Projektionsvorrichtung zum Projizieren von Nutzdaten auf eine Proj ektionsfläche

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung zum Projizieren von Nutzdaten auf eine Projektionsfläche umfassend eine Ansteuervorrichtung mit einem ersten Eingang zum Koppeln mit einer Quelle für die zu projizierenden Nutzdaten, mindestens einem ersten Ausgang zur Bereitstellung ei- nes Ansteuersignais bei einer ersten Wellenlänge, und mindes ^¬ tens einem zweiten Ausgang zur Bereitstellung eines Ansteuersignais bei einer zweiten Wellenlänge. Die Projektionsvorrichtung umfasst weiterhin mindestens eine erste Laservor ^¬ richtung zur Abgabe von Strahlung der ersten Wellenlänge, wo- bei die erste Laservorrichtung mit dem ersten Ausgang der Ansteuervorrichtung gekoppelt ist, mindestens eine zweite La ^¬ servorrichtung zur Abgabe von Strahlung der zweiten Wellenlänge, wobei die zweite Laservorrichtung mit dem zweiten Aus ^¬ gang der Ansteuervorrichtung gekoppelt ist sowie mindestens eine Strahlvereinigungsvorrichtung zum Vereinigen von zumindest der Strahlung bei der ersten und der zweiten Wellenlänge. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Projizieren von Nutzdaten auf eine Projektionsfläche.

Stand der Technik

Bei der Datenprojektion mit Laserstrahlen mittels des so ge- nannten Flying-Spot-Prinzips besteht ein großes Problem dar ^¬ in, die Leistung der einzelnen Laser und die resultierende Spotfarbe konstant zu halten. Während der Spot das darzustel ^¬ lende Bild aufbaut, können sich beispielsweise in Abhängig ^¬ keit von der Gesamthelligkeit des Bildes die Temperatur und die Leistung der Bauteile verändern. Dabei können Änderungen von bis zu 5 % sogar innerhalb einer Zeile auftreten. Dies führt zu merklichen Bildartefakten. Zur Gewinnung einer Rückkoppelgröße zur Regelung der Helligkeit ist dabei aus dem Stand der Technik die in Fig. 1 darge ^¬ stellte Anordnung bekannt. Diese umfasst drei Laserdioden 10 _R , 10 _b , 10 _g , die rotes, blaues beziehungsweise grünes Licht abgeben. Mittels einer jeweils zugeordneten Kollimationsoptik 12 _R bis 12 _G wird der Strahl auf ein strahlvereinigendes Pris ^¬ ma 14 geleitet. Im Prisma 14 sind drei Strahlteiler 16 _R , 16 _B , 16 _G angeordnet, die der jeweiligen Farbe zugeordnet sind. Ein Großteil der Gesamtleistung jedes Laserkanals wird auf einen Mikrospiegel 18 geleitet. Ein kleiner Teil der Gesamtleistung wird auf eine dem jeweiligen Laserkanal zugeordnete Photodio ^¬ de 20 _R , 20 _b , 20 _g geleitet. Die jeweilige Photodiode 20 _R , 20 _B , 20 _G erzeugt ein Rückkoppelsignal, das der jeweiligen Ansteu- ervorrichtung für die Laserdioden 10 _R , 10 _B , 10 _G zur Regelung der Helligkeit des jeweiligen Laserstrahls zugeführt wird. Um zu gewährleisten, dass die jeweiligen Photodioden 20 _R , 20 _B , 20 _G nur die Leistung eines Kanals messen, sind den 20 _R , 20 _B , 20 _G entsprechende Farbfilter 22 _R , 22 _B , 22 _G vorgeschaltet.

