WO2013064303A1 - Laserprojektor mit wenigstens einer laserquelle sowie verfahren zum erzeugen eines beleuchteten bereichs auf einer projektionsfläche - Google Patents

Laserprojektor mit wenigstens einer laserquelle sowie verfahren zum erzeugen eines beleuchteten bereichs auf einer projektionsfläche Download PDF

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WO2013064303A1
WO2013064303A1 PCT/EP2012/068306 EP2012068306W WO2013064303A1 WO 2013064303 A1 WO2013064303 A1 WO 2013064303A1 EP 2012068306 W EP2012068306 W EP 2012068306W WO 2013064303 A1 WO2013064303 A1 WO 2013064303A1
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laser
phase
laser beam
partial beams
projector
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PCT/EP2012/068306
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Inventor
Sergey Khrushchev
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Osram Gmbh
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
    • G—PHYSICS
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners

Definitions

  • Laser projector with at least one laser source and method for producing a lighted area on a projection surface
  • the invention relates to a laser projector with at least one laser source, by means of which a laser beam can be emitted.
  • the invention also includes a method in which an illuminated area is produced on a projection surface by means of at least one laser source.
  • a laser ⁇ projector of the type mentioned is for example from the
  • a laser projector By means of a laser projector can be displayed on a projection ⁇ surface such as a screen or a room wall, image information.
  • the laser projector for example, three or six laser sources needed from their light for the display colors can be mixed ⁇ ge.
  • the colors of the laser sources are correspondingly superimposed, for instance by means of a corresponding Kom ⁇ binationsoptik (Beam Combining Optics).
  • a scanner mirror By means of which the common laser beam can be aligned in two dimensions.
  • the laser beams are deflected for this purpose by the electromechanically movable scanner mirror.
  • Such a mirror can be aligned, for example, by means of a micro-electro-mechanical arrangement (MEMS - micro-electro-mechanical system).
  • Laser sources are an alternative to light sources that generate non-coherent light on the basis of a Gasentla ⁇ dung or by means of a Glühwindel.
  • the problem with the use of laser sources may be that a human observer on the projection surface in ⁇
  • the speckle is caused by an interference of adjacent light beams of the laser beam striking the projection surface, after they have been blasted back into the room at individual scattering centers of the projection surface and overlap in the process.
  • the interference is, unlike gas discharge lamps or incandescent lamps, possible with laser sources due to the coherence of the partial beams of the laser beam.
  • a movable lens is arranged in a beam path of a laser beam of a laser source, with which the laser beam focuses on the one hand, and on the other hand also continuously in a sound which is not perceptible to a viewer Dimensions is pivoted back and forth.
  • a signal generated by means of the ⁇ SES laser projector image does not stand still but is continuously such departures on the projection screen with a high frequency and forth many that the creation of a speckle interference pattern on the retina of a human observer due to their inertness is avoided.
  • a disadvantage of this arrangement is that the necessary for the periodic pivoting of the lens mechanism is very expensive and thus expensive to manufacture. Moreover, such a mechanism can not be miniaturized in such a way that the lens is also in a so-called
  • Pico projector could be used for the otherwise laser sources would be particularly suitable as a light source.
  • the object of the present invention is to make it possible for a laser projector to produce a lighted area on a projection surface in which a viewer perceives an at least reduced speckle interference effect.
  • the object of the present invention is to generate by means of a La ⁇ serharmitesors on a projection an illuminated area, in which a viewer perceives a reduced speckle interference effect.
  • the laser projector according to the invention has at least one La ⁇ serttle, by means of which in a first known manner, a laser beam for generating a lighted area on a projection surface can be emitted.
  • modern ⁇ laser projector is at least one of the laser sources, however, arranged a Pha ⁇ sen offset means in the beam path of the laser beam.
  • the phases offset device comprises for this purpose for the individual partial beams each propagation paths, whose optical path lengths differ ⁇ .
  • An optical path length here is understood to be that path length that would cover light in vacuum in the same time that it requires for a path through a medium of the phase displacement device.
  • Different optical path lengths are thus obtained for two partial beams of a laser beam by penetrating these media with un ⁇ teretzlichem refractive index or by a body having different thickness portions, and in this case, the individual partial beams penetrate the body to the different thickness locations. In the latter case, it can also be achieved with a material having a homogeneous refractive index that the partial beams have traversed different optical path lengths after penetrating the body with the same geometric path length covered.
  • a laser beam is generated and then shift the phases of adjacent partial beams of the laser beam relative to each other so by at least one laser source of the projector. This ensures that the individual partial beams of the laser beam, which have spatial (transversal) coherence directly at the exit from the laser source, ie form in-phase wavefronts in a plane extending perpendicularly to the direction of propagation of the laser beam, after shifting one for the speckles. Attenuation have significant phase difference.
  • the illuminated area is then generated by projecting this laser beam.
  • the projector according to the invention and of the method according to the invention it is not necessary for the generation of the laser beam with phase-shifted partial beams to destroy the collinearity of the partial beams of the laser beam.
  • the partial beams of the laser beam remain aligned parallel to one another.
  • the laser projector according to the invention and the inventive method have the advantage that an interference effect, such as may be caused by the reflection at the projection ⁇ surface attenuate by selectively shifting the phase of individual sub-beams of a laser beam, and the best case even reverse leaves.
  • the phase-offset device can be adapted to a corresponding Oberflä ⁇ chen Scheme a projection surface, for example, if it is known that by means of the laser projector projections are always generated on a particular screen type with be ⁇ knew surface roughness.
  • a plurality of embodiments of the phase offset means can be constructed on the basis of the above-described conditions. It merely has to be ensured that a laser beam with phase-shifted partial beams impinges on the projection surface.
  • an expedient embodiment of the laser projector according to the invention has a suitable arrangement of at least one body transparent to the light of the laser source.
  • the ⁇ ser body then comprises the material which comprises at least one medium to form the different optical path lengths.
  • the arrangement has optical transitions to its surroundings, which are arranged perpendicular to the beam path of the individual partial beams.
  • the sub-beams always enter and exit the device through surface areas oriented perpendicular to their propagation direction. As a result, a change in direction of the partial beams due to refraction is avoided.
  • an embodiment of the laser projector provides that a transparent body having a step-shaped profile is arranged in the beam path of the laser beam.
  • this step-shaped Pro ⁇ fil formed a plurality of surface portions which are arranged stepwise displaced to each other, each part ⁇ ray of the laser beam passes through another of thesetrenbe ⁇ rich. Due to the stepped profile, this results in different geomet ⁇ cal path lengths for the individual partial beams, which cover the partial beams in the transparent body.
  • stepped surface areas In order to produce a phase offset of as many adjacent partial beams as possible for a given partial beam of the laser beam, it is possible to provide the stepped surface areas in a checkerboard fashion from individual, rectangular surface areas. form areas that are then each offset in height to each other.
  • This form of a stepped profile can ⁇ al lerdings depending on the size of the transparent body and the Ma terials ⁇ from which it is formed, in the preparation up to be manoeuvrable.
