DE19706920A1 - Verfahren zum Projizieren eines Bilds auf einer Abbildungsfläche mittels einer Laseranordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Projizieren eines Bilds auf einer Abbildungsfläche mittels einer Laseranordnung mit mindestens einem Laser als Lichtquelle und einer akusto-optischen Abtasteinrichtung und eine Abbildungsoptik.

Bei vielen Anwendungen einer Bildwiedergabe oder Bildabtastung werden mechani­ sche Abtasteinrichtungen, wie zum Beispiel rotierende Polygon-Spiegel, galvanische Abtasteinrichtungen, schwingende Mikrospiegel sowie akustische Reflektoren, ein­ gesetzt. In Bezug auf die Bildwiedergabetechnik werden nach wie vor heutzutage auch Kathodenstrahlröhren und LCD-Anordnungen (Flüssigkristallanzeigen) verwen­ det. Zunehmend setzen sich aber auch Bildwiedergabetechniken unter Verwendung von Laserstrahlen durch. Diese Wiedergabetechniken unter Verwendung von Laser­ strahlen zeichnen sich durch deren gute Übertragungsqualität und die praktisch un­ beschränkte Bildgröße, die erzeugt werden kann, aus. Für die Bildwiedergabe mit Laserstrahlen können im wesentlichen drei unterschiedliche Verfahren hervorgeho­ ben werden.

Der oder die Laserstrahlen werden mittels rotierendem Polygon-Spiegel über eine Linie abgetastet bzw. abgescannt. Die Abtastung oder das Abscannen von Linie zu Linie erfolgt dann durch einen galvanischen Spiegel. Die Drehfrequenz des Polygon- Spiegels liegt typischerweise bei einigen kHz. Die durch die hohe Drehfrequenz be­ dingte, mechanische Belastung stellt einen limitierenden Faktor für dieses Verfahren dar. Falls Farbbilder mit einer solchen Anordnung erzeugt werden sollen, werden Laserstrahlen mit drei Grundfarben, nämlich rot, grün und blau, verwendet. Die Lei­ stungen der jeweiligen Farben werden mit einigen Modulatoren in Video-Signale ent­ sprechend moduliert. Die modulierten Strahlen werden mittels dichroitischen Spie­ geln zusammengeführt. Dieser vereinigte Strahl wird dann mittels des rotierenden Polygon-Spiegels, der vorstehend angeführt ist, über eine Linie abgetastet.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß anstelle des Polygon-Spiegels, wie er vorstehend angeführt wird, das Abtasten von Pixel zu Pixel durch einen NO-Deflek­ tor (Akusto-Optik-Deflektor) realisiert wird. Das Verfahren weist gegenüber dem Ver­ fahren, bei dem der Polygon-Spiegel eingesetzt wird, den Vorteil einer höheren Schnelligkeit auf, die Anwendungen werden allerdings bedingt durch den kleinen Winkelbereich der Deflexion, der durch einen A/O-Deflektor erzielt werden kann, stark eingeschränkt.

Gemäß einer dritten Verfahrensweise wird eine Abtastung von Linie zu Linie mittels eines akusto-optischen Modulators und mittels gepulsten Lasern vorgenommen. Bei diesem Verfahren werden gepulste Laser mit Impulsdauern von einigen Nanosekun­ den verwendet. Die gepulsten Laserstrahlen werden, für die Erzeugung einer Farb­ abbildung, zunächst zusammengeführt und mittels zylindrischen Optiken zu einer Li­ nie geformt und in eine oder in mehrere akusto-optische(n) Zellen eingestrahlt. Quer zu dem Strahl läuft eine in der Amplitude modulierte Schallwelle oder eine Welle ei­ ner Brechungsindexänderung, die in einem solchen Material erzeugt wird. Die Ampli­ tudenmodulation entspricht dem komprimierten Video-Signal. Wird die Laserimpuls­ dauer kleiner als die Ausbreitungszeit der Schallwelle von Pixel zu Pixel, so kann ei­ ne Linie von einem Video-Bild mit einem Laserimpuls erzeugt werden. Wird diese Li­ nie mittels eines galvanischen Spiegels abgetastet, so kann ein vollständiges Video­ bild auf einem Bildschirm wiedergegeben werden. Das Problem bei diesem Verfah­ ren ist dasjenige, daß durch die räumliche Kohärenz der Laserstrahlen Verzerrungs­ effekte entstehen können. Es wird deshalb ein Abbildungssystem benötigt.

