufweist; Bereitstellen eines Spiegels (60), der optisch zwischen der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der DMD angeordnet ist, wobei der Spiegel der DMD benachbart ist; Emittieren eines ersten Lichts aus der ersten Lichtquelle; Reflektieren des ersten Lichts mittels des Spiegels auf die DMD; Emittieren eines zweiten Lichts aus der zweiten Lichtquelle, nachdem das erste Licht emittiert wurde; Reflektieren des zweiten Lichts mittels des Spiegels auf die DMD; Bereitstellen einer ersten Kollimatorlinse (37), die optisch mit der ersten grünen Laserdiode und der zweiten grünen Laserdiode gekoppelt ist; Bereitstellen einer zweiten Kollimatorlinse (39), die optisch mit der ersten blauen Laserdiode und der zweiten blauen Laserdiode gekoppelt ist; und Bereitstellen einer dritten Kollimatorlinse (29), die optisch mit der ersten roten Laserdiode und der zweiten roten Laserdiode gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist: Bereitstellen einer Projektionslinse, die der DMD benachbart ist, wobei die Projektionslinse eine zweite Achse aufweist, die gegenüber der ersten Achse versetzt ist; Emittieren des von der DMD reflektierten ersten Lichts durch die Projektionslinse; und Emittieren des von der DMD reflektierten zweiten Lichts durch die Projektionslinse.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner aufweist: Übertragen eines ersten Modulationssignals zur ersten Lichtquelle und zur zweiten Lichtquelle; Übertragen eines zweiten Modulationssignals zur DMD; und wobei eine Frequenz des ersten Modulationssignals doppelt so hoch ist wie eine Frequenz des zweiten Modulationssignals.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist: Bereitstellen eines ersten dichroitischen Spiegels, der der ersten Kollimatorlinse benachbart ist; Bereitstellen eines zweiten dichroitischen Spiegels, der der zweiten Kollimatorlinse benachbart ist; und Bereitstellen eines dritten dichroitischen Spiegels, der der dritten Kollimatorlinse benachbart ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle und die DMD innerhalb eines Volumens mit einer Höhe von 5 bis 10,5 mm, einer Breite von 20 bis 37 mm und einer Länge von 20 bis 37 mm angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrische Leistungsaufnahme der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der DMD 30 Milliwatt oder weniger beträgt.
System, das aufweist: eine erste Lichtquelle (22), die eine erste grüne Laserdiode (32), eine erste blaue Laserdiode (34) und eine erste rote Laserdiode (30) aufweist; eine zweite Lichtquelle (27), die der ersten Lichtquelle benachbart angeordnet ist, wobei die zweite Lichtquelle eine zweite grüne Laserdiode (33), eine zweite blaue Laserdiode (35) und eine zweite rote Laserdiode (31) aufweist und wobei die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle so angeordnet sind, dass sie Licht entlang einer gemeinsamen optischen Achse emittieren; einen Spiegel (60), der entlang der gemeinsamen optischen Achse angeordnet ist; eine DMD (62), die dem Spiegel benachbart angeordnet ist; eine Projektionslinse (66), die der DMD benachbart ist, wobei die Projektionslinse so angeordnet ist, dass sie von der DMD reflektiertes Licht empfängt und ferner eine zweite Achse (68) aufweist; eine erste Kollimatorlinse (37), die optisch mit der ersten grünen Laserdiode und der zweiten grünen Laserdiode gekoppelt ist; eine zweite Kollimatorlinse (39), die optisch mit der ersten blauen Laserdiode und der zweiten blauen Laserdiode gekoppelt ist; und eine dritte Kollimatorlinse (29), die optisch mit der ersten roten Laserdiode und der zweiten roten Laserdiode gekoppelt ist.
System nach Anspruch 7, wobei die DMD eine Bildfläche und eine zweite Achse aufweist, die senkrecht zu der Bildfläche steht, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse verläuft und gegenüber dieser versetzt ist.
System nach Anspruch 8, wobei die zweite Achse im Wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen optischen Achse steht.