  • an expedient embodiment of the laser projector comprises an arrangement of at least one body transparent to the light of the laser source, on which Stair-shaped areas are formed.
  • Each of the staircase-shaped regions is formed from elongated steps which extend along a spatial direction transversely to the propagation direction of the laser beam.
  • this embodiment of the laser projector according to the invention can be provided at low cost.
  • phase-offset device has a body that is transparent to the light of the laser source and that has a value for the calculation unit. dex is location-dependent along at least one extension direction of the body.
  • the body having the location-dependent calculation index is formed of a layer arrangement of at least two layers arranged on top of each other, each of which comprises a material which has a different calculation index than a material of the adjacent one
  • a part ⁇ ray of the laser beam is defined by each of the layers, on the other Bre ⁇ chung index acts.
  • a body with a location-dependent calculation index can be produced particularly favorably.
  • films made of materials can be used with different refractive index.
  • the laser projector according to the invention provides namely that in the phase-offset device, the optical path length of at least some of the propagation paths during operation of the laser projector is changeable. If, on the other hand, a speckle interference pattern still forms due to an unfavorable constellation regarding the degree of phase shift on the one hand and the roughness of the projection surface on the other hand, it can be achieved by varying the optical path lengths that this speckle pattern varies with time. If the optical path lengths changed faster than a human observer can perceive, so superimpose the individual speckle patterns in the eye of the beholder because its inertia in the perception to a homogeneously illuminated surface.
  • phase offset means arranged one in the beam path, having for the light of Laserquel ⁇ len transparent body through which extend to varying propagation paths and which is movable by means of ei ⁇ ner moving means of the phase-offset device in the operation of the laser projector.
  • the body with the stepped profile (the phase-shift mask already described) is rotated so that individual partial beams travel alternately different optical path lengths. It can also be provided that the body is vibrated in such a way that it deforms and as a result its diameter varies at individual points over time.
  • the phase offset comprises a material means whose refractive index of a material penetrating electric or magnetic field dependent. If one generates an inhomogeneous field and changes of this type whose field strength in the operation of La ⁇ serharmitesors, also result in this way for individual sub-beams, which penetrate the material, different and variable over time optical path lengths.
  • Partial beams of a laser beam to move each other with respect to their phase.
  • the inventive solution can also be combined with previously known solutions, such as the initially be signed ⁇ lens.
  • one aspect of the invention comprises a laser projector with a arranged in a beam path of a laser source lens having a ge ⁇ classified profile. Due to the refraction of the partial beams of the laser beam, these are indeed after penetrating the lens no longer collinear. By the surface of the lens is stepped formed, yet a significant phase offset for the reduction of the speckle interference effect is still effected for the bundled part ⁇ rays. A caused by the different thickness of an ordinary lens al ⁇ lein phase offset is not sufficient for a marked Verminde ⁇ tion of the speckle interference effect.
  • the invention also includes a laser projector having a lens arranged in a beam path of a laser source and having a material with a location-dependent refractive index. This also makes it possible to combine the bundling of the partial beams of the laser beam with the significant phase shift of the individual partial beams that can be achieved by a location-dependent refractive index.
  • the invention finally also includes developments of the method according to the invention, which have features as they have already been described in connection with the developments of the laser projector according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention will not be explained again here.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a laser projector according to an embodiment of the laser projector according to the invention
  • FIG. 2 is a sketch of a laser beam whose partial beams are phase-shifted by a phase-offset device
  • Fig. 3 is a schematic representation of a transparent body, which is part of the laser projector of Fig. 1
  • Fig. 4 is a sketch of a transparent body, which may also be part of the laser projector of Fig. 1.
  • a laser projector 10 which has a plurality of laser sources, of which in Fig. 1 for the sake of clarity, only one laser source 12 is Darge ⁇ represents.
  • the laser projector 10 may, for example, be a pico-laser projector having dimensions in the size arrangement of a smartphone (maximum length less than 15 cm).
  • the laser source 12 generates a laser beam 14, which is reflected by a pivotable mirror 16 and deflected to a located at a distance of several meters projection surface 18.
  • In the Pro ⁇ jetechnischs constitutional 18 may be a wall in a room or a projection screen, for example.
  • the laser beam 14 produces on the screen 18 a ⁇ be illuminated region 20.
  • the mirror 16 may be a 2D scanner mirror mounted on a MEMS.
  • a phase offset means 22 is arranged that in a beam path of the laser 14, so that the laser beam 14 penetrates during operation of the projek ⁇ tors 10th
  • the device 22 may be between the laser serttle 12 and the mirror 16 in a portion of Strah ⁇ lenwegs be arranged, in which the laser beam 14 is colli- been minimized and in which a transversely dimensioned to the propagation direction of the laser beam 14 diameter of the laser beam 14 is minimal ,
  • the device 22 In connection with FIG. 2, it is explained below how a phase offset between individual partial beams of the laser beam 14 is generated by the device 22.
  • the device 22 consists of a single transparent body, as indicated in FIG 2.
  • FIG. 2 shows how the laser beam 14 penetrates the device 22.
  • a mental division of the laser beam 14 into partial beams 24 is made in FIG. 2, wherein only 5 of them are shown in FIG.
  • the laser beam 22 in a direction of extension transverse to its propagation direction may have a diameter of, for example, 2 mm (so-called spot size), and it may be provided by the device 22 that such a laser beam is subdivided into fifty sub-beams 24, for example .
  • the direction of propagation of the laser beam 14 or of the partial beams 24 is indicated in FIG. 2 (and also in the other figures) by arrows in each case.
  • a different optical path length due to the influence of the Einrich ⁇ tung 22 For the individual partial beams 24, a different optical path length due to the influence of the Einrich ⁇ tung 22.
  • Fig. 2 is shown how a gegebe ⁇ NEN time wavefronts 26 of the individual partial beams 24 due to the coherence of the sub-beams 24 results in each case on at the same time an entrance surface 28 of the device 22 meet.
  • the entrance surface 28 extends perpendicular to the propagation ⁇ direction of the partial beams 24, so that at the entrance of the partial Radiation 24 in the transparent body of the device 22 is no refraction, by which the partial beams 24 would be deflected in a different direction.
  • each of the sub-beams 24 propagates along another propagation path 30.
  • the propagation paths 30 are here parallel zueinan ⁇ aligned.
  • a different optical path length results for the individual sub-beams 24, so that the individual wavefronts of the sub-beams 24 diverge along the propagation direction of the laser beam 14.
  • the individual corresponding wavefronts of the partial beams 24 have diverge, resulting in a fanned-out wavefront 34.
  • Austrittsflä ⁇ surface 32 is arranged as the entrance surface 28 perpendicular to the direction of Ausbrei ⁇ tion of the laser beam 24, so that there is no refraction here.
  • the wavefronts of the fanned wavefront 34 which are offset relative to one another along the propagation direction of the laser beam 14, correspond to a phase offset of the partial beams 24, which the partial beams 24 have after exiting from the body of the device 22.
  • the thus partially mutually phase-shifted partial beams 24 form after exiting the device 22 incident on the mirror 16 laser beam 14 with phase-shifted partial beams 24 and illuminate the area 20 on the projection surface 18, wherein a characteristic of a speckle interference pattern due to the phase offset of the individual partial beams 24 significantly is weakened.
