(57)【要約】本発明は、投影面上に可視画像を発生する方法であって、この場合、可視光が第１レーザ共振器から放射され、可視光は、偏向素子（６）、特にマイクロミラーにより、画像を発生するために投影面の方向に偏向され、偏向素子（６）上に可視光からなる光点（８）が発生され、不可視光が第２レーザ共振器から放射され、偏向素子（６）上に、光点を拡大させる、不可視光からなる光リング（９）が発生される、投影面上に可視画像を発生する方法に関する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影面（１）上に可視画像を発生する方法であって、
可視光（２、３、４）が第１レーザ共振器から放射され、可視光（５）は、偏向素子（６）、特にマイクロミラーにより、画像を発生するために投影面（１）の方向に偏向され、この場合、偏向素子（６）上に可視光（２、３、４）からなる光点（８）が発生される、投影面（１）上に可視画像を発生する方法において、
不可視光（５）が第２レーザ共振器から放射され、この場合、偏向素子（６）上に、光点（８）を拡大させる、不可視光（５）からなる光リング（９）が発生されることを特徴とする、
投影面（１）上に可視画像を発生する方法。
【請求項２】
第２レーザ共振器から放射された、光リング（９）を発生させるための不可視光（５）は、光学素子、特にフレネルリングを有するコリメーションレンズにより、または回折光学素子あるいはホログラフィー光学素子により、偏向素子（６）上に写像されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
不可視光（５）から発生された光リング（９）および可視光（２、３、４）から発生された光点（８）は、光点の面積のたかだか５％、好ましくは光点の面積のたかだか３％、特に好ましくは光点の面積のたかだか１％を含む面積を有する重なり領域内において重なり合うことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
不可視光（５）は、赤外光、特に、７８０ｎｍないし１０００ｍｍの範囲内、好ましくは７８０ｎｍないし３０００ｎｍの範囲内、例えば８５０ｎｍの波長を有する赤外光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
不可視光（５）は投影面（１）から反射されて戻されかつ検出されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
可視光（２、３、４）は複数の第１レーザ共振器から放射され、
複数の第１レーザ共振器の光（２、３、４）は異なる波長を有することを特徴とする
請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
画像を発生するための可視光（２、３、４）は、第１偏向素子（６）、特に第１マイクロミラーにより、次に、第２偏向素子（７）、特に第２マイクロミラーにより偏向され、光点（８）および光リング（９）は第１偏向素子（６）上に発生されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
偏向素子（６）と投影面（１）の間の距離（Ｌ）が決定され、かつ第１レーザ共振器および／または第２レーザ共振器の放射電力が、決定された距離（Ｌ）に依存して調節されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
決定された距離（Ｌ）が所定の最小距離を下回ったとき、第１レーザ共振器および／または第２レーザ共振器の放射電力は、特に０に低減されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
投影面（１）上に可視画像を発生する装置であって、
可視レーザ光（２、３、４）を放射するための第１レーザ共振器と、
可視レーザ光を、画像を発生するために投影面（１）の方向に偏向するための偏向素子（６）、特にマイクロミラーとを含み、
第１レーザ共振器は、偏向素子（６）上に可視光（２、３、４）からなる光点（８）が発生可能なように設計されている、
投影面（１）上に可視画像を発生する装置において、
装置（１）は、偏向素子（６）上に、光点（８）を拡大させる、不可視光（５）からなる光リング（９）が発生可能なように構成された、
不可視光（５）を放射するための第２レーザ共振器を特徴とする、投影面（１）上に可視画像を発生する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影面上に可視画像を発生する方法であって、この場合、可視光が第１レーザ共振器から放射され、可視光は、偏向素子、特にマイクロミラーにより、画像を発生するために投影面の方向に偏向され、この場合、偏向素子上に可視光からなる光点が発生される、投影面上に可視画像を発生する方法から出発する。さらに、本発明は、請求項１０の上位概念に記載の装置から出発する。