Gleichzeitig bedeutet dies, daß beispielsweise das Videobild nur in einer bestimm­ ten Ebene scharf wird.

Ausgehend von dem vorstehend angegebenen Stand der Technik liegt der vorlie­ genden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzu­ geben, mit denen die vorstehend aufgeführten Nachteile, insbesondere auch in Be­ zug auf eine Farbbildprojektion, vermieden werden können.

Allgemein wird diese Aufgabe gemäß einem Verfahren und einer Vorrichtung der Er­ findung dadurch gelöst, daß der Laserstrahl, mit einer Ausbreitungsrichtung in axia­ ler oder z-Richtung, in mindestens einen Licht führenden Kanal, vorzugsweise in ei­ nen Lichtwellenleiter, eingekoppelt wird, wobei der Licht führende Kanal mit einem akusto-optischen Medium akustisch in Kontakt steht, und daß ein definierter Strahl- Anteil durch akusto-optische Effekte an definierten Zonen entlang seiner Ausbrei­ tungsrichtung, d. h. in z-Richtung, die Bildlinien entsprechen, um einen definierten Betrag eine Richtungsänderung erfährt und auf die Abbildungsfläche gerichtet wird.

Aufgrund dieser Anordnung können sehr flache und groß dimensionierte Abbil­ dungsanordnungen aufgebaut werden. Es wird für jeweils eine Linie auf einem Bild­ schirm nur ein Laserstrahl benötigt, der dann an den jeweiligen, entsprechenden Bildpunkten oder Bildzonen von seiner Ausbreitung in der z-Richtung auf die Abbil­ dungsfläche jeweils abgelenkt wird, und zwar ohne daß bewegliche Teile benötigt werden. Die jeweiligen, ausgelenkten Strahlen einer Linie werden parallel zueinan­ der verlaufend von der z-Richtung, und an den angegebenen, vorab definierten Zo­ nen in z-Richtung ausgelenkt, so daß diese jeweiligen Strahlen, die dann die Bild­ punkte auf der Abbildungsfläche erzeugen, im wesentlichen parallel zueinander ver­ laufend aus dem den Strahl führenden Kanal, vorzugsweise aus dem Lichtwellenlei­ ter, ausgekoppelt werden. Das akusto-optische Medium besitzt eine Wechselwir­ kungszone für den eingestrahlten Strahl, die sich im wesentlichen entlang der Aus­ breitungsrichtung des Strahls (kontinuierlich oder diskontinuierlich) fortbewegt. Die­ se Wechselwirkungszone hat die Funktion, den dort hindurch propagierten Strahl auszulenken. Durch das Fortlaufen der Wechselwirkungszone wird der einfallende Strahl an verschiedenen axialen Positionen, wie dies vorstehend angegeben ist, und/oder zu verschiedenen Zeitpunkten abgelenkt und auf die Abbildungsfläche gerichtet.

Vorzugsweise wird an dem akusto-optischen Material mindestens ein piezo-elektri­ scher Schallerreger angeordnet. Als akusto-optisches Material wird bevorzugt TeO₂, Ge, GaP, InP oder SiO₂ verwendet.

Um die Strahlen entlang der definierten Zonen in der Ausbreitungsrichtung auszu­ koppeln, wird bevorzugt an dem akusto-optischen Material mindestens ein piezo-e­ lektrischer Schallerreger angeordnet, der definiert mittels Signalen entsprechend den zu erzeugenden Bildpunkten oder Bildpunktzonen angesteuert wird. Unter ei­ nem gepulsten Ansteuern entsteht in dem akusto-optischen Material ein sich fortbe­ wegender, akusto-optischer Wellenzug. Dieser Wellenzug bzw. die einzelnen Wel­ len überqueren zu verschiedenen Zeitpunkten verschiedene axiale Positionen des Licht leitenden Kanals bzw. des dort bevorzugt angeordneten Lichtwellenleiters. Wird die Amplitude der akusto-optischen Welle entsprechend moduliert, so kann der Strahl, der sich in dem Kanal ausbreitet, aus verschiedenen axialen Positionen auf­ grund einer Art Beugung am Gitter ausgelenkt werden.