  • the body of the device 22 can be designed to produce a phase difference or phase offset ⁇ by means of different bodies transparent to the light of the laser beam 14.
  • the variation of the optical path length can be obtained in several ways.
  • Starting point is the collinear laser beam 14, which enters an optically transparent body 36.
  • the direction of propagation of the individual partial beams 24 remains unchanged when the optical transitions are perpendicular to the propagation direction of the partial beams from ⁇ 24th
  • the body 36 of the phase displacement device 22 has a staircase-shaped output profile 38.
  • Each of the sub-beams 24 therefore travels a different length of geometric path within the body 36 on its way to the mirror 16. This results in a phase difference ⁇ illustrated in FIG. 3 in a diagram 40 for the individual partial beams 24 along one
  • the uppermost partial beam 24 in FIG. 3 serves as a reference, for which a phase difference of 0 ° results accordingly.
  • An adjacent partial beam then has a phase difference D with respect to this reference beam.
  • the phase difference can be between 0 ° and 180 °.
  • FIG. 4 shows a second possibility of how propagation paths with different optical path lengths can be provided by a phase offset device 22 for the partial beams 24 of the laser beam 14.
  • the phase offset device 22 has a transparent body 36 ', for example a cuboid, which has a refractive index that is spatially variable transversely to the propagation direction of the laser beam 14.
  • the refractive index can, for example, continuously become larger or smaller according to a continuous function.
  • Corresponding materials which have such a gradient in the refractive index are already known per se from the prior art.
  • a resultant by use of the body 36 'phase difference depending on the Warreckungs ⁇ X direction is illustrated as a continuous graph 44th
  • the body 36 may be formed of a plurality of layers 46, each having a Ma ⁇ material with a different refractive index.
  • Example ⁇ example 46 may be formed in each case by a film of an appropriate material, the layers. The foils can be assembled by adhering or welding to the body 36.
  • a corresponding resulting step-shaped curve 48 of the phase difference is also shown in the diagram 42.
  • Another possibility for forming a plurality of layers 46 with different refractive indices is to cast transparent materials, such as synthetic resins, in layers onto one another, using individual materials with different refractive indices. The differences between the refractive indices can for example be chosen such that a layer having 46 ei ⁇ NEN refractive index of 1.5, and an adjacent layer has a refractive index of 1.52.
  • Partial beams 24 In order to obtain the effect of a phase shift in two directions, it is advantageous to arrange after the first body 36 or 36 'rotated by 90 ° body with a comparable design in the beam path. This makes it easy to extend the effect to the second axis perpendicular to the X axis. It is also possible to use a two-dimensional mask.
  • the stepped profile 38, and the mask may be formed for example by a ⁇ tzver ⁇ driving, as is known in connection with the formation of face-shift masks for lithography.
  • the more sub-beams are defined by the corresponding number of stages and the more different the phase difference between the individual sub-beams fails, the better the speckle can be suppressed.
  • the examples illustrate how a phase offset device can be provided which can be easily integrated into existing laser projector architectures. Since it consists of only one component, the cost ⁇ cost for their production is low. Nevertheless, a speckle interference pattern can be efficiently suppressed to such an extent that a viewer of a projection does not perceive disturbing speckle.
  • the described bodies can also be easily inserted into a movement mechanism (such as rotation, rotation, vibration). tion, shaking), which moves the bodies, thereby further attenuating a possible residual speckle by the temporal variation of the propagation paths.

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Abstract

Für Projektoren stellen Laserquellen eine Alternative zu Gasentladungs- und Glühlampen dar. Problematisch bei der Verwendung von Laserquellen kann allerdings sein, dass ein menschlicher Betrachter auf einer Projektionsfläche (18) in einem von einer Laserquelle beleuchteten Bereich ein als Speckle bezeichnetes, störendes Interferenzphänomen wahrnimmt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mittels eines Laserprojektors (10) auf einer Projektionsfläche (18) einen beleuchteten Bereich (20) zu erzeugen, bei dem ein Betrachter nur einen verminderten Speckle-Interferenzeffekt wahrnimmt. Der erfindungsgemäße Laserprojektor (10) weist wenigstens eine Laserquelle (12) auf, mittels welcher ein Laserstrahl (14) zum Erzeugen eines beleuchteten Bereichs (20) auf der Projektionsfläche (18) abstrahlbar ist. Des Weiteren ist im Strahlengang des Laserstrahls (14) eine Phasen-Versatz-Einrichtung (22) angeordnet, mittels dieser welcher Phasen von parallel ausgerichteten Teilstrahlen des Laserstrahls (14) gegeneinander verschoben werden, wenn der Laserstrahl (14) die Phasen-Versatz-Einrichtung (22) durchdringt. Die Phasen-Versatz-Einrichtung (22) weist hierzu für die einzelnen Teilstrahlen jeweils Ausbreitungspfade mit unterschiedlichen optischen Weglängen auf.

Description

Beschreibung
Laserprojektor mit wenigstens einer Laserquelle sowie Verfahren zum Erzeugen eines beleuchteten Bereichs auf einer Pro- jektionsflache
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Laserprojektor mit wenigstens einer Laserquelle, mittels welcher ein Laserstrahl abstrahlbar ist. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren, bei welchem mittels wenigstens einer Laserquelle ein beleuchteter Bereich auf einer Projektionsfläche erzeugt wird. Ein Laser¬ projektor der genannten Art ist beispielsweise aus der
WO 2009/051720 AI bekannt.
Mittels eines Laserprojektors können auf einer Projektions¬ fläche, beispielsweise einer Leinwand oder einer Zimmerwand, Bildinformationen angezeigt werden. Hierzu weist der Laserprojektor dann beispielsweise drei oder sechs Laserquellen auf, aus deren Licht für die Anzeige benötigten Farben ge¬ mischt werden können. Um mittels der Laserquellen weißes Licht zu erzeugen, werden die Farben der Laserquellen ent- sprechend überlagert, etwa mittels einer entsprechenden Kom¬ binationsoptik (Beam Combining Optics) . Um den aus den Laserstrahlen der einzelnen Laserquellen gebildeten gemeinsamen Laserstrahl dann auf die Projektionsfläche zu lenken, lässt sich beispielsweise ein Scanner-Spiegel verwenden, mittels welchem der gemeinsame Laserstrahl zweidimensional ausgerichtet werden kann. Die Laserstrahlen werden hierzu durch den elektromechanisch beweglichen Scanner-Spiegel abgelenkt. Ein solcher Spiegel kann beispielsweise mittels einer mikro- elektro-mechanischen Anordnung (MEMS - Micro-Electro- Mechanical-System) ausgerichtet werden.
