DE19623179A1 - Verfahren zur Reduzierung der Fleckenbildung bei Laserprojektion und Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Fleckenbildung bei Betrachtung von mittels Laserprojektion gleichmäßig ausgeleuchteten Bildinhalten, die von einer Projektions­ fläche reflektiert werden sowie eine Anordnung zur Laserprojektion.

Die Laserprojektion beruht auf der Bildererzeugung nach dem Rasterscan-Verfahren. Dabei werden die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau vom Laser emittiert, getrennt gemischt, wie­ der zusammengeführt und über eine Fläche gerastert. Wie bei der Standard-Fernsehbildröhre wird das Bild dabei punktweise aufgebaut. Die Farbe eines Bildpunkts wird definiert durch die Leistungsanteile in den Grundfarben. Üblicherweise erfolgt die Ablenkung horizontal durch Po­ lygonspiegel und vertikal durch Galvoscanner.

Dabei werden Bildungleichmäßigkeiten bzw. Flecken oder sogenannte "Speckles" bei der La­ ser-Bildprojektion durch die räumliche Kohärenz des Laserlichts hervorgerufen. Der Effekt ist sehr einfach beobachtbar, indem z. B. eine Wand mit einem aufgeweiteten Laserstrahl beleuch­ tet wird. Das Auge sieht dann anstelle eines gleichmäßig ausgeleuchteten Feldes einen Fleck mit einer stochastischen Hell-Dunkel-Verteilung.

Zum Entstehungsmechanismus ist, vereinfacht dargestellt, folgendes anzumerken: Das Licht wird von der Projektionsfläche reflektiert und gelangt dann ins Auge; da die Projektionsfläche im Vergleich zur Größe einer Wellenlänge immer Unebenheiten aufweist, trifft das von unter­ schiedlichen Stellen der Projektionsfläche reflektierte Licht mit unterschiedlicher Phasenlage auf das Auge. Es kommt daher im Auge zur Interferenz. Bei einem gegebenen Standort des Beobachters erzeugt diese Interferenz ein räumliches, zweidimensionales Hell-Dunkel-Muster.

Aus der EP 0 589 179 A1 ist ein Laserprojektionssystem bekannt, bei dem die aus drei Grund­ farben bestehende Laserstrahlung in einem gemeinsamen Strahlengang durch ein Diffusions­ element geführt wird, welches beispielsweise mit Umdrehungen im Bereich von 30 bis 40 pro Minute eine solche Fleckenbildung infolge Interferenzerscheinungen verhindert und ein klares farbgetreues Abbild schafft.

Weiterhin ist aus der EP 0 385 706 ein Projektionslichtbildanzeigesystem mit verringerter Fleckenbildung bekannt, wobei eine kohärente Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahles eingesetzt wird; mit Hilfe eines Raumlichtmodulators, der auf Signale anspricht, wird Licht von der Quelle auf den Bildschirm gerichtet, wobei ein so erzeugtes Bild dann auf dem Bildschirm wiedergegeben wird; dabei ist der Bildschirm mit einem Wandler gekoppelt, der dazu dient, in dem Schirm, wo das Bild wiedergegeben wird, akustische Oberflächenwellen zu erzeugen; die Oberflächenwellen besitzen eine Amplitude, die größer ist als eine Wellenlänge des Licht­ strahles. Auf diese Weise soll unter Ausnutzung der Trägheit des Auges die Fleckenbildung bei Betrachtung gleichmäßig ausgebildeter Bildinhalte verhindert werden.

Weiterhin ist in der US-PS 5,313,479 ein fleckenfreies Projektionssystem beschrieben, bei dem ein rotierendes Diffusionselement im Strahlengang des Lasers angeordnet ist, um die Inter­ ferenzmuster so rasch zu bewegen, daß sie für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind.

Es handelt sich dabei um verhältnismäßig aufwendige Systeme mit mechanischen Gebern bzw. Wandlern.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein möglichst einfaches Verfahren zur Reduzierung der Fleckenbildung bei der Laserprojektion anzugeben, wobei insbesondere auf technisch auf­ wendige Wandlungsverfahren verzichtet werden soll; darüberhinaus soll eine möglichst wenig störanfällige Anordnung geschaffen werden.