Als Laser sollte ein kontinuierlich betriebener (cw-)Laser eingesetzt werden, dessen Leistung mit dem nachgeschalteten Modulator dem Bildsignal entsprechend zeitlich moduliert wird.

Der zeitlich in der Leistung modulierte Laserstrahl wird in den sich in der Bewe­ gungseinrichtung befindlichen, Licht führenden Kanal bzw. Lichtwellenleiter einge­ koppelt. Zum Scannen bzw. Abtasten werden die akusto-optischen Effekte, die vor­ stehend erläutert sind durch Anlegen eines Hochfrequenz-(HF-)Impulses hervorge­ rufen, dessen Dauer so definiert ist, daß das Produkt der Impulsdauer und der Aus­ breitungsgeschwindigkeit in dem akusto-optischen Medium kleiner oder etwa gleich zu einem definierten Pixel-Zeit-Abstand auf der Oberfläche korreliert ist. Mit dieser Maßnahme wird eine nicht verschwommene Projektion auf der Abbildungsfläche gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dazu geeignet, eine Laser-Farb­ bildanzeige aufzubauen. Hierzu umfaßt die eingesetzte Laseranordnung drei Laser mit im roten, im grünen und im blauen Spektralbereich liegender Wellenlänge. Die von den jeweiligen Lasern erzeugten roten, grünen und blauen Strahlungsanteile werden entsprechend den vorstehend beschriebenen Maßnahmen entlang des Ka­ nals bzw. des Lichtwellenleiters an definierten Zonen in z-Richtung jeweils ausge­ koppelt und auf der Anzeigefläche überlagert. Hierzu können für jede Wellenlänge gesonderte Kanäle vorgesehen werden; in einer bevorzugten Anordnung werden je­ doch die jeweiligen Strahlungsanteile zusammengeführt und in einen gemeinsamen Licht führenden Kanal bzw. Lichtwellenleiter eingekoppelt. Zur Erzeugung eines Farbbilds können die Bilddaten entsprechend den roten, grünen und blauen Bildan­ teilen erzeugt werden. Die jeweiligen Farbsignale werden anschließend komprimiert und die unterschiedlichen Farbsignale mindestens einem Treiber in der Form von Hochfrequenz-(HF-)Signalen, die auf die Laserfrequenz abgestimmt sind, zugeführt. Die entsprechenden Treibersignale werden dann dem Modulator zum Modulieren der der jeweiligen Farbe entsprechenden Bildsignale zugeführt.

Im Zusammenhang mit der vorstehenden Verfahrensweise werden gepulste Laser mit Impulsdauern im Mikrosekundenbereich eingesetzt, die Lasersignale entspre­ chend den komprimierten Farbsignalen moduliert und mit jedem Impuls auf der Ab­ bildungsfläche einer Linie erzeugt. Kurze Impulsdauern im Mikrosekundenbereich sind im Vergleich zu kontinuierlich betriebenen (cw-)Lasern zu realisieren, um eine Vereinfachung der Ansteuerung der jeweiligen Laser zu erhalten, werden die jeweili­ gen Impulse der drei Laser, die jeweils eine bestimmte Linie erzeugen, die aus den drei Farben rot, grün und blau zusammengesetzt sind, zeitlich versetzt, wobei vor­ zugsweise die Impulse zeitlich aufeinanderfolgen sollten. Durch diesen zeitlichen Versatz kann erreicht werden, daß auf den Schallerreger zu einem bestimmten Zeit­ punkt nur eine Hochfrequenz-(HF-)Spannung mit einer fest vorgegebenen, einzigen Frequenz angelegt werden muß.

Gepulste Laser mit Impulsdauern im Nanosekundenbereich sind, im Gegensatz zu längeren Impulsen im Mikrosekundenbereich, zu bevorzugen, da sie einfacher tech­ nisch zu realisieren sind. Hierbei sollte die jeweilige Impulsdauer kleiner als die Pixel-Zeitkonstante des jeweils komprimierten Farbsignals eingestellt werden, um ei­ ne nicht verschwommene Projektion auf der Abbildungsfläche zu gewährleisten.