Laserquellen stellen eine Alternative zu Leuchtmitteln dar, die nichtkohärentes Licht auf der Grundlage einer Gasentla¬ dung oder mittels einer Glühwindel erzeugen. Problematisch bei der Verwendung von Laserquellen kann allerdings sein, dass ein menschlicher Betrachter auf der Projektionsfläche in ^
einem mittels einer Laserquelle beleuchteten Bereich ein als Specklemuster, Lichtgranulation oder kurz Speckle bezeichnetes Interferenzphänomen wahrnimmt. Hierbei sieht der Betrachter trotz gleichmäßiger Ausleuchtung des Bereichs keine gleichmäßig ausgeleuchtete Fläche, sondern es erscheinen in¬ nerhalb des Bereichs stets dunkle Flecken, ähnlich einem Bildrauschen. Hervorgerufen wird der Speckle durch eine Interferenz von benachbarten Lichtstrahlen des auf die Projektionsfläche treffenden Laserstrahls, nachdem sie an einzelnen Streuzentren der Projektionsfläche zurück in den Raum gestrahlt wurden und sich hierbei überlagern. Die Interferenz ist, anders als bei Gasentladungslampen oder Glühlampen, bei Laserquellen aufgrund von der Kohärenz der Teilstrahlen des Laserstrahls möglich.
Stand der Technik In der oben genannten Druckschrift ist zur Vermeidung des Speckle-Phänomens in einem Strahlengang eines Laserstrahls einer Laserquelle eine bewegliche Linse angeordnet, mit der der Laserstrahl zum einen fokussiert, und zum anderen aber auch kontinuierlich in einem für einen Betrachter nicht wahr- nehmbaren Maße hin- und hergeschwenkt wird. Ein mittels die¬ ses Laserprojektors erzeugtes Bild steht somit nicht still, sondern wird derart kontinuierlich auf der Projektionsfläche mit hoher Frequenz hin- und herverschoben, dass die Entstehung eines Speckle-Interferenzmusters auf der Netzhaut eines menschlichen Betrachters aufgrund von deren Reaktionsträgheit vermieden wird. Nachteilig bei dieser Anordnung ist allerdings, dass die für das periodische Verschwenken der Linse nötige Mechanik sehr aufwendig und damit in der Herstellung teuer ist. Zudem lässt sich eine solche Mechanik nicht derart miniaturisieren, dass die Linse auch in einem so genannten
Pico-Proj ektor verwendet werden könnte, für den ansonsten Laserquellen als Leuchtmittel besonders geeignet wären. Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Laserprojektor die Erzeugung eines beleuchteten Bereichs auf einer Projektionsfläche zu ermöglichen, bei dem ein Betrachter einen zumindest verminderten Speckle-Interferenzeffekt wahr- nimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mittels eines La¬ serprojektors auf einer Projektionsfläche einen beleuchteten Bereich zu erzeugen, bei dem ein Betrachter einen verminderten Speckle-Interferenzeffekt wahrnimmt.
Der erfindungsgemäße Laserprojektor weist wenigstens eine La¬ serquelle auf, mittels welcher in zunächst bekannter Weise ein Laserstrahl zum Erzeugen eines beleuchteten Bereichs auf einer Projektionsfläche abstrahlbar ist. Bei dem erfindungs¬ gemäßen Laserprojektor ist bei wenigstens einer der Laser- quellen allerdings im Strahlengang des Laserstrahls eine Pha¬ sen-Versatz-Einrichtung angeordnet. Mittels dieser Einrichtung werden Phasen von parallel ausgerichteten Teilstrahlen des Laserstrahls gegeneinander verschoben, wenn der Laserstrahl die Phasen-Versatz-Einrichtung durchdringt. Die Pha- sen-Versatz-Einrichtung weist hierzu für die einzelnen Teilstrahlen jeweils Ausbreitungspfade auf, deren optische Weg¬ längen sich unterscheiden. Unter einer optischen Weglänge ist hierbei diejenige Weglänge zu verstehen, die Licht in Vakuum in der gleichen Zeit zurücklegen würde, die es für einen Weg durch ein Medium der Phasen-Versatz-Einrichtung benötigt. Unterschiedliche optische Weglängen ergeben sich somit für zwei Teilstrahlen eines Laserstrahls, indem diese Medien mit un¬ terschiedlichem Brechungsindex durchdringen oder indem ein Körper unterschiedlich dicke Abschnitte aufweist und hierbei die einzelnen Teilstrahlen den Körper an den unterschiedlich dicken Stellen durchdringen. Im letzteren Fall kann auch mit einem Material mit homogenen Brechungsindex erreicht werden, dass die Teilstrahlen nach Durchdringen des Körpers bei gleicher zurückgelegter geometrischer Weglänge unterschiedliche optische Weglängen zurückgelegt haben. Um mittels der wenigstens einen Laserquelle des Laserprojek¬ tors einen beleuchteten Bereich auf einer Projektionsfläche zu erzeugen wird also mittels zumindest einer Laserquelle des Projektors ein Laserstrahl erzeugt und dann die Phasen von benachbarten Teilstrahlen des Laserstrahls gegeneinander verschoben. Hierdurch wird erreicht, dass die einzelnen Teilstrahlen des Laserstrahls, die unmittelbar bei Austritt aus der Laserquelle räumliche (transversale) Kohärenz aufweisen, also in eine sich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des La- serstrahls erstreckenden Ebene phasengleiche Wellenfronten bilden, nach dem Verschieben einen für die Speckle- Abschwächung signifikanten Phasenunterschied aufweisen. Auf der Projektionsfläche wird dann der beleuchtete Bereich durch Projizieren dieses Laserstrahls erzeugt. Bei dem erfindungs- gemäßen Projektor und aus dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zum Erzeugen des Laserstrahls mit phasenverschobenen Teilstrahlen nicht nötig, die Kollinearität der Teilstrahlen des Laserstrahls zu zerstören. Mit anderen Worten bleiben die Teilstrahlen des Laserstrahls parallel zueinander ausgerich- tet.
Der erfindungsgemäße Laserprojektor und das erfindungsgemäße Verfahren weisen den Vorteil auf, dass sich ein Interferenzeffekt, wie er sich durch die Reflexion an der Projektions¬ fläche ergeben kann, durch gezieltes Verschieben der Phasen einzelner Teilstrahlen eines Laserstrahls abschwächen und günstigstenfalls sogar aufheben lässt. Die Phasen-Versatz- Einrichtung lässt sich dabei an eine entsprechende Oberflä¬ chenstruktur einer Projektionsfläche anpassen, wenn beispielsweise bekannt ist, dass mittels des Laserprojektors Projektionen stets auf einem bestimmten Leinwandtyp mit be¬ kannter Oberflächenrauheit erzeugt werden.
Um für einzelne Teilstrahlen unterschiedliche optische Weg¬ längen bereitzustellen, sind auf der Grundlage der oben geschilderten Bedingungen eine Vielzahl von Ausführungsformen der Phasen-Versatz-Einrichtung konstruierbar. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass auf der Projektionsfläche ein Laserstrahl mit phasenverschobenen Teilstrahlen auftrifft. Um dabei zu verhindern, dass durch die Phasen-Versatz- Einrichtung eine Kollinearität der Teilstrahlen gestört wird, weist eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors eine geeignete Anordnung aus wenigstens einem für das Licht der Laserquelle transparenten Körper auf. Die¬ ser Körper umfasst dann das Material, welches das wenigstens eine Medium zum Bilden der unterschiedlichen optischen Weglängen umfasst. Außerdem weist die Anordnung dabei optische Übergänge zu ihrer Umgebung auf, die zum Strahlenweg der ein- zelnen Teilstrahlen senkrecht angeordnet sind. Mit anderen
Worten treten die Teilstrahlen stets durch senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung ausgerichtete Oberflächenbereiche in die Anordnung ein und auch wieder aus. Hierdurch wird eine Richtungsänderung der Teilstrahlen aufgrund von Brechung vermie- den.