【背景技術】
【０００２】
このような投影方法は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータおよびラップトップのような移動通信機器用小型化投影装置において適用される。これらの装置は、通常、レーザ共振器と、およびレーザ共振器から放射された光を偏向させるための、マイクロミラーの形の１つ以上の偏向素子とを有する。レーザ共振器はマイクロミラー上に光点を発生し、その写像は、マイクロミラーの偏向により、投影面を介して投影面上に案内される。投影面は、このように、順次に可視光により走査され、これにより、観察者に知覚可能な画像が発生する。
【０００３】
このような投影装置において、例えば投影領域内の物体を認識する可能性のような追加機能を提供することがしばしば望ましい。例えば、それを用いて装置のユーザが相互に作用可能な相互作用投影を可能にすることは好ましい。このために、一般に、他の波長範囲内の光を放射する追加レーザ共振器を提供することが必要である。
【０００４】
これに関して、レーザ共振器から放出される全放射電力は、好ましくない眼の損傷を防止する安全基準により制限されることが不利であることが明らかになった。したがって、追加レーザ共振器を付加するとき、可視画像を投影面上に発生させるレーザ共振器の放射電力を低減することがしばしば必要である。しかしながら、これにより、観察者に見える投影面上の画像の輝度は低減される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この背景から、本発明の課題は、投影された画像の輝度を害することなく、他のレーザ共振器による追加機能の提供を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の本発明による方法および請求項１０に記載の本発明による装置は、従来技術に比較して、追加レーザ共振器によって提供された光リングにより、偏向素子上の光点が拡大されるという利点を有する。この場合、投影面上に写像された光点は確かに拡大する。光リングは投影面の観察者には見えない光から発生されるので、投影面上の画像の知覚可能な画像品質は害されない。さらに、安全規則は、拡大された光点において、光点を発生するレーザ共振器のより高い全放射電力もまた許容する。これは、投影面上に可視画像を発生する第１レーザ共振器の放射電力は維持可能であるので、投影面上の画像の輝度は低減されないことを意味する。
【０００７】
レーザ共振器は半導体レーザのレーザ共振器であることが好ましい。偏向素子は、マイクロミラー、特に好ましくはＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）として設計されたマイクロミラーであることが好ましい。代替態様として、偏向素子は、例えばガラスからなる半透明ミラーとして設計されていてもよい。
【０００８】
好ましい構成により、第２レーザ共振器から放射された、光リングを発生させるための不可視光は、光学素子により偏向素子上に写像される。光学素子として、例えば、フレネルリングを有するコリメーションレンズが使用されてもよい。代替態様として、偏向素子上に光リングを発生させるために、回折光学素子（ＤＯＥ）またはホログラフィー光学素子（ＨＯＥ）が使用されてもよい。
【０００９】
不可視光から発生された光リングおよび可視光から発生された光点が、光点の面積のたかだか５％、好ましくは光点の面積のたかだか３％、特に好ましくは光点の面積のたかだか１％を含む面積を有する重なり領域内において重なり合うとき、それは有利である。このような僅かな面積を有する重なり領域の選択により、第２レーザ共振器により放射された光は、ほぼ完全に、光点の拡大のために使用可能である。
【００１０】
有利な構成により、不可視光は、赤外光、特に、７８０ｎｍないし１０００ｍｍの範囲内、好ましくは７８０ｎｍないし３０００ｎｍの範囲内、例えば８５０ｎｍの波長を有する赤外光である。第１レーザ共振器から放射される可視光は、３８０ｎｍないし７８０ｎｍの範囲内の波長を有することが可能である。
【００１１】
好ましい構成は、不可視光は投影面から反射されて戻されかつ検出されるように設計  されている。検出された不可視光により、一方のレーザ共振器および／または偏向素子と他方の投影面の間の距離が推測可能である。その代わりにまたはそれに追加して、反射光の検出は、投影面の表面性状、例えば反射率の決定を可能にする。
【００１２】
好ましい構成により、可視光は複数の第１レーザ共振器から放射され、この場合、複数の第１レーザ共振器の光は異なる波長を有する。種々の色の光を放射する複数のレーザ共振器の使用により、投影面上の多色写像が可能となる。混色が得られるように、色を重ねることが可能である。例えば赤色、青色および緑色の光を放射する３つの第１レーザ共振器が使用されてもよい。
【００１３】
