(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのレーザビーム（２０）を生成するための少なくとも１つのレーザダイオード（２６）と、少なくとも１つのレーザビーム（２０）を偏向するための少なくとも１つの可動ミラー素子（１２、１４）とを有するレーザ投射装置（１０）に関する。レーザ投射装置が、少なくとも１つのレーザビーム（２０）の相対偏向速度の関数として少なくとも１つのレーザビーム（２０）の輝度を開ループ及び／又は閉ループ制御するように構成された少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット（２８）を備えることを提案する。
2021504740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのレーザビーム（２０）を生成するための少なくとも１つのレーザダイオード（２６）と、少なくとも１つのレーザビーム（２０）を偏向させるための少なくとも１つの可動ミラー素子（１２、１４）とを有するレーザ投射装置において、
少なくとも１つのレーザビーム（２０）の相対偏向速度の関数として少なくとも１つのレーザビーム（２０）の輝度を開ループ及び／又は閉ループ制御するように構成した少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループユニット（２８）を備えること、を特徴とするレーザ投射装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ投射装置において、
前記少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループユニット（２８）が、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の相対偏向速度の関数として前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の輝度を、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の軌道に沿って輝度分布が均一になるように開ループ及び／又は閉ループ制御するように構成した、レーザ投射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザ投射装置において、
前記少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット（２８）が、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の軌道が位置する画像フィールドの歪みを記述する、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット（２８）の少なくとも１つのワーピング関数、特に１つのワーピング多項式の少なくとも１つの一次導関数によって、少なくとも１つのレーザビーム（２０）の相対偏向速度を決定するように構成した、レーザ投射装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載のレーザ投射装置において、
前記少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット（２８）が、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）が少なくとも実質的に１次元で移動する場合に、少なくとも１つのレーザビーム（２０）の軌道が位置する画像フィールドの歪みを記述する、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットの少なくとも１つのワーピング関数、特にワーピング多項式の少なくとも一次偏導関数によって少なくとも１つのレーザビーム（２０）の相対偏向速度を決定するように構成した、レーザ投射装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のレーザ投射装置において、
前記少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット（２８）が、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の相対偏向速度に基づいて、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の輝度を補正するための少なくとも１つの補正係数を決定するように構成した、レーザ投射装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のレーザ投射装置において、
前記少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット（２８）が、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の最速の相対偏向速度に対する少なくとも１つのレーザビームの輝度の補正を、正規化係数によって値１に正規化するように構成した、レーザ投射装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載のレーザ投射装置において、