Um nun unterschiedliche optische Weglängen für die einzelnen Teilstrahlen bereitzustellen, sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors vor, dass ein transparenter Körper mit einem stufenförmigen Profil in dem Strahlenweg des Laserstrahls angeordnet ist. Durch dieses stufenförmige Pro¬ fil ist eine Mehrzahl von Oberflächenbereichen gebildet, die stufenversetzt zueinander angeordnet sind, wobei jeder Teil¬ strahl des Laserstrahls einen anderen dieser Oberflächenbe¬ reiche durchdringt. Durch das gestufte Profil ergeben sich damit für die einzelnen Teilstrahlen unterschiedliche geomet¬ rische Weglängen, welche die Teilstrahlen in dem transparenten Körper zurücklegen. Selbst wenn der Körper nun aus einem Material mit konstantem Brechungsindex gebildet ist, resul¬ tiert dies in unterschiedlichen optischen Weglängen, die sich für die einzelnen Teilstrahlen bis zu Projektionsfläche erge¬ ben. Der Einfluss des Körpers mit dem stufenförmigen Profil ist vergleichbar mit einer so genannten Face-Shift-Maske, wie sie aus der Lithografie zum Herstellen von Leiterbahnen für integrierte Schaltungen bekannt sind.
Um zu einem gegebenen Teilstrahl des Laserstrahls einen Phasenversatz möglichst vieler benachbarter Teilstrahlen zu erzeugen, kann vorgesehen sein, die gestuften Oberflächenbereiche schachbrettartig aus einzelnen, rechteckigen Oberflächen- bereichen auszubilden, die dann jeweils zueinander höhenversetzt sind. Diese Form eines stufenförmigen Profils kann al¬ lerdings je nach Größe des transparenten Körpers und des Ma¬ terials, aus welchem er gebildet ist, in der Herstellung auf- wendig sein.
Um einen Phasenversatz zwischen einem bestimmten Teilstrahl und den ihn umgebenden, benachbarten Teilstrahlen zu erzeugen, sieht daher eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors vor, dass die Phasen-Versatz- Einrichtung eine Anordnung aus wenigstens einem für das Licht der Laserquelle transparenten Körper umfasst, an welcher treppenförmige Bereiche ausgebildet sind. Jeder der treppen- förmigen Bereiche ist dabei aus länglich geformten Stufen gebildet, die sich entlang einer Raumrichtung quer zur Ausbrei- tungsrichtung des Laserstrahls erstrecken. Mittels eines ein¬ zigen solchen treppenförmigen Bereichs können damit nur Oberflächenbereiche bereitgestellt werden, die entlang nur einer Erstreckungsrichtung des Körpers zueinander höhenversetzt sind. Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserpro- jektors ist deshalb vorgesehen, die mehreren treppenförmigen Bereiche bezüglich ihrer Ausrichtung senkrecht zum Strahlenweg gegeneinander verdreht anzuordnen. Bevorzugt werden sie dabei senkrecht zueinander angeordnet. Durchdringt nun der Laserstrahl zwei solche treppenförmigen Bereiche, werden zu einem gegebenen Teilstrahl die in jeweils unterschiedliche
Richtung benachbart verlaufenden Teilstrahlen an jeweils einem der gestuften Bereiche phasenversetzt.
Da sich ein einzelner treppenförmiger Bereich wesentlich kostengünstiger und prozesssicherer herstellen lässt, kann diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors mit geringem Kosten bereitgestellt werden.
Wie bereits erwähnt, lassen sich unterschiedliche optische Weglängen auch dadurch ausbilden, dass die einzelnen Teilstrahlen durch Materialien mit unterschiedlichen Berechnungs- index geleitet werden. Hierzu sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Projektors vor, dass die Phasen-Versatz- Einrichtung einen für das Licht der Laserquelle transparenten Körper aufweist, bei welchem ein Wert für den Berechnungsin- dex entlang zumindest einer Erstreckungsrichtung des Körpers ortsabhängig ist.
Eine zweckmäßige Ausführungsform dieser Weiterbildung sieht dabei vor, dass der den ortsabhängigen Berechnungsindex auf- weisende Körper aus einer Schichtanordnung aus wenigstens zwei aufeinander angeordneten Schichten gebildet ist, die jeweils ein Material umfassen, welches einen anderen Berechnungsindex aufweist als ein Material der benachbarten
Schicht. Wird die Schichtanordnung nun in der Weise in den Strahlenweg des Lasers angeordnet, dass der Laserstrahl die Schichten entlang einer Erstreckungsrichtung der Schichtebenen durchdringt, so wird durch jede der Schichten ein Teil¬ strahl des Laserstrahls definiert, auf den ein anderer Bre¬ chungsindex wirkt. Auf Grundlage einer Anordnung aus solchen Schichten lässt sich ein Körper mit ortsabhängigen Berechnungsindex besonders günstig herstellen. Als einzelne Schich¬ ten können beispielsweise Folien aus Materialen mit unterschiedlichen Brechungsindex verwendet werden.
Die bisher beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Laserprojektors nutzen die Erkenntnis, dass sich der
Speckle-Interferenzeffekt vermindern lässt, indem die Teil¬ strahlen gegeneinander phasenverschoben werden. Insbesondere dann, wenn die Oberflächenstruktur der Projektionsfläche nicht bekannt ist, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, noch eine weitere Maßnahme zur Unterdrückung eines Speckle- Interferenzmusters vorzusehen. Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Laserprojektors sieht nämlich vor, dass bei der Phasen-Versatz-Einrichtung die optische Weglänge zumindest einiger der Ausbreitungspfade während des Betriebs des Laser- projektors veränderbar ist. Sollte sich also aufgrund einer ungünstigen Konstellation betreffend den Grad der Phasenverschiebung einerseits und die Rauheit der Projektionsfläche andererseits dennoch ein Speckle-Interferenzmuster ausbilden, so kann durch Variieren der optischen Weglängen erreicht wer- den, dass dieses Speckle-Muster mit der Zeit variiert. Werden die optischen Weglängen schneller verändert als dies ein menschlicher Betrachter wahrnehmen kann, so überlagern sich die einzelnen Speckle-Muster im Auge des Betrachters wegen dessen Trägheit bei der Wahrnehmung zu einer homogen ausgeleuchteten Fläche.