好ましい構成により、偏向素子、特にマイクロミラーは、レーザ光を偏向させるために、第１揺動軸の周りに揺動され、これにより、レーザ光は投影面上において第１方向に沿って案内可能である。これにより、投影面の第１次元が走査可能である。偏向素子、特にマイクロミラーは、レーザ光を偏向させるために、さらに、第１揺動軸に交差して、特に垂直に配置された第２揺動軸の周りに揺動されることが特に好ましく、これにより、レーザ光は投影面上において第２方向に沿って案内可能である。この限りにおいて、投影面の２つの次元を走査することが可能である。
【００１４】
代替構成により、画像を発生するための可視光は、はじめに、第１偏向素子、特に第１マイクロミラーにより、次に、第２偏向素子、特に第２マイクロミラーにより偏向され、この場合、光点および光リングは第１偏向素子上に発生される。第１偏向素子は第１揺動軸の周りに揺動され、および第２偏向素子は、第１揺動軸に交差して、特に垂直に配置された第２揺動軸の周りに揺動されることが好ましい。
【００１５】
さらに、偏向素子と投影面の間の距離が決定され、かつ第１レーザ共振器および／または第２レーザ共振器の放射電力が、決定された距離に依存して調節されるとき、それは有利であることがわかった。レーザ投影装置用の現在の安全基準による最大許容放射電力は、しばしば、投影面からの距離に依存する。例えば距離センサまたは近接センサによる距離の決定により、レーザ共振器の放射電力を、それが投影面までのそれぞれの距離に対して許容された値を超えないように調節することが可能となる。
【００１６】
これに関して、決定された距離が所定の最小距離を下回ったとき、第１レーザ共振器および／または第２レーザ共振器の放射電力が低減されるときにそれは特に好ましい。放射電力は、例えば、それぞれの安全規則による最大許容放射電力に調節されてもよい。代替態様として、放射電力は、この調節において第１レーザ共振器および／または第２共振器が光を放射しないように、０に低減されてもよい。
【００１７】
投影面上に可視画像を発生する方法に関して説明された上記の有利な特徴は、投影面上に可視画像を発生する本発明による装置においてもまた、単独でまたは組み合わせて適用可能である。
【００１８】
本発明の実施例が図面に示されかつ以下の記述において詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、投影面上に可視画像を発生する本発明による装置の第１実施例を概略図で示す。
【図２】図２は、光点の種々のサイズに対して、投影面までの距離の関数としての、図１に示した装置の最大許容輝度の線図を示す。
【図３】図３は、３つのレーザ共振器により発生された可視光点を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施例による、４つのレーザ共振器により発生された光点を示す。
【図５】図５は、図３および図４に示した光点の配光を示す。
【図６】図６は、光リングを発生するための不可視光の配光を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
種々の図において、同一部品は常に同一符号を有し、したがって、一般に、それぞれ１つの符号のみで呼ばれ、ないしは記載される。
図１に、本発明の一実施例による、投影面１上に可視画像を発生する装置の一実施例が示されている。装置は図示されていない複数の第１レーザ共振器を有し、それらを介して、異なる波長を有する可視光２、３、４が発生される。レーザ共振器は例えば半導体レーザのレーザ共振器であってもよい。第１レーザ共振器は、可視赤色光２、可視黄色光３および可視青色光４を発生することが好ましく、これにより、これらの３つの光量の加算的混合により、ＲＧＢ色空間の色が発生可能である。この限りにおいて、投影面１上に多色画像を発生することが可能である。
【００２１】
さらに、装置１０は、同様に図示されていない第２レーザ共振器を有する。第２レーザ共振器は、不可視光５、すなわち人により知覚可能な３８０ｎｍないし７８０ｎｍの波長範囲外にある波長を有する光を放射する。この実施例により、不可視光６は、７８０ｎｍないし１０００ｍｍの範囲内、好ましくは７８０ｎｍないし３０００ｎｍの範囲内、例えば８５０ｎｍの波長を有する赤外光である。不可視光は、装置１０において、投影面１上の物体の認識、例えばユーザの指の認識を可能にするために使用される。不可視光５は、このために、投影面１において反射されて戻されかつ装置１０の検出装置を介して検出される。これにより、例えば相互作用投影および入力装置が形成可能である。
【００２２】
第１レーザ共振器から放射された可視光２、３、４および第２レーザ共振器から放射された不可視光５は、第１偏向素子６および第２偏向素子７により投影面１の方向に偏向される。第１偏向素子６および第２偏向素子７は、マイクロミラーとして、特にＭＥＭＳの形のマイクロミラーとして構成されている。第１偏向素子６は第１揺動軸の周りにおよび第２偏向素子７は第２揺動軸の周りに揺動可能であり、この場合、第１および第２揺動軸は、相互に交差して、特に垂直に配置されている。投影面１上に画像を発生するために、第１偏向素子６は、特に周期的に第１揺動軸の周りに揺動され、および第２偏向素子７は、特に周期的に第２揺動軸の周りに揺動され、これにより、投影面１は行ごとにないしは列ごとに走査される。
