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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Projizieren elektromagnetischer
Strahlung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs mit einer intensitätsmodulierbaren
Strahlungsquelle und einer Strahlablenk-Einheit sowie ein entsprechendes
Verfahren zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung nach dem
Oberbegriff des Nebenanspruchs.
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Bei
einer gattungsgemäßen Vorrichtung kann von der
Strahlungsquelle ausgehende Strahlung auf eine Projektionsfläche
umgelenkt werden, wobei durch ein entsprechendes Ansteuern der Strahlablenk-Einheit
eine zeitabhängige momentane Projektionsrichtung vorgegeben
werden kann. Damit kann eine solche Vorrichtung z. B. zur Bilderzeugung oder
auch für Oberflächenbearbeitung von Werkstücken
verwendet werden.
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Elektromagnetische
Strahlung des UV- bis IR-Wellenlängenbereichs kann mit
bewegten Reflektoren oder aber auch mit bewegten refraktiv oder
diffraktiv wirkenden Elementen gezielt abgelenkt werden. Von Bedeutung
ist eine solche Strahlablenkung z. B. für die Übertragung
ein- oder mehrdimensionaler Bildinformation (Display-Aufgaben, z.
B. Laserprojektion) oder aber auch für materialbearbeitende Aufgaben
(z. B. Laserbeschriftung).
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Eine
oder mehrere in Bezug auf die Ausgangsintensität zeitlich
gezielt steuerbare Quellen elektromagnetischer Strahlung liefern
einen oder mehrere Strahlen, welche mit Hilfe eines ein- oder mehrachsigen
Ablenksystems über die zu bestrahlende Oberfläche
geführt werden. Ein Beispiel hierfür kann eine
aus drei Laserquellen verschiedener Wellenlängen bestehende
modulierbare Rot-Grün-Blau-Lichtquelle sein, die für
farbige Bilddaten-Projektion eingesetzt wird und deren vereinigter
Ausgangsstrahl über einen zweiachsigen Mikroscan-Spiegel
oder alternativ über zwei hintereinander angeordnete einachsige
Mikroscan-Spiegel horizontal und vertikal so abgelenkt wird, dass
der abgelenkte Strahl eine Projektionsfläche in gewünschter
Form überstreicht und ausleuchtet. Die Strahlablenkung kann,
wie in den Druckschriften
US
6140979 A und
US
7009748 B2 beschrieben, rasterförmig sein und einen
zeilenweisen Bildaufbau erzeugen, oder aber auch kreisförmig
oder spiralförmig erfolgen, wie in der Druckschrift
US 6147822 A beschrieben.
In der Druckschrift
WO
03/032046 A1 wird ein ähnliches Projektionssystem
beschrieben, welches lissajous-förmig einen Bildaufbau
erzielt basierend auf zwei resonanten Scan-Vorrichtungen deren Scan-Frequenzen
sich stets um weniger als eine Größenordnung unterscheiden.
In der Druckschrift
WO
2006/063577 A1 ist eine Bildprojektions-Vorrichtung beschrieben,
welche den Bildaufbau sowohl über rasterförmiges
Scannen als auch über beliebige Lissajous-Figuren basierend
auf beliebigen Verhältnissen der Scan-Frequenzen eines
zweiachsigen Strahlablenksystems erzeugen kann. Dabei wird die beliebig
angesteuerte Strahlablenkeinheit durch einen Beobachtungslaserstrahl,
weicher nach Reflektion am Strahlablenksystem auf einen zweidimensionalen
positionsempfindlichen Detektor trifft, kontinuierlich verfolgt
und in Abhängigkeit von einer so gemessenen momentanen
XY-Position der zu dieser Position gehörende Intensitätswert
aus dem Bildspeicher ausgelesen und diesem Wert entsprechend eine Lichtquelle
angesteuert.
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Bei
allen diesen bekannten Projektions-Systemen tritt folgendes Problem
auf:
Da die zu übertragende Information in der Regel
intensitätscodiert ist, wird die jeweils vorgesehene Strahlablenkvorrichtung
zeitlich nicht mit konstanter Intensität bestrahlt. Da
die Strahlablenkvorrichtung stets einen nicht unendlich kleinen
Anteil der eintreffenden Strahlung absorbiert, heizt sich die Ablenkvorrichtung
in Abhängigkeit von der Intensität des eintreffenden
Strahls auf. Bedingt durch die zeitlich wechselnde Bestrahlungsintensität
variiert somit auch stets die Temperatur der Strahlablenkvorrichtung.