Die Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Aufgrund des verhältnismäßig einfachen Verfahrens kann die Laserprojektion praktisch störungsfrei erfolgen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

In einer bevorzugten Ausführungsform soll die BROWNsche Bewegung der Partikel durch Er­ wärmung der Suspension verstärkt werden. Auch hierbei handelt es sich vorteilhafterweise um ein verhältnismäßig einfaches Verfahren, bei dem eine geringe Störanfälligkeit zu erwarten ist.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren werden die Mikropartikel durch piezoelektrische Kraft in Bewegung gehalten; auch hierbei handelt es sich um eine verhältnismäßig einfaches Ver­ fahren geringer Störanfälligkeit.

Die Aufgabe wird anordnungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind in den Ansprüchen 6 bis 11 angege­ ben.

Vorteilhafterweise ist es nach der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, die Projektions­ fläche so zu gestalten, daß die Bildungleichmäßigkeiten bzw. Flecken oder Speckles zwar immer noch entstehen, aber zeitlich variabel sind, derart, daß sich das zweidimensionale Hell-Dunkel-Muster über die Reaktionszeit des Auges gesehen ausmittelt und im Eindruck des Betrachters ein gleichmäßiger Helligkeitseindruck entsteht.

Anstelle einer festen Projektionswand, weist die Projektionsfläche bewegliche Streuzentren auf; diese werden durch eine Suspension von Mikropartikeln in einer Flüssigkeit realisiert. Die Mikropartikel sind, allein schon aufgrund der BROWNschen Molekularbewegung, in ständiger Bewegung. Ist die Bewegung - ggf. durch zusätzliche Maßnahmen wie z. B. Erwärmung oder Verwirbelung durch Piezoelemente - hinreichend schnell, um während der Beleuchtung mit dem Laser-Fleck eine große Zahl an unterschiedlichen Hell/Dunkel-Mustern zu erzeugen, so wird im Auge ein gleichmäßiger Bildeindruck für gleichmäßig ausgebildete Bildinhalte ent­ stehen.

Als vorteilhaft erweist es sich auch, daß eine ständige Durchmischung ein Absetzen der Par­ tikel verhindert; neben einer turbulenten Konvektion durch lokale Erwärmung, ist auch die zuvor genannte Verwirbelung der Flüssigkeit durch Piezoelemente als besonders vorteilhaft anzu­ sehen.

Eine solche Projektionsfläche wurde in einem Ausführungsbeispiel durch Milch realisiert. Die Milch enthält in Wasser aufgeschwemmte koaguliertes Eiweiß und Fettpartikel. Die Milch wurde mit einem Laser senkrecht beleuchtet. Der auf der Milchoberfläche beobachtbare Fleck wurde bezüglich der Gleichmäßigkeit seines Helligkeitseindrucks beurteilt im Vergleich zur Beleuchtung einer festen Pappe mit demselben Laserfleck: der Laserfleck auf der Milchober­ fläche erschien von gleichmäßigerer Helligkeit als der auf der Pappe.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1a und 1b näher erläutert.

Fig. 1a zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Laserprojektionsanordnung mit Projektions­ fläche

Fig. 1b zeigt schematisch einen Längsschnitt von Laserprojektionsanordnung mit Projektions­ fläche, wie sie beispielsweise in einer Zuschauerarena eingesetzt werden könnte.

Gemäß Fig. 1a weist die Laserprojektionsvorrichtung drei kohärente Strahlenquellen für die Grundfarben rot, blau und grün als Laser auf, wie sie beispielsweise in der eingangs zitierten US-PS 5,313,479 beschrieben sind. Die erzeugte Laserstrahlung verläßt über Austrittsöffnung 2 der Projektionsvorrichtung das Projektorgehäuse 1 und trifft auf Projektionsfläche 5, wobei der Strahl im Azimutbereich von Winkel α mittels um eine vertikale Achse geführte Polygon­ spiegel und in der Höhe als Winkel β durch Galvoscanner abgelenkt wird. Der Winkelbereich ist anhand der Fig. 1a und 1b erkennbar, wobei Winkel α im Bereich von 30-90° von oben gesehen und Winkel β im Bereich von 25-50° liegt.