前記少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット（２８）が、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の移動の反転点の少なくとも１つの領域で少なくとも１つのレーザビーム（２０）の輝度を低下させるように構成した、レーザ投射装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のレーザ投射装置（１０）を作動する方法であって、レーザ投射装置（１０）が、少なくとも１つのレーザビーム（２０）を生成するための少なくとも１つのレーザダイオード（２６）と、少なくとも１つのレーザビーム（２０）を偏向するための少なくとも１つの可動ミラー素子（１２、１４）とを有するレーザ投射装置（１０）において、
前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の輝度を、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の相対偏向速度の関数として開ループ及び／又は閉ループ制御するレーザ投射装置（１０）を作動する、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、
前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の軌道に沿って輝度分布が均一になるように、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の輝度を前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）の相対偏向速度の関数として開ループ及び／又は閉ループ制御する、方法。
【請求項１０】
請求項１から７までのいずれか１項に記載のレーザ投射装置（１０）を有するレーザプロジェクタにおいて、
レーザ投射装置（１０）が、少なくとも１つのレーザビーム（２０）を生成するための少なくとも１つのレーザダイオード（２６）と、前記少なくとも１つのレーザビーム（２０）を偏向するための少なくとも１つの可動ミラー素子（１２、１４）とを備える、レーザプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
少なくとも１つのレーザビームを生成するための少なくとも１つのレーザダイオードと、少なくとも１つのレーザビームを偏向するための少なくとも１つの可動ミラー素子とを有するレーザ投射装置が既に提案されている。
【発明の概要】
【０００２】
本発明は、少なくとも１つのレーザビームを生成するための少なくとも１つのレーザダイオードと、少なくとも１つのレーザビームを偏向するための少なくとも１つの可動ミラー素子とを有するレーザ投射装置に関する。
【０００３】
レーザ投射装置が、少なくとも１つのレーザビームの相対偏向速度の関数として少なくとも１つのレーザビームの輝度を開ループ制御及び／又は閉ループ制御するように設定された少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループの制御ユニットを備えることが提案されている。
【０００４】
レーザダイオードは、好ましくは、人間の目に見える電磁周波スペクトルのスペクトル範囲からの周波数を有するレーザビームを生成する。このレーザダイオードは、好ましくは、電磁周波スペクトルの赤色スペクトル領域、電磁周波スペクトルの緑色スペクトル領域、または電磁周波スペクトルの青色スペクトル領域からの周波数を有するレーザビームを生成する。このレーザ投射装置は、好ましくは、多数のレーザダイオードを有することができる。特に好ましくは、本レーザ投射装置は、正確に３つのレーザダイオードを有することができ、３つのレーザダイオードのうちの第１のレーザダイオードは、電磁周波スペクトルの赤色スペクトル領域からの周波数を有するレーザビームを生成し、３つのレーザダイオードのうちの第２のレーザダイオードは、電磁周波スペクトルの緑色スペクトル領域からの周波数を有するレーザビームを生成し、３つのレーザダイオードのうちの第３のレーザダイオードは、電磁周波スペクトルの青色スペクトル領域からの周波数を有するレーザビームを生成する。
【０００５】
「ミラー素子」は、特に電磁放射、特に人間の目に見える電磁放射に対して反射性の素子であると理解されたい。特に、このミラー素子は、レーザ投射装置が電磁放射を放出する電磁周波スペクトルの領域において反射性である。好ましくは、ミラー素子は、電磁放射を反射する材料から少なくとも部分的に形成されている。ミラー素子は、特に、少なくとも部分的に金、銀、ケイ素、または当業者に有用であると思われる別の電磁放射反射材料から形成することができる。代替的または付加的に、ミラー素子は、ミラー素子の表面に電磁放射を反射するコーティングを備えることも可能である。このコーティングは、好ましくは、少なくとも部分的に、金、銀、ケイ素から形成してもよいし、または当業者に有用であると思われる別の電磁放射反射材料から形成してもよい。特に高い反射率のために、ミラー素子は、さらに好ましくは、研磨した、特に好ましくは、高光沢に研磨した表面を有することができる。ミラー素子は、好ましくは、レーザ投射装置において少なくとも１つの画像の水平方向の行を投射するように設定した水平方向ミラーとして構成している。ミラー素子は、好ましくは、ミラー素子の運動軸を中心として動くように支承している。
【０００６】
「水平」方向は、特に、ミラー素子の運動軸に対して少なくとも実質的に直角に延在する方向であると理解されたい。ここで、「実質的に垂直」という表現は、特に、ミラー素子の運動軸に対する方向の整列を定めており、ミラー素子の方向および運動軸は、特に１つの平面で見て、特に９０°の角度をなし、角度は、特に８°未満、有利には５°未満、特に有利には２°未満の最大のずれを有する。