Die wechselnde Temperatur der Strahlablenkvorrichtung hat aber zur
Folge, dass das Material, aus dem die Strahlablenkvorrichtung besteht,
Volumenänderung erfährt. Das hat wiederum zur
Folge, dass sich die mechanisch-dynamischen Eigenschaften der Strahlablenkvorrichtung
zumindest geringfügig ändern. Wenn es sich bei
der Strahlablenkvorrichtung beispielsweise um an Federn aufgehängte resonant
betrie bene Torsionsspiegel handelt, dann führen die temperaturbedingten
Volumenänderungen zu Änderungen der Federkonstanten
und damit zu Änderungen der Resonanzfrequenz dieser Ablenkvorrichtung,
zugleich aber auch zu Änderungen von Phase und Amplitude
der Spiegelauslenkung. Das Ergebnis dessen kann sein, dass nicht
alle Bildinformationen auf den richtigen Ort projiziert werden und auch
die Größe des projizierten Bildes sich ändert. Es
entstehen also unerwünschte Verzerrungen. Die geschilderte
Problematik tritt insbesondere auf bei Verwendung von aus Silizium
gefertigten einachsigen oder mehrachsigen Torsions-Mikroscan-Spiegeln,
wie z. B. in
DE 19941363
A1 oder
US
6595055 B1 beschrieben, denn die in der Regel sehr dünnen Federaufhängungen
lässen keinen ausreichend schnellen Wärmeabtransport
zu.
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In
der Druckschrift
WO
2005/015903 A1 wird zur Lösung des geschilderten
Temperatur-Problems vorgeschlagen, zwischen intensitätsmodulierter Lichtquelle
und Projektions- bzw. Bearbeitungsfläche ein Abschattungselement
so einzufügen, dass es dazu dient, den Lichtstrahl während
bestimmter Zeitintervalle innerhalb der Gesamtdauer der Projektion auszublenden.
Die Zeitintervalle während der der Lichtstrahl über
das Abschattungselement ausgeblendet wird, stehen jeweils zur Temperaturkompensation
zur Verfügung. Eine Steuereinheit und ein Steuerprogramm
steuern die Moduiationseinrichtung derart, dass sich eine über
den Gesamtprojektionszeitraum hinweg zumindest annähernd
konstante mittlere Intensität des Lichtstrahls ergibt.
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Der
Nachteil dieser Anordnung ist unmittelbar ersichtlich: Zunächst
einmal bewirkt ein solches Abschattungselement, dass nicht alles
Licht, weiches prinzipiell zur Bild- bzw. Informationsübertragung
zur Verfügung stünde, für diesen Zweck
auch verwendet werden kann. Diese geringere Effizienz der Lichtausbeute
ist für Anordnungen zur Materialbearbeitung unproblematisch,
da dies in der Regel durch die hohen zur Verfügung stehenden
Lichtleistungen der Lichtquellen ausgeglichen werden kann. Für
mobile Laserprojektionsdisplays hingegen, speziell für
solche, die Batterie gespeist sind, kann eine solche schlechtere
Effizienz bei der Lichtübertragung sehr wohl ein inakzeptables
Problem darstellen. Ein weiteres Problem besteht grundsätzlich
ganz unabhängig von der Anwendung: Die in der Druckschrift
WO 2005/015903 A1 beschriebene
Erfindung lässt eine Temperaturkorrektur immer nur zu bestimmten
Zeitpunkten zu. Der Fachmann kann diesem vorgeschlagenen Verfahren
entnehmen, dass ein Projektionsdisplay für Bildwiedergabe
Abschattungselemente besitzen muss, die sich an den Rändern
des Bildbereichs und nicht inmitten des Bildbereichs befinden. Damit
beschränkt sich der beabsichtigte Vorgang zur Temperaturkompensation
jeweils auf die Bereiche der Umkehrpunkte der Ablenkvorrichtung.
