EP0422151A1 - Device for selectively influencing the colour and direction of a white-light laser beam - Google Patents

Device for selectively influencing the colour and direction of a white-light laser beam

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Publication number
EP0422151A1
EP0422151A1 EP19900905192 EP90905192A EP0422151A1 EP 0422151 A1 EP0422151 A1 EP 0422151A1 EP 19900905192 EP19900905192 EP 19900905192 EP 90905192 A EP90905192 A EP 90905192A EP 0422151 A1 EP0422151 A1 EP 0422151A1
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EP
European Patent Office
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laser beam
light laser
partial beams
partial
white light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19900905192
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French (fr)
Inventor
Helmut DÖRNER
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DOUW Ralph
DOUW Serge
HUBER Robert
Original Assignee
DOUW Ralph
DOUW Serge
HUBER Robert
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Filing date
Publication date
Application filed by DOUW Ralph, DOUW Serge, HUBER Robert filed Critical DOUW Ralph
Publication of EP0422151A1 publication Critical patent/EP0422151A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G02B27/102—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources
    • G02B27/104—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for generating a colour image from monochromatic image signal sources for use with scanning systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/145—Beam splitting or combining systems operating by reflection only having sequential partially reflecting surfaces

Definitions

  • the invention relates to a device for the defined color and directional influencing of a white light laser beam, in which the white light laser beam is broken down into at least three partial beams of different colors by means of optical means and the intensity of each of the partial beams can be variably controlled, the partial beams by means of optical means are combined into a beam and the combined beam is directed onto a deflection device, which comprises two mirrors which can be pivoted about orthogonal axes, and is deflected in a defined manner.
  • Such devices also referred to as laser beam projectors
  • laser beam projectors are known.
  • the known projectors do not allow any choice of color mixing.
  • optical means by means of which the white light laser beam is broken down into partial beams of different colors, prisms or selective filters, that is filters with frequency-dependent reflection and transmission properties, are usually used.
  • the intensity of the partial beams is controlled by means of variable diaphragms, each of which has a flap which can be pivoted into the corresponding beam path; depending on the position of the flap, a corresponding proportion of each partial beam is covered.
  • variable diaphragms have a limited adjustment speed because of the inertia of the moving parts. As a result, a sharp color separation cannot be achieved in the projection images.
  • the present invention has for its object to provide a generic device by means of which the projection of colored representations is possible, in which areas of different colors are sharply distinguished from each other.
  • each of the variably controllable diaphragms comprising a cylinder which can be rotated about a rotation axis perpendicular to the respective partial beam and which has a Has opening arranged transversely to the axis of rotation.
  • the diaphragms used in the device according to the invention have an extremely low inertia, which results in a high response speed of the diaphragms.
  • the mode of operation of the diaphragms enables them to be adjusted without shifting the center of gravity of the moving parts. This also results in very low vibrations from reaction forces.
  • the opening in the cylinder preferably consists of a slot in a plane containing the axis of rotation.
  • This form of opening is particularly easy to manufacture.
  • this embodiment is insensitive to changes in the axial position of the cylinders and thus permits higher manufacturing tolerances.
  • the selectivity of various areas of different coloring in the representation produced can also be improved in that the cylinder is designed as a hollow cylinder, which reduces the moment of inertia of the diaphragms and thus increases their response speed.
  • Galvanometer scanners are particularly well suited for actuating the cylinders, since these drives have a very high response speed with great accuracy.
  • other electro-optical elements come into question within the scope of the invention, namely an opto-acoustic modulator, a liquid crystal switch or a device for polarization rotation of the partial beams.
  • a preferred embodiment of the device according to the invention has a focusing device consisting of zv / ei lenses for each partial beam, in the focal plane of which the cylinder of the respective variable diaphragm is arranged.
  • a focussing device By focusing the partial beams, the dimensions of the components of the diaphragm, that is to say in particular the cylinder dimensions, can be further reduced, thus reducing the moment of inertia of the diaphragm and increasing its response speed.
  • the use of a focussing device also allows the parallelism of the white light laser beam to be less demanding than in the case of devices without focussing devices. This makes it possible to feed the white light laser beam into the device according to the invention via a light guide connection.
  • the optical means for splitting the white light laser beam preferably consist of selective filters, edge filters being particularly preferred.
  • the color quality of the image generated with the device according to the invention can be further improved by the division of the white light laser beam into partial beams which have relatively precisely defined limits with regard to their frequency, using edge filters.
  • the white light laser beam is preferably broken down into exactly three partial beams, the device required for this comprising a total of four edge filters and at least zv / ei deflecting mirrors.
