DE19623179C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung der Fleckenbildung bei Laserprojektion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung der Fleckenbildung bei Betrachtung von mittels Laserprojektion auf einer reflektierenden Projektionsfläche erzeugten Bildern.

Die Laserprojektion beruht auf der Bildererzeugung nach dem Rasterscan-Verfahren. Dabei werden die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau vom Laser emittiert, getrennt gemischt, wieder 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 Polygonspiegel und vertikal durch Galvoscanner.

Dabei werden Bildungleichmäßigkeiten bzw. Flecken oder sogenannte "Speckles" bei der Laser-Bildprojektion durch die räumliche Kohärenz des Laserlichts hervorgerufen. Der Effekt ist sehr einfach beobachtbar, indem z. B. eine Wand mit einem aufgeweiteten Laserstrahl beleuchtet 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 unterschiedlichen 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 Grundfarben bestehende Laserstrahlung in einem gemeinsamen Strahlengang durch ein Diffusionselement 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 Laserprojektions-Lichtbildanzeigesystem 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 Lichtstrahles. 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 beschriebe, bei dem ein rotierendes Diffusionselement im Strahlengang des Laser angeordnet ist, um die Interferenzmuster 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Reduzierung der Fleckenbildung bei der Laserprojektion anzugeben, welche ohne aufwendige Wandlungsverfahren auskommen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 5 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 Erwärmung 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 ein verhältnismäßig einfaches Verfahren geringer Störanfälligkeit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 6 bis 11 angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es ebenfalls möglich, die Projektionsfläche 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.

Die Projektionsfläche wird aber nicht durch eine feste Projektionswand gebildet, sondern die Projektionsfläche weist 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 entstehen.

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

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 Milchoberfläche 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 erfindungsgemäße Laserprojektons­ vorrichtung mit einer Projektions­ fläche;

Fig. 1b zeigt schematisch einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Laser­ projektionsvorrichtung mit Projektionsfläche, wie sie beispiels­ weise in einer Zuschauerarena einge­ setzt 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 die Austrittsöffnung 2 der Projektionsvorrichtung das Projektorgehäuse 1 und trifft auf die Projektionsfläche 5, wobei der Strahl im Azimutbereich vom Winkel α mittels eines um die vertikale Achse geführten Polygonspiegels und in der Höhe im Winkelbereich β durch einen Galvoscanner abgelenkt wird. Der Winkelbereich ist anhand der Fig. 1a und 1b erkennbar, wobei Winkel alpha 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 Strahlenquelle zugewandten Seite eine transmittierende Begrenzungsfläche 6 auf, welche zusammen mit einem hier nur schematisch dargestellten Gehäuse 7 eine Suspension 8 mit reflektierenden Partikeln 9 enthält, die die durch die Begrenzungsfläche 6 eintretenden Laserstrahlen reflektieren, wobei die Partikel aufgrund ihrer ständigen Bewegung eine Interferenzbildung verhindern; dies bedeutet, daß die Auslenkung der Partikel aufgrund ihrer Bewegung größer als die Wellenlänge des reflektierten Lichts ist, so daß sich keine unterschiedlichen 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 der Auslenkungsweg der Partikel oberhalb der Wellenlänge des reflektierten Laserlichts liegt.

Die Aufrißdarstellung gemäß Fig. 1b zeigt eine für Kino- bzw. TV- oder Videozwecke geeignete 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 dargestellt, 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 auf einer Projektionsfläche erzeugten Bildern, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche reflektierende Mikropartikel aufweist, die relativ zur Strahlenquelle der Laserprojektion ständig bewegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikropartikel 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 Mikropartikel zusätzlich erwärmt wird.

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

5. Vorrichtung zur Laserprojektion mit reduzierter Fleckenbildung bei Betrachtung gleichmäßig ausgeleuchteter Bildpartien auf einer Projektionsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (5) bewegliche reflektierende Mikropartikel (9) aufweist, die als Suspension in einer Flüssigkeit gelöst sind.

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

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

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

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche Aluminiumoxid-Partikel als Suspension (8) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche Siliciumoxid-Partikel als Suspension (8) aufweist.

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