DE10035040A1 - Raster image generation device e.g. for laser projector, uses laser beam source for generating a scanning beam - Google Patents
Raster image generation device e.g. for laser projector, uses laser beam source for generating a scanning beamInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft unter anderem Abtastvorrichtungen zum Erzeugen eines Rasterbildes. Eine Abtastvorrichtung enthält eine Strahlungsquelle zum Erzeugen eines Abtast strahls, zum Beispiel eines Laserstrahls. Weiterhin enthält die Abtastvorrichtung eine Zeilen-Ablenkeinheit, eine Spal ten-Ablenkeinheit sowie eine Modulationseinheit. Die Zei len-Ablenkeinheit dient zum Führen des Abtaststrahls ent lang einer Zeilenrichtung, zum Beispiel entlang einer Hori zontalen. Die Spalten-Ablenkeinheit führt den Abtaststrahl entlang einer quer zur Zeilenrichtung liegenden Spalten richtung, zum Beispiel entlang einer Vertikalen. Mit Hilfe der Modulationseinheit wird der Abtaststrahl gemäß einem Bildsignal moduliert. Die Modulation erfolgt so, dass auf einer durch den Abtaststrahl abgetasteten Fläche ein Ra sterbild mit matrixartig angeordneten Bildelementen ver schiedener Darstellungsart erzeugt wird.The invention relates, inter alia, to scanning devices to create a raster image. A scanner contains a radiation source for generating a scan beam, for example a laser beam. Furthermore contains the scanner has a line deflector, a column ten deflection unit and a modulation unit. The time len deflection unit serves to guide the scanning beam along a line direction, for example along a Hori zontal. The column deflection unit guides the scanning beam along a column transverse to the row direction direction, for example along a vertical. With help the modulation unit is the scanning beam according to a Image signal modulated. The modulation is such that on of an area scanned by the scanning beam is an Ra star image with matrix elements arranged ver different types of display is generated.
Fig. 1 zeigt einen bekannten Laserprojektor 10. Eine La sereinheit 12 erzeugt einen Laserstrahl 13, der auf die ebenen Flächen eines sich drehenden Polygonspiegels 14 ge richtet ist, zum Beispiel auf die Spiegelfläche 16. Die Lasereinheit 12 enthält außerdem eine Modulationseinheit zum Modulieren des Laserstrahls 13, z. B. durch Vorgabe des durch eine Laserdiode fließenden Stromes. Der Polygonspie gel 14 rotiert um eine Drehachse 18 mit konstanter Rotati onsgeschwindigkeit, siehe Drehrichtungspfeil 20. Auf Grund des sich durch die Drehung ändernden Einfallswinkels des Laserstrahls 13 auf die Spiegelflächen wird der Laserstrahl 13 in einer Zeilenrichtung, siehe Pfeil 22, zu einem Galva nometerspiegel 24 hin abgelenkt. Durch die Bewegung einer Spiegelfläche, zum Beispiel 16, am Laserstrahl 13 vorbei wird eine Abtastzeile erzeugt. Fig. 1 shows a known laser projector 10. A laser unit 12 generates a laser beam 13 which is directed onto the flat surfaces of a rotating polygon mirror 14 , for example onto the mirror surface 16 . The laser unit 12 also includes a modulation unit for modulating the laser beam 13 , e.g. B. by specifying the current flowing through a laser diode. The polygon mirror 14 rotates on an axis of rotation 18 at a constant rotation speed, see the direction of rotation arrow 20 . Due to the changing angle of incidence of the laser beam 13 on the mirror surfaces, the laser beam 13 is deflected in a row direction, see arrow 22 , to a galvanometer mirror 24 . A scanning line is generated by moving a mirror surface, for example 16, past the laser beam 13 .
Der Galvanometerspiegel 24 ist eben und um eine Drehachse 26 drehbar gelagert. Durch eine nicht dargestellte An triebseinheit führt der Galvanometerspiegel 24 eine Schwenkbewegung zwischen zwei vorgegebenen Winkelstellungen aus, siehe Pfeil 28. Die Stellung des Galvanometerspiegels 24 ändert sich beim Abtasten einer Zeile nur unwesentlich. Durch die Schwenkbewegung des Galvanometerspiegels 24 wird der vom Polygonspiegel 14 kommende Laserstrahl jedoch ent lang einer Spaltenrichtung abgelenkt, siehe Pfeil 30.The galvanometer mirror 24 is flat and rotatable about an axis of rotation 26 . By a not shown drive unit to the galvanometer mirror 24 performs a pivotal movement between two predetermined angular positions, see arrow 28th The position of the galvanometer mirror 24 changes only slightly when scanning a line. The pivoting movement of the galvanometer mirror 24 , however, deflects the laser beam coming from the polygon mirror 14 ent along a column direction, see arrow 30 .
Somit arbeitet der Polygonspiegel 14 als Zeilen-Ablenkein heit. Der Galvanometerspiegel 24 arbeitet als Spalten- Ablenkeinheit.Thus, the polygon mirror 14 works as a line deflection unit. The galvanometer mirror 24 works as a column deflection unit.
Der vom Galvanometerspiegel 24 reflektierte Laserstrahl trifft auf eine Streuscheibe 32 und erzeugt dort abhängig von der Modulation des Laserstrahls 13 ein Rasterbild 34, das aus matrixförmig angeordneten Bildelementen besteht.The laser beam reflected by the galvanometer mirror 24 strikes a diffusing screen 32 and, depending on the modulation of the laser beam 13, generates a raster image 34 which consists of matrix elements arranged in the form of a matrix.
Nachteilig an dem bekannten Laserprojektor 10 ist, dass auf Grund von Interferenz-Erscheinungen bei der Darstellung des Rasterbildes 34 sogenannte Speckle-Muster auftreten.A disadvantage of the known laser projector 10 is that so-called speckle patterns occur due to interference phenomena when displaying the raster image 34 .
Fig. 2 zeigt einen auf der Streuscheibe 32 dargestellten Pfeil 50. Der Pfeil 50 wird durch einen zusammenhängenden Bereich vom Laserstrahl 12 bestrahlter Bildelemente er zeugt. Wird ein Laserstrahl mit rotem Laserlicht verwendet, so müssten sämtliche Bildelemente zur Darstellung des Pfeils 50 rot erscheinen, das heißt in der schwarzweiß Fig. 2 schwarz dargestellt werden. Auf Grund der Interfe renz-Erscheinungen entsteht jedoch das in Fig. 2 darge stellte Muster innerhalb des Pfeils 50. Durch dieses Muster erscheint der Pfeil 50 unscharf, und der durch das Speckle- Muster hervorgerufene Bildeindruck ist störend. Die zum Entstehen des Speckle-Musters führenden physikalischen Zu sammenhänge sind beispielsweise in dem Buch "Optik, Laser, Wellenleiter" von Matt Young, Springer, 1997, Seiten 141- 143, erläutert. Fig. 2 shows an arrow 50 shown on the diffusing plate 32. The arrow 50 is generated by a coherent area of the laser beam 12 irradiated picture elements. If a laser beam with red laser light is used, all picture elements for the representation of the arrow 50 would have to appear red, that is to say shown in black in the black and white FIG. 2. Due to the interference phenomena, however, the pattern shown in FIG. 2 arises within the arrow 50 . This pattern causes the arrow 50 to appear blurred and the image impression caused by the speckle pattern is annoying. The physical relationships that lead to the formation of the speckle pattern are explained, for example, in the book "Optics, Lasers, Waveguides" by Matt Young, Springer, 1997, pages 141-143.
Zur Vermeidung des Speckle-Musters wurde beispielsweise in dem U.S.-Patent Nr. 5 272 473 vorgeschlagen, den Laser strahl zunächst aufzuweiten. Anschließend wird der Laser strahl auf ein Mikrospiegelarray gelenkt, das aus dem auf geweiteten Laserstrahl mehrere Einzelstrahlen erzeugt, die mit unterschiedlichen Laufzeiten und unter unterschiedlichen Winkeln auf den Projektionsschirm auftreffen. Diese Maßnahmen sind sichtbar aufwendig.To avoid the speckle pattern, for example, in U.S. Patent No. 5,272,473 proposed the laser beam to expand first. Then the laser beam directed onto a micromirror array that emerges from the widened laser beam generates several single beams with different terms and under different Impact angles on the projection screen. This Measures are visibly complex.
Aus dem U.S.-Patent Nr. 5 828 424 ist ein Laserprojektor bekannt, bei dem das Speckle-Muster auf Grund einer sehr kurzen Impulsansteuerung bei der Modulation abgeschwächt wird. Dieses Vorgehen erfordert jedoch eine Laserlichtquel le sehr hoher Leistung.U.S. Patent No. 5,828,424 is a laser projector known, in which the speckle pattern due to a very short pulse control during modulation weakened becomes. However, this procedure requires a laser light source le very high performance.