  • the edge filters are designed as transmission filters or as reflection filters.
  • a red transmission filter is understood to mean such a filter which is permeable to light of the wavelength above, for example, 610 nm, while light with shorter wavelengths is reflected. With a red reflection filter, on the other hand, the situation would be reversed.
  • a red reflection filter is preferably used as the first edge filter in the beam path, while in devices in which the white light laser beam and the partial beams are parallel to one another, the first edge filter in the beam path is used as a red filter.
  • Transmission filter is formed.
  • the three partial beams are preferably parallel to one another, which can be achieved in particular by the fact that the edge filters causing the decomposition of the white light laser beam and a deflecting mirror lie in mutually parallel planes.
  • the edge filters bringing about the union of the partial beams and a deflecting mirror are preferably arranged in mutually parallel planes. This arrangement additionally offers the advantage of a high degree of compactness of the device, which also has a positive effect with regard to the possible uses.
  • a high degree of selectivity between the areas of the generated image with different colors is further favored by the fact that the means for splitting the white light laser beam for the intensity control of the partial beams, for the combination of the partial beams and for the deflection of the combined beam, are mounted on a common base plate.
  • the selective filters and the deflecting mirrors are expediently fastened in holders which enable adjustment about three, but at least about two axes running perpendicular to one another and parallel to the mirror or filter plane.
  • the holders preferably have a circular-cylindrical extension with which they engage in a circular-cylindrical bore in the base plate so as to pivot about the axis of the bore, and two hinge-like pivot zones.
  • FIG. 1 shows a plan view of the entire device in cal atic representation and in FIG. 2 shows the structure of the variable diaphragms used in the device according to FIG. 1 in more detail.
  • the device built on a base plate 1 can be divided into four functional areas.
  • the white light laser beam W or W ' is split into partial beams
  • the dimming area II the intensity of the partial beams TR, TB and TG' is modulated
  • the combining area III the partial beams are combined into a colored beam B and in a deflection area IV, the combined beam B is deflected in a defined manner and forms the deflected combined beam BA producing the image.
  • the white light laser beam W is broken down by means of two edge filters 2, of which the first in the beam path is designed as a red reflection filter RR and the second in the beam path as a blue reflection filter BR. In this way, the white light laser beam W is converted into a red partial beam TR, a blue partial beam TB and a green one Partial beam TG disassembled.
  • the green partial beam TG meets a mirror 3 and, as a reflected green partial beam TG ', is parallel to the red partial beam TR and the blue partial beam TB.
  • the two edge filters 2 and the deflection mirror 3 are parallel to each other and form an angle of 45 ° with the axis of the white light laser beam W, so that the partial beams TR, TB, TG 'are perpendicular to the white light laser beam W.
  • the first edge filter 2 in the beam path would be designed as a red transmission filter, while the structure of the device otherwise corresponds to that described above.
  • the dim area II has for each partial beam a focusing device consisting of two lenses 4a, 4b and a variable diaphragm 5 arranged in the focal plane thereof.
  • the variable diaphragm 5 comprises a cylinder 6, which is designed as a hollow cylinder and has one axis ent- holding plane is slotted, whereby two opposite windows 7a, 7b are formed in the cylinder wall.
  • the cylinder 6 is rotated about its axis by a rotary drive 8 (arrow 9).
  • the aperture and the associated drive are explained in more detail below with reference to FIG. 2. It is pointed out that, for the sake of illustration, the proportions shown in the figures of the drawing do not correspond to those of structural embodiments; for example, the diameter of the cylinder 6 is shown relatively large.
  • the aperture can be transferred from its completely open state (upper and lower partial beam) to its completely closed state (middle partial beam) by an extremely small angular rotation of the cylinder 6.
  • the partial beams modulated in the dimming area II are combined to form the combined beam B.
  • two edge filters 10 and a deflecting mirror are located in the combination area 11 arranged parallel to one another and at 45 ° to the incident modulated partial beams TRm, TBm, TGm.
  • a blue reflection filter BR and a red transmission filter RT are used as edge filters.
  • the middle aperture ie that for the blue sub-beam TB, assumes its completely resolved position and the intensity of the modulated blue sub-beam TBm is therefore zero
  • the combined beam B consists exclusively of the red and the green modulated sub-beam TRm or TGm together and thus has a yellow color.
  • a deflection device is constructed on the base plate 1, which comprises two mirrors 14, 15 which can be pivoted about orthogonal axes 12, 13.
  • the combined beam B first strikes the lower mirror 14 and is directed by the latter towards the upper mirror 15, from which it is reflected as a deflected beam BA.