Die Summe der bei dieser Vorgehensweise verwendeten Bauele- mente, insbesondere die Summe an Strahlteilern und Filtern, macht diese Lösung sehr teuer und aufwändig.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Projektionsvorrichtung der eingangs genannten Art beziehungsweise ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubil- den, dass Bildartefakte infolge von Temperatur- und Leis ^¬ tungsvariationen der beteiligten Bauteile auf möglichst kostengünstige Weise reduziert werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Projektionsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Ver- fahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 17.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem optischen Element das Bündel der Laserstrahlen der einzelnen Laserdioden über totale interne Reflexion umgelenkt werden kann, wenn die entsprechenden Winkel geeignet gewählt werden. Bringt man ein Auskoppelelement an der Um- lenkfläche an, so wird an dieser Stelle die totale interne Reflexion verhindert. Dadurch wird über das Auskoppelelement ein kleiner Teil der Strahlung ausgekoppelt. Wählt man für das Auskoppelelement ein dispersives Element, das heißt ein Element mit einem wellenlängenabhängigen Brechungsindex, tre ^¬ ten aufgrund der Dispersivität die einzelnen Farben des

Strahls unter verschiedenen Winkeln aus dem Auskoppelelement aus. Diesen Einzelstrahlen unterschiedlicher Farbe können dann jeweilige Photodioden zugeordnet werden.

Bei der vorliegenden Erfindung können demnach Strahlteiler und wellenlängenselektive Filter entfallen. Dies reduziert die Kosten für eine derartige Projektionsvorrichtung erheblich. Aufgrund der geringen Anzahl von verwendeten Komponenten kann die Projektionsvorrichtung auf kleinstem Raum aufge- baut werden, so dass Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in Handys, erschlossen werden, die mit der aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise bisher nicht zugänglich waren .

Erfindungsgemäß zeichnet sich eine gattungsgemäße Projekti- onsvorrichtung deshalb weiterhin dadurch aus, dass die Projektionsvorrichtung weiterhin eine Umlenkvorrichtung umfasst, die im Strahlengang nach der Strahlvereinigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei die Umlenkvorrichtung eine Begrenzungs ^¬ fläche aufweist, die ausgelegt ist, zumindest die Strahlung bei der ersten und der zweiten Wellenlänge durch totale interne Reflexion umzulenken. Mit der Begrenzungsfläche ist er ^¬ findungsgemäß ein Auskoppelelement gekoppelt, das ausgelegt ist, zumindest einen Teil der auf die Begrenzungsfläche auf ^¬ tretenden Strahlung zumindest der ersten und der zweiten Wel- lenlänge aus der Umlenkvorrichtung auszukoppeln.

Besonders bevorzugt ist das Auskoppelelement als dispersives Element ausgebildet. Je stärker das Auskoppelelement disper- siv ist, umso deutlicher ist der Unterschied in den Winkeln, unter denen die Strahlen der unterschiedlichen Wellenlängen aus dem Auskoppelelement austreten.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Auskoppelelement auch eine Unstetigkeitsstelle in der Begrenzungsfläche der Umlenkvorrichtung darstellen. Beispielsweise kann ein Krat- zer, eine Beule, eine Delle oder dergleichen vorgesehen sein, um Strahlung auszukoppeln. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Umlenkvorrichtung als dispersives Element ausgebil ^¬ det ist.

Bevorzugt ist die Umlenkvorrichtung als Prisma ausgebildet, wobei die Begrenzungsfläche um mindestens 41° zur Eintritts ^¬ fläche, über die die Strahlung zumindest der ersten und der zweiten Wellenlänge in das Prisma eintritt, geneigt ist. Dies berücksichtigt, dass die TIR (Total Inner Reflection) - Winkelforderung

> aresin ( 1 /n)

ist, wobei n für den Brechungsindex steht. Bei den Materialen BK1 und BK5 der Firma Schott ist n = 1,5: Daraus ergibt sich = 41,8°.