Gemäß Fig. 1a und 1b weist die mit Gehäuse 7 versehene Projektionsfläche 5 an ihrer der Strahlen- quellen zugeordneten Seite eine transmittierende Begrenzungsfläche 6 auf, welche zusammen mit einem hier nur schematisch dargestellten Gehäuse 7 eine Suspension 8 mit reflektierenden Partikeln 9 enthält, welche die durch die Begrenzungsfläche 6 eintretenden Laserstrahlen reflektieren, wobei die Partikel aufgrund ihrer ständigen Bewegung eine Inter­ ferenzbildung verhindern; dies bedeutet, daß die Auslenkung der Partikel aufgrund ihrer Bewe­ gung größer als die Wellenlänge des reflektierten Lichtes ist, so daß sich keine unterschied­ lichen Phasenlagen für das Auge des Betrachters ergeben können.

Die Partikel weisen eine größte mittlere Ausdehnung im Bereich von 100 µm auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die bereits bei Raumtemperatur ausreichende BROWNsche Bewegung durch Erhitzen der Suspension 8 mittels zusätzlicher Heizwiderstände 11 so stark erhöht, so daß eine Fleckenbildung bei Betrachtung von Projektionsfläche 5 im Auge des Betrachters praktisch verschwindet.

Es ist jedoch weiterhin auch möglich, eine Bewegung der Partikel in der Suspension durch auf eine oder mehrere Membranen wirkende Piezoschwinger zu verstärken, wobei auch im Falle der piezoelektrischen Krafteinwirkung die Partikel in ihrem Auslenkungsweg oberhalb der Wel­ lenlänge des reflektierten Laserlichts liegen.

Die Aufrißdarstellung gemäß Fig. 1b zeigt eine für Kino- bzw. TV- oder Videozwecke geeig­ nete Projektionsfläche, wobei sich das Projektorgehäuse 1 der Laserprojektionsvorrichtung auch in der Höhe des unteren Bildrandes der Projektionsfläche 5 befinden kann.

Anhand Fig. 1a und 1b ist jeweils die Projektionsfläche in Draufsicht, bzw. Längsansicht dar­ gestellt, wobei die Strahlung jeweils durch die transmittierende Begrenzungsfläche 6 auf die von reflektierenden Partikeln 9 einer Suspension gebildete Projektionsfläche 5 trifft und reflektiert wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Reduzierung der Fleckenbildung bei Betrachtung von mittels Laserprojektion gleichmäßig ausgeleuchteten Bildinhalten, die von einer Projektionsfläche reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche reflektierende Mikro-Partikel aufweist, die relativ zur Strahlenquelle der Laserprojektion ständig bewegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro-Partikel durch Suspension einer Flüssigkeit gebildet werden, deren Bewegung aufgrund der BROWNschen Bewegung erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit zur Verstärkung der Bewegung der Mikro-Partikel zusätzlich erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Mikro-Partikel durch Verwirbelung der Flüssigkeit mittels piezoelektrisch erzeugter Kraft verstärkt wird.

5. Anordnung zur Laserprojektion mit reduzierter Fleckenbildung bei Betrachtung gleichmäßig ausgeleuchteter Bildpartien, die von einer Projektionsfläche reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (5) bewegliche reflektierende Mikro-Partikel (9) aufweist, die als Suspension in einer Flüssigkeit gelöst sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (5) Partikel als Suspension (8) aufweist, und wenigstens in Richtung Strahlenquelle durch ei­ ne sichtbares Licht transmittierende Begrenzungsfläche (6) abgeschlossen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (5) koaguliertes Eiweiß als Suspension aufweist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension (8) zusätzlich Fettpartikel aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche Alumini­ umoxid-Partikel als Suspension (8) aufweist.

10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche Siliziu­ moxid-Partikel als Suspension (8) aufweist.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Größe der Partikel (9) unterhalb von 100 µm liegt.