System nach Anspruch 7, das ferner aufweist: einen ersten dichroitischen Spiegel, der der ersten grünen Laserdiode und der zweiten grünen Laserdiode benachbart ist; einen zweiten dichroitischen Spiegel, der der ersten blauen Laserdiode und der zweiten blauen Laserdiode benachbart ist; und einen dritten dichroitischen Spiegel, der der ersten roten Laserdiode und der zweiten roten Laserdiode benachbart ist.
System nach Anspruch 7, das ferner eine Rückkopplungsschaltung aufweist, die mit der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der DMD verbunden ist, wobei die Rückkopplungsschaltung ein erstes Modulationssignal zur ersten Lichtquelle und zur zweiten Lichtquelle und ein zweites Modulationssignal zur DMD überträgt, wobei eine Frequenz des ersten Modulationssignals doppelt so hoch wie eine Frequenz des zweiten Modulationssignals ist.
System nach Anspruch 7, wobei die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle und die DMD innerhalb eines Volumens mit einer Höhe von 5 bis 10,5 mm, einer Breite von 20 bis 37 mm und einer Länge von 20 bis 37 mm angeordnet sind.
System nach Anspruch 7, wobei die elektrische Leistungsaufnahme der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der DMD 30 Milliwatt oder weniger beträgt.
Projektorsystem (20) für eine tragbare elektronische Einheit, das aufweist: eine erste Lichtquelle (22) mit einer ersten grünen Laserdiode (32), einer ersten blauen Laserdiode (34) und einer ersten roten Laserdiode (30); eine zweite Lichtquelle (27), die der ersten Lichtquelle benachbart angeordnet ist, wobei die zweite Lichtquelle eine zweite grüne Laserdiode (33), eine zweite blaue Laserdiode (35) und eine zweite rote Laserdiode (31) aufweist und wobei die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle so angeordnet sind, dass sie Licht entlang einer gemeinsamen optischen Achse emittieren; eine erste Kollimatorlinse (37), die als integraler Bestandteil mit der ersten grünen Laserdiode und der zweiten grünen Laserdiode verbunden ist; eine zweite Kollimatorlinse (39), die als integraler Bestandteil mit der ersten blauen Laserdiode und der zweiten blauen Laserdiode verbunden ist; eine dritte Kollimatorlinse (29), die als integraler Bestandteil mit der ersten roten Laserdiode und der zweiten roten Laserdiode verbunden ist; einen Spiegel (60), der so angeordnet ist, dass er Licht von der ersten Lichtquelle und der zweiten Lichtquelle reflektiert; und eine bildgebende Einheit (62), die dem Spiegel benachbart angeordnet ist.
Projektorsystem nach Anspruch 14, das ferner aufweist: eine Facettenlinse, die auf der gemeinsamen optischen Achse zwischen dem Spiegel und der ersten Lichtquelle angeordnet ist; und eine Kondensorlinse, die auf der gemeinsamen optischen Achse zwischen dem Spiegel und der Facettenlinse angeordnet ist.
Projektorsystem nach Anspruch 15, das ferner gegenüber der bildgebenden Einheit eine Projektionslinse aufweist, die dem Spiegel benachbart angeordnet ist.
Projektorsystem nach Anspruch 16, wobei die Projektionslinse eine erste Achse aufweist und die bildgebende Einheit eine zweite Achse aufweist, die im Wesentlichen senkrecht auf einer Mitte der bildgebende Einheit steht, wobei die erste Achse gegenüber der zweiten Achse versetzt ist.
Projektorsystem nach Anspruch 14, wobei es sich bei der bildgebenden Einheit um eine digitale Spiegeleinheit handelt.
Projektorsystem nach Anspruch 18, wobei die erste Lichtquelle, die zweite Lichtquelle und die DMD innerhalb eines Volumens mit einer Höhe von 5 bis 10,5 mm, einer Breite von 20 bis 37 mm und einer Länge von 20 bis 37 mm angeordnet sind.
Projektorsystem nach Anspruch 19, wobei die elektrische Leistungsaufnahme der ersten Lichtquelle, der zweiten Lichtquelle und der DMD 30 Milliwatt oder weniger beträgt.