Somit ergibt sich eine Temperaturstabilisierung nur als Mittelung über
ein vergleichsweise sehr großes Zeitintervall hinweg. Groß bedeutet
dabei, dass zwischen zwei Abschattungsintervallen durchaus sehr
viele Bildinformationen (Pixel) projiziert werden können. Beispielsweise
werden bei einer Bildprojektion mit VGA-Auflösung mindestens
480 Pixel, maximal sogar 640 Pixel am Stück projiziert
ohne, dass das vorgeschlagene Verfahren zwischenzeitlich auf etwaige Intensitätsschwankungen
innerhalb dieser projizierten Pixel reagieren kann. Auf kleine Zeitintervalle (wenige
Pixel) bezogen, können daher sehr wohl erhebliche Intensitäts-
und Temperaturschwankungen auftreten, die mit diesem Verfahren nicht
zu kompensieren sind. In nerhalb zweier Abschattungsereignisse kann
es deshalb weiterhin zu Phasen-, Amplituden- und Frequenzschwankungen
kommen. Um hohe originaltreue Bild- bzw. Informationsübertragung
zu gewährleisten, kann dieses Verfahren daher speziell
bei hochauflösenden Bildinformationen unzureichend sein.
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in
der Druckschrift
US
7157679 B2 wird ein sogenanntes "pattern dependent heating"
angesprochen, also ein musterabhängiges Aufheizen. Vorgeschlagen
wird dort zur Problemlösung eine Korrektur der Bilddaten,
die mit einem nachteilig hohen Rechenaufwand verbunden ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung zu entwickeln, die
die geschilderten Nachteile mit geringem Aufwand vermeidet. Die
Vorrichtung soll insbesondere eine Projektion vorgegebener Muster
mit hoher Präzision erlauben. Der Erfindung liegt ferner
die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes präzises Verfahren
zum Projizieren elektromagnetischer Strahlung zu entwickeln.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs
sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung
ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.
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Dadurch,
dass die Vorrichtung eine ebenfalls intensitätsmodulierbare
Sekundärquelle zum Bestrahlen der Strahlablenk-Einheit
aufweist, wobei ferner eine Steuereinheit zum Steuern einer Strahlungsintensität
der Sekundärquelle in Abhängigkeit von einer momentanen
Strahlungsintensität der Strahlungsquelle vorgesehen ist,
kann trotz einer sich zeitlich ändernden Bestrahlung der
Strahlablenk-Einheit ein weitgehend konstanten Energieeintrag in
die Strahlablenk-Einheit erreicht werden. Dadurch wiederum können
Temperaturschwankungen in der Strahlablenkeinheit vermieden werden,
die andernfalls deren mechanische Eigenschaften auf Kosten der Präzision
beeinflussen würden. So kann eine thermische Stabilisierung
der als Strahlablenksystem dienenden Strahlablenk-Einheit erreicht
werden, während sich eine aufwendige Korrektur der Ansteuerung
der Strahlungsquelle selbst und oder der Strahlablenkeinheit erübrigt.
Realisierbar wird durch die Erfindung also eine instantane Temperatur-Angleichung.
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Mit
der vorgeschlagenen Vorrichtung sowie dem entsprechenden Verfahren
ist man bei bevorzugten Ausführungen in der Lage, mit entsprechend geringer
Verzögerung bereits auf die Differenz der Intensitäten
von nur zwei benachbarten Pixeln zu reagieren. Das weiter oben geschilderte
Temperatur-Problem wird also gelöst, ohne dass die Qualität der
Projektionsaufgabe beeinträchtigt wird, weil die zum Projezieren
vorgesehene Strahlungsquelle dank einer Kompensation von Intensitätsänderungen durch
die Sekundärquelle ohne Rücksicht auf thermische
Effekte angesteuert werden kann.
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Eine
Vorrichtung vorgeschlagener Art kann je nach Ausführung
und Bedarf zur Bilderzeugung oder zur Materialbearbeitung an einer
die Projektionsfläche bildenden Werkstückoberfläche
verwendet werden. Die Steuereinheit ist typischerweise programmtechnisch
so eingerichtet, dass die Strahlungsintensität der Sekundärquelle
zunimmt, wenn die Bestrahlungsintensität der Strahlablenk-Einheit durch
die Strahlungsquelle abnimmt und umgekehrt, damit der erwünschte
Effekt erzielt wird.
