WO2009065438A1

WO2009065438A1 - Laserprojektionseinrichtung und verfahren zur laserprojektion

Info

Publication number: WO2009065438A1
Application number: PCT/EP2007/062541
Authority: WO
Inventors: Josef KRÖLL
Original assignee: Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-05-28
Also published as: WO2009065438A9

Abstract

Es wird eine Laserprojektionseinrichtung mit einer Laserlichtquelle zum Erzeugen von linearem polarisierten Licht und einen Polarisator vorgesehen. Dieser Polarisator erzeugt zirkular polarisiertes Licht, über das sich Specklemuster auf einer Projektionsfläche reduzieren lassen. Es wird bevorzugt, wenn Inhomogenitäten in dem Raum zwischen Polarisator und Projektionsfläche bewusst herbei geführt werden, um so die optische Wegelänge zu erhöhen.

Description

Beschreibung

Laserprojektionseinrichtung und Verfahren zur Laserprojektion

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht von einer Laserprojektionseinrichtung aus, über die eine optisch raue Oberfläche, die Uneben- heiten in der Größenordnung der Wellenlänge des Lasers hat, kohärent beleuchtet werden kann.

Stand der Technik

Bei herkömmlichen Bildwerfern ist ein Objektiv notwendig, damit das projizierte Bild scharf eingestellt werden kann. Die Notwendigkeit eines Objektivs entfällt bei La- serprojektionseinrichtungen . Ferner haben Laserprojektionseinrichtungen eine hohe Kohärenz und können somit auf hohen Projektionsentfernungen eingesetzt werden.

Im Fraunhofer Institut für photonische Mikrosysteme IPMS wurde ein monochromer Laserprojektor mit den Abmaßen von 17x7x5mm entwickelt, mit dem Bilder in einer Auflösung von 640x480 Pixel projiziert werden können. Bei der Kombination von 3 Laserstrahlen in den Elementarfarben Rot, Grün und Blau sind in naher Zukunft kompakte Laserprojektoren zu einem geringen Preis zum Einsatz in Digitalkame- ras, Smartphones und Notebooks möglich.

Ein Nachteil von Laserprojektionseinrichtungen besteht bei der Projektion auf eine optisch raue Oberfläche, die Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge des Lasers aufweist, in dem Auftreten einer körnigen Struktur, die als Specklemuster bezeichnet wird. Diese Speckle- muster führen zu einer verminderten Bildqualität, was sich insbesondere an Objektkanten in Form einer Granulation widerspiegelt. Die Specklemuster hängen vom Ort des Betrachters ab, da sich die Unebenheiten aus unterschied- liehen Betrachtungspositionen verschiedenartig darstellen. Dieses wird besonders deutlich bei einer Bewegung des Beobachters vor der Projektionsfläche.

Figur 1 zeigt eine Laserlichtquelle 1 1, die linear polarisiertes Licht, wie es durch den Pfeil z und die senk- rechten kleinen Pfeile wiedergegeben ist, auf eine Projektionsfläche 2 projiziert. Die Projektionsfläche 2 weist eine optisch raue Oberfläche mit Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge des Lasers auf. Im Ergebnis entstehen Specklemuster, die sich in einer körni- gen Struktur des projizierten Bildes wiedergeben, wie es in Figur 1 durch die Kantengestaltung des projizierten Bildes wiedergegeben ist.

Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Versuchen vorgenommen worden, um die Specklemuster zu reduzieren.

Aus der EP1571482A1 ist das Vibrieren eines Reflekti- onsspiegels zwischen der Lichtquelle und dem Projektionsschirm mit einer vorbestimmten Amplitude zum Entfernen von Specklemustern bekannt. In der WO 2007/072335A3 befindet sich ein beweglicher Spiegel benachbart zur Licht- quelle vor einem Wellenleiter. In der EP 0956706B1 wird ein Beleuchtungsstrahl in Teilstrahlen aufgeteilt, von denen jeder eine kleinere Fläche als der Beleuchtungsstrahl ausleuchtet. Diese Beleuchtungsstrahlen überlagern sich zu verschiedenen Specklemustern, so dass sich die Intensität der einzelnen Specklemuster ausmittelt. Gemeinsam ist diesen Lösungen nach dem Stand der Technik der hohe apparative Aufwand zur Beseitigung der Speckle- muster, wodurch Laserprojektionseinrichtungen nicht mit den gewünschten geringen Abmaßen möglich sind.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laserprojektionseinrichtung und ein Verfahren zur Laserprojektion auf eine optisch raue Projektionsfläche vorzusehen, bei denen Specklemuster vermindert sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Laserprojektionseinrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Laserprojektion nach Anspruch 8 gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine Laserprojektionseinrichtung mit einer Laserlichtquelle, die lineare polarisiertes Licht erzeugt, und einem Polarisator zur Erzeugung von zirkulär polarisierten Licht aus dem linear polarisierten Licht vorgesehen. Aufgrund des zirkulären polarisierten Lichts lassen sich geringe Änderungen der optischen Weglängen mit geringem apparativen Aufwand realisieren, so dass die Qualität des projizierten Bildes gesteigert werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft bei der Projektion auf eine optisch raue Projektionsfläche mit Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge des Lasers einsetzbar, da eine Specklemittlung und somit einer Reduzierung der Specklemuster auf eine Bildfläche in einfacher Weise umgesetzt werden können.