Um eine Veränderung der optischen Weglängen zu erzielen, sieht eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors vor, dass die Phasen-Versatz-Einrichtung einen im Strahlenweg angeordneten, für das Licht der Laserquel¬ len transparenten Körper aufweist, durch welchen die zu verändernden Ausbreitungspfade verlaufen und welcher mittels ei¬ ner Bewegungseinrichtung der Phasen-Versatz-Einrichtung im Betrieb des Laserprojektors bewegbar ist. Gemäß einer Ausfüh¬ rungsform wird der Körper hierbei rotiert und/oder geschüt¬ telt. Gemäß einer Variante wird der Körper mit dem gestuften Profil (die bereits beschriebene Phase-Shift-Maske) rotiert, sodass einzelne Teilstrahlen abwechselnd unterschiedliche op- tische Weglängen zurücklegen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Körper derart in Vibration versetzt wird, dass er sich verformt und hierdurch sein Durchmesser an einzelnen Stellen mit der Zeit variiert.
Anstelle oder zusätzlich zu einer Veränderung der Körpergeo- metrie oder dessen Lage ist gemäß einer anderen Ausführungs¬ form des Laserprojektors vorgesehen, dass die Phasen-Versatz- Einrichtung ein Material umfasst, dessen Brechungsindex von einem das Material durchdringenden elektrischen oder magnetischen Feld abhängig ist. Erzeugt man nun ein inhomogenes Feld dieser Art und verändert dessen Feldstärke im Betrieb des La¬ serprojektors, ergeben sich auch auf diese Weise für einzelne Teilstrahlen, die das Material durchdringen, unterschiedliche und über der Zeit veränderliche optische Weglängen.
Die erfindungsgemäße Lösung zu der oben genannten Aufgabe ist nicht darauf beschränkt, parallel zueinander verlaufende
Teilstrahlen eines Laserstrahls zueinander bezüglich ihrer Phase zu verschieben. Die erfindungsgemäße Lösung kann auch mit bereits bekannten Lösungen, wie etwa der eingangs be¬ schriebenen Linse kombiniert werden. Entsprechend umfasst ein Aspekt der Erfindung einen Laserprojektor mit einer in einem Strahlenweg einer Laserquelle angeordneten Linse, die ein ge¬ stuftes Profil aufweist. Durch die Brechung der Teilstrahlen des Laserstrahls sind diese nach Durchdringen der Linse zwar nicht mehr kollinear. Indem die Oberfläche der Linse gestuft ausgebildet ist, wird dennoch auch für die gebündelten Teil¬ strahlen ein für die Verminderung des Speckle- Interferenzeffekts signifikanter Phasenversatz bewirkt. Ein durch die unterschiedliche Dicke einer gewöhnlichen Linse al¬ lein bewirkte Phasenversatz ist für eine merkliche Verminde¬ rung des Speckle-Interferenzeffekts nicht ausreichend.
Des Weiteren gehört zu der Erfindung auch ein Laserprojektor mit einer in einem Strahlenweg einer Laserquelle angeordneten Linse, die ein Material mit einem ortsabhängigen Brechungsindex aufweist. Auch hierdurch kann das Bündeln der Teilstrahlen des Laserstrahls mit der durch einen ortsabhängigen Brechungsindex erzielbaren signifikanten Phasenverschiebung der einzelnen Teilstrahlen kombiniert werden.
Zu der Erfindung gehören schließlich auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Laserprojektors beschrieben wurden. Aus diesem Grund werden die entsprechenden Weiterbildungen des erfin- dungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbei¬ spielen näher erläutert. Dazu zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Laserprojektors gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laserprojektors;
Fig. 2 eine Skizze eines Laserstrahls, dessen Teilstrahlen durch eine Phasen-Versatz-Einrichtung gegeneinander phasenverschoben werden;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines transparenten Körpers, welcher Bestandteil des Laserprojektors von Fig. 1 ist, und Fig. 4 eine Skizze eines transparenten Körpers, welcher ebenfalls Bestandteil des Laserprojektors von Fig. 1 sein kann .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfin- dung dar.
In Fig. 1 ist ein Laserprojektor 10 gezeigt, welcher eine Mehrzahl von Laserquellen aufweist, von denen in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber lediglich eine Laserquelle 12 darge¬ stellt ist. Bei dem Laserprojektor 10 kann es sich beispiels- weise um einen Pico-Laserproj ektor handeln, der Abmessungen in der Größenanordnung eines Smartphones (maximale Länge kleiner als 15 cm) aufweist. Die Laserquelle 12 erzeugt einen Laserstrahl 14, der von einem verschwenkbaren Spiegel 16 reflektiert und auf eine in einem Abstand von mehreren Metern befindliche Projektionsfläche 18 umgelenkt wird. Bei der Pro¬ jektionsfläche 18 kann es sich beispielsweise um eine Wand in einem Zimmer oder um eine Projektionsleinwand handeln. Der Laserstrahl 14 erzeugt auf der Projektionsfläche 18 einen be¬ leuchteten Bereich 20. Durch periodisches Verschwenken des Spiegels 16 wird die Projektionsfläche 18 bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel zeilenartig mittels des Laserstrahls 14 über eine Fläche von über einen Quadratmeter angeleuchtet. Bei dem Spiegel 16 kann es sich um einen 2D-Scanner-Spiegel handeln, der auf einem MEMS montiert ist.
Durch Variieren der Helligkeit des Laserstrahls 14 und der übrigen Laserstrahlen der weiteren Laserquellen wird insgesamt auf der Projektionsfläche 18 eine Bildsequenz, bei¬ spielsweise eines Unterhaltungsfilms, projiziert. Auch für den Fall, dass bei dieser Bildsequenz eine Teilfläche der Projektionsfläche 18 durch den Projektor 10 mit einem Licht gleicher Farbe für einen längeren Zeitraum bestrahlt wird, nimmt ein Betrachter der Projektionsfläche 18 kein Speckle- Interferenzmuster wahr. Bei dem Laserprojektor 10 ist dazu in einem Strahlenweg des Lasers 14 eine Phasen-Versatz-Einrichtung 22 angeordnet, so dass der Laserstrahl 14 sie während des Betriebs des Projek¬ tors 10 durchdringt. Die Einrichtung 22 kann zwischen der La- serquelle 12 und dem Spiegel 16 in einem Abschnitt des Strah¬ lenwegs angeordnet sein, in welchem der Laserstrahl 14 kolli- miert ist und in welchem ein quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 bemessener Durchmesser des Laserstrahls 14 minimal ist.
Im Zusammenhang mit Fig. 2 ist im Folgenden erläutert, wie durch die Einrichtung 22 ein Phasenversatz zwischen einzelnen Teilstrahlen des Laserstrahls 14 erzeugt wird. Für die fol¬ gende Erläuterung sei hier angenommen, dass die Einrichtung 22 aus einem einzelnen transparenten Körper besteht, wie es in FIG 2 angedeutet ist.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie der Laserstrahl 14 die Einrichtung 22 durchdringt. Um die Einwirkung der Einrichtung 22 auf den Laserstrahl 14 zu verdeutlichen, ist in Fig. 2 eine gedankliche Unterteilung des Laserstrahls 14 in Teilstrahlen 24 vorgenommen, wobei in Fig. 2 nur 5 davon dargestellt sind. Tatsächlich kann der Laserstrahl 22 in einer Erstreckungs- richtung quer zu seiner Ausbreitungsrichtung einen Durchmesser von beispielsweise 2 mm aufweisen (so genannte Spotgrö- ße) , und es kann durch die Einrichtung 22 vorgesehen sein, dass ein solcher Laserstrahl beispielsweise in fünfzig Teilstrahlen 24 unterteilt wird. Die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 bzw. der Teilstrahlen 24 ist in Fig. 2 (und auch in den weiteren Figuren) jeweils durch Pfeile angedeu- tet.