Mit jedem Impuls wird dann bevorzugt wieder eine Linie auf der Abbildungsfläche er­ zeugt. Auch unter Verwendung langer Impulsdauern im Nanosekundenbereich der Laser sollten die Impulse der drei Laser, die die jeweiligen Farben erzeugen, zeitlich so versetzt werden, daß die Impulse aufeinanderfolgend abgegeben werden. Um un­ ter Einsatz von Laserimpulsen im Nanosekundenbereich Strahlungsanteile aus der axialen Führung des Strahls auszulenken bzw. auszukoppeln, wird das akusto-opti­ sche Medium mit einer der jeweiligen Farbe zugeordneten Hochfrequenz-(HF-)Span­ nung gesteuert und die Amplitude der HF-Spannung wird zeitlich so moduliert, daß ein Linienbild mit einem definierten Intensitätsverlauf entlang der Linie der Abbil­ dungsfläche erzeugt wird. Hiermit wird der Vorteil erzielt, daß zur Auslenkung nur ei­ ne geringe Schallintensität benötigt wird, was einer typischen Auslenkungseffizienz von kleiner 1% entspricht.

Wie bereits eingangs erwähnt wurde, können mit einem einzelnen Kanal die aus entsprechenden Zonen entlang der axialen oder z-Richtung ausgelenkten Strahlen zunächst einer Linienabtasteinrichtung zugeführt werden, um sie dann zu definierten Stellen zu der Abbildungsfläche abzulenken bzw. abzutasten. Auf diese Art und Weise kann beispielsweise ein Feld aus Pixel-Signalen auf einer Abbildungsfläche erzeugt werden. Die jeweiligen Zeilen oder Spalten werden mit einem einzelnen den Strahl führenden Kanal oder Lichtwellenleiter, aus dem die Strahlungsanteile ausge­ koppelt werden, erzeugt, die dann in einer Richtung bevorzugt senkrecht dazu aus­ gelenkt werden, um ein entsprechendes Pixel-Feld auf der Abbildungsfläche zu erzielen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines prinzipiellen Aufbaus gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Projektionseinrichtung unter Einsatz der Anordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist,

Fig. 3 eine Projektionseinrichtung, basierend auf der Anordnung der Fig. 1 und 2, mit der Farbabbildungen erzeugt werden,

Fig. 4 ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Impulse, mit denen der Modulator und der piezo-elektrische Schallerreger angesteuert werden so­ wie die Strahlungsimpulse der jeweiligen Laser,

Fig. 5 eine weitere Anordnung, bei der Laserstrahlimpulse im Nanosekundenbe­ reich eingesetzt werden, und

Fig. 6 die entsprechenden Impulsfolgen der Treibersignale für den piezo-elektri­ schen Schallerreger sowie diejenigen der Lasersignale der drei eingesetz­ ten Laser.

In Fig. 1 ist ein prinzipieller Aufbau einer akusto-optischen Abtasteinrichtung ge­ mäß der Erfindung dargestellt. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus einem akusto-optischen Material, in das ein Lichtwellenleiter als strahlungsführender Kanal eingesetzt ist. Dieser Lichtwellenleiter kann in das akusto-optische Material einge­ bettet sein, wird allerdings vorzugsweise, beispielsweise in Form eines Lichtwellen­ leiters mit einem abgeflachten Querschnittsprofil, auf eine entsprechende Fläche des akusto-optischen Materials aufgesetzt. An einer Seitenfläche des akusto-opti­ schen Materials, bei dem es sich beispielsweise um TeO₂, Ge, GaP, InP oder SiO₂ handeln kann, ist ein piezo-elektrischer Schallerreger angebracht. In das eine Ende des Lichtwellenleiters wird ein Laserstrahl mit der Intensität I₀ mittels einer nicht nä­ her dargestellten Einkopplungsoptik eingekoppelt. Durch Anlegen einer Hochfre­ quenz-Spannung (HF-U(t)) an dem piezo-elektrischen Schallerreger wird in dem akusto-optischen Material eine fortlaufende Schallwelle erzeugt, die sich zu dem Lichtwellenleiter hin ausbreitet. Der piezo-elektrische Schallerreger ist zu dem Licht­ wellenleiter unter einem Winkel eingestellt, so daß der sich von dem piezo-elektri­ schen Schallerreger aus zu dem Lichtwellenleiter hin ausbreitende Wellenzug eine sich fortbewegende Quasi-Gitterstruktur von Brechungsindizes in der Welle erzeugt.