Die Anzahl der mit bekannten Abtastvorrichtungen darstell baren Bildpunkte ist außerdem eingeschränkt. Dies führt un ter anderem dazu, dass die projizierte Bildgröße bei noch vertretbarer Auflösung beschränkt ist. Die Auflösung be zeichnet in diesem Zusammenhang die Anzahl der Bildelemente pro Bezugsstrecke, zum Beispiel pro Inch (24,5 mm), in Zei lenrichtung bzw. in Spaltenrichtung.Represent the number of known scanning devices pixel is also restricted. This leads us inter alia that the projected image size is still at acceptable resolution is limited. The resolution be draws the number of picture elements in this context per reference distance, for example per inch (24.5 mm), in times len direction or in the column direction.
Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Problematik, ein fach aufgebaute Abtastvorrichtungen anzugeben, die im Ver gleich zu den bekannten Abtastvorrichtungen verbesserte Leistungsmerkmale haben. Insbesondere soll in den mit die sen Abtastvorrichtungen projizierbaren Rasterbildern kein Speckle-Muster auftreten. Außerdem soll eine Verwendung der Abtastvorrichtungen und ein zugehöriges Abtastverfahren an gegeben werden.It is the problem underlying the invention, a Specify constructed scanning devices that in Ver improved to the known scanning devices Have performance features. In particular, in the with raster images that can be projected on scanning devices Speckle patterns occur. In addition, the use of Scanners and an associated scanning method are given.
Die Erfindung schafft Abtastvorrichtungen gemäß Patentan spruch 1, 2 oder 4 gelöst. Weiterbildungen sind in den Un teransprüchen angegeben. The invention provides scanning devices according to the patent saying 1, 2 or 4 solved. Further training is in the Un claims specified.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass beim Ver wenden nur einer Strahlungsquelle und einer Zeilen-Spalten- Abtasteinheit mit vertretbarem technischen Aufwand nur eine beschränkte Anzahl von Bildelementen pro Rasterbild darge stellt werden kann. Derzeit sind beispielsweise 1000 mal 1000 Bildelemente mit einer solchen Abtastvorrichtung dar stellbar. Weiterhin geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß bei Abtastvorrichtungen, bei der der Laserstrahl eine Oberfläche direkt beschreibt und dort ein reelles Bild erzeugt, keine den Strahlungsgang des Laserstrahls beein flussende optische Elemente zusätzlich zur Zeilen-Spalten- Ablenkeinheit eingesetzt werden müssen. Damit gibt es aber auch keine störenden Randverzerrungen bei der Darstellung eines Rasterbildes, wie sie bei der Verwendung von Linsen systemen auftreten.The invention is based on the knowledge that when ver apply only one radiation source and one row-column Scanning unit with justifiable technical effort only one limited number of picture elements per raster image can be put. For example, there are currently 1000 times 1000 pixels with such a scanner adjustable. Furthermore, the invention proceeds from the knowledge from that in the case of scanning devices in which the laser beam describes a surface directly and there a real picture generated, does not affect the radiation path of the laser beam flowing optical elements in addition to row-column Deflection unit must be used. But there is also no disturbing edge distortions in the display a raster image, such as when using lenses systems occur.
Deshalb wird bei den erfindungsgemäßen Abtastvorrichtungen das Gesamtbild in mehrere Teilbilder zerlegt, die ohne zu sätzliche Maßnahmen verzerrungsfrei nebeneinander proji ziert werden. Bei verschiedenen Aspekten der Erfindung wer den die Teilbilder durch den Einsatz unterschiedlicher technischer Maßnahmen erzeugt.Therefore, in the scanning devices according to the invention the overall picture is broken down into several drawing files, which without additional measures without distortion next to each other proji be decorated. In various aspects of the invention, who which the drawing files use different generated technical measures.
Bei einer Abtastvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung enthält die Abtastvorrichtung zusätzlich zu den eingangs genannten Einheiten mindestens eine weitere Strah lungsquelle zum Erzeugen eines weiteren Abtaststrahls sowie eine weitere Modulationseinheit zum Modulieren des weiteren Abtaststrahls. Der weitere Abtaststrahl wird in einem ande ren Winkel als der eingangs erwähnte Abtaststrahl auf die Zeilen und/oder Spalten-Ablenkeinheit gerichtet. Die weite re Modulationseinheit moduliert den weiteren Abtaststrahl gemäß dem Bildsignal derart, dass auf der durch den weite ren Abtaststrahl abgetasteten Fläche ein weiteres Raster bild erzeugt wird. Beide Rasterbilder bzw. alle Rasterbil der sind Teilbilder eines zum Bildsignal gehörenden Gesamt bildes.In a scanning device according to a first aspect of the Invention includes the scanner in addition to units mentioned at the beginning at least one further beam development source for generating a further scanning beam and a further modulation unit for modulating the further Scanning beam. The further scanning beam is in another ren angle than the above-mentioned scanning beam on the Rows and / or column deflection directed. The wide one right modulation unit modulates the further scanning beam according to the image signal such that on the through the wide Ren scanning beam scanned area another grid image is generated. Both raster images or all raster images these are partial images of a total belonging to the image signal image.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass zwar eine weitere Strahlungsquelle und eine weitere Modulationseinheit ver wendet werden müssen, dass andererseits jedoch die Zeilen- Spalten-Ablenkeinheit mehrfach genutzt werden kann. Die Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit dient nämlich zum Ablenken zweier Abtaststrahlen, die jeweils ein eigenes Teilbild er zeugen. Die Teilbilder sind auf der abgetasteten Fläche beispielsweise nebeneinander oder untereinander angeordnet. Beide Abtaststrahlen werden gleichzeitig oder mit zeitli chem Versatz zueinander moduliert. Bei einer Alternative wird nur eine Modulationseinheit zum Modulieren beider Ab taststrahlen eingesetzt. Eine Umschalteinheit dient zum Wechsel von der Modulation des einen Abtaststrahls zur Mo dulation des anderen Abtaststrahls.This measure ensures that one more Radiation source and another modulation unit ver must be used, but on the other hand the line Column deflection unit can be used several times. The Row-column deflection unit is used for deflection two scanning beams, each with its own field witness. The drawing files are on the scanned surface for example arranged side by side or one below the other. Both scanning beams are simultaneously or with time chem offset to each other modulated. With an alternative is only one modulation unit for modulating both Ab probe beams used. A switchover unit is used for Change from modulation of one scanning beam to Mo dulation of the other scanning beam.
Bei einer Abtastvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt ent hält die Abtastvorrichtung zusätzlich zu den eingangs ge nannten Einheiten mindestens eine weitere Strahlungsquelle, eine weitere Zeilen-Ablenkeinheit, eine weitere Spalten- Ablenkeinheit sowie eine weitere Modulationseinheit. Die weitere Strahlungsquelle erzeugt einen weiteren Abtast strahl. Der weitere Abtaststrahl wird durch die weitere Zeilen-Ablenkeinheit entlang einer weiteren Zeilenrichtung geführt, die beispielsweise parallel zur eingangs genannten Zeilenrichtung liegt oder mit dieser Zeilenrichtung über einstimmt. Die weitere Spalten-Ablenkeinheit führt den wei teren Abtaststrahl entlang einer quer zur weiteren Zeilen richtung liegenden weiteren Spaltenrichtung. Die weitere Spaltenrichtung liegt beispielsweise parallel zur eingangs genannten Spaltenrichtung oder stimmt mit dieser Spalten richtung überein. Die weitere Modulationseinheit moduliert den weiteren Abtaststrahl gemäß dem Bildsignal derart, dass auf der durch den weiteren Abtaststrahl abgetasteten Fläche ein weiteres Rasterbild erzeugt wird. Das Rasterbild ist ein Teilbild eines zum Bildsignal gehörenden Bildes. Bei der Abtastvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt arbeiten demzufolge zwei herkömmliche Abtastvorrichtungen zur Erzeu gung von Teilbildern eines Gesamtbildes zusammen. Das Bild signal wird durch eine Ansteuervorrichtung so aufbereitet, dass jede Modulationseinheit mit einem Bildsignal angesteu ert wird, das die Bildinformationen des durch diese Modula tionseinheit zu modulierenden Teilbildes enthält. Es muss darauf geachtet werden, dass die Teilsysteme so zueinander ausgerichtet sind, dass die Teilbilder im Gesamtbild "naht los" nebeneinander angeordnet werden. Eine Synchronisation zwischen den Teilsystemen wird dann eingesetzt, wenn durch die Synchronisation sichtbare Verbesserungen der Bildquali tät erzielbar sind. In a scanning device according to a second aspect keeps the scanner in addition to the ge named units at least one further radiation source, another row deflection unit, another column Deflection unit and another modulation unit. The another radiation source generates another scan beam. The further scanning beam is through the further Line deflection unit along another line direction performed, for example, parallel to the above Row direction lies above or with this row direction matches. The further column deflection unit leads the white tter scanning beam along a cross to the other lines direction lying further column direction. The further one For example, the column direction is parallel to the beginning column direction mentioned or agrees with these columns direction. The further modulation unit modulates the further scanning beam according to the image signal such that on the area scanned by the further scanning beam another raster image is generated. The raster image is a partial image of an image belonging to the image signal. at of the scanner according to the second aspect consequently two conventional scanning devices for generating generation of partial images of an overall image. The picture signal is processed by a control device so that each modulation unit is controlled with an image signal that is the image information of this module tion unit to be modulated sub-picture contains. It must care is taken to ensure that the subsystems are mutually compatible are aligned so that the drawing files in the overall picture "approach los "can be arranged side by side. A synchronization between the subsystems is used when by the synchronization visible improvements in image quality are achievable.