【０００７】
ミラー素子は、好ましくは、少なくとも１つのレーザビームを偏向させるように構成している。「構成する」とは、特に、特別にプログラムし、設計し、及び／又は装備することと理解されたい。オブジェクトを特定の機能のために構成することは、特に、オブジェクトをが、少なくとも１つのアプリケーション及び／又は動作状態においてこの特定の機能を満たし、かつ／または実行することであると理解されたい。レーザビームを偏向させることによって、好ましくは少なくとも１つの画像を投射面に投射することができる。
【０００８】
「開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット」は、特に、少なくとも１つの制御電子機器を有するユニットであると理解されたい。「制御電子機器」は、特に、プロセッサユニットと、メモリユニットと、メモリユニットに格納された動作プログラムとを有するユニットであると理解されたい。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、好ましくは、レーザビームの相対偏向速度の関数としてレーザビームの輝度を開ループ制御及び／又は閉ループ制御するように構成している。レーザビームの輝度を開ループ制御及び／又は閉ループ制御するために、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、好ましくは、レーザダイオードに接続しており、特に電気伝導性に接続している。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、特に、レーザビームの相対偏向速度の関数としてレーザダイオードの光出力パワーを開ループ制御及び／又は閉ループ制御するように構成している。特に、レーザダイオードの光出力は、レーザビームの出力に対応し、好ましくは、レーザビームの輝度に比例する。
【０００９】
「レーザビームの相対偏向速度」とは、特に、投射面の平面の１つの点にレーザビームによって投射面に生成されるレーザスポットの速度であって、投射面の平面の別の点におけるレーザスポットの速度に対する速度であると理解されたい。好ましくは、レーザスポットは、レーザビームと投射面との交点として形成される。好ましくは、レーザビームの絶対偏向速度はレーザビームの輝度を開ループ及び／又は閉ループ制御するためには重要ではない。好ましくは、レーザビームの相対偏向速度はミラー素子の相対角速度の関数であり、特にミラー素子の相対角速度にほぼ比例する。
【００１０】
レーザ投射装置の本発明による構成は、有利には、レーザビームの相対偏向速度の関数としてレーザビームの輝度を開ループ及び／又は閉ループ制御することを可能にする。有利には、少なくとも１つの投射画像におけるレーザビームの相対偏向速度の差に基づく輝度差を補正することができる。有利には、少なくとも１つの投射画像において均一な輝度分布を達成することができる。有利には、画像材料の輝度を正確に再現するレーザ投射装置を提供することができる。
【００１１】
少なくとも１つのレーザビームの１つの軌道に沿って輝度分布が均一になるように、少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットが少なくとも１つのレーザビームの相対偏向速度の関数として少なくとも１つのレーザビームの輝度を開ループ及び／又は閉ループ制御するように構成することをさらに提案する。「レーザビームの軌道」は、特に、画像の投射のためにレーザビームによって投射面に生成されるレーザスポットの経路であると理解されたい。レーザビームの軌道に沿って輝度分布が均一の場合、均一な輝度分布を有する投射画像をレーザ投射装置によって投射面に均一な輝度分布によって投射することができる。画像は、好ましくは、レーザ投射装置によって行毎に投射面に構成される。レーザビームは、好ましくは、投射面にわたって互いに垂直方向にずらした水平方向の行においてミラー素子によって走査する。画像は、好ましくは、水平方向に互いにずらされた複数の水平方向の行を含む。
【００１２】
好ましくは、レーザビームの最速の相対偏向速度によって走査を行う。行の始まりでは、ミラー素子は、好ましくは、最速の相対偏向速度までレーザビームを加速する。行の終わりでは、ミラー素子は好ましくは減速する。特に、レーザビームは、最速の相対偏向速度よりも遅い相対偏向速度まで減速される。レーザビームの相対偏向速度が最速の相対偏向速度よりも遅い領域では、投射面は、レーザビームが最速の相対偏向速度で移動する領域よりも特に長くレーザビームによって照射される。レーザビームが最速の相対偏向速度で移動する領域は、レーザビームが最速の相対偏向速度よりも遅い相対偏向速度で移動する領域よりも特に暗く投射表面に現れる。特に、少なくとも１つのレーザビームの軌道に沿って不均一な輝度分布が生じる。好ましくは、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、輝度分布の不均一性が補正されるように、レーザビームの相対偏向速度の関数としてレーザビームの輝度を開ループ及び／又は閉ループ制御することができる。好ましくは、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、レーザビームが最速の相対偏向速度で移動している領域ではレーザビームの輝度を増加させることができ、及び／又は開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、レーザビームが最速の相対偏向速度よりも遅い相対偏向速度で移動している領域ではレーザビームの輝度を低下させることができる。