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Bei
dem entsprechenden Verfahren zum Projizieren elektromagnetischer
Strahlung, das mit einer derartigen Vorrichtung ausgeführt
werden kann, wird von einer Strahlungsquelle ausgehende Strahlung
intensitätsmoduliert und mittels einer Strahlablenk-Einheit
auf die Projektionsfläche umgelenkt, wobei die Strahlablenk-Einheit
so angesteuert wird, dass die von der Strahlungsquelle ausgehende Strahlung
mit einer sich zeitlich ändernden Projektionsrichtung auf
verschiedene Orte auf der Projektionsfläche fällt.
Zusätzlich wird nun die Strahlablenk-Einheit mit einer
intensitätsmodulierbaren Sekundärquelle bestrahlt,
die so angesteuert wird, dass eine Strahlungsintensität
der Sekundärquelle abnimmt, wenn eine zunehmende Strahlungsintensität der
Strahlungsquelle und/oder eine Frequenzänderung der von
der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung zu einem erhöhten
Wärmeeintrag in die Strahlablenk-Einheit führt
und umgekehrt.
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Vorzugsweise
wird die Sekukndärquelle dabei so angesteuert, dass die
Strahlungsquelle und die Sekundärquelle gemeinsam einen
zeitlich konstanten Wärmeeintrag in die Strahlablenk-Einheit
bewirken, indem die Sekundärquelle mit der Strahlungsquelle
synchronisiert intensitätsmoduliert wird.
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Für
typsiche Anwendungen der Erfindung kann die Strahlungsquelle und/oder
die Sekundärquelle eine in einem Wellenlängenbereich
zwischen Ultraviolett und Infrarot strahlende Lichtquelle sein. Es
kann vor teilhaft sein, wenn die Sekundärquelle eine in
einem nichtsichtbaren Wellenlängenbereich strahlende Licht-
oder Wärmestrahlungsquelle ist, damit von der Sekundärquelle
ausgehende Strahlung ein erzeugtes Bild nicht stören kann.
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Die
Strahlungsquelle kann direkt oder indirekt mittels eines nachgeschalteten
Modulationseinheit intensitätsmodulierbar sein. Sie kann
insbesondere eine Laserdiode oder eine RGB-Laser-Lichtquelle oder
einen Infrarot-Laser umfassen.
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Genauso
gilt für die Sekundärquelle, dass sie direkt oder
mittels einer nachgeschalteten Modulationseinheit intensitätsmodulierbar
sein kann. Dabei sollte die Sekundärquelle mit einer Maximalfrequenz
intensitätsmodulierbar ist, die mindestens so hoch ist
wie eine maximale Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle, damit
sich ändernde Bestrahlungintensitäten durch die
Strahlungsquelle ohne Zeitverlust kompensiert werden können.
Die Sekundärquelle kann insbesondere eine Infrarot-Laserdiode oder
eine Nahinfrarot-Laserdiode umfassen.
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Die
Strahlablenk-Einheit kann zwar theoretisch auch durch refraktives
Element gegeben sein, bei typischen Ausführungen der Erfindung
wird sie jedoch reflektierend ausgeführt sein. Eineinfacher
Aufbau ergibt sich wenn die Strahlablenk-Einheit einen um eine oder
zwei Achsen kippbaren Spiegel umfasst. Insbesondere kann die Strahlablenk-Einheit
einen z. B. auf Siliziumbasis hergestellten Mikrospiegel umfassen
und bspw. einen Mikrospiegel-Scanner bilden. Für die Strahlablenkeinheit
und die Art ihrer Ansteuerung und der damit erreichten Bilderzeugung kommt
jede der im einleitenden Teil im Zusammenhang mit dem Stand der
Technik ange sprochenen Realisierungen in Frage. Für weitere
Details kann insofern auf die dort genannten Druckschriften verwiesen
werden.
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Die
Sekundärquelle so angeordnet ist, dass sie die Strahlablenk-Einheit
von einer Rückseite aus bestrahlt, damit von der Sekundärquelle
ausgehende Strahlung nicht auf die Projektionsfläche reflektiert wird.