Die Bildelemente beider Rasterbilder werden bei einer Wei terbildung gleichzeitig abgetastet. Dies erfordert eine Zwischenspeicherung eines Gesamtbildes, wie sie beispiels weise aus der digitalen Fernsehtechnik bekannt ist. Alter nativ können die Teilbilder jedoch auch hintereinander er zeugt werden, wobei zunächst die Bildelemente des einen Bildes und dann die Bildelemente des anderen Bildes darge stellt werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, ohne Zwi schenspeicherung des Gesamtbildes das Teilbild aus unter einander liegenden Teilbildern zusammenzufügen; falls im Bildsignal zuerst die Bildinformation für Bildelemente in oberen Zeilen und danach für die Bildelemente in unteren Zeilen übertragen werden. Außerdem läßt sich eine Modulati onseinheit zum Modulieren beider Abtaststrahlen verwenden, wenn die Teilbilder zeitlich nacheinander erzeugt werden.The picture elements of both raster images are in a Wei training sampled at the same time. This requires one Intermediate storage of an overall picture, as shown for example is known from digital television technology. age however, the drawing files can also be used one after the other be witnessed, first of all the picture elements of one Image and then the image elements of the other image be put. This opens up the possibility of no match The entire image is saved from under to join together sub-images; if in Image signal first the image information for picture elements in upper lines and then for the picture elements in lower ones Lines are transferred. In addition, a modulati use the unit to modulate both scanning beams, if the drawing files are generated one after the other.
Eine Abtastvorrichtung gemäß einem dritten Aspekt der Er findung enthält zusätzlich zu den eingangs genannten Ein heiten eine Teilbild-Ablenkeinheit zum Führen des eingangs erwähnten Abtaststrahls entlang einer Aufreihrichtung. In der Aufreihrichtung sind mehrere Teilbilder des zum Bildsi gnal gehörenden Bildes auf der abgetasteten Fläche aufge reiht.A scanner according to a third aspect of the Er invention contains, in addition to the aforementioned ones units a drawing deflection unit for guiding the entrance mentioned scanning beam along an alignment. In in the direction of alignment are several partial images of the image gnal associated image on the scanned surface lined up.
Bei der Abtastvorrichtung gemäß dritten Aspekt wird ein Ab taststrahl demzufolge dreimal abgelenkt - an der Zeilen- Ablenkeinheit, an der Spalten-Ablenkeinheit und an der Teilbild-Ablenkeinheit. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass im Vergleich zu bekannten Abtastvorrichtungen trotz der Verwendung von Teilbildern nur eine zusätzliche Ein heit, nämlich die Teilbild-Ablenkeinheit erforderlich ist. Die Teilbild-Ablenkeinheit schaltet zwischen den verschie denen Teilbildern beispielsweise nach der Darstellung eines ganzen Teilbildes um.In the scanning device according to the third aspect, an Ab the scanning beam is therefore deflected three times - at the line Deflection unit, on the column deflection unit and on the Field-deflection unit. This measure ensures that compared to known sensing devices despite the use of drawing files only an additional one unit, namely the partial image deflection unit is required. The drawing frame deflection unit switches between the various which drawing files, for example, after displaying a whole drawing file.
Bei einer Weiterbildung der Abtastvorrichtung gemäß dritten Aspekt wird eine weitere Teilbild-Ablenkeinheit eingesetzt, die den Abtaststrahl entlang einer quer zur Aufreihrichtung liegenden weiteren Aufreihrichtung führt, in der ebenfalls mehrere Teilbilder des zum Bildsignal gehörenden Bildes aufgereiht werden. Die Teilbilder lassen sich beim Einsatz zweier Teilbild-Ablenkeinheiten gemäß einer zweidimensiona len Matrix anordnen. Die Anzahl der Bildelemente in Zeilen richtung und die Anzahl der Bildelemente in Spaltenrichtung lässt sich so mit einem vertretbaren technischen Aufwand wesentlich erhöhen. Ohne weiteres sind derzeit vier Teil bilder mit jeweils 1000 mal 1000 Bildelementen erzeugbar. Dies ermöglicht die Darstellung eines Gesamtbildes mit 2000 mal 2000 Bildelementen in Zeilenrichtung bzw. Spaltenrich tung.In a further development of the scanning device according to third Aspect, a further drawing deflection unit is used, the scan beam along a cross to the direction of alignment lying further alignment leads in the same way several partial images of the image belonging to the image signal be lined up. The drawing files can be used two partial image deflection units according to a two-dimensional Arrange len matrix. The number of picture elements in lines direction and the number of picture elements in the column direction can be done with a reasonable technical effort increase significantly. There are currently four parts Images with 1000 by 1000 picture elements can be created. This enables the display of an overall picture with 2000 times 2000 picture elements in the row direction or column direction tung.
Bei Weiterbildungen werden Abtastvorrichtungen gemäß ver schiedener Aspekte der Erfindung in einer Abtastvorrichtung kombiniert. Durch die Kombination lassen sich Gesamtbilder mit noch mehr Bildelementen darstellen, weil die Nachteile des einen Aspekts durch die Vorteile eines anderen Aspekts ausgeglichen werden können. Die bei der Anwendung eines Aspekts durch den vertretbaren technischen Aufwand gesetzte Grenze lässt sich durch die Kombination weiter zu mehr Bildelementen hin verschieben.In further developments, scanning devices according to ver various aspects of the invention in a scanner combined. The combination allows for overall images with even more picture elements because of the disadvantages one aspect through the advantages of another aspect can be compensated. The when using a Aspect set by the reasonable technical effort Border can be further increased by the combination Move picture elements.
Bei einer nächsten Weiterbildung gehört das Bildsignal zu einem Bild, das durch eine einzige Aufnahmeeinheit erzeugt worden ist. Alternativ ist das Format des Bildes standardi siert. Bei einer nächsten Alternative wird das Bildsignal zuvor gemäß einem standardisierten Übertragungsverfahren übertragen. Die angegebenen Kriterien dienen zur Festlegung eines Gesamtbildes. Ein Gesamtbild enthält in der Regel mehrere Bereiche, die durch fließende Übergänge miteinander verbunden sind.The image signal belongs to the next training an image generated by a single acquisition unit has been. Alternatively, the format of the picture is standard Siert. The next alternative is the image signal previously according to a standardized transmission process transfer. The specified criteria are used to determine of an overall picture. An overall picture usually contains several areas created by smooth transitions with each other are connected.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung der Abtast vorrichtungen zur Vermeidung von Speckle-Mustern. Die Ver wendungserfindung geht von den in Fig. 3 dargestellten Zu sammenhängen aus. Das Auflösungsvermögen des Auges 60 eines Betrachters beträgt etwa 1 Winkelminute. Zwei Bildpunkte 62 und 64 werden also noch getrennt voneinander wahrgenom men, wenn sie für das Auge 60 unter einem Winkel 66 er scheinen, der etwa 1 Winkelminute beträgt. Mit dem Laser projektor könnte nun eine so hohe Anzahl von Bildpunkten 62, 64 innerhalb eines bestimmten Bildbereichs geschrieben werden, dass der Abstand s der Bildpunkte deutlich unter der Auflösungsgrenze des Auges liegt. In diesem Fall würden keine Speckle-Muster durch das Auge 60 aufgelöst werden können. Die in Fig. 2 dargestellte Fläche des Pfeils 50 würde homogen ausgeleuchtet erscheinen. The invention also relates to a use of the scanning devices to avoid speckle patterns. The use invention is based on the relationships shown in FIG. 3. The resolving power of an observer's eye 60 is approximately 1 minute of angle. Two pixels 62 and 64 are therefore still perceived separately from each other when they appear to the eye 60 at an angle 66 which is approximately 1 minute of angle. The laser projector could now be used to write such a high number of pixels 62 , 64 within a certain image area that the distance s of the pixels is clearly below the resolution limit of the eye. In this case, speckle patterns would not be resolved by eye 60 . The surface of arrow 50 shown in FIG. 2 would appear homogeneously illuminated.
Für einen Betrachtungsabstand d zwischen Auge 60 und Bild
punkten 62, 64 von beispielsweise 4 m ergibt sich bei eine
Winkelminute der Abstand s von zwei noch auflösbaren Bild
punkten zu 1,2 mm, weil gilt:
For a viewing distance d between the eye 60 and the image points 62, 64 of, for example, 4 m, the distance s between two still resolvable image points of 1.2 mm results for an angular minute, because the following applies:
s = d × 1' (1)
s = d × 1 '(1)
1' = 2,909 × 10-4 rad (2)
1 '= 2.909 × 10 -4 rad (2)
wobei s und d der in Fig. 3 dargestellte Abstand s bzw. der Betrachtungsabstand d sind. 1' bezeichnet eine Winkel minute.where s and d are the distance s shown in FIG. 3 and the viewing distance d, respectively. 1 'denotes an angle minute.