  • the two mirrors 14, 15 are each driven by a galvanometer scanner 16, 17, which define the position of the mirrors 14, 15 as a function of the voltage applied.
  • FIG. 2 shows a perspective view of one of the diaphragms as used in the device according to FIG. 1.
  • the cylinder 6 is designed as a hollow cylinder with a small wall thickness; over part of its height it has two rectangular windows 7a, 7b, which are arranged opposite one another on the circumference of the cylinder.
  • the two windows together defining an opening in the cylinder 6 are produced by slitting the cylinder 6 in a plane containing the axis of rotation 18.
  • the cylinder 6 can be rotated with respect to the axis of rotation 18 by a rotary drive 8, which is designed as a galvanometer scanner.
  • the angular position of the cylinder 6 is thereby set, the projection of the effective passage area defined by the two windows 7a and 7b changing in the direction of the partial beam T when the cylinder is rotated.

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Abstract

Dans un dispositif de commande sélective de la couleur et de l'orientation d'un faisceau laser à lumière blanche, le faisceau laser à lumière blanche (W; W') est décomposé en rayons partiels (TR, TB, TG) de couleurs diverses, l'intensité de chaque rayon partiel pouvant être modifiée séparément. Les rayons partiels sont ensuite réunis en un seul rayon (B) dirigé sur un dispositif déflecteur (14, 15). Ce dispositif comprend des éléments électro-optiques de commande indépendante de l'intensité de chaque rayon partiel.In a device for selective control of the color and orientation of a white light laser beam, the white light laser beam (W; W ') is broken down into partial rays (TR, TB, TG) of various colors , the intensity of each partial ray can be modified separately. The partial rays are then combined into a single ray (B) directed on a deflector device (14, 15). This device comprises electro-optical elements for independent control of the intensity of each partial ray.

Description

Vorrichtung zur definierten Färb- und Richtungsbeein¬ flussung eines Weißlicht-LaserstrahlsDevice for the defined color and directional influencing of a white light laser beam
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur definier¬ ten Färb- und Richtungsbeeinflussung eines Weißlicht- Laserstrahls, bei welcher der Weißlicht-Laserstrahl mittels optischer Mittel in mindestens drei Teil¬ strahlen unterschiedlicher Farben zerlegt wird und die Intensität jedes der Teilstrahlen veränderlich steuerbar ist, die Teilstrahlen mittels optischer Mittel zu einem Strahl vereinigt werden und der vereinigte Strahl auf einer Ablenkeinrichtung, welche zwei um orthogonale Achsen schwenkbare Spiegel umfaßt, gerichtet und durch diese definiert abgelenkt wi d.The invention relates to a device for the defined color and directional influencing of a white light laser beam, in which the white light laser beam is broken down into at least three partial beams of different colors by means of optical means and the intensity of each of the partial beams can be variably controlled, the partial beams by means of optical means are combined into a beam and the combined beam is directed onto a deflection device, which comprises two mirrors which can be pivoted about orthogonal axes, and is deflected in a defined manner.
Derartige Vorrichtungen, auch als Laserstrahl-Projek¬ toren bezeichnet, sind bekannt. Mit der Möglichkeit, auf nahezu beliebigen Oberflächen farbige Darstel¬ lungen abzubilden, ergibt sich ein weites Anwendungs¬ gebiet dieser Vorrichtungen, beispielsweise in der Werbung. Die bekannten Projektoren erlauben jedoch keine beliebige Wahl der Farbmischung. Als optische Mittel, mittels welcher der Weißlicht- Laserstrahl in Teilstrahlen unterschiedlicher Farben zerlegt wird, finden üblicherweise Prismen oder selektive Filter, das sind Filter mit von der Frequenz abhängigen Reflexions- und Transmissionseigenschaften, Verwendung. Die Steuerung der Intensität der Teil- strahlen erfolgt bei den bekannten Vorrichtungen mittels veränderlicher Blenden, welche jeweils eine in den entsprechenden Strahlengang hinein verschwenkbare Klappe besitzen; je nach Stellung der Klappe wird ein entsprechender Anteil jedes TeilStrahles abgedeckt. Diese bekannten veränderlichen Blenden besitzen wegen der Trägheit der bewegten Teile eine begrenzte Verstellgeschwindigkeit. Dadurch ist eine scharfe Farbtrennung bei den Projektions¬ bildern nicht erzielbar.Such devices, also referred to as laser beam projectors, are known. With the possibility of displaying colored representations on almost any surface, there is a wide range of applications for these devices, for example in advertising. However, the known projectors do not allow any choice of color mixing. As optical means, by means of which the white light laser beam is broken down into partial beams of different colors, prisms or selective filters, that is filters with frequency-dependent reflection and transmission properties, are usually used. In the known devices, the intensity of the partial beams is controlled by means of variable diaphragms, each of which has a flap which can be pivoted into the corresponding beam path; depending on the position of the flap, a corresponding proportion of each partial beam is covered. These known variable diaphragms have a limited adjustment speed because of the inertia of the moving parts. As a result, a sharp color separation cannot be achieved in the projection images.