Die Sekundärquelle kann die Strahlablenk-Einheit auch in
anderer Weise so bestrahlen, dass von der Sekundärquelle
ausgehende Strahlung, die von der Strahlablenk-Einheit umgelenkt
wird, nicht auf die Projektionsfläche fällt. Das
kann beispielsweise erreicht werden, indem die Sekundärquelle
die Strahlablenk-Einheit aus einer um einen hinreichend großen
Winkel, bspw. um mindestens 20°, von einer Bestrahlungsrichtung
durch die Strahlungsquelle abweichenden Richtung bestrahlt.
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Die
zeitabhängige Strahlungsintensität der Sekundärquelle
kann in einfacher Weise definiert werden, indem ein momentaner Intensitätswert
der Strahlungsquelle von einem Sollwert subtrahiert wird, ein sich
dadurch ergebender Differenzwert mit einem Wichtungsfaktor gewichtet
wird und ein so erhaltenes Ansteuer-Signal zum Ansteuern der Sekundärquelle verwendet
wird. Dazu kann die Steuereinheit der Vorrichtung entsprechend programmtechnisch
eingerichtet sein. Wenn die Strahlungsquelle mehrere Lichtquellen
umfasst, bspw. zur Erzeugung verschiedener Farbkomponenten, kann
der genannte Intensitätswert der Strahlungsquelle dabei
ermittelt werden, indem jede Einzelintensität der in der
Strahlungsquelle enthaltener Lichtquellen mit einem farbspezifischen
Wichtungsfaktor gewichtet wird und die so gewichteten Einzelintensitäten
addiert werden. Dadurch können frequenzab hängige
Absorptionseigenschaften der Strahlablenk-Einheit berücksichtigt
werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der 1 bis 4 beschrieben.
Es zeigt
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
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2 ebenfalls
schematisch, aber etwas detailierter eine Vorrichtung in einer Ausführung
der Erfindung,
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3 eine
andere Ausführung der Erfindung in der 2 entsprechender
Darstellung und
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4 in
vergleichbarer Darstellung eine weitere Ausführung der
Erfindung.
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Die
in 1 gezeigte Vorrichtung bildet eine Projektions-Apparatur
zur Lösung des eingangs geschilderten Problems und sieht
eine Strahlungsquelle 1 vor, die eine oder mehrere Primär-Quellen
für elektromagnetischer Strahlung umfasst, welche hinsichtlich
ihrer Ausgangsleistung gezielt modulierbar ist bzw. sind. Dies kann
eine direkt modulierbare Quelle sein, wie beispielsweise eine durch
den Strom steuerbare Laserdiode, oder aber auch eine CW-Quelle (also
eine insbesondere mit konstanter Frequenz und Ampitude strahlende
"continuous wave source"), deren Ausgangsstrahlung durch einen nachgeschalteten
Modulator intensitätsmoduliert wird. Ein Beispiel für
eine solche Primär-Quelle ist die RGB-Laser-Lichtquelle
eines vollfarbigen Laser-Video-Projektors, oder aber auch ein für
Beschriftungszwecke eingesetzter Infrarot-Laser.
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Für
einige Anwendungen, für die diese Erfindung von Relevanz
ist, ist es erforderlich, die von der Strahlungsquelle 1 bzw.
von der oder den Primär-Quellen emittierte Strahlung zunächst
durch eine geeignete Strahlformungseinheit (Optik) in gewünschter
Weise zu beeinflussen (z. B. durch Kollimation einer divergenten
Strahlungsquelle).
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Eine
Strahlablenk-Einheit 2 ist in der Apparatur vorgesehen,
um eine ein- oder mehrdimensionale Ablenkung der intensitätsmodulierten
Strahlung zu ermöglichen. Für scannende Bildprojektion
kann dies ein zweiachsiges Strahlablenksystem sein, weiches z. B.
aus zwei nacheinander geschalteten einachsigen gezielt beweglichen
Ablenkspiegeln besteht. Ebenso gut kann es aber auch ein einziger
um zwei oder mehr Achsen beweglicher Spiegel oder auch eine andere
Ablenkapparatur sein, die es erlaubt, den Ausgangsstrahl der Primär-Quelle
bzw. der Primär-Quellen gezielt mindestens vertikal und
horizontal abzulenken. Für andere Projektionsaufgaben kann
ohne Einschränkung auch eine andere Art der Strahlablenkung,
zum Beispiel nur einachsig (Linienprojektion) gewünscht
sein.