Es wird bevorzugt einer Einrichtung zur Erzeugung von Inhomogenitäten in dem Raum zwischen Polarisator und Pro- jektionsflache vorgesehen, so dass sichergestellt ist, dass sich die optische Weglänge zwischen Laserlichtquelle und Projektionsfläche mit hoher Sicherheit ändert und sich im gleichen Maße das Specklemuster ändert. Die Er- zeugung der Inhomogenitäten kann durch eine Verwirbelung in dem Raum, eine Temperaturänderung in dem Raum oder Vibrationen in dem Raum erzeugt werden. Somit können vorhandene mechanische Einrichtungen einer Laserprojektionseinrichtung bewusst zu einer Verwirbelung der Luft oder zu einer Temperaturänderung der Luft vor dem Polarisator eingesetzt werden.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Lüfters zur Erzeugung von Inhomogenitäten, da sich nur unter der Verwendung einer Luftumlenkeinrichtung die Erzeugung der In- homogenitäten und damit der Änderung der optischen Weglängen umsetzten lässt.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Laserprojektion auf eine optisch raue Projektionsfläche mit Unebenheiten in der Größenordung der Wellenlänge des Lasers vorgesehen. Dieses weist den Schritt auf: Erzeugen von zirkulär polarisiertem Licht aus dem von einer Laserlichtquelle erzeugten, linear polarisierten Licht. Durch ein derartiges einfaches Verfahren kann ein Specklemuster auch bei vorhandenen Laserprojektionseinrichtungen ledig- lieh durch das Vorsehen einer Polarisierung vorgenommen werden .

Es wird bevorzugt, wenn nach dem Erzeugen des zirkulär polarisierten Lichts Inhomogenitäten in einem Raum, in dem das zirkulär polarisierte Licht zur Projektionsfläche gelangt, erzeugt werden. Das bewusste Herbeiführen von den Inhomogenitäten verbessert die Bildqualität, da über die gesamte Projektionsfläche das Auftreten von Inhomogenitäten mit höherer Sicherheit umgesetzt werden kann.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 die Projektion mit einem herkömmlichen Laser mit linearer Polarisation,

Fig. 2 eine Veranschaulichung der linearen Polarisation von Transversalwellen,

Fig. 3 eine Veranschaulichung der zirkulären Polarisation von Transversalwellen und

Fig. 4 eine Laserprojektionseinrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung mit projiziertem Bild.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In Figur 2 ist die lineare Polarisation von Transversalwellen veranschaulicht. Bei Transversalwellen erfolgt eine Schwingung senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung. Anders ausgedrückt, zeigt ein Wellenvektor W in Ausbrei- tungsrichtung z und ein Amplitudenvektor A senkrecht zum Wellenvektor. Beim Amplitudenvektor A ist der Freiheitsgrad der Rotation um den Wellenvektor W möglich. Bei der in Figur 2 gezeigten linearen Polarisation zeigt der Amplitudenvektor A immer in eine feste Richtung und die Auslenkung ändert sich in Richtung z in Ausbreitungsrichtung der Welle in Hinblick auf Betrag und Vorzeichen.

Bei der in Figur 3 gezeigten zirkulären Polarisation findet eine Rotation des Amplitudenvektors A um den Wellenvektor W statt. Der Betrag des Amplitudenvektors A ändert sich dabei nicht. Diese Besonderheit bei der zirkulären Polarisation wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch genutzt, dass aufgrund des sich drehenden Amplitudenvektors A auf den Weg von der Laserprojektionseinrichtung zur Projektionsfläche dieser nun ortsabhängig ist. In dem Luftraum zwischen Projektionseinrichtung und Projektionsfläche treten aufgrund von Luftzirkulation, Vibration und Temperatur ständig Verwirblungen auf, so dass sich die optische Weglänge zwischen Projektionseinrichtung und Projektionsfläche ändert. Dieses hat Auswirkungen auf die das auf der Projektionsfläche dargestellten Speckle- muster .