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher die Projektion farbiger Darstellungen möglich ist, bei welchen Bereiche unterschiedlicher Farbgebung scharf voneinander abgegrenzt sind. The present invention has for its object to provide a generic device by means of which the projection of colored representations is possible, in which areas of different colors are sharply distinguished from each other.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß elektrooptische Elemente zur unabhängigen Steuerung der Intensität jedes TeilStrahls (TR, TB, TG) vorge¬ sehen sind, wobei bevorzugt jede der veränderlich steuerbaren Blenden einen um eine zum jeweiligen Teilstrahl senkrechte Rotationsachse drehbaren Zylinder umfaßt, der eine quer zur Rotationsachse angeordnete Durchbrechung besitzt. Die in der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Blenden besitzen eine außerordentlich geringe Trägheit, wodurch sich eine hohe Ansprechgeschwindigkeit der Blenden ergibt. Insbesondere wird durch die Arbeitsweise der Blenden deren Verstellung ohne Verlagerung des Schwerpunktes der bewegten Teile ermöglicht.. Dadurch ergeben sich auch sehr geringe Erschütterungen durch Reaktionskräfte. Dies zusammen ergibt eine besonders scharfe Zeichnung des erzeugten Bildes. Darüber hinaus genügen minimale WinkelVeränderungen, um von einer Extremstellung der Blende (z.B. voll¬ ständige Öffnung) zur anderen Extremstel ung (z.B. vollkommene Abdeckung des Teilstrahles) zu gelangen. Dies liegt daran, daß zwei wirksame Kanten, welche um den Zylinderdurchmesser in Längsrichtung jedes Teilstrahles versetzt sind, zur Bestimmung der wirksamen Durchtrittsfläche durch jede Blende zusammen¬ wirken. Ein v/eiterer Vorteil der Erfindung besteht schließlich darin, daß bei jedem Öffnungsgrad der Blenden stets die Zentren der entsprechenden Teil- strahlen durch die teilweise geöffneten Blenden hindurchtreten und nicht deren Randbereiche.This object is achieved according to the invention in that electro-optical elements are provided for independently controlling the intensity of each partial beam (TR, TB, TG), preferably each of the variably controllable diaphragms comprising a cylinder which can be rotated about a rotation axis perpendicular to the respective partial beam and which has a Has opening arranged transversely to the axis of rotation. The diaphragms used in the device according to the invention have an extremely low inertia, which results in a high response speed of the diaphragms. In particular, the mode of operation of the diaphragms enables them to be adjusted without shifting the center of gravity of the moving parts. This also results in very low vibrations from reaction forces. This together results in a particularly sharp drawing of the image generated. In addition, minimal changes in angle are sufficient to move from one extreme position of the diaphragm (for example a complete opening) to another extreme position (for example complete coverage of the partial beam). This is due to the fact that two effective edges, which are offset by the cylinder diameter in the longitudinal direction of each partial jet, interact to determine the effective passage area through each aperture. Finally, a further advantage of the invention is that with each degree of opening the Apertures always pass through the centers of the corresponding partial beams through the partially open apertures and not their edge areas.
Bevorzugt besteht die Durchbrechung des Zylinders aus einem Schlitz in einer die Rotationsachse enthal¬ tenden Ebene. Diese Form der Durchbrechung ist besonders einfach herstellbar. Darüber hinaus ist diese Ausführungsform unempfindlich gegenüber Verände¬ rungen in der axialen Position der Zylinder und gestattet somit höhere Fertigungstoleranzen.The opening in the cylinder preferably consists of a slot in a plane containing the axis of rotation. This form of opening is particularly easy to manufacture. In addition, this embodiment is insensitive to changes in the axial position of the cylinders and thus permits higher manufacturing tolerances.
Die Trennschärfe zv/isehen Bereichen unterschiedl cher Farbgebung bei der erzeugten Darstellung läßt sich ferner dadurch verbessern, daß der Zylinder als Hohlzylinder ausgebildet ist, wodurch das Trägheits¬ moment der Blenden verringert und somit deren Ansprech¬ geschwindigkeit erhöht wird.The selectivity of various areas of different coloring in the representation produced can also be improved in that the cylinder is designed as a hollow cylinder, which reduces the moment of inertia of the diaphragms and thus increases their response speed.