Wird diese Forderung erfüllt, wird eine totale innere Refle ^¬ xion sichergestellt. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn das Auskoppelelement derart beschaffen ist, dass durch das an der Begrenzungsfläche angebrachte Auskop ^¬ pelelement die TIR-Winkelforderung gebrochen wird. Durch das Anbringen des Koppelelements wird demnach in dem Bereich, in dem das Auskoppelelement angebracht ist, die innere Reflexion verhindert, so dass die Strahlung durch das Auskoppelelement ausgekoppelt wird.

Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang die Austritts- fläche, aus der die von der Begrenzungsfläche reflektierte Strahlung zumindest der ersten und der zweiten Wellenlänge aus dem Prisma austritt, in einem solchen Winkel zur Begrenzungsfläche angeordnet, dass die TIR-Winkelforderung gebro ^¬ chen wird. Auf diese Weise findet an der Austrittsfläche des Prismas keine Reflexion statt, so dass die Strahlung, wie be ^¬ absichtigt, dem Umlenkspiegel zugeführt werden kann.

Weiterhin bevorzugt umfasst die Projektionsvorrichtung eine Sensorvorrichtung, die mindestens ein erstes photosensitives Element umfasst, das ausgelegt und angeordnet ist, über das Auskoppelelement ausgekoppelte Strahlung der ersten Wellen ^¬ länge zu erfassen, sowie mindestens ein zweites photosensiti ^¬ ves Element, das ausgelegt und angeordnet ist, über das Aus ^¬ koppelelement ausgekoppelte Strahlung der zweiten Wellenlänge zu erfassen. Auf diese Weise können die Anteile der Gesamt ^¬ strahlung wellenlängenspezifisch erfasst und der Ansteuervor- richtung zur Korrektur zugeführt werden.

Das mindestens eine photosensitive Element kann durch mindes- tens ein CCD-Element und/oder mindestens eine Photodiode ge ^¬ bildet sein.

Die Sensorvorrichtung kann weiterhin mindestens ein erstes erstes und ein zweites erstes einander zugeordnetes photosen ^¬ sitives Element umfassen, die ausgelegt sind, Strahlung der ersten Wellenlänge zu erfassen, sowie mindestens ein erstes zweites und ein zweites zweites einander zugeordnetes photo ^¬ sensitives Element, die ausgelegt sind, Strahlung der zweiten Wellenlänge zu erfassen. Auf diese Weise wird für jede Laser ^¬ vorrichtung ein positionsempfindlicher Photodetektor kreiert, mit dem eine Wellenlängendrift gemessen werden kann. Pro La ^¬ servorrichtung sind demnach zwei photosensitive Elemente vor ^¬ handen. Diese werden anfangs kalibriert, beispielsweise so, dass jeder Photodetektor einen bestimmten Anteil der Strahlung der entsprechenden, zugeordneten Laservorrichtung er- fasst. Durch Wellenlängendrift ändert sich der Anteil, den der jeweilige Photodetektor erfasst, so dass auf diese Weise eine Wellenlängendrift erfasst und ebenfalls korrigiert wer ^¬ den kann.

Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang das erste ers- te und das zweite erste photosensitive Element einerseits und/oder das erste zweite und das zweite zweite photosensiti ^¬ ve Element andererseits jeweils zueinander benachbart ange ^¬ ordnet. Besonders bevorzugt grenzen die beiden einer Laser ^¬ vorrichtung zugeordneten photosensitiven Elemente aneinander an, so dass die Reduktion des Anteils eines der beiden photo ^¬ sensitiven Elemente infolge von Wellenlängendrift beim ande ^¬ ren photosensitiven Element zu einem Zuwachs führt.

Besonders vorteilhaft sind deshalb das erste erste, das zwei ^¬ te erste, das erste zweite und das zweite zweite photosensi- tive Element als streifenförmige Photodioden ausgebildet.