Für die einzelnen Teilstrahlen 24 ergibt sich jeweils eine andere optische Weglänge aufgrund des Einflusses der Einrich¬ tung 22. In Fig. 2 ist dazu dargestellt, wie zu einem gegebe¬ nen Zeitpunkt Wellenfronten 26 der einzelnen Teilstrahlen 24 aufgrund der Kohärenzen der Teilstrahlen 24 zeitgleich auf eine Eintrittsfläche 28 der Einrichtung 22 treffen. Die Eintrittsfläche 28 erstreckt sich senkrecht zur Ausbreitungs¬ richtung der Teilstrahlen 24, sodass beim Eintritt der Teil- strahlen 24 in den transparenten Körper der Einrichtung 22 keine Brechung erfolgt, durch welche die Teilstrahlen 24 in eine andere Richtung abgelenkt würden.
Innerhalb des Körpers der Einrichtung 22 breitet sich jeder der Teilstrahlen 24 entlang eines anderen Ausbreitungspfads 30 aus. Die Ausbreitungspfade 30 sind hier parallel zueinan¬ der ausgerichtet. Entlang eines jeden Ausbreitungspfads 30 ergibt sich für die einzelnen Teilstrahlen 24 eine unterschiedliche optische Weglänge, sodass die einzelnen Wellen- fronten der Teilstrahlen 24 entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 auseinanderlaufen. Beim Austritt der Teilstrahlen 24 aus einer Austrittsfläche 32 des Körpers der Einrichtung 22 sind die einzelnen einander entsprechenden Wellenfronten der Teilstrahlen 24 auseinandergelaufen, sodass sich eine aufgefächerte Wellenfront 34 ergibt. Austrittsflä¬ che 32 ist wie die Eintrittsfläche 28 senkrecht zur Ausbrei¬ tungsrichtung des Laserstrahls 24 angeordnet, sodass sich auch hier keine Brechung ergibt.
Die so entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 einander ortsversetzten Wellenfronten der aufgefächerten Wellenfront 34 entsprechen einem Phasenversatz der Teilstrahlen 24, welchen die Teilstrahlen 24 nach Austritt aus dem Körper der Einrichtung 22 aufweisen.
Die derart gegeneinander phasenverschobenen Teilstrahlen 24 bilden nach Austritt aus der Einrichtung 22 den auf den Spiegel 16 treffende Laserstrahl 14 mit phasenverschobenen Teilstrahlen 24 und beleuchten den Bereich 20 auf der Projektionsfläche 18, wobei eine Ausprägung eines Speckle- Interferenzmusters aufgrund des Phasenversatzes der einzelnen Teilstrahlen 24 signifikant abgeschwächt ist.
Anhand von Fig. 3 und Fig. 4 ist im Folgenden erläutert, wie der Körper der Einrichtung 22 ausgestaltet sein kann, um eine Phasendifferenz oder Phasenversatz Δφ mittels unterschiedlicher, für das Licht des Laserstrahls 14 transparenter Körper zu erzeugen.
Die Variation der optischen Weglänge lässt sich auf mehrere Weisen erhalten. Startpunkt ist der kollineare Laserstrahl 14, der in einen optisch transparenten Körper 36 eintritt. Die Ausbreitungsrichtung der einzelnen Teilstrahlen 24 bleibt unverändert, wenn die optischen Übergänge senkrecht zur Aus¬ breitungsrichtung der Teilstrahlen 24 stehen. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel weist der Körper 36 der Phasen- Versatz-Einrichtung 22 ein treppenförmiges Ausgangsprofil 38 auf. Jeder der Teilstrahlen 24 legt daher einen unterschiedlich langen geometrischen Weg innerhalb des Körpers 36 auf seinen Weg zum Spiegel 16 zurück. Hierdurch ergibt sich eine in Fig. 3 in einen Diagramm 40 veranschaulichte Phasendiffe- renz Δφ für die einzelnen Teilstrahlen 24 entlang einer
Erstreckungsrichtung X des Körpers 36 quer zur Ausbreitungsrichtung der Strahlen 24. In dem Diagramm 40 dient dabei der in Fig. 3 oberste Teilstrahl 24 als Referenz, für den sich entsprechend eine Phasendifferenz von 0° ergibt. Ein benach- barter Teilstrahl weist zu diesem Referenz-Strahl dann eine Phasendifferenz D auf. Die Phasendifferenz kann zwischen 0° und 180° betragen.
In Fig. 4 ist eine zweite Möglichkeit dargestellt, wie durch eine Phasen-Versatz-Einrichtung 22 für die Teilstrahlen 24 des Laserstrahl 14 Ausbreitungspfade mit unterschiedlichen optischen Weglängen bereitgestellt werden können. Die Phasen- Versatz-Einrichtung 22 weist hier einen transparenten Körper 36' auf, beispielsweise einen Quader, der einen quer zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 ortsveränderlichen Bre- chungsindex aufweist. Der Brechungsindex kann hierbei z.B. gemäß einer stetigen Funktion kontiunierlich größer oder kleiner werden. Entsprechende Materialen, die einen solchen Gradienten im Brechungsindex aufweisen, sind an sich aus dem Stand der Technik bereits bekannt. In Fig. 4 ist in einem Diagramm 42 eine sich durch Verwendung des Körpers 36' ergebende Phasendifferenz in Abhängigkeit von der Erstreckungs¬ richtung X als kontinuierlicher Graph 44 dargestellt.
In dem Körper 36' kann auch vorgesehen sein, dass sich der Brechungsindex in Stufen ändert. Hierzu kann der Körper 36 aus mehreren Schichten 46 gebildet sein, die jeweils ein Ma¬ terial mit einem anderen Brechungsindex aufweisen. Beispiels¬ weise können die Schichten 46 jeweils durch eine Folie aus einem entsprechenden Material gebildet sein. Die Folien kön- nen durch Aufeinanderkleben oder Verschweißen zu dem Körper 36 zusammengesetzt werden. Ein entsprechend resultierender stufenförmiger Verlauf 48 der Phasendifferenz ist in dem Diagramm 42 ebenfalls dargestellt. Eine andere Möglichkeit, meh- rere Schichten 46 mit unterschiedlichen Brechungsindex zu bilden, besteht darin, transparente Materialen, wie Kunstharze, in Schichten aufeinander zu gießen und hierbei einzelne Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex zu verwenden. Die Unterschiede zwischen den Brechungsindizes können beispielsweise derart gewählt sein, dass eine Schicht 46 ei¬ nen Brechungsindex von 1,5 aufweist, und eine benachbarte Schicht einen Brechungsindex von 1,52.