Zur Betätigung der Zylinder sind Galvanometer-Scanner besonders gut geeignet, da diese Antriebe eine sehr hohe Ansprechgeschwindigkeit bei großer Genauig¬ keit besitzen. Anstelle der mittels eines Galvanometer-Scanners angetriebenen Blenden kommen im Rahmen der Erfindung noch andere elektrooptische Elemente infrage, nämlich ein opto-akustischer Modulator, ein Flüssigkeits- kristallSchalter oder eine Vorrichtung zur Polarisa¬ tionsdrehung der Teilstrahlen.Galvanometer scanners are particularly well suited for actuating the cylinders, since these drives have a very high response speed with great accuracy. Instead of the diaphragms driven by a galvanometer scanner, other electro-optical elements come into question within the scope of the invention, namely an opto-acoustic modulator, a liquid crystal switch or a device for polarization rotation of the partial beams.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt für jeden Teilstrahl eine aus zv/ei Linsen bestehende Fokussiereinrichtung, in deren Brennebene der Zylinder der jeweiligen veränder¬ lichen Blende angeordnet ist. Durch die Fokussierung der Teilstrahlen können die Abmessungen der Bauteile der Blende, d.h. insbesondere die Zylinderabmessungen weiter reduziert und somit das Trägheitsmoment der Blende verringert und ihre Ansprechgeschwindigkeit erhöht werden. Die Verwendung einer Fokussiereinrich¬ tung gestattet darüber hinaus, daß an die Paral¬ lelität des Weißlicht-Laserstrahls geringere An¬ forderungen gestellt werden können als bei Vor¬ richtungen ohne Fokussiereinrichtungen. Dadurch wird es möglich, den Weißlicht-Laserstrahl über einen Lichtleiteranschluß in die erfindungsgemäße Vorrichtung einzuspeisen. Die optischen Mittel zur Zerlegung des Weißl cht-Laser- strahles bestehen bevorzugt aus selektiven Filtern, wobei Kantenfilter besonders bevorzugt werden. Durch die mit Kantenfiltern mögliche Zerlegung des Weißlicht-Laserstrahls in Teilstrahlen, welche relativ genau definierte Grenzen hinsichtlich ihrer Frequenz besitzen, läßt sich die farbliche Qualität des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Bildes weiter verbessern.A preferred embodiment of the device according to the invention has a focusing device consisting of zv / ei lenses for each partial beam, in the focal plane of which the cylinder of the respective variable diaphragm is arranged. By focusing the partial beams, the dimensions of the components of the diaphragm, that is to say in particular the cylinder dimensions, can be further reduced, thus reducing the moment of inertia of the diaphragm and increasing its response speed. The use of a focussing device also allows the parallelism of the white light laser beam to be less demanding than in the case of devices without focussing devices. This makes it possible to feed the white light laser beam into the device according to the invention via a light guide connection. The optical means for splitting the white light laser beam preferably consist of selective filters, edge filters being particularly preferred. The color quality of the image generated with the device according to the invention can be further improved by the division of the white light laser beam into partial beams which have relatively precisely defined limits with regard to their frequency, using edge filters.
Bevorzugt wird der Weißlicht-Laserstrahl in genau drei Teilstrahlen zerlegt, wobei die dazu erforder¬ liche Vorrichtung insgesamt vier Kantenfilter und mindestens zv/ei Umlenkspiegel umfaßt. Je nach dem Winkel, welcher zwischen dem Weißlicht-Laserstrahl bzw. dem vereinigten Strahl und den Teilstrahlen besteht, sind die Kantenfilter dabei als Transmissions¬ filter oder als Reflexionsfilter ausgebildet. Unter einem Rot-Transmissionsfilter wird dabei ein solcher Filter verstanden, welcher für Licht der Wellenlänge oberhalb beispielsweise 610 nm durchlässig ist, während Licht mit kürzeren Wellenlängen reflektiert wird. Bei einem Rot-Reflexionsfilter wären demgegenüber die Verhältnisse umgekehrt. Bei Vorrichtungen mit einem Strahlengang, bei welchem zwischen dem Weiß- licht-Laserstrahl und den Teilstrahlen ein rechter Winkel besteht, wird als erster Kantenfilter im Strahlengang bevorzugt ein Rot-Reflexionsfilter verwendet, während bei solchen Vorrichtungen, bei denen der Weißlicht-Laserstrahl und die Teilstrahlen zueinander parallel sind, der im Strahlengang erste Kantenfilter als Rot-Transmissionsfilter ausgebildet ist. Die drei Teilstrahlen sind bevorzugt einander parallel, was insbesondere dadurch erreicht werden kann, daß die die Zerlegung des Weißlicht-Laserstrahls bewirkenden Kantenfilter und ein Umlenkspiegel in zueinander parallelen Ebenen liegen. In gleicher Weise sind die die Vereinigung der Teilstrahlen bewirkenden Kantenfilter und ein Umlenkspiegel bevorzugt in zueinander parallelen Ebenen angeordnet. Diese Anordnung bietet zusätzlich den Vorteil einer hohen Kompaktheit der Vorrichtung, die sich insbeson¬ dere auch hinsichtlich der Verwendungsmöglichkeiten positiv auswirkt.The white light laser beam is preferably broken down into exactly three