Beschreibung
Verfahren zur dreidimensionalen Bilddarstellung auf einer Großbildprojektionsflache mittels eines Laser-Projektors
Die Erfindung betrifft Verfahren zur dreidimensionalen Bilddarstellung auf einer Großbildprojektionsflache mittels eines Laser-Projektors gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.
Es gibt verschiedene Ausführungen von Fernseh-Projektoren, die ein Bild auf eine Großbildprojektionsflache projizieren können. Eine davon befaßt sich mit Laser-Projektoren. Ein Laser-Projektor ist zur zweidimensionalen Darstellung von Gra- fiken u.s.w. verwendbar. Bei einem Färb-Laser-Projektor beispielsweise wird Licht der Farben Rot, Grün und Blau durch drei Laser erzeugt. Die Lichtstrahlen werden durch einen sich drehenden Polygonspiegel horizontal abgelenkt. Die horizontale Ablenkung erlaubt die Darstellung einer Bildschirmzeile. Nach der horizontalen Ablenkung erfolgt durch einen weiteren sich drehenden Spiegel eine vertikale Ablenkung. Auf diese Weise wird über eine Optik das Bild auf eine Großbildprojektionsflache projiziert. Ein Laser-Projektor ermöglicht somit die Darstellung von sehr großen Bildern mit besonders bril- lanten Farben.
Ein Farb-Laser-Projektor weist zwar drei Laser für die Farben Rot, Grün und Blau auf, das Laserprinzip ist aber bei allen drei Farben gleich. Es werden lediglich für einen einzelnen Bildpunkt auf der Großbildprojektionsflache die verschiedenen Farben für eine entsprechend benötigte Gesamtfarbe einander überlager .
Unter den Laser-Projektoren gibt es zwei verschiedene Grund- typen. Die einen arbeiten mit Multimode- und die anderen mit Monomode-Lasern. Die von Monomode-Lasern erzeugten Laserstrahlen weisen eine einzige Polarisationsrichtung auf. Sie
haben ein linear polarisiertes Licht. Demgegenüber haben die von Multimode-Lasern erzeugten Laserstrahlen zirkulär polarisiertes Licht, d.h. sie haben mehr als nur eine Polarisationsrichtung. Beispielsweise haben sie 2, 4 u.s.w. verschiede- ne Polarisationsrichtungen. Im Extremfall streuen ihre Polarisationen nach allen Richtungen.
Das Prinzip der Laser-Display-Technik ist in der deutschen Zeitschrift Funkschau, 1995, Heft 18, Seiten 104 bis 107, un- ter der Spalte Technik und dem Titel „Die Laser-Display- Technik" und in einem auf der CeBIT 1995 herausgegebenen Verkaufsprospekt der Fa. Laser Display Technologie GmbH & Co. KG, Carl-Zeiss-Str. 2, 07552 Gera beschrieben. Ferner ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 32 14 327 AI bekannt, einen Bildschirm im zeilenweisen Wechsel mit Polarisationsfolien-Streifen abwechselnder Polarisationsrichtungen zu belegen, so daß sich je Fernsehhalbbild ein Stereohalbbild wiedergeben läßt .
Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren zur dreidimensionalen Bilddarstellung auf einer Großbildprojektionsflache mittels des Funktionsprinzips eines Laser-Projektors anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 3 stehenden Verfahrensschritten gelöst.