「領域」とは、特に、レーザビームの相対偏向速度が一定に保持されている行に沿った複数の点のシーケンス、または行に沿った単一の点であって行に沿って隣接する点とは異なるレーザビームの相対偏向速度を有する点であると理解することができる。特に、レーザビームが最速の相対偏向速度で移動する領域は、行の中央の単一点として形成することができる。特に、レーザビームは、行の始めから行の中央の点まで加速し、行の中央の点から行の終わりまで減速することができる。特に、行に沿ったレーザビームの偏向速度の波形は、この場合、正弦波として記述することができる。特に、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、輝度分布がレーザビームの軌道に沿って均一になるように、行に沿ったそれぞれの点でレーザビームの輝度を開ループ及び／又は閉ループ制御することができる。有利には、レーザビームの軌道に沿って均一な輝度分布を達成することができる。
【００１３】
さらに、少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、少なくとも１つのレーザビームの軌道が位置する画像フィールドの歪みを記述する、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットの少なくとも１つのワーピング関数、特にワーピング多項式の少なくとも１つの一次導関数によって、少なくとも１つのレーザビームの相対偏向速度を決定するように構成することを提案する。好ましくは、ワーピング関数は、多項式、特にワーピング多項式によって表す。あるいは、ワーピング関数は、当業者に有用であると思われる別の数学的関数によって表すことが可能である。「多項式」は、特に、少なくとも１つの変数の累乗による倍数を合計する数学的関数と理解されたい。好ましくは、ワーピング多項式は２次元多項式として形成する。ワーピング関数、特にワーピング多項式は、特にレーザビームの軌道が位置する画像フィールドの歪みを数学的に記述する。数学的観点から、ワーピング関数、特にワーピング多項式は、特に、空間的に等間隔のピクセルグリッドとして形成された画像データの座標系と、空間的に等間隔でないピクセルグリッドとして形成されたレーザビームの軌道の歪んだ座標系との間のマッピング規則を表す。好ましくは、画像データは、画像を投射するためにレーザ投射装置に供給される画像のデータ、特に電子データである。特に、ワーピング関数、特にワーピング多項式は、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットのメモリユニットに格納することができる。数学的には、距離の一次導関数は、距離に沿った速度を表すことが好ましい。ワーピング関数、特にワーピング多項式の一次導関数は、レーザビームの軌道に沿ったレーザビームの偏向速度、特にレーザビームの軌道に沿ったレーザビームの相対偏向速度を提供することが好ましい。特に、レーザビームの軌道の座標系におけるピクセルが時間的に等間隔であり、画像データの座標系におけるピクセルが空間的に等間隔である場合には、ワーピング関数、特にワーピング多項式の一次導関数は、レーザビームの軌道に沿ったレーザビームの偏向速度、特にレーザビームの軌道に沿ったレーザビームの相対偏向速度を提供する。好ましくは、レーザビームの軌道の座標系におけるピクセルの時間的等間隔は、一定の生成率でピクセルを生成することによって達成される。特に、ワーピング関数、特にワーピング多項式の一次導関数を計算するための計算プログラムを制御及び／又は調整ユニットのメモリユニットに格納してもよい。好ましくは、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット、特に開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットのプロセッサユニットは計算プログラムによってワーピング関数、特にワーピング多項式の一次導関数を計算することができる。特に、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、ワーピング関数、特にワーピング多項式の一次導関数に基づいてレーザビームの相対偏向速度を決定することができる。有利には、ミラー素子の速度検出のための付加的なセンサを省略することができる。有利には、レーザ投射装置を安価に製造することができる。
【００１４】
さらに、少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、少なくとも１つのレーザビームの少なくとも実質的に１次元の移動時に、少なくとも１つのレーザビームの軌道が位置する画像フィールドの歪みを記述する、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットの少なくとも１つのワーピング関数、特にワーピング多項式の少なくとも一次偏導関数によって少なくとも１つのレーザビームの相対偏向速度を決定するように構成することを提案する。「実質的に一次元の移動」とは、特に、位置平面における一空間方向に対して一方向に沿った移動であると理解されるべきであり、方向は空間方向に対して、特に８°未満、有利には５°未満、特に有利には２°未満のずれを有している。特に、レーザビームは、投射面に画像を構成する場合に行に沿って走査する。行に沿った移動は、特に１次元の移動である。偏導関数は、特に、１次元もしくは１つの空間方向のみの導関数を表す。好ましくは、レーザビームが少なくとも実質的に移動する空間方向とは異なるさらなる空間方向におけるワーピング関数、特にワーピング多項式の導関数は不要である。有利には、レーザビームの相対偏向速度を決定する場合に、計算資源を節約することができる。