partial beams, the device required for this comprising a total of four edge filters and at least zv / ei deflecting mirrors. Depending on the angle which exists between the white light laser beam or the combined beam and the partial beams, the edge filters are designed as transmission filters or as reflection filters. A red transmission filter is understood to mean such a filter which is permeable to light of the wavelength above, for example, 610 nm, while light with shorter wavelengths is reflected. With a red reflection filter, on the other hand, the situation would be reversed. In devices with a beam path, in which between the white If the light laser beam and the partial beams are at a right angle, a red reflection filter is preferably used as the first edge filter in the beam path, while in devices in which the white light laser beam and the partial beams are parallel to one another, the first edge filter in the beam path is used as a red filter. Transmission filter is formed. The three partial beams are preferably parallel to one another, which can be achieved in particular by the fact that the edge filters causing the decomposition of the white light laser beam and a deflecting mirror lie in mutually parallel planes. In the same way, the edge filters bringing about the union of the partial beams and a deflecting mirror are preferably arranged in mutually parallel planes. This arrangement additionally offers the advantage of a high degree of compactness of the device, which also has a positive effect with regard to the possible uses.
Ein hohes Maß an Trennschärfe zwischen den Bereichen des erzeugten Bildes mit unterschiedlicher Farbgebung wird ferner dadurch begünstigt, daß die Mittel für die Zerlegung des Weißlicht-Laserstrahls, für die Intensitätssteuerung der Teilstrahlen, für die Vereinigung der- Teilstrahlen und für die Ablenkung des vereinigten Strahls auf einer gemeinsamen Grund¬ platte montiert sind. Auf diese Weise läßt sich die Justierung der einzelnen Strahlen zueinander verbessern, so daß der vereinigte Strahl ein Höchstmaß an Präzision besitzt. Die selektiven Filter und die Umlenkspiegel sind zweckmäßig in Haltern befestigt, welche eine Justierung um drei, zumindest jedoch um zwei zueinander senkrecht und parallel zu der Spiegel- bzw. Filterebene verlaufende Achsen ermög¬ lichen. Dazu besitzen die Halter bevorzugt einen kreiszylindrischen Ansatz, mit welchem sie in eine kreiszylindrische Bohrung in der Grundplatte um die Bohrungsachse schwenkbar eingreifen, und zwei scharnierartige Schwenkzonen.A high degree of selectivity between the areas of the generated image with different colors is further favored by the fact that the means for splitting the white light laser beam for the intensity control of the partial beams, for the combination of the partial beams and for the deflection of the combined beam, are mounted on a common base plate. In this way, the alignment of the individual beams with respect to one another can be improved, so that the combined beam has the highest degree of precision. The selective filters and the deflecting mirrors are expediently fastened in holders which enable adjustment about three, but at least about two axes running perpendicular to one another and parallel to the mirror or filter plane. For this purpose, the holders preferably have a circular-cylindrical extension with which they engage in a circular-cylindrical bore in the base plate so as to pivot about the axis of the bore, and two hinge-like pivot zones.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobeiIn the following the invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing, wherein
Fig. 1 eine Draufsicht auf die gesamte Vorrichtung in sche atischer Darstellung zeigt und in Fig. 2 der Aufbau der in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendeten veränderlichen Blenden detallierter dargestellt ist.Fig. 1 shows a plan view of the entire device in cal atic representation and in FIG. 2 shows the structure of the variable diaphragms used in the device according to FIG. 1 in more detail.
Die auf einer Grundplatte 1 aufgebaute Vorrichtung läßt sich in vier funktionale Bereiche unterteilen. In dem Zerlegungsbereich I wird der Weißlicht-Laser¬ strahl W bzw. W' in Teilstrahlen zerlegt, in dem Dimmungsbereich II wird die Intensität der Teilstrahlen TR, TB und TG' moduliert, in dem Vereinigungsbereich III werden die Teilstrahlen zu einem Buntstrahl B vereinigt und in einem Ablenkungsbereich IV wird der vereinigte Strahl B definiert abgelenkt und bildet den das Bild produzierenden abgelenkten vereinigten Strahl BA.The device built on a base plate 1 can be divided into four functional areas. In the decomposition area I the white light laser beam W or W 'is split into partial beams, in the dimming area II the intensity of the partial beams TR, TB and TG' is modulated, in the combining area III the partial beams are combined into a colored beam B and in a deflection area IV, the combined beam B is deflected in a defined manner and forms the deflected combined beam BA producing the image.
