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Dokumentenidentifikation DE102004062418B4 31.05.2007
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Speckle-Reduzierung in laserquellenbasierten Projektionssystemen
Anmelder Johnson Controls GmbH, 51399 Burscheid, DE
Erfinder Kirsch, Oliver, Dipl.-Ing., 42111 Wuppertal, DE;
Ziegler, Wolfgang, Dr.-Ing., 76307 Karlsbad, DE
Vertreter Kutzenberger & Wolff, 50668 Köln
DE-Anmeldedatum 20.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004062418
Offenlegungstag 29.06.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse G03H 1/32(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 27/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G03B 21/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Bildspeckles bei laserquellenbasierten Projektionssystemen mit mindestens einer Laserquelle und einem Projektionsmittel.

Die Verwendung von Laserquellen in einem Projektionssystem ermöglicht die Erzeugung von Bildern mit sehr großem Farbraum. Die Bildqualität wird jedoch durch sogenannte Speckles geschmälert. Speckles entstehen, wenn kohärentes Licht, beispielsweise Laser, aus eine raue Oberfläche trifft und dort gestreut wird, wie es beispielsweise beim Auftreffen von Laserlicht auf einen Projektionsschirm der Fall ist. Die Lichtwellen, die in einem Tal der Oberfläche reflektiert werden, benötigen länger zu einem Betrachtungspunkt als die Lichtwellen, die an einer Erhöhnung der Oberfläche reflektiert werden. Im Betrachtungspunkt überlagern sich die Lichtwellen aller Streuzentren miteinander. Dabei entstehen zu einen destruktive Interferenzen, bei denen sich die überlagerten Lichtwellen gegenseitig auslöschen, wodurch dunkle Punkte im Betrachtungspunkt entstehen und zum anderen konstruktiver Interferenz, bei denen sich überlagernde Lichtwellen verstärken, so dass helle Lichtpunkte erscheinen. Dies resultiert in einer charakteristischen Lichtverteilung im Betrachtungspunkt, dem sogenannten Laserspeckle, und führt zu einem insgesamt körnigen Bildeindruck. Da dieses Phänomen die Bildqualität mindert, ist eine Reduktion des Speckles sehr wünschenswert.

Eine Reduzierung von Specklen kann erreicht werden, in dem mehrere verschiedene und voneinander unabhängige Specklemuster zeitlich nacheinander überlagert werden. Ein gebräuchlicher Ansatz verschiedene Specklemuster zu erzeugen und diese zu überlagern, besteht darin, einen Diffusor in den Strahlengang einzufügen, dessen Eigenschaften sich zeitlich ändern. Lösungen gemäß dem Stand der Technik beschreiben beispielsweise das Einfügen einer rotierenden Scheibe in den Strahlengang, wobei der Laserstrahl durch die Scheibe hindurchstrahlt. Verursacht durch die Rotation werden zeitlich nacheinander verschiedene Specklemuster realisiert. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass hier mechanisch bewegte Teile verwendet werden. Bei einem Projektionssystem, bei dem Bildaufbau dadurch realisiert wird, dass nacheinander die einzelnen Bildpunkte einer Zeile geschrieben werden, ist eine solche mechanische Lösung aufgrund der zeitlichen Bedingungen nicht zu realisieren.

Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterdrückung des Bildspeckles bei laserquellenbasierten Projektionssystemen zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und einem Verfahren gemäß Patentanspruch 7.

Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens in Anspruch 8 beansprucht.

Erfindungsgemäß weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Laserquelle auf. Bei dieser Laserquelle kann es sich um eine beliebige Laserquelle handeln, mit der es möglich ist, Bildpunkte zu erzeugen.

Des weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Projektionsmittel auf. Auf dieses Projektionsmittel wird der Lichtpunkt der Laserquelle projiziert. Bei dem Projektionsmittel kann es sich beispielsweise um eine Fläche handeln, von der aus der Lichtpunkt zu dem Betrachtungspunkt reflektiert wird. Alternativ kann es sich jedoch auch um eine Fläche handeln, die von dem Lichtstrahl durchstrahlt und dadurch im Betrachtungspunkt sichtbar ist.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Laserquelle und dem Projektionsmittel ein Volumenhologramm angeordnet. Ein Volumenhologramm im Sinne der Erfindung ist ein Hologramm, in dem mehrere Bilder, beispielsweise sogenannten Phasenmuster, abgespeichert sind, die unabhängig voneinander und einzeln ausgelesen werden können. Bei dem Volumenhologramm kann es sich um ein holographisches Gitter, das eine nicht zu vernachlässigende Tiefe, also eine Ausdehnung in der Ausbreitungsrichtung der Lichtstrahlen, besitzt, handeln. Vorzugsweise ist das Volumenhologramm ein Reflexionshologramm. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Volumenhologramm ein Transmissionshologramm. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass die der Laserquelle abgewandte Seite des Volumenhologramms als Projektionsmittel nutzbar ist.

Erfindungsgemäß weist das Volumenhologramm mehrere, vorzugsweise mindestens 20, ganz besonders bevorzugt mindestens 50, Phasenmuster auf, wobei jedes Phasenmuster eine andere Reflexion oder Transmission des auf sie auftreffenden kohärenten Lichtes bewirkt. Dadurch ergeben sich viele unterschiedliche Specklemuster, die vom Auge integriert werden, so dass die oben erwähnten dunklen bzw. hellen Punkte bei der Betrachtung entfallen.