【００２３】
可視光２、３、４は第１偏向素子６上に直径Ｄを有する光点８を発生する。本発明により、不可視光５は第１偏向素子６上に光リング９を発生し、光リングは、可視光２、３、４から形成された光点８を拡大させ、これにより、拡大光点８´が第１偏向素子６上に形成される。
【００２４】
図２に、クラス２のレーザ用レーザ安全規格ＩＥＣ６０８２５−１ Ｅｄ３による、図１からの装置１０の最大許容輝度Ｈが示されている。輝度Ｈ（ルーメン）が第１偏向素子６の投影面１からの距離Ｌに対して目盛られている。輝度Ｈのパラメータとして、第１偏向素子に入射する光２、３、４、５により発生された光点８、８´の直径Ｄ、Ｄ´が与えられている。第１偏向素子６に入射する光２、３、４、５の直径Ｄ、Ｄ´が大きければ大きいほどそれだけ最大許容輝度Ｈは大きいことがわかる。これは、第１偏向素子６上における光点８、８´のより大きい直径Ｄ、Ｄ´を選択したとき、投影面１上においてより高い全体輝度Ｈが可能となることを意味する。
【００２５】
図３は、３つの第１レーザ共振器の可視光２、３、４により発生された光点８を示す。可視光２、３、４は、非円形光点８が形成されるように重なり合う。これとは異なり、光点８は円形であってもよい。光点８の境界線上の２つの点の最大可能距離が光点８の直径Ｄと解釈される。
【００２６】
図４に示すように、第２レーザ共振器から放射された不可視光５は、可視光点８を、可視光点８の直径Ｄより大きい直径Ｄ´を有する光点８´に拡大させる光リング９を発生する。光リング９を発生するために、光学素子、特にフレネルリングを有するコリメーションレンズまたは回折光学素子あるいはホログラフィー光学素子が使用されてもよい。
【００２７】
不可視光５から発生された光リング９および可視光２、３、４から発生された光点８は、光点８の面積のたかだか５％、好ましくは光点８の面積のたかだか３％、特に好ましくは光点８の面積のたかだか１％の面積を有する重なり領域内において重なり合う。
【００２８】
図５に、可視光点８を発生する、偏向素子６上の可視光２、３、４の光束の分布が示されている。さらに、図５は、可視光点８および不可視光リング９から形成された拡大光点８´の光束の分布を示す。図６は、第１偏向素子６上に光リング９を発生する不可視光５の光束の分布を示す。
【００２９】
投影面上に可視画像を発生する装置１０において、さらに、偏向素子６と投影面１の間の距離Ｌが決定される。この距離Ｌの決定のために、例えば距離センサまたは近接センサが使用されてもよい。決定された距離Ｌに依存して、第１レーザ共振器および／または第２レーザ共振器の放射電力が調節される。特に、決定された距離Ｌが所定の最小距離を下回っているとき、第１レーザ共振器および／または第２レーザ共振器の放射電力は低減される。放射電力は、この場合、決定された距離Ｌに対する最大許容放射電力に調節されることが好ましい。代替態様として、放射電力は、最小距離を下回ったとき、０に低減されてもよく、これにより、第１レーザ共振器および／または第２レーザ共振器はこの調節において光を放射しない。
【００３０】
これらの手段により、小さい距離Ｌにおいて、最大許容放射電力ないしは輝度が超えられることが回避可能である。この状況は、例えば、物体または人が第１偏向素子６と投影面１の間の領域内に到達し、これにより、第１偏向素子６から偏向された光２、３、４、５が物体ないしは人に入射したときに現われることがある。
【００３１】
上記の装置１０により、投影面１上に可視画像が発生可能であり、この場合、可視光２、３、４は第１レーザ共振器から放射され、可視光２、３、４は、偏向素子６、特にマイクロミラーにより、画像を発生するために投影面１の方向に偏向され、この場合、偏向素子６上に可視光からなる光点８が発生され、この場合、不可視光５が第２レーザ共振器から放射され、この場合、偏向素子６上に、光点８を拡大させる、不可視光５からなる光リング９が発生される。これにより、例えば追加機能を組み込むために、装置内において第２レーザ共振器を使用することが可能であり、この場合、投影画像の輝度の制限は考慮される必要はない。
【符号の説明】
【００３２】
１  投影面
２  可視赤色光、可視光
３  可視黄色光、可視光
４  可視青色光、可視光
５  不可視光
６  第１偏向素子
７  第２偏向素子
８  光点
８′  拡大光点
９  光リング
１０  装置
Ｄ、Ｄ′  直径
Ｈ  最大許容輝度
Ｌ  距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2019530314.tif 000010
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