Aufgrund der Ausbreitungsrichtung der akusto-optischen Welle mit einer Komponen­ ten, die vorzugsweise anti-parallel zu dem Lichtleiter steht, überquert die akusto-op­ tische Welle, die von dem piezo-elektrischen Schallerreger ausgeht, zu verschiede­ nen Zeitpunkten verschiedene axiale Positionen des Lichtwellenleiters, die mit den jeweiligen Strahlpfeilen angedeutet sind. Wird die Amplitude der akusto-optischen Welle entsprechend moduliert, so kann der Laserstrahl, der durch den Lichtwellen­ leiter führt, aus verschiedenen axialen Positionen aufgrund einer Art Beugung am Gitter ausgelenkt werden, so daß an den unterschiedlichen axialen Positionen aus­ gelenkte Strahlen I₁, I₂, I₃, I₄ . . . I_n . . . I_N entstehen.

Die Anordnung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, zeichnet sich durch ihren relativ einfa­ chen Aufbau aus. Wie zu erkennen ist, können ohne bewegliche Einrichtungen auf einem Abbildungsschirm an unterschiedlichen Positionen Bild- bzw. Pixel-Punkte er­ zeugt werden.

Um ein zweidimensionales Pixel-Feld auf einer Abbildungsfläche zu erzeugen, kön­ nen mehrere Anordnungen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, übereinander gestapelt werden, so daß mit den jeweiligen Anordnungen einzelne Linien aus Pixel-Punkten gebildet werden können. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die einzelnen Strah­ len I₁, I₂, I₃, I₄ . . . I_n . . . I_N mittels einer Ablenkeinrichtung abzulenken, um ein Pixel- Feld zu bilden. Um die Treiberleistung zu reduzieren, die zur Ansteuerung des pie­ zo-elektrischen Schallerregers erforderlich ist, könnte auf der dem piezo-elektri­ schen Schallerreger gegenüberliegenden Seite des akusto-optischen Materials ein Reflektor angeordnet werden. Hierdurch wird das akusto-optische Medium wie ein akustischer Oszillator verwendet. Durch geeignete Abstimmung der Treiberfrequenz und die Dimensionen des akusto-optischen Mediums kann dann eine erhebliche Re­ duzierung der erforderlichen Treiberleistung unter der Resonanzbedingung erzielt werden.

Die Verwendung eines Lichtwellenleiters als strahlführender Kanal für die Laser­ strahlung hat den Vorteil, daß die Querdimension bzw. der Radius des Strahls be­ grenzt werden kann. Bei einem frei laufenden Strahl, beispielsweise einem frei lau­ fenden Laserstrahl, würde die Querdimension bzw. der Radius des Strahls durch die Divergenz begrenzt werden. Dadurch können nur bei einer bestimmten Länge der Wechselwirkungszone innerhalb des akusto-optischen Materials eine begrenzte An­ zahl von Auflösungspunkten erzielt werden, d. h. Zonen, aus denen definiert Aus­ gangsstrahlen aus dem akusto-optischen Material entlang der axialen Richtung des Strahls herausgelenkt oder herausgebeugt werden können.

Anhand der Fig. 1 wird weiterhin ersichtlich, daß entlang des Lichtwellenleiters mehrere akusto-optische Zellen angeordnet werden könnten, die beispielsweise ent­ lang des Lichtwellenleiters oder Strahlausbreitung (axiale oder z-Richtung) hinter­ einander angeordnet werden. Durch eine geeignete zeitliche Ansteuerung der Wechselwirkungsstärke jeweiliger Kanäle können dann an definierten Bereichen in definierten Zonen des Lichtwellenleiters Strahlen herausgebeugt werden.

Für die Anordnung der Fig. 1 können folgende typische Daten angegeben werden:

Beispiel:
N = 1000
I_r = 0,1 . I₀
A_1max ≈ 0,001
A_Nmax ≈ 0,01
0,001 < A_n < 0,01.