Um bei diesem Beispiel deutlich unter der Auflösungsgrenze des Auges zu liegen, müsste zum Beispiel ein Bildpunktab stand von 0,5 mm geschrieben werden. Soll ein Bild mit ei ner Größe von 1 m mal 1 m erzeugt werden, das üblicherweise aus einem Mindestabstand von 4 m betrachtet wird, so müss ten 2000 Bildelemente je Zeile und 2000 Zeilen geschrieben werden, um keine Speckle-Muster zu sehen. Eine so große Menge von Bildelementen lässt sich mit Hilfe der erfin dungsgemäßen Abtastvorrichtungen und deren Weiterbildungen mit vertretbarem technischen Aufwand darstellen. Deshalb sind die erfindungsgemäßen Abtastvorrichtungen und ihre Weiterbildungen insbesondere zur Vermeidung von Speckle- Mustern geeignet. To be well below the resolution limit in this example of the eye, for example, would have to be a pixel stand of 0.5 mm. Should a picture with egg 1 m by 1 m in size, which is usually must be viewed from a minimum distance of 4 m ten 2000 picture elements per line and 2000 lines to see no speckle patterns. Such a big one The amount of picture elements can be determined with the help of the invent Invention scanning devices and their developments represent with reasonable technical effort. Therefore are the scanning devices according to the invention and their Training especially to avoid speckle Suitable patterns.
Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtungen und ihrer Weiterbildungen müssen auch bei sehr vielen Bild elementen pro Gesamtbild die Bauteile nur mit technisch im Rahmen liegenden Frequenzen angesteuert werden. Mechanische Bauteile lassen sich beispielsweise auf Grund ihrer Träg heit nur mit relativ geringen Frequenzen hin und her bewe gen, bzw. bei vorgegebenen Frequenzen nicht beliebig groß gestalten.By using the scanning devices according to the invention and their further training must also with a lot of picture elements per overall picture, the components only with technical Frequencies lying in the frame can be controlled. mechanical Components can, for example, because of their support move back and forth only with relatively low frequencies gene, or not arbitrarily large at given frequencies shape.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der beilie genden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:Exemplary embodiments are described below with the aid of ing drawings explained. In it show:
Fig. 1 einen bekannten Laserprojektor in schematischer Darstellung, Fig. 1 shows a known laser projector in a schematic representation;
Fig. 2 einen Pfeil, bei dessen Projektion ein Speckle- Muster auftritt, Fig. 2 an arrow, a speckle pattern occurs at the projection,
Fig. 3 Bildpunkte, mit deren Hilfe die Beziehung für das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges erläutert wird, Fig. 3 pixels, the relationship will be explained for the resolving power of the human eye with the aid of,
Fig. 4 einen Laserprojektor mit zwei Laserstrahlquellen und zwei Zeilen-Spalten-Ablenkeinheiten, Fig. 4 is a laser projector with two laser beam sources and two row-column deflectors,
Fig. 5 einen Laserprojektor mit zwei Laserstrahlquellen und einer Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit, und Fig. 5 is a laser projector with two laser beam sources and a row-column deflector, and
Fig. 6 einen Laserprojektor mit einer Laserstrahlquelle und drei Ablenkeinheiten. Fig. 6 shows a laser projector with a laser beam source and three deflection units.
Fig. 4 zeigt einen Laserprojektor 100 mit zwei Laser strahlquellen 102 und 104 und zwei Zeilen-Spalten- Ablenkeinheiten 106 und 108. Die Laserstrahlquelle 102 bzw. 104 entspricht in ihrem Aufbau einer bekannten Laserstrahl quelle, zum Beispiel der Lasereinheit 12, siehe Fig. 1. Die Laserstrahlquelle 102 bzw. 104 enthält auch eine Modu lationseinheit zum Modulieren eines abgestrahlten Laser strahls 110 bzw. 112, der auf die Zeilen-Spalten-Ablenkheit 106 bzw. 108 gerichtet ist. Fig. 4 shows a laser projector 100 with two laser beam sources 102 and 104 and two row-column deflection units 106 and 108 . The structure of the laser beam source 102 and 104 corresponds to a known laser beam source, for example the laser unit 12 , see FIG. 1. The laser beam source 102 and 104 also contains a modulation unit for modulating a radiated laser beam 110 and 112 , respectively the row-column deflection 106 or 108 is directed.
Die Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 106 bzw. 108 hat den Auf bau einer bekannten Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit, zum Bei spiel den Aufbau der in Fig. 1 dargestellten Ablenkein heit. So enthält die Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 106 einen rotierenden Polygonspiegel und einen schwenkbaren Galvano meterspiegel. Die Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 108 enthält ebenfalls einen eigenen rotierenden Polygonspiegel und ei nen eigenen schwenkbaren Galvanometerspiegel. Aus der Zei len-Spalten-Ablenkeinheit 106 bzw. 108 tritt ein abgelenk ter Laserstrahl 114 bzw. 116 aus. Der Laserstrahl 114 schreibt auf eine Projektionsfläche, zum Beispiel auf eine tapezierte Wand 118, ein erstes Teilbild 120, das matrix förmig angeordnete Bildelemente enthält. Im Teilbild 120 werden Bildinhalte der oberen Hälfte eines Gesamtbildes dargestellt, das mit Hilfe eines Bildsignals 122 übertragen wird. The row-column deflection unit 106 or 108 has the construction of a known row-column deflection unit, for example the construction of the deflection unit shown in FIG. 1. The row-column deflection unit 106 thus contains a rotating polygon mirror and a pivotable galvanometer mirror. The row-column deflection unit 108 also contains its own rotating polygon mirror and its own pivotable galvanometer mirror. A deflected laser beam 114 or 116 emerges from the row-column deflection unit 106 or 108 . The laser beam 114 writes a first partial image 120 on a projection surface, for example on a papered wall 118 , which contains image elements arranged in a matrix. In the partial image 120 , image contents of the upper half of an overall image are shown, which are transmitted with the aid of an image signal 122 .
Der abgelenkte Laserstrahl 116 schreibt unmittelbar unter das erste Teilbild 120 auf der tapezierten Wand 118 ein zweites Teilbild 124. Das Teilbild 124 gibt den unteren Teil des Gesamtbildes wieder und enthält ebenfalls matrix förmig angeordnete Bildelemente.The deflected laser beam 116 writes a second partial image 124 directly below the first partial image 120 on the papered wall 118 . The partial image 124 reproduces the lower part of the overall image and also contains image elements arranged in a matrix.
Die Zeilen-Spalten-Ablenkeinheiten 106 und 108 sind so zu einander positioniert, dass die Grenze zwischen den Teil bildern 120 und 124 durch einen Betrachter 126 nicht wahr genommen werden können.The row-column deflection units 106 and 108 are positioned relative to one another in such a way that the boundary between the sub-images 120 and 124 cannot be perceived by an observer 126 .
Das Bildsignal 122 wird mit Hilfe einer Steuerschaltung 128 bearbeitet. Dabei wird für das Teilbild 120 ein Modulati onssignal 130 erzeugt, das zum Ansteuern der Modulatorein heit in der Laserstrahlquelle 102 genutzt wird. Zur Erzeu gung des Teilbildes 124 wird in der Steuerschaltung 128 ein Modulationssignal 132 erzeugt, mit dessen Hilfe die Modula tionseinheit in der Laserstrahlquelle 104 angesteuert wird.The image signal 122 is processed with the aid of a control circuit 128 . In this case, a modulation signal 130 is generated for the sub-picture 120 , which is used to control the modulator unit in the laser beam source 102 . To generate the field 124 , a modulation signal 132 is generated in the control circuit 128 , with the aid of which the modulation unit in the laser beam source 104 is controlled.
Die Steuerschaltung 128 erzeugt außerdem ein Synchronsignal 134 bzw. ein Synchronisationssignal 236 zum Synchronisieren der Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 106 bzw. 108. Die Steuer schaltung 128 lässt sich ohne Verwendung eines Mikroprozes sors oder unter Verwendung eines Mikroprozessors realisie ren. Bei einer Gesamtbild-Wiederholfrequenz von 50 Hz be trägt auch die Bildwiederholfrequenz des Teilbildes 120 bzw. des Teilbildes 124 50 Hz. Die Steuerschaltung 128 steuert den Laserprojektor 100 so, dass die Teilbilder 120 und 124 gleichzeitig geschrieben werden. Beispielsweise werden die Laserstrahlen 114 und 116 synchron zueinander geführt. Das bedeutet, dass die Laserstrahlen 114 und 116 gleichzeitig Matrixelemente mit der gleichen Matrixposition im Teilbild 120 bzw. 124 abtasten, zum Beispiel beginnend mit dem Matrixelement 0,0 in der linken oberen Ecke eines Teilbildes. Die Steuerschaltung 128 speichert in einer nicht dargestellten Speichereinheit zunächst die Bildinfor mation des Teilbildes 120. Mit dem Empfangen der ersten Bildinformation für ein Bildelement des Teilbildes 124 wird dann mit dem gleichzeitigen Schreiben der beiden Teilbilder 120 und 124 begonnen.The control circuit 128 also generates a synchronization signal 134 or a synchronization signal 236 for synchronizing the row-column deflection unit 106 or 108 . The control circuit 128 can be realized without the use of a microprocessor or using a microprocessor. With a total image repetition frequency of 50 Hz, the refresh rate of the field 120 or of the field 124 is 50 Hz. The control circuit 128 controls the laser projector 100 so that drawing files 120 and 124 are written simultaneously. For example, the laser beams 114 and 116 are guided synchronously with one another. This means that the laser beams 114 and 116 simultaneously scan matrix elements with the same matrix position in the partial image 120 and 124 , for example, starting with the matrix element 0.0 in the upper left corner of a partial image. The control circuit 128 first stores the image information of the partial image 120 in a storage unit (not shown). When the first image information for a picture element of the field 124 is received, the simultaneous writing of the two fields 120 and 124 then begins.