Bei den in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Beispielen ergibt sich eine Phasendifferenz Δφ zunächst nur entlang einer einzigen Erstreckungsrichtung X quer zur Ausbreitungsrichtung der
Teilstrahlen 24. Um den Effekt eines Phasenversatzes in zwei Richtungen zu erhalten, ist es vorteilhaft, nach dem ersten Körper 36 bzw. 36' einen um 90° verdrehten Körper mit vergleichbarer Ausgestaltung im Strahlenweg anzuordnen. Damit lässt sich der Effekt einfach auf die zweite, senkrecht zur X-Achse stehenden Achse erweitern. Möglich ist auch, eine zwei-dimensionale Maske zu benützen. Das stufenförmige Profil 38 und die Maske können beispielsweise mittels eines Ätzver¬ fahrens ausgebildet werden, wie es im Zusammenhang mit der Bildung von Face-Shift-Masken für Lithografien bekannt ist. Je mehr Teilstrahlen hierbei durch die entsprechende Anzahl von Stufen definiert werden und je unterschiedlicher die Phasendifferenz zwischen den einzelnen Teilstrahlen ausfällt, desto besser lässt sich Speckle unterdrücken.
Durch die Beispiele ist gezeigt, wie eine Phasen-Versatz- Einrichtung bereitgestellt werden kann, die sich einfach auch in bestehende Architekturen von Laserprojektoren integrieren lässt. Da sie nur aus einem Bauteil besteht, ist der Kosten¬ aufwand für ihre Herstellung gering. Dennoch lässt sich effi- zient ein Speckle-Interferenzmuster soweit unterdrücken, dass ein Betrachter einer Projektion keinen störenden Speckle wahrnimmt. Die beschriebenen Körper lassen sich auch einfach in einen Bewegungsmechanismus (wie Drehung, Rotation, Vibra- tion, Schütteln) integrieren, welcher die Körper bewegt, wodurch ein möglicher, verbleibender Speckle durch die zeitliche Variierung der Ausbreitungspfade weiter abgeschwächt wird .

Claims

Laserprojektor (10) mit wenigstens einer Laserquelle (12), mittels welcher ein Laserstrahl (14) abstrahlbar ist, sowie mit einer im Strahlenweg des Laserstrahls (14) angeordneten Phasen-Versatz-Einrichtung (22), welche Phasen (26) von parallel ausgerichteten Teilstrahlen (24) des Laserstrahls (14) gegeneinander verschiebt, wenn der Laserstrahl (14) die Phasen-Versatz-Einrichtung (22) durchdringt, wobei die Phasen-Versatz-Einrichtung (22) hierzu für die einzelnen Teilstrahlen (24) jeweils Ausbreitungspfade (30) mit unterschiedlichen optischen Weglängen aufweist.
Laserprojektor (10) nach Anspruch 1, wobei die Phasen- Versatz-Einrichtung (22) eine Anordnung aus wenigstens einem für das Licht der Laserquelle (12) transparenten Körper (36, 36' ) und die Anordnung zum Strahlenweg senk¬ rechte optische Übergänge (28, 32) aufweist und hierzu Oberflächenbereiche (28), durch welche die Teilstrahlen (24) in die Anordnung eintreten, und Oberflächenbereiche (32), durch welche die Teilstrahlen (24) aus der Anordnung austreten, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Teilstrahlen (24) ausgerichtet sind.
Laserprojektor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Phasen-Versatz-Einrichtung einen im Strahlenweg angeordneten und für das Licht des Laserquelle transparenten Körper (36) mit einem stufenförmigen Profil (38) umfasst, sodass eine Mehrzahl von Oberflächenbereichen stufenförmig versetzt zueinander angeordnet ist und hierbei jeder Teilstrahl (24) einen anderen Oberflächenbereich durchdringt, wenn der Laserstrahl (14) durch den Körper (36) hindurchtritt .
4. Laserprojektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Phasen-Versatz-Einrichtung (22) eine Anordnung aus wenigstens einen für das Licht der Laserquelle (12) transparenten Körper (36) umfasst, an welcher treppenförmige Bereiche ausgebildet sind, wobei die trep- penförmigen Bereiche bezüglich ihrer Ausrichtung senkrecht zum Strahlenweg gegeneinander verdreht, bevorzugt senkrecht zueinander, angeordnet sind.
5. Laserprojektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Phasen-Versatz-Einrichtung (22) einen für das Licht der Laserquelle (12) transparenten Körper (36' ) aufweist, bei welchem ein Wert für den Bre¬ chungsindex entlang zumindest einer Erstreckungsrichtung (X) des Körpers (36') ortsabhängig ist.
6. Laserprojektor (10) nach Anspruch 5, bei welchem der den ortsabhängigen Brechungsindex aufweisende Körper (36' ) aus einer Schichtanordnung aus wenigstens zwei aufeinander angeordneten Schichten (46) gebildet ist, die jeweils ein Material umfassen, welches einen anderen Brechungsindex aufweist als ein Material der benachbarten Schicht (46) .
7. Laserprojektor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Phasen-Versatz-Einrichtung (22) die optischen Weglängen zumindest einiger der Ausbreitungspfade (30) im Betrieb des Laserprojektors (10) veränder¬ bar sind.
8. Laserprojektor (10) nach Anspruch 7, wobei die Phasen- Versatz-Einrichtung (22) einen im Strahlenweg angeordneten, für das Licht der Laserquelle (12) transparenten Körper (36, 36' ) aufweist, durch welchen die veränderba¬ ren Ausbreitungspfade verlaufen und welcher mittels einer Bewegungseinrichtung der Phasen-Versatz-Einrichtung (22) im Betrieb des Laserprojektors (10) bewegbar ist.
9. Laserprojektor nach Anspruch 7 oder 8, bei welchem die Phasen-Versatz-Einrichtung ein Material umfasst, dessen Brechungsindex von einem das Material durchdringenden elektrischen oder magnetischen Feld abhängig ist und eine Feldstärke des Feldes bei dem Laserprojektor im Betrieb veränderbar ist.
10. Laserprojektor mit einer in einem Strahlenweg einer Laserquelle angeordneten Linse, die ein gestuftes Profil aufweist .
11. Laserprojektor mit einer in einem Strahlenweg einer Laserquelle angeordneten Linse, die ein Material mit einem ortsabhängigen Brechungsindex aufweist.
12. Verfahren, bei welchem mittels wenigstens einer Laserquelle (12) ein beleuchteter Bereich (20) auf einer Projektionsfläche (18) erzeugt wird, umfassend die Schritte:
- Erzeugen eines Laserstrahls (14) mittels einer der we¬ nigstens einen Laserquelle (12);
- Verschieben der Phasen (26) von benachbarten Teilstrahlen (24) des Laserstrahls (14) gegeneinander und hierdurch Erzeugen eines Phasenunterschieds (Δφ) zwischen den einzelnen Teilstrahlen (24) des Laserstrahls (14);
- Projizieren des Laserstrahls (14), dessen Teilstrahlen (24) phasenverschoben (34) sind, auf die Projektionsflä¬ che (18) .
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