Zwischen dem Winkel θ_B und der akustischen Wellenlänge λ_a gilt folgender Zusammenhang:

wobei θ_B der Winkel zwischen der von dem piezo-elektrischen Schallerreger ausge­ henden Schallwellenfront und der Achse des Licht führenden Kanals bzw. des Licht­ wellenleiters ist, d. h. der Winkel, unter dem die Schallwellenfront die Achse des Ka­ nals schneidet (in Fig. 1 mit dem Winkel θ_B angegeben).

Weiterhin gilt der Zusammenhang

v_a = f_a λ_a

wobei v_a die Schallgeschwindigkeit ist.

Im Fall von TeO₂ als Material für das akusto-optische Material (im Schere-Mode) gilt:

v_a = 620 m/s.

Für den Wellenleiter aus Quarz (planar) gilt:

λ₀ ^r = 420 nm, λ₀ ^g = 353 nm, λ₀ ^b = 300 nm

wobei λ₀die Wellenlänge des Strahls in der Faser bzw. dem Lichtwellenleiter ist.

Für θ_B = 45° (idealer Fall) folgt

λ₀ ^r = 297 nm, λ₀ ^g = 250 nm, λ₀ ^b = 212 nm
f_a ^r = 2 GHz, f_a ^g = 2,5 GHz, f_a ^b = 2,9 GHz.

Fig. 2 zeigt nun, unter Verwendung der Anordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, einen prinzipiellen Aufbau einer Projektionseinrichtung für einen kontinuierlich betriebenen Laser (cw-Laser). Der Laser bzw. der Laserstrahl wird zunächst mit ei­ nem Modulator in der Leistung und zeitlich moduliert (HF-U₁(t)). Der in der Leistung modulierte Laserstrahl wird mit einer Kopplungsoptik, beispielsweise einer Fokussie­ rungslinse, in den Lichtwellenleiter eingekoppelt. Über den piezo-elektrischen Schallerreger werden in dem akusto-optischen Material fortlaufende Schallwellen erzeugt, wie dies anhand der Fig. 1 erläutert ist, und es wird eine Linie herausgebeugt, die unter Verwendung einer Abbildungsoptik und einer zusätzlichen Linienabtasteinrich­ tung auf einem Abbildungsschirm abgebildet wird. Der durch den Lichtwellenleiter hindurchtretende Strahl, in Fig. 1 auch mit I_R bezeichnet, ist der Verluststrahl und wird von einer Strahlabsorptionseinrichtung absorbiert. In Fig. 2 sind, mit b) be­ zeichnet, die Impulsfolgen in Abhängigkeit der Zeit aufgetragen. Der Laser wird kon­ tinuierlich betrieben, während der Modulator eine sich zeitlich ändernde Impulsfolge erzeugt. Der piezo-elektrische Schallerreger erzeugt zu definierten Zeiten kurze Impulse (U₂(t)), um an definierten Stellen des Lichtwellenleiters den hindurchtretenden Strahl herauszubeugen und auf die Abbildungsoptik zu richten.

In Fig. 3 ist ein auf der Anordnung der Fig. 2 basierender schematischer Aufbau gezeigt, der eine Farbprojektion auf dem Schirm ermöglicht. Diese Anordnung um­ faßt drei im Mikrosekundenbereich gepulste Laser mit Wellenlängen im roten (ω_R) im grünen (ω_G) und im blauen (ω_B) strahlenden Grundfrequenzen. Die drei Laser­ strahlen werden mit einer dichroitischen oder dispersiven Strahlkombiniereinrichtung zusammengeführt und dann in den Modulator eingestrahlt. Die in der Leistung mo­ dulierten Laserstrahlen werden anschließend mit einer Kopplungsoptik, vergleichbar mit der Anordnung der Fig. 2, in den Lichtwellenleiter der Strahlbewegungseinrich­ tung eingekoppelt. Mit der Strahlbewegungseinrichtung wird der Laserstrahl über ei­ ne Linie abgetastet. Unter Verwendung der Abbildungsoptik und einer Zeilenabta­ steinrichtung wird dann ein zweidimensionales Bild in der Abbildungsebene erzeugt. Das Video-Signal, das erzeugt wird, um die gewünschten Abbildungen auf dem Schirm zu erhalten, wird zeitlich durch eine Komprimierrichtung komprimiert. Diese komprimierten Signale werden dann dem Treiber des Modulators zugeführt. Über die Steuereinheit, die die einzelnen Komponententeile ansteuert, werden auch als Trei­ bersignale der Bewegungseinrichtung bzw. dem piezo-elektrischen Schallerreger zugeführt.