Danach wird unter der Anwendung des Multimode-Laser-Prinzips der Multimode-Laserstrahl auf in zwei unterschiedliche Rich- tungen jeweils abwechselnd lichtpolarisierende Spiegelteile des Polygonspiegels geworfen. Von den Spiegelteilen des Polygonspiegels aus werden entsprechend der jeweils abwechselnden lichtpolarisierenden Spiegelteile auf der Großbildprojektionsflache jeweils abwechselnd Zeilen mit der einen und Zeilen mit der anderen Polarisationsrichtung geschrieben. Außerdem wird die Steuerung des Multimode-Laserstrahls in der Weise ausgeführt, daß auf der Großbildprojektionsflache jeweils ein
erstes Bild nur mit den Zeilen der einen Polarisationsrichtung und ein zweites Bild nur mit den Zeilen der anderen Polarisationsrichtung entsteht. Die jeweils beiden Bilder haben dabei die Eigenschaft, daß sie von einem Betrachter mit einer Brille mit einem ersten Brillenglas für die eine und mit einem zweiten Brillenglas für die andere Polarisationsrichtung zu einem dreidimensionalen Gesamtbild zusammenfaßbar sind
Unter Anwendung des Monomode-Laserprinzips wird der Monomode- Laserstrahl vor dem Auftreffen aus einer ersten Richtung auf jeweilige zugehörige erste Spiegelteile des Polygonspiegels, die für eine Ablenkung auf jeweils erste Zeilen von jeweils aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Zeilen der Großbild- projektionsfläche sorgen, durch einen teiltransparenten Spie- gel gelenkt . Der teiltransparente Spiegel dient zum Ablenken eines Teilstrahls des Monomode-Laserstrahls. Nach dem teiltransparenten Spiegel bzw. nach dem Ablenken eines Teilstrahles des Monomode-Laserstrahls wird wahlweise entweder der abgelenkte Teilstrahl oder der nicht abgelenkte Monomode- Laserstrahl in seiner Polarisationsrichtung gedreht. Der abgelenkte und gegebenenfalls gedrehte Teilstrahl wird aus einer gegenüber der ersten Richtung zweiten Richtung auf jeweilige zugehörige zweite Spiegelteile des Polygonspiegels für eine Ablenkung auf die jeweils zweiten Zeilen der jeweils aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Zeilen der Großbildprojektionsflache gelenkt. Die Steuerung des Monomode- Laserstrahls erfolgt dabei in der Weise, daß auf der Großbildprojektionsflache jeweils ein erstes Bild mit der gedrehten/ungedrehten Polarisationsrichtung auf den jeweils ersten Zeilen und ein zweites Bild mit der ungedrehten/gedrehten Polarisationsrichtung auf den jeweils zweiten Zeilen der Großbildprojektionsflache entsteht. Die jeweils erzeugten beiden Bilder haben dabei die Eigenschaft, daß sie von einem Betrachter mit einer Brille mit einem ersten Brillenglas für die eine und mit einem zweiten Brillenglas für die andere Polarisationsrichtung zu einem dreidimensionalen Gesamtbild zusammenfaßbar sind.
Beide Verfahren ermöglichen somit einem Betrachter das dreidimensionale sehen auf einer Großbildprojektionsflache mittels des Funktionsprinzips eines Laser-Projektors.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Danach ist bei Verwendung von zwei unterschiedlichen Polarisationsrichtungen, die zueinander um 90 Grad gedreht sind, eine maximale Übersprechdämpfung zwischen den jeweils dargestellten beiden Bildern mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen gegeben.
Weist der teiltransparente Spiegel eine Transparenz von 50% auf, haben der nach dem teiltransparenten Spiegel erhaltene und der abgelenkte Laserstrahl jeweils gleiche Energieleistungen. Eine Weiternutzung der beiden Teillaserstrahlen ist dadurch besonders einfach, da eine Anpassung der Energieleistungen aneinander entfällt.
Zur Erzeugung der beiden Bilder wird die Großbildprojektions- fl che Zeile für Zeile abgetastet. Beim Momomode-Laserprinzip wird für das Schreiben der jeweils ersten Zeilen der Laserstrahl aus der einen Richtung und für das Schreiben der jeweils zweiten Zeilen der Laserstrahl aus der anderen Richtung verwendet. Wird beim Schreiben der jeweils einen Zeilen der Laserstrahl zum Schreiben für die jeweils anderen Zeilen auf eine Absorbtionsflache gelenkt, wird ein zugehöriges Gerät innenseitig nicht beleuchtet und erwärmt. Wird der Laserstrahl auf eine Photovoltaikplatte gelenkt, kann zu einem ge- wissen Grad Energie aus dem Laserstrahl zurückgewonnen werden.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert . Darin zeigen
Figur l ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Multimode-Laser-Projektors
Figur 2 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Mono- mode-Laser-Projektors, und Figur 3 eine Dreheinrichtung aus der Figur 2 in Prinzip- darstsellung zum Drehen der Polarisationsrichtung des abgelenkten Laser-Teilstrahls.
In den Figuren l und 2 sind nur jeweils ein Laser L dargestellt. Bei Farbprojektoren sind Laser L für jeweils eine der Farben Rot, Grün und Blau vorgesehen. Jeder dieser Laser L arbeitet aber nach dem gezeigten Prinzip, so daß an dieser Stelle nur jeweils ein Laser L gezeigt werden muß.
In den Figuren 1 und 2 sind die für das Verständnis der Erfindung notwendigen grundlegenden Teile eines Laser-Projek- tors dargestellt . Es sind einmal ein bereits angesprochener Laser L, der einen Laserstrahl LS abgibt, ein Polygonspiegel P, der für eine horizontale Laserstrahl-Ablenkung zuständig ist, ein weiterer Spiegel S, der für eine vertikale Laserstrahl-Ablenkung zuständig ist, und eine Steuerung ST für die Steuerung des vom Laser L abgegebenen Laserstrahls LS .