Bei einer anderen Ausgestaltung wird ein Gesamtbild in der Steuerschaltung 128 vor dem Ansteuern der Laserstrahlquel len 102, 104 und der Zeilen-Spalten-Ablenkeinheiten 106, 108 zum Schreiben dieses Bildes gespeichert.In another embodiment, an overall image is stored in the control circuit 128 prior to driving the laser beam sources 102 , 104 and the row-column deflection units 106 , 108 for writing this image.
Der Laserprojektor 100 wird unter anderem eingesetzt, um beim Betrachter 126 die Wahrnehmung von Speckle-Mustern zu verhindern. Dies lässt sich dann erreichen, wenn der Ab stand A zwischen tapezierter Wand 118 und Betrachter 126 den oben erläuterten Beziehungen genügt.The laser projector 100 is used, among other things, to prevent the viewer 126 from perceiving speckle patterns. This can be achieved if the distance A between the wallpapered wall 118 and the viewer 126 satisfies the relationships explained above.
Wird der Laserprojektor 100 mit kleinerem Abstand zwischen tapezierter Wand 118 und Betrachter eingesetzt, so ist für den Betrachter 126 zwar ein Speckle-Muster wahrnehmbar, je doch lassen sich auf der tapezierten Wand 118 wesentlich mehr Bildelemente darstellen als mit bisher eingesetzten Laserprojektoren, zum Beispiel als mit dem Laserprojektor 10, siehe Fig. 1.If the laser projector 100 is used with a smaller distance between the wallpapered wall 118 and the viewer, a speckle pattern is perceptible to the viewer 126 , but significantly more image elements can be displayed on the wallpapered wall 118 than with previously used laser projectors, for example as with the laser projector 10 , see FIG. 1.
Fig. 5 zeigt einen Laserprojektor 150 mit zwei Laser strahlquellen 152 und 154 und mit einer Zeilen-Spalten- Ablenkeinheit 156. Die Laserstrahlquelle 152 enthält bei spielsweise einen Halbleiterlaser, der rotes Laserlicht ei nes Laserstrahls 158 erzeugt. Die Laserstrahlquelle 154 hat denselben Aufbau wie die Laserstrahlquelle 152 und erzeugt ebenfalls rotes Licht, das in einem Laserstrahl 160 abge strahlt wird. Die Laserstrahlen 158 und 160 werden beide auf die Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 156 gerichtet, deren Aufbau dem Aufbau einer bekannten Zeilen-Spalten- Ablenkeinheit bis auf die geeignet zu wählenden Abmessungen entspricht, zum Beispiel dem Aufbau der in Fig. 1 gezeig ten Ablenkeinheit. Fig. 5 illustrates a laser projector 150 with two laser beam sources 152 and 154 and a row-column deflector 156th The laser beam source 152 includes, for example, a semiconductor laser that generates red laser light from a laser beam 158 . The laser beam source 154 has the same structure as the laser beam source 152 and also generates red light which is emitted in a laser beam 160 . The laser beams 158 and 160 are both directed onto the row-column deflection unit 156 , the construction of which corresponds to the construction of a known row-column deflection unit except for the dimensions to be suitably selected, for example the construction of the deflection unit shown in FIG. 1.
Somit enthält die Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 156 einen rotierenden Polygonspiegel und einen schwenkbaren Galvano meterspiegel. Die Laserstrahlen 158 und 160 werden unter verschiedenen Winkeln auf den Polygonspiegel gerichtet. So mit liegen die Laserstrahlen 158 und 160 quer zueinander und schliessen einen Winkel W1 zueinander ein. Aus der Zei len-Spalten-Ablenkeinheit 156 treten deshalb zwei abgelenk te Laserstrahlen 162 und 164 aus. Der in Fig. 2 gestri chelt dargestellte Laserstrahl 162 ist der durch die Ablenkung des ebenfalls gestrichelt dargestellten Laserstrahls 158 der Laserstrahl quelle 152 entstehende Laserstrahl. Der Laserstrahl 164 wird durch die Ablenkung des Laserstrahls 160 erzeugt. Des halb sind die Laserstrahlen 160 und 164 mit durchgezogenen Linien dargestellt.Thus, the row-column deflection unit 156 contains a rotating polygon mirror and a pivotable galvanometer mirror. The laser beams 158 and 160 are directed onto the polygon mirror at different angles. The laser beams 158 and 160 lie transversely to one another and form an angle W1 with one another. Two deflected laser beams 162 and 164 therefore emerge from the row-column deflection unit 156 . The laser beam 162 shown in dashed lines in FIG. 2 is the laser beam 152 resulting from the deflection of the laser beam 158, also shown in broken lines, of the laser beam 152 . Laser beam 164 is generated by deflecting laser beam 160 . For this reason, the laser beams 160 and 164 are shown with solid lines.
Die Laserstrahlen 162 und 164 liegen beim Austritt aus der Ablenkeinheit 156 quer zueinander und schliessen einen Win kel W2 ein. Bei einem Ausführungsbeispiel hat der Winkel W2 den gleichen Wert wie der Winkel W1. Die Winkel W1 und W2 werden so gewählt, dass auf einer Projektionswand 166 zwei Teilbilder 168 und 170 ohne sichtbaren Übergang dargestellt werden. Das Teilbild 168 enthält den oberen Teil der Bild elemente eines Gesamtbildes, das mit Hilfe eines Bildsi gnals 172 übertragen wird. Zur Darstellung des Teilbildes 168 wird das Bildsignal 172 durch eine Steuerschaltung 174 bearbeitet. Die Steuerschaltung 174 erzeugt aus dem Bildsi gnal 172 ein Teil-Bildsignal 176, das zur Ansteuerung der Laserstrahlquelle 174 und damit zur Erzeugung der Laser strahlen 160 und 164 genutzt wird. Außerdem erzeugt die Steuerschaltung 174 ein Synchronsignal 176 zur Ansteuerung der Zeilen-Ablenkeinheit 156. Das Teilbild 170 enthält die unteren Bildelemente des im Bildsignal 172 enthaltenen Ge samtbildes.The laser beams 162 and 164 lie transversely to one another when they exit from the deflection unit 156 and enclose an angle W2. In one embodiment, the angle W2 has the same value as the angle W1. The angles W1 and W2 are chosen such that two partial images 168 and 170 are displayed on a projection wall 166 without a visible transition. The partial image 168 contains the upper part of the image elements of an overall image, which is transmitted with the aid of an image signal 172 . To display the partial image 168 , the image signal 172 is processed by a control circuit 174 . The control circuit 174 generates a partial image signal 176 from the image signal 172 which is used to control the laser beam source 174 and thus to generate the laser beams 160 and 164 . The control circuit 174 also generates a synchronous signal 176 for driving the line deflection unit 156 . The sub-picture 170 contains the lower picture elements of the overall picture contained in the picture signal 172 .
Die Steuerschaltung 174 erzeugt aus dem Bildsignal 172 des Gesamtbildes ein weiteres Teil-Bildsignal 180, das die Bildinformation zur Darstellung der Bildelemente des unte ren Teils des Gesamtbildes enthält. Das Teil-Bildsignal 180 dient zur Ansteuerung der Modulatoreinheit in der Laserstrahlquelle 152 und damit zur Erzeugung der Laserstrahlen 158 und 162.The control circuit 174 generates a further partial image signal 180 from the image signal 172 of the overall image, which contains the image information for representing the image elements of the lower part of the overall image. The partial image signal 180 is used to control the modulator unit in the laser beam source 152 and thus to generate the laser beams 158 and 162 .