Dies bietet überdies den Vorteil, dass die jeweiligen Photo ^¬ dioden bereits optimal zueinander ausgerichtet und positio ^¬ niert sind. Die Sensorvorrichtung ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ausgebildet, zumindest die auf das erste erste und das zweite erste photosensitive Element auftreffende Strah ^¬ lung getrennt zu erfassen. Dadurch wird eine Korrektur der Wellenlängendrift ermöglicht.

Weiterhin bevorzugt ist im optischen Pfad vor der Sensorvorrichtung mindestens eine optische Fokussiervorrichtung, insbesondere eine Linse und/oder ein Spiegel angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein möglichst großer Anteil der ausgekoppelten Strahlung auf die photosensitiven

Elemente fällt. Dadurch lassen sich die gewonnenen Ergebnisse verbessern. Weiterhin kann dadurch der ausgekoppelte Strahlungsanteil reduziert werden, so dass der dem Umlenkspiegel zugeführte Strahlungsanteil maximiert werden kann.

Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang zumindest für das erste erste und das zweite erste photosensitive Element eine erste optische Fokussiervorrichtung und/oder für das erste zweite und das zweite zweite photosensitive Element ei ^¬ ne zweite optische Fokussiervorrichtung vorgesehen. Dies er- möglicht eine Verkleinerung der jeweiligen photosensitiven Elemente, wodurch sich ein weiterer Kostenvorteil ergibt. Besonders bevorzugt ist das Auskoppelelement derart ausgebil ^¬ det, dass es weiterhin die mindestens eine optische Fokus ^¬ siervorrichtung bildet. Dies kann beispielsweise durch ent- sprechende Gestaltung der Oberfläche des Auskoppelelements erreicht werden. Dadurch lassen sich weitere Kosten sparen. Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist die

Grenzfläche zwischen der Umlenkvorrichtung und dem Auskoppelelement zumindest teilverspiegelt . Dies berücksichtigt, dass lediglich ein kleiner Anteil des jeweiligen Laserstrahls zur Erzeugung einer Regelgröße benötigt wird. Zu diesem Zweck sollte das Auskoppelelement entsprechend klein ausgebildet sein, was jedoch zu Problemen bei der Fertigung und Positionierung führen kann. Durch die teilverspiegelte Ausbildung der Grenzfläche zwischen Umlenkvorrichtung und Auskoppelele ^¬ ment kann das Auskoppelelement größer gestaltet werden, ohne dass ein unerwünscht großer Anteil des Laserstrahls ausgekop ^¬ pelt wird. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Projektionsvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungs ^¬ gemäße Verfahren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der

Technik bekannte Projektionsvorrichtung;

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Auskoppelvorrichtung;

Fig. 3 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Auskoppelvorrichtung; und

Fig. 4 qualitativ unterschiedliche Auftrennungen des Gesamtstrahls in die einzelnen Laserstrahlen.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele gelten die mit Be- zug auf die Fig. 1 eingeführten Bezugszeichen, soweit sie gleiche oder gleich wirkende Elemente betreffen.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Projektionsvorrichtung 24. Dabei wird ein Strahlenbündel 26, das Strahlungsanteile einer ersten, einen zweiten und einer dritten Wellenlänge, insbesondere RBG-Strahlung, umfasst, auf ein Prisma 28 gelei ^¬ tet. Das Prisma 28 ist erfindungsgemäß zwischen dem strahl ^¬ vereinigenden Prisma 14 und dem Umlenkspiegel 18, siehe Fig. 1, angeordnet. Die Begrenzungsfläche 30 des Prismas 28 ist vorliegend um 45° zur Eintrittsfläche 32 des Prismas 28 ge ^¬ neigt. Auf diese Weise ist die TIR-Winkelforderung erfüllt, so dass das Strahlenbündel 26 an der Begrenzungsfläche 30 ei ^¬ ne totale interne Reflexion erfährt. Das Prisma 28 ist aus dispersiven Material gebildet. Ein Auskoppelelement 34 aus stark dispersiven Material ist an der Begrenzungsfläche 30 angebracht. Sind die einander zugewandten Flächen des Prismas 28 und des Auskoppelelements 34 hoch poliert, hält das Aus ^¬ koppelelement 34 ohne weitere Maßnahmen an der Begrenzungs- fläche 30, beispielsweise aufgrund von Kohäsionskräften und /oder Adhäsionskräften und/oder Wasserstoffbrückenbindungen . Alternativ kommen andere Befestigungsmaßnahmen, beispielsweise Kleben, in betracht.