Der für die horizontale Ablenkung des Laserstrahls LS zuständige Polygonspiegel P rotiert um eine Achse. Die Rotatation ist durch einen entsprechenden Pfeil um die betreffende Achse angedeutet. Der weitere Spiegel S schwenkt im Ausführungsbei- spiel hin und her, ebenfalls angedeutet durch einen entsprechenden Pfeil um die entsprechende Achse.
In der Figur 1 handelt es sich bei dem Laser L um einen Mul- timode-Laser, während es sich beim dem Laser L in der Figur 2 um einen Monomode-Laser handelt.
Das Grundprinzip eines Laserprojektors ist, daß der vom Laser L erzeugte Laserstrahl LS auf den Polygonspiegel P geworfen wird. Der Polygonspiegel P besteht dabei aus vielen, z.B. 32 Spiegelteilen, die jeweils für eine Zeile einer Großbildprojektionsflache GBPF zuständig sind. Die Spiegelteile sind vom
Umfangverlauf gesehen sägezahnförmig angeordnet. Der Laserstrahl LS trifft jeweils auf einen Spiegelteil. Durch die Drehung des Polygonspiegels P und dem jeweiligen schräggestellten Spiegelteil erfährt der Laserstrahl LS neben einer Strahlablenkung eine lineare Strahlbewegung im abgelenkten Strahlteil. Durch Umlenken des linear bewegten StrahlteiLs des Laserstrahls LS durch den weiteren Spiegel S auf die Großbildprojektionsflache GBPF kann auf diese Weise eine Zeile der Großbildprojektionsflache GBPF beschrieben werden.
Wird bei einem Wechsel des auf den Polygonspiegel P treffenden Laserstrahls LS auf einen nächsten Spiegelteil der weitere Spiegel S um einen Anteil weitergedreht, kann mit dem nächsten Spiegelteil eine nächste Zeile auf der Großbildpro- jektionsfl che GBPF beschrieben werden. Nach Durchlauf aller Spiegelteile wird der weitere Spiegel S zurückgestellt, und die Abtastung der Großbildprojektionsflache GBPF kann von vorne beginnen. Insgesamt wird auf diese Weise ein zweidimen- sionales Bild dargestellt.
Zur Darstellung eines dreidimensionales Bild wird gemäß der Figur l, der Laserstrahl LS auf einen Polygonspiegel P geworfen, dessen Spiegelteile in zwei Polarisationsrichtungen abwechselnd lichtpolarisierende Schichten aufweist. In der Fi- gur l ist dies durch abwechselnd schraffierte und nicht schraffierte Flächen dargestellt. Da der Laserstrahl LS ein Multimode-Laserstrahl ist, kann dieser direkt auf den Polygonspiegel P gelenkt werden. Von dem Multimode-Laserstrahl werden jeweils die Polarisationsrichtungen durch den Polygon- Spiegel P herausgefiltert, die den Polarisationsrichtungen der polarisierenden Schichten der Spiegelflächen entsprechen.
Günstigerweise wird von Anfang an ein Multimode-Laser verwendet, der nur diese beiden Polarisationsrichtungen aufweist, weil dann durch geringste Energieverluste eine optimale Energiebilanz erreicht wird.
Durch den beschichteten Polygonspiegel P werden jeweils erste Zeilen von jeweils aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Zeilen der Großbildprojektionsfl che GBPF mit der einen Polarisationsrichtung und die jeweils zweiten Zeilen mit der an- deren Polarisationsrichtung beschrieben. In der Figur l ist dies durch dicker und dünner dargestellte Zeilen verdeutlicht .
Erfolgt über die Steuerung ST eine Steuerung des Laserstrahls LS derart, daß auf der Großbildprojektionsflache GBPF jeweils ein erstes Bild nur mit den Zeilen der einen Polarisationsrichtung und ein zweites Bild nur mit den Zeilen der anderen Polarisationsrichtung entsteht, wobei solche Bilder erzeugt werden sollen, daß von einem Betrachter mit einer Brille mit einem ersten Brillenglas für die eine und mit einem zweiten Brillenglas für die andere Polarisationsrichtung die Bilder vom Inhalt her zu einem sinnvollen dreidimensionalen Gesamtbild zusammenfaßbar sind, kann mit dem vorliegenden Laser- Projektor eine dreidimensionale Bilddarstellung realisiert werden.