Bei einer Bildwiederholrate des Gesamtbildes von 50 Hz be trägt bei einem Ausführungsbeispiel auch die Bildwiederhol rate der Teilbilder 168 und 170 50 Hz. Bei der Darstellung eines Gesamtbildes wird zunächst die Bildinformation zu den Bildelementen für die Darstellung des Teilbildes 168 in ei ner nicht dargestellten Speichereinheit gespeichert. Werden auch die Bildsignale des unteren Teilbildes 170 empfangen, so werden die Laserstrahlquellen 152 und 154 gleichzeitig angesteuert. Beginnend mit dem oben links liegenden Bild element wird jedes Teilbild 128 und 170 zeilenweise von oben nach unten geschrieben. Beispielsweise werden Bild punkte an gleichen Positionen im Teilbild 168 und 170 gleichzeitig beschrieben.At an image refresh rate of the entire image of 50 Hz, the image repetition rate of the partial images 168 and 170 is 50 Hz in one exemplary embodiment. When displaying an overall image, the image information relating to the image elements for the illustration of the partial image 168 is first stored in a storage unit (not shown) , If the image signals of the lower field 170 are also received, the laser beam sources 152 and 154 are activated simultaneously. Starting with the picture element at the top left, each drawing file 128 and 170 is written line by line from top to bottom. For example, pixels at the same positions in the partial image 168 and 170 are described simultaneously.
Der Laserprojektor 150 lässt sich bei geeigneter Wahl des Abstandes A2 zwischen Projektionswand 166 und einem Be trachter 182 dazu einsetzen, die Wahrnehmung von Speckle- Mustern durch den Betrachter 182 zu vermeiden. Die Wahl des Abstandes A2 wurde oben anhand der Fig. 3 erläutert. Der Abstand A2 muss so gewählt werden, dass der Abstand zweier benachbarter Bildpunkte des Teilbildes 168 bzw. des Teil bildes 170 unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges des Be trachters 182 liegt.With a suitable choice of the distance A2 between the projection wall 166 and a viewer 182 , the laser projector 150 can be used to avoid the perception of speckle patterns by the viewer 182 . The choice of the distance A2 was explained above with reference to FIG. 3. The distance A2 must be selected such that the distance between two adjacent pixels of the partial image 168 or of the partial image 170 is below the resolution limit of the eye of the observer 182 .
Andererseits lässt sich der Projektor 150 aber auch bei ei nem Abstand A2 zwischen Projektionswand 166 und Betrachter 182 einsetzen, der kleiner als der zur Vermeidung der Wahr nehmung von Speckle-Mustern erforderliche Abstand ist. Je doch lässt sich dann im Vergleich zu bekannten Anordnungen eine viel größere Anzahl von Bildelementen auf der Projek tionswand 166 darstellen als bisher. Dies kann für die Aus leuchtung einer größeren Fläche oder für eine höhere Auflö sung bei gleicher Bildgröße genutzt werden. Die Speckle- Muster lassen sich bei kleinem Abstand A2 durch andere Maß nahmen vermeiden, die auch bisher eingesetzt worden sind, zum Beispiel durch eine Teflon-beschichtete Projektionswand 166, durch eine Impulsansteuerung der Laserstrahlquellen 152 oder durch Verwenden einer Einheit zur Laserstrahlauf weitung und eines Mikrospiegelarrays.On the other hand, the projector 150 can also be used at a distance A2 between the projection wall 166 and the viewer 182 which is smaller than the distance required to avoid the perception of speckle patterns. However, in comparison to known arrangements, a much larger number of picture elements can then be displayed on the projection wall 166 than before. This can be used to illuminate a larger area or for a higher resolution with the same image size. The speckle pattern can be avoided at a small distance A2 by other measures that have also been used hitherto, for example by a Teflon-coated projection screen 166 , by pulse control of the laser beam sources 152 or by using a unit for laser beam expansion and a micromirror array ,
Fig. 6 zeigt einen Laserprojektor 200 mit einer Laser strahlquelle 202, einer Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 204 und einer Spalten-Ablenkeinheit 206. Fig. 6 shows a laser projector 200 with a laser beam source 202 , a row-column deflection unit 204 and a column deflection unit 206 .
Die Laserstrahlquelle 202 enthält einen Laser mit einem be kannten Aufbau, zum Beispiel einen Halbleiterlaser, der ro tes Laserlicht eines Laserstrahls 208 erzeugt. Die Laser strahlquelle 202 enthält außerdem eine nicht dargestellte Modulationseinheit, mit deren Hilfe die Intensität des La serstrahls geändert werden kann, beispielsweise in einem An/Aus-Modus oder mit einer mehrfachen Abstufung, zum Bei spiel von 256 Stufen.The laser beam source 202 includes a laser with a known structure, for example, a semiconductor laser that generates red laser light of a laser beam 208 . The laser beam source 202 also includes a modulation unit, not shown, with the help of which the intensity of the laser beam can be changed, for example in an on / off mode or with a multiple gradation, for example 256 levels.
Die Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 204 dient zum Ablenken des Laserstrahls 208 entlang einer horizontalen Zeilenrichtung und entlang einer vertikalen Spaltenrichtung. Die Zeilen- Spalten-Ablenkeinheit 204 hat einen Aufbau, der auch bei bekannten Laserprojektoren verwendet wird, siehe beispiels weise Fig. 1. So enthält die Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 204 einen sich drehenden Polygonspiegel und einen Galvano meterspiegel. Aus der Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 204 tritt ein abgelenkter Laserstrahl 210 aus, der auf die Spalten-Ablenkeinheit 206 trifft.The row-column deflection unit 204 serves to deflect the laser beam 208 along a horizontal row direction and along a vertical column direction. The row-column deflection unit 204 has a structure that is also used in known laser projectors, see, for example, FIG. 1. Thus, the row-column deflection unit 204 contains a rotating polygon mirror and a galvanometer mirror. A deflected laser beam 210 emerges from the row-column deflection unit 204 , which strikes the column-deflection unit 206 .
Die Spalten-Ablenkeinheit 206 enthält einen Galvanometer spiegel, mit dessen Hilfe der Laserstrahl 210 in vertikaler Spaltenrichtung abgelenkt wird, um als Laserstrahl 212 ein Teilbild 216 und als Laserstrahl 214 ein Teilbild 218 abzu tasten. Die Teilbilder 216 und 218 werden auf einer Projek tionswand 220 dargestellt. Das Teilbild 216 ist über dem Teilbild 218 angeordnet. Der Laserprojektor 200 stellt die Teilbilder 216 und 218 so auf der Projektionswand 220 dar, dass ein Betrachter 222 die Grenze zwischen den beiden Teilbildern 216 und 218 nicht wahrnehmen kann.The column deflection unit 206 contains a galvanometer mirror, with the aid of which the laser beam 210 is deflected in the vertical column direction in order to scan a partial image 216 as laser beam 212 and a partial image 218 as laser beam 214 . The partial images 216 and 218 are shown on a projection wall 220 . The partial image 216 is arranged above the partial image 218 . The laser projector 200 displays the partial images 216 and 218 on the projection wall 220 such that an observer 222 cannot perceive the boundary between the two partial images 216 and 218 .
Die Teilbilder 216 und 218 gehören zu einem Gesamtbild, das mit Hilfe eines Bildsignals 224 übertragen wird. Das Bild signal 224 ist beispielsweise ein genormtes Fernsehsignal oder ein genormtes Videosignal. In einer Steuerschaltung 226 wird das Bildsignal 224 bearbeitet. Die Steuerschaltung 226 erzeugt zur Ansteuerung des Modulators in der Laser strahlquelle 202 ein Modulationssignal 228, das im Wesent lichen dem Bildsignal 224 entspricht. Die Bildwiederholrate des Gesamtbildes und die Bildwiederholrate jedes Teilbildes ist gleich und beträgt beispielsweise 50 Hz.The partial images 216 and 218 belong to an overall image which is transmitted with the aid of an image signal 224 . The image signal 224 is, for example, a standardized television signal or a standardized video signal. The image signal 224 is processed in a control circuit 226 . The control circuit 226 generates a modulation signal 228 for driving the modulator in the laser beam source 202 , which essentially corresponds to the image signal 224 . The frame rate of the overall image and the frame rate of each field is the same and is, for example, 50 Hz.
Weiterhin erzeugt die Steuerschaltung 226 ein Synchronisa tionssignal 230 zur Ansteuerung der Zeilen-Spalten- Ablenkeinheit 204. Das Synchronisationssignal 230 unter scheidet sich dadurch vom Synchronisationssignal zur An steuerung einer bekannten Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit 204, dass es bewirkt, dass der Galvanometerspiegel zur Ablenkung in Spaltenrichtung mit doppelter Frequenz geschwenkt wird. Dadurch wird erreicht, dass innerhalb der Bildwiederholrate von 50 Hz zwei Teilbilder 216, 218 nacheinander abgetastet werden können.Furthermore, the control circuit 226 generates a synchronization signal 230 for driving the row-column deflection unit 204 . The synchronization signal 230 differs from the synchronization signal for controlling a known row-column deflection unit 204 in that it causes the galvanometer mirror to be deflected in the column direction at twice the frequency. It is thereby achieved that two partial images 216 , 218 can be scanned one after the other within the image refresh rate of 50 Hz.