In dem Impulsdiagramm der Fig. 4 sind bevorzugte zeitliche Impulsfolgen der La­ sersignale sowie der Treibersignale, jeweils für den im roten, im grünen und im blau­ en strahlenden Laser, dargestellt. Verwendet werden bei diesem Beispiel gepulste Laser, vorzugsweise Diodenlaser oder diodengepumpte Festkörperlaser, mit Impulsdauern im Mikrosekundenbereich. Wie zu sehen ist, sind die Lasersignale sowie die Treibersignale für die drei verschiedenen Farben zeitlich sequentiell aufeinanderfolgend versetzt. Die jeweiligen Dauern werden durch einen Taktgeber mit einer vorgegebenen Taktfrequenz getaktet.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform zur Erzeugung von Farbprojektionen dargestellt. Im Gegensatz zu der Anordnung der Fig. 3 werden bei diesem Beispiel gepulste Laser mit Impulsdauern im Nanosekundenbereich verwendet. Die Strahlen der einzelnen Laser mit der roten, grünen und blauen Grundfrequenz werden über einen Strahlkombinator zusammengeführt und über eine Kopplungslinse in den Lichtwellenleiter der Strahlbewegungs-Modulations-Einrichtung eingekoppelt, um wiederum, entsprechend der Ausführungsform der Fig. 3, ein Bild auf der Abbil­ dungsfläche oder dem Schirm zu erzeugen. Im Beispiel der Fig. 5 wird das Video- Signal durch einen Kompressor komprimiert und das komprimierte Signal wird dem Treiber zugeführt. In dem Treiber bzw. den Treibern werden die entsprechenden Treiberspannungen für die piezo-elektrischen Erreger erzeugt. Die typischen Impulsfolgen der Treiberspannungen sowie der Lasersignale sind in Fig. 6 dargestellt. Ähnlich wie bei dem Beispiel der Fig. 3 und der entsprechenden Impulsfolgen, die in Fig. 4 gezeigt ist, werden auch hier die Lasersignale sowie deren zugehörige Treibersignale für drei verschiedene Farben zeitlich nacheinander erzeugt. Der Vor­ teil dieser Anordnung gemäß der Fig. 5 besteht darin, daß ein der Bewegungs-Mo­ dulations-Einrichtung vorgeschalteter Amplitudenmodulator nicht benötigt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die benötigte Treiberspannung wesentlich gerin­ ger wird als bei der Anordnung, die gepulste Laser mit Impulsen im Mikrosekunden­ bereich verwendet. Schließlich ist anhand des Impulsdiagramms der Fig. 6 zu se­ hen, daß die Treiberspannungen für den piezoelektrischen Schallerreger jeweils ei­ ne ansteigende Funktion ist, die angenähert mit 1/1-xn angegeben werden kann, wo­ bei n den Pixel-Index (1, . . . n, . . ., N) bezeichnet.

Typische Zahlenwerte für die Farbbildprojektion können wie folgt angegeben werden:

Planarer Lichtwellenleiter mit einer lateralen Dimension von ca. 10 µm
Axiale Auflösung: 10 µm
Gesamtanzahl der Pixel: 1000
Gesamtanzahl der Linien: 600
Pixelzeitkonstante: 10 µm/620 ms^-1 = 16 ns
Linienzeitkonstante: 10 mm/620 ms^-1 = 16 µs

Drei Farben hintereinander:

Linienzeitkonstante für drei Farben: 3 × 16 µm
48 µs
ca. 50 µs

Wie anhand der vorstehenden Beschreibung zu erkennen ist, können mit dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren und den entsprechenden Vorrichtungen Abtasteinrichtun­ gen aufgebaut werden, die sehr kompakt sind, robust und zuverlässig arbeiten, da sie praktisch keine bewegbaren Teile erfordern, eine hohe Flexibilität besitzen, um unterschiedliche Abbildungsstrukturen aufzubauen und ein praktisch unbegrenztes Auflösungsvermögen bzw. eine unbegrenzte Anzahl Auflösungspunkte ermöglicht. Weiterhin ist eine Übertragung der Anordnung auf einen 4π-Raum-Abtastwinkel möglich, d. h. es kann ein dreidimensionaler Raum in allen Richtungen abgetastet werden.