Erfindungsgemäß sind die Phasenmuster voneinander unabhängig und einzeln voneinander auslesbar. Eine bevorzugte Ausführungsform, auf die die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, ist die Auslesung der unterschiedlichen Phasenmustern durch eine Änderung der Polarisation des Laserstrahls; d. h. durch die Änderung der Polarisation des Laserstrahls sind nacheinander unterschiedliche Phasenmuster, die mit derselben Polarisation in dem Hologramm auch hinterlegt wurden, eingespeichert worden.

Erfindungsgemäß werden mindestens 1.000 Phasenmuster pro Sekunde ausgelesen.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich Mittel zur Ablenkung des Laserstrahls auf. Mit dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht nur die Darstellung eines Bildpunktes, sondern eines zweidimensionalen Bildes möglich.

Es war für den Fachmann überaus erstaunlich und nicht zu erwarten, dass es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, sehr einfach und kostengünstig Bildspeckles bei laserquellenbasierten Projektionssystemen zu unterdrücken. Da zur Unterdrückung des Bildspeckles keine zusätzlichen bewegten Teile nötig sind, ist die vorliegende Erfindung sehr wartungsarm und ausgesprochen robust, so dass sie sich beispielsweise auch zum Einbau in bewegten Systemen, wie beispielsweise Fahrzeugen, bei denen massive Schwingungen auftreten, eignet.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Unterdrückung von Bildspeckles bei Laserquellen basierten Projektionssystemen mit mindestes einer Laserquelle und einem Projektionsmittel, bei dem zwischen der Laserquelle und dem Projektionsmittel ein Volumenhologramm angeordnet wird.

Bezüglich der Laserquelle des Projektionsmittels und des Volumenhologramms wird auf die oben gemachten Aussagen verwiesen.

Erfindungsgemäß weist das Volumenhologramm mehrere Phasenmuster auf, die einzeln ausgelesen werden.

Weiterhin bevorzugt werden die Phasenmuster durch eine Änderung der Polarisation des Laserlichts ausgelesen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich zur Unterdrückung von Bildspecklen bei laserquellenbasierten Projektionssystemen beliebiger Art.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von 1 erläutert. Diese Erläuterungen sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. Die Erläuterungen gelten für die erfindungsgemäße Vorrichtung und für das erfindungsgemäße Verfahren gleichermaßen.

1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung von Bildspecklen bei laserquellenbasierten Projektionssystemen.

In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Unterdrückung von Bildspecklen bei laserquellenbasierten Projektionssystemen 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist einen Laserprojektor 7 und zumindest ein Volumenhologramm 4 auf. In dem Laserprojektor ist ein Laser bzw. eine Laserdiode 2 angeordnet, die einen kohärenten Lichtstrahl 8 emittiert, dessen Polarisation mittels einer Vorrichtung 5veränderbar ist und der mittels einer Vorrichtung 6 beispielsweise einem Spiegel in der durch die Doppelpfeile dargestellte Richtung ablenkbar ist, so dass ein zweidimensionales Bild erzeugt wird. Dieses Bild trifft auf ein Volumenhologramm 4, in dem mehrere Phasenmuster abgespeichert sind. Dieses Volumenhologramm kann als Transmissionshologramm ausgeführt sein, so dass die Rückseite 3 des Hologramms 4 gleichzeitig die Projektionsfläche für das darzustellende Bild ist. Das Volumenhologramm kann jedoch auch ein Reflexionshologramm sein. In diesem Fall wird der Laserstrahl von dem Hologramm reflektiert und auf ein weiteres nicht dargestelltes Projektionsmittel projiziert. Je nach Polarisation des Lichtes werden aus dem Volumenhologramm unterschiedliche Phasenmuster ausgelesen, die jeweils ein anderes Specklemuster erzeugen. Diese unterschiedlichen Specklemuster werden, aufgrund ihrer schnellen Folge, von dem Auge des Betrachters integriert, so dass die oben beschriebenen dunklen bzw. hellen Punkte bei der Betrachtung des erzeugten Bildes nicht mehr auftreten. Vorzugsweise werden pro Sekunde mindestens 1.000 Specklemuster ausgelesen.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Unterdrückung von Bildspeckles bei Laserquellen basierten Projektionssystemen (1) mit mindestens einer Laserquelle (2), und einer Projektionsfläche (3), wobei das Projektionssystem (1) zwischen Laserquelle (2) und Projektionsfläche (3) ein Volumenhologramm (4) aufweist und wobei in dem Volumenhologramm (4) mehrere Phasenmuster abgespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenmuster voneinander unabhängig und einzeln voneinander, in schneller Folge von mindestens 1000 Phasenmustern pro Sekunde auslesbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm (4) ein Reflektionshologramm ist. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenhologramm (4) ein Transmissionshologramm ist. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Laserquelle abgewandte Seite des Volumenhologramms (4) das Projektionsfläche (3) ist. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisation des Laserstrahls veränderbar ist. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Ablenkung der Laserstrahlen aufweist, so dass ein zweidimensionales Bild erzeugbar ist. Verfahren zur Unterdrückung von Bildspeckles bei Laserquellen basierten Projektionssystemen (1) mit mindestes einer Laserquelle (2), und einer Projektionsfläche (3), wobei zwischen der Laserquelle (2) und der Projektionsfläche (3) ein Volumenhologramm (4) angeordnet wird und wobei das Volumenhologramm mehrere Phasenmuster aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenmuster voneinander unabhängig und einzeln, in schneller Folge von mindestens 1000 Phasenmustern pro Sekunde ausgelesen werden, wobei mit den unterschiedlichen Phasenmustern unterschiedliche Specklemuster erzeugt werden. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenmuster durch Änderung der Polarisation des Laserlichtes ausgelesen werden.






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