Das Auskoppelelement 34 sorgt dafür, dass die TIR- Winkelforderung gebrochen wird, so dass das Strahlenbündel 26 in dem Bereich, in dem das Auskoppelelement das Prisma 28 kontaktiert, nicht reflektiert wird. Dadurch, dass das Aus ^¬ koppelelement 34 aus stark dispersivem Material, das heißt einem Material mit einem stark wellenlängenabhängigen Bre- chungsindex gebildet ist, treten die einzelnen Farben des

Strahlenbündels 26 unter verschiedenen Winkeln aus dem Auskoppelelement 34 aus. Durch einen geeigneten Sensor können die einzelnen Lichtleistungen getrennt voneinander gemessen werden und zur Korrektur der Helligkeit der jeweiligen Farbe einer Ansteuervorrichtung für die Laserdioden, die den Strahl der jeweiligen Farbe erzeugen, zugeführt werden. Vorliegend sind jeder Farbe zwei Photodioden zugeordnet; dem blauen Strahl die Photodioden 20 _B i und 20 _B 2, dem grünen Strahl die Photodioden 20 _G i und 20 _G 2 und dem roten Strahl die Photodioden 20RI und 20 _R 2. Auf diese Weise ist für jede Farbe ein positi ^¬ onsempfindlicher Photodetektor geschaffen, mit dem auch eine Wellenlängendrift in Abhängigkeit beispielsweise einer Tempe ^¬ raturänderung erfasst und korrigiert werden kann. Damit las ^¬ sen sich wellenlängenselektive Filter, wie sie für die Filter 22^, 22 _ß , 22 G im Stand der Technik, siehe Fig. 1, verwendet werden, ersetzen.

Das Auskoppelelement 34 stellt insbesondere ebenfalls ein Prisma oder eine Linse dar. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel bleibt der Strahldurchmesser vom Auskoppeln bis zur Messung gleich. Dadurch müssen die Photodioden weit genug vom Auskoppelelement entfernt sein, damit sich die Strahlen der unterschied- liehen Farben klar voneinander getrennt haben. Fig. 4a zeigt beispielsweise den Zustand bei einer schlechten Strahltrennung, Fig. 4b den Zustand bei einer guten Strahltrennung und Fig. 4c den Zustand bei einer noch besseren Strahltrennung. Um bei vorgegebenem Bauraum einen Zustand gemäß Fig. 4c zu erzielen, wird eine Ausführungsform gemäß Fig. 3 vorgeschlagen .

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die ausgekoppelten Strahlen mittels einer optischen Fokussiervorrichtung 36, die insbesondere eine Linse oder einen Spiegel darstellen kann, auf die Photodioden fokussiert. Auf diese Weise können überdies die Photodioden verkleinert wer ^¬ den. Die Funktion der optischen Fokussiervorrichtung 36 kann auch in das Auskoppelelement 34 integriert werden, und zwar durch entsprechende Gestaltung der Oberfläche des Auskoppel- elements 34. Es kann pro Farbe eine separate optische Fokus ^¬ siervorrichtung vorgesehen werden.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist die Grenzfläche zwischen Prisma 28 und Auskoppelelement 34 teilver- spiegelt. Dadurch kann das Auskoppelelement 34 größer herge- stellt werden, ohne dass ein unerwünscht großer Strahlungsanteil durch das Auskoppelelement 34 verloren geht.