Die Zerlegung des Weißlicht-Laserstrahls W erfolgt mittels zweier Kantenfilter 2, von denen der im Strahlengang erste als Rot-Reflexionsfilter RR und der im Strahlengang zweite als Blau-Reflexions¬ filter BR ausgebildet ist. Auf diese Weise wird der Weißlicht- Laserstrahl W in einen roten Teilstrahl TR, einen blauen Teilstrahl TB und einen grünen Teilstrahl TG zerlegt. Der grüne Teilstrahl TG trifft auf einen Spiegel 3 und ist als reflektierter grüner Teilstrahl TG' dem roten Teilstrahl TR und dem blauen Teilstrahl TB parallel. Die beiden Kanten¬ filter 2 und der Umlenkspiegel 3 sind zueinander parallel und schließen mit der Achse des Weißlicht- Laserstrahls W einen Winkel von 45° ein, so daß die Teilstrahlen TR, TB, TG' auf dem Weißlicht- Laserstrahl W senkrecht stehen.The white light laser beam W is broken down by means of two edge filters 2, of which the first in the beam path is designed as a red reflection filter RR and the second in the beam path as a blue reflection filter BR. In this way, the white light laser beam W is converted into a red partial beam TR, a blue partial beam TB and a green one Partial beam TG disassembled. The green partial beam TG meets a mirror 3 and, as a reflected green partial beam TG ', is parallel to the red partial beam TR and the blue partial beam TB. The two edge filters 2 and the deflection mirror 3 are parallel to each other and form an angle of 45 ° with the axis of the white light laser beam W, so that the partial beams TR, TB, TG 'are perpendicular to the white light laser beam W.
In Fig. 1 ist noch eine Variante des Strahlenganges dargestellt, wobei die Teilstrahlen TR, TB, TG', zum einfallenden Weißlicht-Laserstrahl W' parallel sind. In diesem Falle wäre der im Strahlengang erste Kantenfilter 2 als Rot-Transmissionsfilter auszubilden, während der Aufbau der Vorrichtung im übrigen mit dem oben beschriebenen übereinstimmt.1 shows a variant of the beam path, the partial beams TR, TB, TG 'being parallel to the incident white light laser beam W'. In this case, the first edge filter 2 in the beam path would be designed as a red transmission filter, while the structure of the device otherwise corresponds to that described above.
Der Di mungsbereich II besitzt für jeden Teilstrahl eine aus zwei Linsen 4a, 4b bestehende Fokussierein- richtung sowie eine in deren Brennebene angeordnete veränderliche Blende 5. Die veränderliche Blende 5 umfaßt dabei einen Zylinder 6, welcher als Hohl- zylinder ausgebildet und in einer seine Achse ent- haltenden Ebene geschlitzt ist, wodurch in der Zylinderwand zwei gegenüberliegende Fenster 7a, 7b gebildet werden. Der Zylinder 6 wird durch einen Drehantrieb 8 um seine Achse verdreht (Pfeil 9). Die Blende und der dazugehörige Antrieb werden v/eiter unten mit Bezugnahme auf Fig. 2 noch eingehender erläutert. Es wird darauf hingewiesen, daß aus Gründen der Darstellung die in den Figuren der Zeichnung wiedergegebenen Größenverhältnisse nicht mit denjenigen baulicher Ausführungsformen überein¬ stimmen; beispielsweise ist der Durchmesser des Zylinders 6 relativ groß dargestellt.The dim area II has for each partial beam a focusing device consisting of two lenses 4a, 4b and a variable diaphragm 5 arranged in the focal plane thereof. The variable diaphragm 5 comprises a cylinder 6, which is designed as a hollow cylinder and has one axis ent- holding plane is slotted, whereby two opposite windows 7a, 7b are formed in the cylinder wall. The cylinder 6 is rotated about its axis by a rotary drive 8 (arrow 9). The aperture and the associated drive are explained in more detail below with reference to FIG. 2. It is pointed out that, for the sake of illustration, the proportions shown in the figures of the drawing do not correspond to those of structural embodiments; for example, the diameter of the cylinder 6 is shown relatively large.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß bereits durch eine äußerst geringe Winkeldrehung des Zylinders 6 die Blende aus ihrem vollkommen geöffneten Zustand (oberer und unterer Teilstrahl) in ihren vollkommen geschlossenen Zustand (mittlerer Teilstrahl) überführt werden kann.From Fig. 1 it can be seen that the aperture can be transferred from its completely open state (upper and lower partial beam) to its completely closed state (middle partial beam) by an extremely small angular rotation of the cylinder 6.