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Die
durch die Strahlablenk-Einheit 2 abgelenkte Strahlung wird
direkt auf eine Projektionsfläche 3 projiziert.
Je nach Applikation kann die Projektionsfläche verschieden
gestaltet sein, so beispielsweise im Fall eines aufprojizierenden
oder rückprojizierenden bildgebenden Laserprojektionsverfahren als
reflektierender oder auch transmittierender, in der Regel auch streuender
Projektions-Schirm. Im Fall einer Projektion zur Materialbearbeitung
kann es sich bei der Projektionsfläche 3 um vielfältig
andere Materia lien und Oberflächen handeln, welche es durch
die abgelenkte Strahlung zu bearbeiten gilt.
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Zusätzlich
zur auch als Primär-Quellen-Einheit bezeichneten Strahlungsquelle 1 ist
in der hier vorgeschlagenen Apparatur mindestens eine Sekundärquelle 4 vorgesehen,
welche hinsichtlich der Ausgangsintensität ebenfalls gezielt
modulierbar ist, und zwar mit einer Maximalfrequenz, die vorzugsweise mindestens
eben so hoch ist, wie die höchste für die Projektionsaufgabe
zum Einsatz kommende Modulationsfrequenz der Strahlungsquelle 1.
Für scannende Bildprojektion mit z. B VGA-Auflösung
wird eine Modulationsfrequenz von einigen MHz benötigt.
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Die
Sekundärquelle 4 muss nicht Anteil haben an der
Projektionsaufgabe (Bildprojektion oder Materialbearbeitung, etc.).
In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung (siehe z. B. 2)
wird die von der Sekundärquelle 4 emittierte Strahlung
daher nicht auf die Projektionsfläche 3 projiziert.
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Eine
Steuereinheit 5 (auch als Kontroll-Einheit bezeichnet)
empfängt (in der 1 veranschaulicht
durch einen von unten kommenden Pfeil) Projektionsdaten, bei denen
es sich beispielsweise um sequentielle RGB-Video-Daten handeln kann
oder aber beispielsweise auch um ein- oder mehrdimensionale Daten
zur Materialbearbeitung. In der Regel handelt es sich um Intensitätsinformationen,
in Abhängigkeit derer die Strahlungsquelle 1 angesteuert
wird. Der Steuereinheit 5 kommt die Aufgabe zu, die Daten
zu empfangen zwischenzuspeichern und in Auswertung dieser Daten
synchronisiert zur Strahlablenk-Einheit 2 die Strahlungsquelle 1 anzusteuern.
Während in der Steuereinheit 5 aus den Eingangsdaten
ein Steuersignal für die Strahlungsquelle 1 erzeugt
wird, berechnet dieselbe Steuereinheit 5 basierend auf
denselben momentanen Eingangsdaten auch einen momentanen Ansteuer-Signalwert
für die Ansteuerung der Sekundärquelle 4.
Dieser Ansteuer-Signalwert für die Sekundärquelle
104 wird im einfachsten Fall folgendermaßen berechnet:
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Schritt
1: Wenn die Strahlungsquelle 1 aus mehreren unabhängig
voneinander angesteuerten Einzelquellen besteht, wie beispielsweise
bei einer Weißlicht-Laserquelle eines Video-Laser-Projektionssystems,
bestehend aus einer roten, einer grunen und einer blauen Lichtquelle,
dann wird zunächst der momentan vorliegende Intensitätswert
eines jeden dieser verschiedenen Primär-Quellen-Kanäle
mit einem Wichtungsfaktor multipliziert. Dieser Wichtungsfaktor
kann sich aus experimentell gewonnenen Daten ergeben und beispielsweise
die unterschiedlichen spektral unterschiedlichen Absorptionseigenschaften
des Strahlablenksystems, als der Strahlablenk-Einheit 2,
berücksichtigen. So wird beispielsweise kurzwelliges blaues
Licht von einer Aluminium-Reflektionsschicht stärker absorbiert
als grünes oder rotes Licht. Demzufolge wären
bezogen auf die weiter oben geschilderte Temperatur-Problematik
die momentanen Intensitätswerte für eine blaue
Primärquelle stärker zu gewichten als die für
Grün und für Rot. Die Wichtung kann aber auch
darüber hinaus weitere experimentell erkannte Einflüsse
berücksichtigen. So wäre es möglich,
auch die Abhängigkeit der spektralen Absorption vom veränderlichen
Auftreffwinkel auf eine bewegte Spiegelplatte in der Gewichtung
zu berücksichtigen. Insofern die Strahlungsquelle 1 aus nur
einer einzigen Quelle elektromagnetischer Strahlung besteht, entfällt
die spektrale Wichtung.