Claims (20)

1. Verfahren zum Projizieren eines Bilds auf einer Abbildungsfläche mittels einer Laseranordnung mit mindestens einem Laser als Lichtquelle und einer akusto­ optischen Abtasteinrichtung und einer Abbildungsoptik, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens ein Laserstrahl mit einer Ausbreitungsrichtung in axialer oder z-Richtung in mindestens einen Licht führenden Kanal eingekoppelt wird, wobei der Licht führende Kanal mit einem akusto-optischen Medium akustisch in Kontakt steht, und daß ein definierter Strahl-Anteil durch akusto-optische Ef­ fekte an definierten Zonen entlang seiner Ausbreitungsrichtung, die Bildlinien entsprechen, um einen definierten Betrag eine Richtungsänderung erfährt und auf die Abbildungsfläche gerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Licht führende Kanal durch einen Lichtwellenleiter gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem aku­ sto-optischen Material mindestens ein piezo-elektrischer Schallerreger ange­ ordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Be­ reich als akusto-optisches Material TeO₂, Ge, GaP, InP oder SiO₂ eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein kontinuierlich betriebener (cw-)Laser eingesetzt wird, dessen Lei­ stung mit einem nachgeschalteten Modulator dem Bildsignal entsprechend zeit­ lich moduliert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die akusto-optischen Effekte durch Anlegen eines Hochfrequenz-(HF-)Impulses, dessen Dauer so definiert ist, daß das Produkt der Impulsdauer und der Aus­ breitungsgeschwindigkeit in dem akusto-optischen Medium etwa gleich zu ei­ nem definierten Pixel-Zeit-Abstand auf der Oberfläche korreliert ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Laseranordnung drei Laser mit im roten, im grünen und im blauen Spektralbe­ reich liegender Wellenlänge umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsantei­ le jeweils in einen Licht führenden Kanal eingekoppelt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsantei­ le zusammengeführt und in einen gemeinsamen Licht führenden Kanal einge­ koppelt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Farbbilds Bilddaten entsprechend den roten, grünen und blauen Bildanteilen erzeugt werden, die jeweiligen Farbsignale komprimiert werden, die unterschiedlichen Farbsignale mindestens einem Treiber in Form von Hochfrequenz-(HF-)Signalen, die auf die Laserfrequenz abgestimmt sind, zugeführt werden, und die entsprechenden Treibersignale dem Modulator zum Modulieren der der jeweiligen Farbe entsprechenden Bildsignale zugeführt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß gepulste Laser mit Impulsdauern im Mikrosekundenbereich eingesetzt werden, die Lasersignale entsprechend den komprimierten Farbsignalen moduliert werden, und mit je­ dem Impuls auf der Abbildungsfläche eine Linie erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der drei Laser, die eine bestimmte Linie erzeugen, die aus den drei Farben rot, grün und blau zusammengesetzt sind, zeitlich versetzt sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse aufein­ ander folgen.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß gepulste Laser mit Impulsdauern im Nanosekundenbereich eingesetzt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Im­ pulsdauern kleiner als die Pixel-Zeitkonstante des jeweils komprimierten Farb­ signals eingestellt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Impuls auf der Abbildungsfläche eine Linie erzeugt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der drei Laser, die eine bestimmte Linie erzeugen, die aus den drei Farben rot, grün und blau zusammengesetzt sind, zeitlich versetzt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse aufein­ anderfolgend abgegeben werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das akusto-opti­ sche Medium mit einer der jeweiligen Farbe zugeordneten Hochfrequenz-(HF-)Spannung gesteuert wird und die Amplitude der HF-Spannung zeitlich so moduliert wird, daß ein Linienbild mit einem definier­ ten Intensitätsverlauf entlang der Linie der Abbildungsfläche erzeugt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Licht führenden Kanal auf die Abbildungsfläche gerichteten Strahl- Anteile über eine Linienabtasteinrichtung zu definierten Stellen auf der Abbil­ dungsfläche abgelenkt (abgetastet) werden.