【００１５】
少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、少なくとも１つのレーザビームの相対偏向速度に基づいて、少なくとも１つのレーザビームの輝度を補正するための少なくとも１つの補正係数を決定するように構成することをさらに提案する。好ましくは、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、単一の補正係数または多数の補正係数を決定することができる。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、好ましくは、行に沿ったレーザビームのそれぞれの相対偏向速度について個別の補正係数を決定することができる。好ましくは、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、ワーピング多項式の一次導関数から補正係数を決定することができる。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、特に、制御データを送信することによってレーザダイオードを制御及び／又は調整するように構成する。好ましくは、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、制御データ内に補正係数を含むことができる。特に、レーザダイオードは、補正した制御データを用いた開ループ及び／又は閉ループ制御に基づいて、補正した輝度を有するレーザビームを生成することができる。有利には、シェードまたはフィルタなどの、レーザビームの輝度を補正するための付加的な構成要素を省略することができる。有利には、レーザ投射装置を低コストで製造することができる。
【００１６】
さらに、少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、少なくとも１つのレーザビームの最速の相対偏向速度に対する少なくとも１つのレーザビームの輝度の補正を、正規化係数によって値１に正規化するように構成することを提案する。特に、レーザビームの最速の相対偏向速度におけるレーザビームの輝度は、基準輝度とみなす。特に、この基準輝度に対する補正係数は、値１に正規化する。好ましくは、レーザビームの輝度は、レーザビームの最速の偏向速度では補正係数によって変更しない。好ましくは、レーザビームの輝度は、レーザビームの最速の相対偏向速度よりも遅いレーザビームの相対偏向速度では、補正係数によって適合する。有利には、基準輝度を定めることができる。
【００１７】
さらに、少なくとも１つの開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、少なくとも１つのレーザビームの移動の反転点の少なくとも１つの領域で、少なくとも１つのレーザビームの輝度を低下させるように構成することを提案する。好ましくは、レーザビームの輝度は、レーザビームの移動の反転点の領域において補正係数を使用して低下させる。好ましくは、レーザビームの輝度は、レーザビームの移動の反転点の領域において、正規化係数に基づいて１未満の値に低下させる。特に、レーザビームの移動は、行毎に少なくとも２つの反転点の領域を含む。第１の反転点の周りの第１の領域は、好ましくは、行の始まりを示す。第２の反転点の周りの第２の領域は、好ましくは、行の終わりを示す。これらの領域におけるレーザビームの移動の加速及び／又は減速に基づいて、レーザビームは、これらの領域において、特に、行中央よりもゆっくりと移動する。特に、反転点の周りの領域は、行中央の領域よりも長くレーザビームによって照射される。特に、反転点の周りの領域は、投射された画像において、行中央の領域よりも高い輝度を有する。レーザビームの移動の反転点の領域におけるレーザビームの輝度を低下させることによって、好ましくは、行に沿って均一な照射を達成することができる。特に、レーザビームが最速の相対偏向速度で移動する領域は、行の中央の単一点として形成してもよい。特に、レーザビームは、行の始まりから行の中央の点まで加速し、行の中央の点から線の終わりまで減速することができる。特に、この場合のレーザビームの移動は、第１の反転点の周りに複数の領域を有することができ、これらの領域は行の始まりから行中央の点まで行に沿って配置されている。特に、この場合のレーザビームの移動は、第２の反転点の周りに複数の領域を有することができ、これらの領域は行中央の点から行端部まで配置されている。好ましくは、これらの領域は個々の点として形成することができる。特に、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、反転点のそれぞれの領域におけるレーザビームの輝度を低下させることができ、特に、レーザビームの軌道に沿って輝度分布が均一になるように、反転点のそれぞれの領域におけるレーザビームの輝度を個別に低下させることができる。有利には、反転点の周りの領域と行中央の領域との間の輝度差を補正することができる。
【００１８】
さらに、本発明は、少なくとも１つのレーザビームを生成するための少なくとも１つのレーザダイオードと、少なくとも１つのレーザビームを偏向するための少なくとも１つの可動ミラー素子とを備えた本発明によるレーザ投射装置を作動する方法に関する。