Handelt es sich beim dem Laser L um einen Monomode-Laser, kann das Prinzip nach Figur 1 nicht angewendet werden, weil der Laserstrahl LS durch die unterschiedlich polarisierenden Beschichtungen der Spiegelteile des Polygonspiegel P einmal weitergeleitet wird, das andere mal aber wegen nicht zusammenpassender Polarisationsrichtung zwischen dem Laserstrahl LS und der Beschichtung absorbiert wird. In diesem Fall wird gemäß der Figur 2 der Laserstrahl LS durch einen teiltranspa- renten Spiegel TS gelenkt, bevor er auf den Polygonspiegel P gelenkt wird. Der Polygonspiegel P benötigt dabei keinerlei lichtpolarisierende Schicht. Bei den Spiegelteilen handelt es sich um einfache Spiegel .
Der teiltransparente Spiegel TS lenkt einen Teilstrahl TSL ab. Vorteilhafterweise weist der teiltransparente Spiegel TS eine Transparenz von 50% auf, so daß der Teilstrahl TSL und
der noch durch den teiltransparente Spiegel TS hindurchgehende Laserstrahl jeweils einen Energieanteil von 50% haben.
Der Teilstrahl TSL wird in eine Dreheinrichtung D gelenkt. In der Dreheinrichtung D wird die Polarisationsrichtung des
Teilstrahls TSL vorzugsweise um 90 Grad gedreht. Aus der Dreheinrichtung D wird der Teilstrahl TSL dann auf den Polygonspiegel P aus einer anderen Richtung als der ungedrehte Laserstrahl nach dem teiltransparenten Spiegel TS gelenkt . Bei entsprechenden Anstellungen der zum gedrehten bzw. nicht gedrehten Laserstrahlen gehörenden Spiegelteile des Polygon- spiegeis P können damit auf der Großbildprojektionsflache GBPF in entsprechender Weise wie bei der Figur 1 jeweils erste Zeilen mit der einen Polarisationsrichtung und jeweils zweite Zeilen mit der anderen Polarisationsrichtung beschrieben werden. Letztlich können damit wieder jeweils zwei Bilder mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen erzeugt werden, die von einem Betrachter mit einer entsprechenden, oben bereits angesprochenen Brille zu einem dreidimensionalen Bild zusammenfaßbar sind.
Durch die Anpassung der Anstellungen der abwechselnd eingestellten Spiegelteile des Polygonspiegel P an die Richtungen, aus denen der jeweils zugehörige Laserstrahl kommt, ergib» sich der Vorteil, daß der jeweils andere Laserstrahl für die jeweils anders eingestellten Spiegelteile des Polygonspiegels P vom weiteren Spiegel S weggelenkt wird, so daß dieser unwirksam bleibt . Vorteilhafterweise wird dieser unwirksame bzw. gerade nicht benötigte Laserstrahl auf eine Absorbtions- oder Photovoltaikplatte AP gelenkt.
In der Figur 3 ist ein möglicher Aufbau einer Dreheinrichtung D gezeig . Eingangsseitig kommt der Laserstrahl LS mit einer Polarisationsrichtung PR1 an und wird auf einen ersten Spie- gel SPl gelenkt. Dieser ist beispielsweise mit einer x-y-z- Raumkoordinate -45°, -45°, 0° eingestellt. Der erste Spiegel Spl dreht die Polarisationsrichtung PR1 in die Polarisations-
richtung PR2. Vom ersten Spiegel SP1 wird der Laserstrahls LS zu einem zweiten Spiegel SP2, der beispielsweise die Raumkoordinaten 0°, 45°, -45° hat, gelenkt. Der zweite Spiegel SP2 verdreht die Polarisationsrichtung PR2 in die Polarisations- richtung PR3. Vom zweiten Spiegel SP2 wird der Laserstrahl LS auf einen dritten Spiegel SP3, der beispielsweise die Raumkoordinaten -90°, a°, 0° hat, gelenkt. Der dritte Spiegel SP3 dreht die Polarisationsrichtung PR3 in eine Polarisations- richtung PR4, die gleichzeitig der Abstrahlpolarisationsrich- tung PR5 entspricht, mit der der Laserstrahls LS auf den Polygonspiegel P gelenkt wird. Vorteilhafterweise beträgt der unterschied der Polarisationsrichtungen PR1 und PR5 90 Grad.
Unter Großbildprojektionsflache GBPF ist nicht ausschließlich eine relativ große Fläche zu verstehen. Diese kann im Einzelfall auch kleine Ausmaße haben.