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Schritt
2: Für den Fall, dass die Strahlungsquelle 1 aus
mehreren Einzelquellen besteht, werden die gewichteten momentanen
Einzel-Intensitätswerte zu einem momentanen Gesamt-Intensitätswert
aufaddiert.
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Schritt
3. Der ermittelte Gesamt-Intensitätswert wird von einem
vorgegebenen Sollwert subtrahiert. Dieser Sollwert ist dabei mindestens
so hoch wie die Summe der gewichteten Maximal-Intensitätswerte
aller Einzelquellen aus der Strahlungsquelle 1.
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Schritt
4: Der so berechnete Momentanwert verhält sich stets proportional
zu dem Energie-Eintrag in die Strahlablenk-Einheit 2, welcher
fehlt, um die Strahlablenk-Einheit 2 permanent auf konstanter Temperatur
zu halten. Der so ermittelte Differenzwert wird ebenfalls mit einem
Wichtungsfaktor multipliziert. Der Wichtungsfaktor ergibt sich beispielsweise aus
experimentell gewonnen Daten zur Absorptionseigenschaft des Strahlablenksystems
bei Bestrahlung mit Strahlung der Sekundärquelle 4.
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Schritt
5: Schließlich wird basierend auf dem so zuletzt gewonnenen
Momentanwert ein Ansteuer-Signal für die Sekundärquelle 4 erzeugt
und das Strahlablenksystem dementsprechend aktiv geheizt und damit
nicht nur über große Zeiträume hinweg
gemittelt sondern auch auf der Zeitskala von Pixel-Belichtungszeiten
auf annähernd konstanter Temperatur gehalten.
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Wiederkehrende
Merkmale sind in den weiteren Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die
in 2 gezeigte Vorrichtung bildet ein RGB-Laser-Display,
basierend auf einer RGB-Primär-Quelle als Strahlungsquelle 1 und
einem aus Silizium gefer tigten zweiachsigen Mikro-Spiegel-Scanner
als Strahlablenk-Einheit 2. Das abgelenkte Licht der Strahlungsquelle 1 trifft
auf die Projektionsfläche 3. Die Sekundärquelle 4,
vorzugsweise eine Nahinfrarot-Laser-Diode (mit einer Wellenlänge
zwischen 700 nm und 800 nm) wird auf eine unbeschichtete Rückseite
des Silizium-Mikrospiegels gerichtet, der die Strahlablenk-Einheit 2 bildet.
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Die
in 3 gezeigte Vorrichtung ist ein anderes RGB-Laser-Display,
basierend auf einer RGB-Primär-Quelle als Strahlungsquelle 1 und
einem aus Silizium gefertigten zweiachsigen Mikro-Spiegel-Scanner
als Strahlablenk-Einheit 2. Das abgelenkte Licht der Strahlungsquelle 1 trifft
auf die Projektionsfläche 3. Die Sekundärquelle 4,
vorzugsweise eine Nahinfrarot-Laser-Diode mit einer Wellenlänge
zwischen 700 nm und 800 nm wird hier ebenfalls auf die verspiegelte
Vorderseite des Silizium-Mikrospiegels 2 gerichtet. Die
Effizienz des Heizstrahlers ist bei dieser Anordnung wegen der hohen
Reflektivität jedoch deutlich geringer als bei der Anordnung
aus 2. Insofern die Sekundärquelle 4 ein Emitter
einer nicht sichtbaren Nahinfrarot Wellenlänge ist, könnte
ihre Strahlung ohne Störung des Kontrastes der Laser-Bild-Projektion
auf die Projektionsfläche 3 abgelenkt werden.