【００１９】
特に少なくとも１つの方法ステップにおいて、少なくとも１つのレーザビームの輝度を、少なくとも１つのレーザビームの相対偏向速度の関数として開ループ及び／又は閉ループ制御することを提案する。有利には、少なくとも１つの投射画像におけるレーザビームの相対偏向速度の差に基づいた輝度差を補正することができる。
【００２０】
さらに、特に少なくとも１つの方法ステップにおいて、少なくとも１つのレーザビームの輝度を、少なくとも１つのレーザビームの軌道に沿って輝度分布が均一になるように、少なくとも１つのレーザビームの相対偏向速度の関数として開ループ及び／又は閉ループ制御することを提案する。有利には、レーザビームの軌道に沿って均一な輝度分布を達成することができる。
【００２１】
さらに、本発明は、少なくとも１つのレーザビームを生成するための少なくとも１つのレーザダイオードと、少なくとも１つのレーザビームを偏向するための少なくとも１つの可動ミラー素子とを備えた本発明による少なくとも１つのレーザ投射装置を有するレーザプロジェクタに関する。レーザプロジェクタは、好ましくは、レーザプロジェクタを作動するために必要なさらなる構成要素を備える。特に、レーザプロジェクタは、少なくとも１つのエネルギー供給部、少なくとも１つのデータ入力部、少なくとも１つの画像プロセッサ、少なくとも１つのハウジング、および当業者には有用であると思われるさらなる構成要素を備えることができる。有利には、投射面を均一に照明することができるレーザプロジェクタを提供することができる。
【００２２】
本発明によるレーザ投射装置、本発明による方法及び／又は本発明によるレーザプロジェクタは、上述の用途および実施形態に限定されるべきではない。特に、本発明によるレーザ投射装置、本発明による方法、及び／又は本発明によるレーザプロジェクタは、本明細書に記載した機能を満たすために、個々の要素、構成要素、およびユニット、ならびに手続きステップの上記数とは異なる数を有することができる。さらに、この開示内容に示した値の範囲において、この限界内にある値も開示しているとみなされるべきであり、また任意に使用することができる。
【００２３】
さらなる利点は、以下の図面の説明から得られる。図面には、本発明の実施形態を示している。図面、説明、および特許請求の範囲は、多数の特徴を組み合わせで含む。当業者は、それら特徴を目的に合わせて個別に考慮し、それらを有用なさらなる組み合わせとして組み合わせるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるレーザ投射装置の概略図である。
【図２】補正していない輝度分布を示す概略図である。
【図３】補正した輝度分布を示す概略図である。
【図４】本発明によるレーザプロジェクタを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明によるレーザ投射装置１０を概略的に示す。レーザ投射装置１０は、第１のミラー素子１２および第２のミラー素子１４を有する。第１ミラー素子１２は垂直方向ミラーとして構成されており、第１の運動軸１６を中心として動くように支承している。第２ミラー要素１４は、水平方向ミラーとして形成し、第２の運動軸１８を中心として動くように支承している。第１運動軸１６と第２運動軸１８とは、互いに直角に配列している。
【００２６】
第１ミラー素子１２は、レーザ光２０を垂直方向に偏向するように構成している。第２ミラー素子１４は、第１ミラー素子１２によって偏向されたレーザ光２０を水平方向に偏向するように構成している。第２ミラー素子１４がどのように機能するかを明確に示すために、第２ミラー素子１４は部分的に透明で示している。２つのミラー素子１２、１４によって偏向したレーザビーム２０を用いて、レーザ投射装置１０は投射面２４に画像２２を投射する。レーザビーム２０は、レーザ投射装置１０のレーザダイオード２６によって生成する。
【００２７】
２つのミラー素子１２、１４は、表面に電磁放射を反射するコーティングをそれぞれ有する。この反射コーティングは金により形成している。代替的には、この反射コーティングは、銀、シリコン、または当業者には有用と思われる別の電磁放射反射材料から形成することもできる。２つのミラー素子１２、１４の表面は、それぞれ高い反射性にするために高光沢に研磨している。
【００２８】
レーザ投射装置１０は、開ループ及び／又は閉ループの制御２８を有する。この開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、レーザビーム２０の相対偏向速度の関数としてレーザビーム２０の輝度を、開ループ及び／又は閉ループ制御するように設定している。レーザビーム２０の輝度を開ループ及び／又は閉ループ制御するために、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、第１の電気ライン３０を介してレーザダイオード２６に接続している。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、電気ライン３０を介してレーザダイオード２６の光出力を適合させることができる。レーザダイオード２６の光出力は、レーザビーム２０の輝度に比例する。好ましくは、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、第２の電気ライン３２を介して第１ミラー素子１２に接続しており、第３の電気ライン３４を介して第２ミラー素子１４に接続している。