Ein Synchronisationssignal 232 wird in der Steuerschaltung 226 zur Synchronisation der Ablenkeinheit 206 erzeugt. Das Synchronisationssignal 232 bewirkt, dass der Galvanometer spiegel in der Ablenkeinheit 206 unmittelbar nach dem Dar stellen des letzten Bildelementes des Teilbildes 216 und vor dem Darstellen des ersten Bildelementes des Teilbildes 218 um einen vorgegebenen Winkel geschwenkt wird. Dadurch wird das Teilbild 218 unterhalb des Teilbildes 216 darge stellt. Nach der Darstellung des letzten Bildelementes des Teilbildes 218 bewirkt das Synchronisationssignal 232 ein Zurückschwenken des Galvanometerspiegels in der Ablenkein heit 206 in seine Ausgangsposition, so dass das erste Bild element des nächsten Teilbildes 216 abgetastet werden kann. Der Galvanometerspiegel in der Ablenkeinheit 206 schwingt demzufolge mit einer Frequenz von 100 Hz. A synchronization signal 232 is generated in the control circuit 226 for the synchronization of the deflection unit 206 . The synchronization signal 232 causes the galvanometer mirror in the deflection unit 206 to be pivoted by a predetermined angle immediately after the last picture element of the partial picture 216 has been displayed and before the first picture element of the partial picture 218 has been displayed. As a result, the partial image 218 below the partial image 216 is Darge. After the representation of the last picture element of the field 218 , the synchronization signal 232 causes the galvanometer mirror in the deflection unit 206 to pivot back into its starting position, so that the first picture element of the next field 216 can be scanned. The galvanometer mirror in the deflection unit 206 consequently oscillates at a frequency of 100 Hz.
Die Teilbilder 216 und 218 sind wiederum aus matrixförmig angeordneten Bildelementen dargestellt und werden durch den Projektor 200 nacheinander abgetastet, wobei zunächst die Bildelemente des Teilbildes 216 und dann die Bildelemente des Teilbildes 218 abgetastet werden.The partial images 216 and 218 are in turn shown from matrix elements arranged in a matrix and are scanned one after the other by the projector 200 , the image elements of the partial image 216 being scanned first and then the image elements of the partial image 218 being scanned.
Der Laserprojektor 200 wird eingesetzt, um bei einem Ab stand A3 zwischen Betrachter 222 und Projektionswand 220 die Wahrnehmung von Speckle-Mustern beim Betrachter 222 zu vermeiden. Andererseits lässt sich der Projektor 200 auch einsetzen, um wesentlich mehr Bildelemente als mit herkömm lichen Projektoren darzustellen. Wird dabei der zur Vermei dung der Wahrnehmung von Speckle-Mustern erforderliche Ab stand A3 unterschritten, so lassen sich zur Vermeidung der Wahrnehmung von Speckle-Mustern die aus dem Stand der Tech nik bekannten Maßnahmen anwenden.The laser projector 200 is used in order to avoid the perception of speckle patterns in the viewer 222 at a position A3 between the viewer 222 and the projection screen 220 . On the other hand, the projector 200 can also be used to display significantly more picture elements than with conventional projectors. If the A3 required to avoid the perception of speckle patterns is undercut, measures known from the prior art can be used to avoid the perception of speckle patterns.
Obwohl die Laserprojektoren 100, 150 und 200 zur Vereinfa chung der Erläuterung mit monochromen Laserstrahlquellen erläutert worden sind, werden bei anderen Ausführungsbei spielen an Stelle einer monochromen Laserstrahlquelle drei Laserstrahlquellen zur Erzeugung von Laserstrahlen ver schiedener Frequenz verwendet. Durch additive Farbmischung wird eine Farbdarstellung auf der Projektionswand oder auf einer Streuscheibe erreicht. Dafür benötigte Steuerschal tungen sind bekannt und werden, wie anhand der Fig. 4, 5 und 6 erläutert, abgewandelt. Although the laser projectors 100 , 150 and 200 have been explained for the sake of simplicity of explanation with monochrome laser beam sources, in other embodiments three laser beam sources are used instead of a monochrome laser beam source for generating laser beams of different frequencies. Additive color mixing results in a color representation on the projection screen or on a diffusing screen. Control circuits required for this are known and, as explained with reference to FIGS . 4, 5 and 6, are modified.
Zur vereinfachten Darstellung und Erläuterung wurde auch nur auf zwei Teilbilder 120, 124; 168, 170 bzw. 216, 218 Bezug genommen, die untereinander angeordnet waren. Bei an deren Ausgestaltungen der Laserprojektoren 100, 150 und 200 werden jedoch zweidimensional angeordnete Teilbilder er zeugt. Der Laserprojektor 100 enthält dann beispielsweise zur Erzeugung von vier Teilbildern vier Laserstrahlquellen und vier Zeilen-Spalten-Ablenkeinheiten, die jedoch durch die Steuerschaltung gemäß einem Bildsignal für das Gesamt bild angesteuert werden. Der Laserprojektor 150 würde dann vier Laserstrahlquellen enthalten, die auf eine Zeilen- Spalten-Ablenkeinheit unter verschiedenen Winkeln gerichtet sind. Der Laserprojektor 200 würde eine zusätzliche Ablenk einheit für die Anordnung der Teilbilder in Zeilenrichtung enthalten.For simplified illustration and explanation, only two partial images 120 , 124 ; 168 , 170 and 216 , 218, respectively, which were arranged one below the other. In their configurations of the laser projectors 100 , 150 and 200 , however, two-dimensionally arranged partial images are generated. The laser projector 100 then contains, for example, four laser beam sources and four row-column deflection units for generating four partial images, but these are controlled by the control circuit in accordance with an image signal for the overall image. The laser projector 150 would then include four laser beam sources directed at a row-column deflector at different angles. The laser projector 200 would contain an additional deflection unit for the arrangement of the partial images in the line direction.
Bei anderen Ausführungsbeispielen werden Laserprojektoren eingesetzt, die Kombinationen der in den Fig. 4, 5 bzw. 6 dargestellten Prinzipien enthalten. Beispielsweise werden bei vier Teilbildern und einer Anwendung der Prinzipien aus Fig. 4 und 5 vier Laserstrahlquellen eingesetzt, die auf zwei Zeilen-Spalten-Ablenkeinheiten strahlen. Dabei sind zwei Laserstrahlquellen jeweils einer Zeilen-Spalten- Ablenkeinheit zugeordnet. Die Steuerschaltung steuert alle vier Laserstrahlquellen und die beiden Zeilen-Spalten- Ablenkeinheiten an.In other exemplary embodiments, laser projectors are used which contain combinations of the principles illustrated in FIGS. 4, 5 and 6. For example, with four sub-images and an application of the principles from FIGS. 4 and 5, four laser beam sources are used which radiate on two row-column deflection units. Two laser beam sources are each assigned to a row-column deflection unit. The control circuit controls all four laser beam sources and the two row-column deflection units.
Bei einer Kombination der in Fig. 4 und 6 gezeigten Prin zipien werden bei vier Teilbildern zwei Laserstrahlquellen, zwei Zeilen-Spalten-Ablenkeinheiten und zwei zusätzliche Ablenkeinheiten verwendet. So können zwei der in Fig. 6 gezeigten Anordnungen horizontal nebeneinander in einem La serprojektor angeordnet werden. Die Steuerschaltung steuert dann beide Laserstrahlquellen, beide Zeilen-Spalten- Ablenkeinheiten und beide zusätzlichen Ablenkeinheiten ge mäß einem Bildsignal für ein Gesamtbild an.In a combination of the principles shown in FIGS . 4 and 6, two laser beam sources, two row-column deflection units and two additional deflection units are used in four partial images. Thus, two of the arrangements shown in FIG. 6 can be arranged horizontally next to one another in a laser projector. The control circuit then controls both laser beam sources, both row-column deflection units and both additional deflection units according to an image signal for an overall image.
Bei einer Kombination der in den Fig. 5 und 6 darge stellten Prinzipien werden bei einer Unterteilung des Ge samtbildes in vier Teilbilder zwei Laserstrahlquellen, eine Zeilen-Spalten-Ablenkeinheit und eine zusätzliche Ablenk einheit eingesetzt. Die zusätzliche Ablenkeinheit ermög licht bei einer Ablenkung des einfallenden Laserstrahls in Spaltenrichtung die Darstellung von vier untereinander an geordneten Teilbildern. Bei einer Ablenkung des einfallen den Laserstrahls durch die zusätzliche Ablenkeinheit in Zeilenrichtung wird ein Gesamtbild aus 2 mal 2 Teilbildern in Zeilenrichtung bzw. Spaltenrichtung erzeugt.In a combination of the principles shown in FIGS . 5 and 6 Darge two laser beam sources, a row-column deflection unit and an additional deflection unit are used in a subdivision of the overall image into four partial images. The additional deflection unit makes it possible to display four sub-images arranged one below the other when the incident laser beam is deflected in the column direction. If the incident laser beam is deflected by the additional deflection unit in the row direction, an overall image of 2 × 2 partial images is generated in the row direction or column direction.