Eine erfindungsgemäße Laserprojektionseinrichtung ist in Figur 4 dargestellt.

Als Laserlichtquelle 1 kann ein Laser nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Diesem vorgeschaltet ist ein Lamda/4-Polarisator 4 über den die von der Laserlicht- quelle 1 abgestrahlten Transversalwellen mit linearer Polarisation in Transversalwellen mit zirkularer Polarisation umgewandelt werden, wie es durch die Linie a wiedergegeben ist. Hinter dem Polarisator 4 befindet sich ein Raum 6, der wie bei herkömmlichen Projektionseinrichtun- gen bevorzugt Luft aufweist. Nach dem Auftreffen der Transversalwelle mit zirkularer Polarisation auf die Projektionsfläche 2 kann ein in Figur 4 gezeigtes kantenscharfes Bild auf der Projektionsfläche 2 erzeugt werden.

Aufgrund der Fluktuation der Eigenschaften des Raumes 6 zwischen der Laserlichtquelle 1 und der Projektionsfläche 2 ändert sich die optische Weglänge und somit im gleichem Maße auch das Specklemuster, das auf der Projektionsfläche 2 erzeugt wird. Durch das Auge des Betrachters werden diese Änderungen gemittelt und durch den Betrachter ein verbessertes Bild mit minimiertem Specklemuster wahrgenommen .

Um zu vermeiden, dass keine Fluktuation bei den Eigenschaften des Luftraumes zwischen dieser Projektionseinrichtung und der Bildfläche auftritt, wird es bevorzugt, dass eine derartige Fluktuation bei einem Betrieb der Laserprojektionseinrichtung erzeugt wird. Dieses kann beispielsweise durch die Vibration von Lüftern an der Laserprojektionseinrichtung, eine bewusste kontinuierliche Temperaturänderung vor der Laserprojektionseinrichtung oder durch das bewusste Herbeiführen von Verwirbelungen der Luft im Luftraum 6 erfolgen.

Der hohe apparative Aufwand aus dem Stand der Technik lässt sich auf diese Weise vermeiden und eine gute Bildqualität aufgrund der Specklemittlerung mittels des er- findungsgemäßen Polarisators 4 erzielen.

Es wird eine Laserprojektionseinrichtung mit einer Laserlichtquelle zum Erzeugen von linearem polarisierten Licht und einen Polarisator vorgesehen. Dieser Polarisator erzeugt zirkulär polarisiertes Licht, über das sich Specklemuster auf einer Projektionsfläche reduzieren las- sen. Es wird bevorzugt, wenn Inhomogenitäten in dem Raum zwischen Polarisator und Projektionsfläche bewusst herbei geführt werden, um so die optische Wegelänge zu erhöhen.

Claims

Ansprüche

1. Laserprojektionseinrichtung mit einer Laserlichtquelle (1), die linear polarisiertes Licht erzeugt, und einem Polarisator (4) zur Erzeugung von zirkulär polarisiertem Licht aus dem linear polarisierten Licht.

2. Laserprojektionseinrichtung nach Anspruch 1, durch die bei der Projektion auf eine optische raue Projektionsfläche (2) mit Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge des Lasers im Wesentlichen ohne Specklemuster auftreten .

3. Laserprojektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Inhomogenitäten in dem Raum (6) zwischen Polarisator (4) und Projektionsfläche (29.

4. Laserprojektionseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung zur Erzeugung von Inhomogenitäten

Verwirbelungen in dem Raum erzeugt.

5. Laserprojektionseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung zur Erzeugung von Inhomogenitäten eine Temperaturänderung in dem Raum erzeugt.

6. Laserprojektionseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung zur Erzeugung von Inhomogenitäten Vibrationen in dem Raum erzeugt.

7. Laserprojektionseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung zur Erzeugung von Inhomogenitäten ein Lüfter ist.

8. Verfahren zur Laserprojektion auf eine optische raue Projektionsfläche (2) mit Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge des Lasers mit dem Schritt a) Erzeugen von zirkulär polarisiertem Licht aus dem von einer Laserlichtquelle (1) erzeugten, linear polarisierten Licht.

9. Verfahren nach Anspruch 8 mit dem Schritt b) Erzeugen von Inhomogenitäten in einem Raum (6) in dem das zirkulär polarisierte Licht zur Projektionsfläche (2) gelangt.