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、第２電気ライン３２および第３電気ライン３４を介して２つのミラー素子１２、１４の位置を検出することができ、これらの位置に基づいて、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、レーザビーム２０の位置を決定することができる。さらに、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、２つのミラー素子１２、１４に運動制御のための駆動信号を供給するように構成している。制御及び／又は調整ユニット２８は、第２電気ライン３２を介して第１ミラー素子１２に駆動信号を供給することができ、第３電気ライン３４を介して第２ミラー素子１４に駆動信号を供給することができる。代替的には、レーザ投射装置１０は、２つのミラー素子１２、１４に運動制御のための駆動信号を供給するように構成されたさらなる開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットを備えることも可能である。このさらなる開ループ及び／又は閉ループ制御ユニットは、さらなる電気ラインを介してタイミングパルスもしくは同期パルスを開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８に送信し、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、これらのタイミングパルスもしくは同期パルスに基づいてレーザビーム２０の位置を決定することができる。
【００２９】
開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、輝度分布がレーザビーム２０の軌道に沿って均一になるように、レーザビーム２０の輝度を開ループ及び／又は閉ループ制御するように設定している。レーザビーム２０の軌道に沿って、画像２２が投射面２４に形成される。レーザビーム２０の軌道に沿って輝度分布が均一な場合には、画像２２は均一な輝度分布を有する。
【００３０】
開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８のワーピング関数の一次導関数によってレーザビーム２０の相対偏向速度を決定するように設定している。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８のワーピング多項式の一次導関数によって、レーザビーム２０の相対偏向速度を決定するように設定している。ワーピング多項式は、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８のメモリユニットに格納している。ワーピング多項式は、レーザビーム２０の軌道が位置する画像フィールドの歪みの数学的記述である。ワーピング多項式の一次導関数は、レーザビーム２０の相対偏向速度を供給する。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８のプロセッサユニットは、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８のメモリユニットに格納された計算プログラムによって、ワーピング多項式の一次導関数を計算することができる。ワーピング多項式の一次導関数に基づいて、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８はレーザビーム２０の相対偏向速度を決定する。
【００３１】
この実施形態では、第１ミラー素子１２は、第２ミラー素子１４の速度に比べて無視できる程度にゆっくりと動かす。レーザビーム２０が行毎に進む垂直方向の距離は、レーザビーム２０が行毎に進む水平方向の距離と比較して無視できる程度に短い。レーザビーム２０は、行毎に少なくとも実質的に同じ一次元の移動を行う。レーザビーム２０が少なくとも実質的に一次元の移動を行う場合、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、ワーピング関数の一次偏導関数によってレーザビーム２０の相対偏向速度を決定するように設定する。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、ワーピング多項式の一次偏導関数によってレーザビーム２０の相対偏向速度を決定するように設定している。レーザビーム２０が移動する空間方向におけるワーピング多項式の一次導関数は、この空間方向におけるレーザビーム２０の相対偏向速度を決定するために十分である。この実施形態では、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、ワーピング多項式の水平方向成分の一次導関数によって、レーザビーム２０の相対偏向速度を決定する。
【００３２】
開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、レーザダイオード２６の光出力パワーを開ループ及び／又は閉ループ制御するために、第１電気ライン３０を介してレーザダイオード２６に制御データを送信する。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、レーザビーム２０の相対偏向速度に基づいて、レーザビーム２０の輝度を補正するための補正係数を決定するように設定している。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、その補正係数を制御データに含めるように設定している。開ループ及び／又は閉ループ制御２８は、その補正した制御データを使用して、レーザビーム２０の輝度が補正されるようにレーザダイオード２６の光出力を適合させることができる。