Claims (13)
mit einer Strahlungsquelle (152) zum Erzeugen eines Abtaststrahls (158),
einer Spalten-Ablenkeinheit (156, 14) zum Führen des Abtaststrahls (158) entlang einer Zeilenrichtung (22),
einer Zeilen-Ablenkeinheit (156, 26) zum Führen des Abtaststrahls (158) entlang einer quer zur Zeilenrichtung (22) liegenden Spaltenrichtung (30),
einer Modulationseinheit (152) zum Modulieren des Ab taststrahls (158) gemäß einem Bildsignal (172) derart, dass auf einer durch den Abtaststrahl (158) abgetasteten Fläche ein Rasterbild (170) mit matrixartig angeordneten Bildele menten verschiedener Darstellungsart erzeugt wird,
gekennzeichnet
durch mindestens eine weitere Strahlungsquelle (154) zum Erzeugen eines weiteren Abtaststrahls (160), der in ei nem anderen Winkel (W1) als der andere Abtaststrahl auf die Zeilen- und/oder die Spalten-Ablenkeinheit (156) gerichtet ist, und
entweder durch eine weitere Modulationseinheit (154) zum Modulieren des weiteren Abtaststrahls (160) gemäß dem Bildsignal (172) derart, dass auf der durch den weiteren Abtaststrahl (160) abgetasteten Fläche ein weiteres Raster bild (168) erzeugt wird,
oder dadurch dass die Modulationseinheit auch zum Mo dulieren des weiteren Abtaststrahls gemäß dem Bildsignal derart dient, dass auf der durch den weiteren Abtaststrahl abgetasteten Fläche ein weiteres Rasterbild erzeugt wird,
wobei die Rasterbilder (168, 170) Teilbilder eines zum Bildsignal (172) gehörenden Gesamtbildes sind.1. scanning device ( 150 ) for generating a raster image,
with a radiation source ( 152 ) for generating a scanning beam ( 158 ),
a column deflection unit ( 156 , 14 ) for guiding the scanning beam ( 158 ) along a row direction ( 22 ),
a line deflection unit ( 156 , 26 ) for guiding the scanning beam ( 158 ) along a column direction ( 30 ) which is transverse to the line direction ( 22 ),
a modulation unit ( 152 ) for modulating the scanning beam ( 158 ) in accordance with an image signal ( 172 ) in such a way that a raster image ( 170 ) with image elements arranged in a matrix-like manner of different types of representation is generated on an area scanned by the scanning beam ( 158 ),
marked
by at least one further radiation source ( 154 ) for generating a further scanning beam ( 160 ), which is directed at a different angle (W1) than the other scanning beam onto the row and / or column deflection unit ( 156 ), and
either by a further modulation unit ( 154 ) for modulating the further scanning beam ( 160 ) in accordance with the image signal ( 172 ) such that a further raster image ( 168 ) is generated on the area scanned by the further scanning beam ( 160 ),
or in that the modulation unit also serves to modulate the further scanning beam in accordance with the image signal in such a way that a further raster image is generated on the area scanned by the further scanning beam,
wherein the raster images ( 168 , 170 ) are partial images of an overall image belonging to the image signal ( 172 ).
mit einer Strahlungsquelle (102) zum Erzeugen eines Abtaststrahls (110),
einer Zeilen-Ablenkeinheit (106, 14) zum Führen des Abtaststrahls (110) entlang einer Zeilenrichtung (22),
einer Spalten-Ablenkeinheit (106, 26) zum Führen des Abtaststrahls (110) entlang einer quer zur Zeilenrichtung (22) liegenden Spaltenrichtung (30),
einer Modulationseinheit (102) zum Modulieren des Ab taststrahls (110) gemäß einem Bildsignal (122) derart, dass auf einer durch den Abtaststrahl (110) abgetasteten Fläche (118) ein Rasterbild (120) mit matrixförmig angeordneten Bildelementen verschiedener Darstellungsart erzeugt wird,
gekennzeichnet
durch mindestens eine weitere Strahlungsquelle (1049 zum Erzeugen eines weiteren Abtaststrahls (112),
eine weitere Zeilen-Ablenkeinheit (108, 14) zum Führen des weiteren Abtaststrahls (112) entlang einer weiteren Zeilenrichtung,
eine weitere Spalten-Ablenkeinheit (108, 24) zum Füh ren des weiteren Abtaststrahls (112) entlang einer quer zur weiteren Zeilenrichtung liegenden weiteren Spaltenrichtung,
und entweder durch eine weitere Modulationseinheit (104) zum Modulieren des weiteren Abtaststrahls (112) gemäß dem Bildsignal (122) derart, dass auf der durch den weite ren Abtaststrahl (112) abgetasteten Fläche ein weiteres Ra sterbild (124) erzeugt wird,
oder dadurch, dass die Modulationseinheit auch zum Mo dulieren des weiteren Abtaststrahls gemäß dem Bildsignal derart dient, dass auf der durch den weiteren Abtaststrahl abgetasteten Fläche ein weiteres Rasterbild erzeugt wird.
wobei die Rasterbilder (120, 124) Teilbilder eines zum Bildsignal (122) gehörenden Gesamtbildes sind.2. scanning device ( 100 ) for generating a raster image,
with a radiation source ( 102 ) for generating a scanning beam ( 110 ),
a line deflection unit ( 106 , 14 ) for guiding the scanning beam ( 110 ) along a line direction ( 22 ),
a column deflection unit ( 106 , 26 ) for guiding the scanning beam ( 110 ) along a column direction ( 30 ) lying transverse to the row direction ( 22 ),
a modulation unit ( 102 ) for modulating the scanning beam ( 110 ) according to an image signal ( 122 ) in such a way that a raster image ( 120 ) with matrix elements of different types of representation is arranged on a surface ( 118 ) scanned by the scanning beam ( 110 ),
marked
by at least one further radiation source (1049 for generating a further scanning beam ( 112 ),
a further line deflection unit ( 108 , 14 ) for guiding the further scanning beam ( 112 ) along a further line direction,
a further column deflection unit ( 108 , 24 ) for guiding the further scanning beam ( 112 ) along a further column direction lying transverse to the further row direction,
and either by a further modulation unit (104) for modulating said further scanning beam (112) in accordance with the image signal (122) such that on the ren by the wide scanning beam (112) scanned face another Ra sterbild (124) is generated,
or in that the modulation unit also serves to modulate the further scanning beam in accordance with the image signal in such a way that a further raster image is generated on the area scanned by the further scanning beam.
wherein the raster images ( 120 , 124 ) are partial images of an overall image belonging to the image signal ( 122 ).
mit einer Strahlungsquelle (202) zum Erzeugen eines Abtaststrahls (208),
einer Zeilen-Ablenkeinheit (204) zum Führen des Ab taststrahls (208) entlang einer Zeilenrichtung (22),
einer Spalten-Ablenkeinheit (204) zum Führen des Ab taststrahls (208) entlang einer quer zur Zeilenrichtung (22) liegenden Spaltenrichtung (30),
einer Modulationseinheit (202) zum Modulieren des Ab taststrahls (208) gemäß einem Bildsignal (224) derart, dass auf einer durch den Abtaststrahl (208) abgetasteten Fläche (220) ein Rasterbild (216) mit matrixartig angeordneten Bildelementen verschiedener Darstellungsart erzeugt wird,
gekennzeichnet durch eine Teilbild-Ablenkeinheit (206) zum Führen des Abtaststrahls (208, 210) entlang einer Aufreih richtung, in der mehrere Teilbilder (216, 218) des zum Bildsignal (224) gehörenden Gesamtbildes auf der abgetaste ten Fläche (220) aufgereiht werden.4. scanning device ( 200 ) for generating a raster image,
with a radiation source ( 202 ) for generating a scanning beam ( 208 ),
a line deflection unit ( 204 ) for guiding the scanning beam ( 208 ) along a line direction ( 22 ),
a column deflection unit ( 204 ) for guiding the scanning beam ( 208 ) along a column direction ( 30 ) lying transverse to the row direction ( 22 ),
a modulation unit ( 202 ) for modulating the scanning beam ( 208 ) in accordance with an image signal ( 224 ) in such a way that a raster image ( 216 ) with matrix elements of different types of representation is generated on a surface ( 220 ) scanned by the scanning beam ( 208 ),
characterized by a partial image deflection unit ( 206 ) for guiding the scanning beam ( 208 , 210 ) along a line-up direction in which a plurality of partial images ( 216 , 218 ) of the overall image belonging to the image signal ( 224 ) are lined up on the scanned surface ( 220 ) ,
bei dem ein Abtaststrahl, insbesondere ein Laser strahl, eine Abtastfläche abtastet, auf der unterschiedlich dargestellte Bildelemente eines Rasterbildes matrixförmig angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Bildelemente (62, 64) in einem Rasterabstand (s) zueinander angeordnet sind, der bei einem für das Betrachten des Rasterbildes durch einen Betrachter (60) empfohlenen Mindestabstand zwi schen Betrachter (60) und Rasterbild deutlich unterhalb der Auflösungsgrenze des Auges des Betrachters (60) liegt.13. scanning method for generating a raster image on a scattering surface ( 118 , 166 , 220 ),
in which a scanning beam, in particular a laser beam, scans a scanning surface on which differently represented image elements of a raster image are arranged in a matrix,
characterized in that adjacent picture elements ( 62 , 64 ) are arranged at a grid spacing (s) from one another which, at a minimum distance between the viewer ( 60 ) and grid image recommended by a viewer ( 60 ) for viewing the grid image, is clearly below the resolution limit of the Eye of the beholder ( 60 ).
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