Das wäre bei einem, anders als hier dargestellt, entsprechend
angewinkelten Auftreffen dieser Strahlung auf den Spiegel der Fall.
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Auch
die in 4 dargestellte Vorrichtung bildet ein RGB-Laser-Display,
basierend auf einer RGB-Primär-Quelle als trahlungsquelle 1 und
einem aus Silizium gefertigten zweiachsigen Mikro-Spiegel-Scanner
als Strahlablenksystem oder Strahlablenk-Einheit 2. Das
abgelenkte Licht der durch die Strahlungsquelle 1 gegebenen
Primär-Quelle trifft auf die Projektionsfläche 3.
Die Sekundärquelle 4, vorzugsweise eine Nahinfrarot-Laser-Diode
(also wieder mit einer Wellenlänge zwischen 700 nm und
800 nm strahlend) wird auf die unverspiegelte Rückseite
des Silizum-Mikrospiegels gerichtet, der die Strahlablenkeinheit 2 bildet.
Der hier dargestellte Silizium-Mikrospiegel-Scanner ist hermetisch
verpackt und beidseitig von Glasflächen 6 und 7 umgeben,
die durchstrahlt werden müssen.
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Die
Ausführungsbeispiele können in beliebiger Kombination
auch alle weiteren im allgemeinen Beschreibungsteil erläuterten
Merkmale aufweisen.
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Mit
der zuletzt anhand von Ausführungsbeispielen beschriebenen
Erfindung wird eine apparative Anordnung und ein Verfahren zur ein-
oder mehrdimensionalen Projektion elektromagnetischer Strahlung
vorgeschlagen. Die relevanten Wellenlängen- und Leistungsbereiche,
für die die Erfindung angewendet werden kann, umfassen
dabei zumindest alle Wellenlängen und Leistungen, die sich
mit metallischen oder dielektrischen Spiegeln geeignet ablenken
lassen, ohne dass es dabei zur Zerstörung des Ablenkspiegels
bzw. der Ablenkspiegel kommt. Die Anordnung umfasst zumindest zwei
oder aber auch mehreren Quellen, nämlich zumindest die
Strahlungsquelle 1 und die Sekundärquelle 4,
deren emittierte elektromagnetische Strahlung entweder direkt, oder
aber indirekt über eine nachgeschaltete Einheit, in der
Intensität moduliert werden kann. Die Intensitätsmodulation
wird durch eine, zwei oder mehrere elektronische Steuereinheiten 5 entsprechend
einer zugeführten ein- oder mehrdimensionalen Bilddaten-Information
gesteuert. Der intensitätsmodulierte Strahl mindestens
einer dieser Quellen kann mittels einer ein- oder mehrachsigen Ablenkeinheit,
hier als Strahlablenk-einheit 2 bezeichnet, kontrolliert
abgelenkt und entweder direkt auf die vorgesehene Projektionsfläche 3 gerichtet
oder aber indirekt über eine nachgeschaltete Abbildungseinrichtung
(z. B. Objektiv) auf die Projektionsfläche 3 projiziert
werden. Mindestens eine der intensitätsmodulierbaren Quellen elektromagnetischer
Strahlung dient nicht oder zumindest nicht primär der Projektionsaufgabe
(z. B. Bildprojektion oder Materialbearbeitung), sondern ist dazu
vorgesehen, vermittelt durch Absorption Energie an die eine oder
aber auch mehrere Ablenkeinheiten zu übertragen. Dadurch
kann die Temperatur der einen oder mehreren Ablenkeinheiten zeitlich nicht
nur auf der Skala von ganzen Bildern oder ganzen Zeilen, sondern
wesentlich präziser noch, auf der Skala der Elementarbestandteile
von Zeilen, nämlich von Pixeln, konstant gehalten werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6140979
A [0004]
- - US 7009748 B2 [0004]
- - US 6147822 A [0004]
- - WO 03/032046 A1 [0004]
- - WO 2006/063577 A1 [0004]
- - DE 19941363 A1 [0005]
- - US 6595055 B1 [0005]
- - WO 2005/015903 A1 [0006, 0007]
- - US 7157679 B2 [0008]