【００３３】
開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、レーザビーム２０の最速の相対偏向速度に対するレーザビーム２０の輝度の補正を、正規化係数によって値１に正規化するように設定している。開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、レーザビーム２０の輝度を補正するための補正係数がレーザビーム２０の最速の相対偏向速度で値１を生じるような正規化係数を、補正係数に含める。レーザビーム２０の最速の相対偏向速度におけるレーザビーム２０の輝度は、行内の輝度の基準輝度である。
【００３４】
それぞれの行において、レーザビーム２０の移動は、レーザビーム２０の移動の第１の反転点３６の周りの第１の領域と、第２の反転点３８の周りの第２の領域とを有する。第１反転点３６は行の始まりにあり、第２転換点３８は行の終わりにある。２つの反転点３６、３８において、レーザビーム２０は、第１の方向に加速させ、この第１方向と反対の第２の方向に制動する。レーザビーム２０は、２つの反転点３６、３８の領域において、最速の相対偏向速度よりも遅い相対偏向速度で移動する。２つの反転点３６、３８の周りの領域は、レーザビーム２０の最速の相対偏向速度における領域よりも明るい。反転点３６、３８の周りの領域で輝度を最速の相対偏向速度における基準輝度に調整するために、開ループ及び／又は閉ループ制御ユニット２８は、レーザビーム２０の移動の反転点３６、３８の領域においてレーザビーム２０の輝度を低下させるように設定している。
【００３５】
次に、レーザ投射装置１０を作動する方法について説明する。少なくとも１つの方法ステップにおいて、レーザビーム２０の輝度は、レーザビーム２０の相対偏向速度の関数として開ループ及び／又は閉ループ制御する。少なくとも１つのさらなる方法ステップにおいて、レーザビーム２０の輝度は、レーザビーム２０の軌道に沿って輝度分布が均一になるように、レーザビーム２０の相対偏向速度の関数として開ループ及び／又は閉ループ制御する。レーザ投射装置１０を作動する方法のさらなる方法ステップに関しては、レーザ投射装置１０の前述の説明を参照することができる。なぜならば、この説明は、この方法についても同様に読み取るべきであり、したがって、レーザ投射装置１０に関するすべての特徴は、レーザ投射装置１０を作動する方法に関しても開示していると考えるべきである。
【００３６】
図２は、補正していない輝度分布４０を概略的に示している。投射面２４上の行に沿ってレーザビーム２０を走査する第２ミラー素子１４を概略平面図で示している。レーザビーム２０の走査は、５つのレーザビーム２０によって示しており、これらのレーザビームは行に沿った異なる点に偏向されている。第２ミラー要素１４は、第２運動軸１８を中心として動くように支承している。座標系４２も示している。この座標系４２は、横軸４４および縦軸４６を含む。横軸４４には、投射面２４の水平方向の延長をプロットしている。縦軸４６には、レーザビーム２０の補正していない輝度をプロットしている。投射面２４の水平方向範囲のそれぞれの点についてレーザビーム２０の補正していない輝度が結合された場合には、行に沿って補正していない輝度分布４０の曲線が生じる。補正していない輝度分布４０は行に沿って非線形の形を有する。レーザビーム２０の移動の反転点３６、３８の領域におけるレーザビーム２０の輝度は、行中心４８の周りの領域におけるレーザビーム２０の輝度よりも高い。この補正していない輝度分布４０は不均一である。
【００３７】
図３は、補正した輝度分布５０を概略的に示す。レーザ光２０の輝度は、レーザ光２０の相対偏向速度に基づいて補正する。投射面２４上の行に沿ってレーザビーム２０を走査する第２ミラー素子１４を概略平面図に示している。レーザビーム２０の走査は、５つのレーザビーム２０によって示しており、これらのレーザビームは行に沿った異なる点に偏向されている。第２ミラー要素１４は、第２運動軸１８を中心として動くように支承している。座標系４２も示している。この座標系４２は、横軸４４および縦軸４６を含む。横軸４４には、投射面２４の延長を水平方向にプロットしている。レーザビーム２０の補正した輝度を縦軸４６にプロットしている。投射面２４の水平方向の延長のそれぞれの点についてレーザビーム２０の補正した輝度が結合された場合、行に沿って補正した輝度分布５０の曲線が生じる。補正した輝度分布５０は、行に沿って線形の形を有する。レーザビーム２０の動きの反転点３６、３８の領域におけるレーザビーム２０の輝度は、補正していない輝度分布４０と比較して低下している。反転点３６、３８の領域におけるレーザビーム２０の輝度は、中心４８の周りの領域のレーザビーム２０の輝度と同じ高さである。この補正した輝度分布５０は均一である。
【００３８】
図３は、本発明によるレーザプロジェクタ５２を斜視図で示している。レーザプロジェクタ５２は、レーザ投射装置１０を備えている。レーザ投射装置１０は、レーザプロジェクタ５２のケーシング５４内に配置しており、破線で囲んだ領域によって示している。レーザ投射装置１０は、レーザプロジェクタ５２のメインボード５６上に配置している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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