In dem Vereinigungsbereich III werden die im Dimmungs¬ bereich II modulierten Teilstrahlen zu dem vereinigten Strahl B vereinigt. Dazu sind in dem Vereini¬ gungsbereich zwei Kantenfilter 10 und ein Umlenkspiegel 11 parallel zueinander und unter 45° zu den auftreffen¬ den modulierten Teilstrahlen TRm, TBm, TGm angeordnet. Als Kantenfilter finden dabei ein Blau-Reflexions¬ filter BR und ein Rot-Transmissionfilter RT Verwen¬ dung. Nachdem in dem vorliegenden Fall die mittlere Blende, d.h. diejenige für den blauen Teilstrahl TB, ihre vollständig beschlossene Position einnimmt und die Intensität des modulierten blauen Teilstrahles TBm somit gleich Null ist, setzt sich der vereinigte Strahl B ausschließlich aus dem roten und dem grünen modulierten Teilstrahl TRm bzw. TGm zusammen und besitzt somit eine gelbe Färbung.In the merging area III, the partial beams modulated in the dimming area II are combined to form the combined beam B. For this purpose, two edge filters 10 and a deflecting mirror are located in the combination area 11 arranged parallel to one another and at 45 ° to the incident modulated partial beams TRm, TBm, TGm. A blue reflection filter BR and a red transmission filter RT are used as edge filters. After in the present case the middle aperture, ie that for the blue sub-beam TB, assumes its completely resolved position and the intensity of the modulated blue sub-beam TBm is therefore zero, the combined beam B consists exclusively of the red and the green modulated sub-beam TRm or TGm together and thus has a yellow color.
In dem Äblenkbereich IV ist auf die Grundplatte 1 eine Ablenkeinrichtung aufgebaut, welche zwei um orthogonale Achsen 12, 13 schwenkbare Spiegel 14, 15 umfaßt. Der vereinigte Strahl B trifft dabei zunächst auf den unteren Spiegel 14 und wird von diesem gegen den oberen Spiegel 15 gerichtet, von welchen er als abgelenkter Strahl BA reflektiert wird. Die beiden Spiegel 14, 15 werden dabei durch je einen Galvanometer-Scanner 16, 17 angetrieben, welche in Abhängigkeit von der angelegten Spannung die Stellung der Spiegel 14, 15 definieren. In Fig. 2 ist eine der Blenden in perspektivischer Darstellung gezeigt, wie sie in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendet werden. Der Zylinder 6 ist als Hohlzylinder mit einer geringen Wandstärke ausgebildet; er besitzt über einen Teil seiner Höhe zwei rechteckige Fenster 7a, 7b, welche einander gegenüberliegend auf dem Zylinderumfang angeordnet sind. Die beiden gemeinsam eine Durchbrechung des Zylinders 6 definierenden Fenster sind durch Ein¬ schlitzen des Zylinders 6 in einer die Rotationsachse 18 enthaltenden Ebene hergestellt. Der Zylinder 6 kann durch einen Drehantrieb 8, welcher als Galvano¬ meter-Scanner ausgebildet ist, bezüglich der Rotations¬ achse 18 verdreht werden. In Abhängigkeit von der an den Galvanometer-Scanner angelegten Spannung wird dadurch die WinkelStellung des Zylinders 6 eingestellt, wobei sich bei Verdrehung des Zylinders die Projektion der durch die beiden Fenster 7a und 7b definierten wirksamen Durchtrittsfläche in Richtung des Teilstrahles T verändert.In the deflection area IV, a deflection device is constructed on the base plate 1, which comprises two mirrors 14, 15 which can be pivoted about orthogonal axes 12, 13. The combined beam B first strikes the lower mirror 14 and is directed by the latter towards the upper mirror 15, from which it is reflected as a deflected beam BA. The two mirrors 14, 15 are each driven by a galvanometer scanner 16, 17, which define the position of the mirrors 14, 15 as a function of the voltage applied. FIG. 2 shows a perspective view of one of the diaphragms as used in the device according to FIG. 1. The cylinder 6 is designed as a hollow cylinder with a small wall thickness; over part of its height it has two rectangular windows 7a, 7b, which are arranged opposite one another on the circumference of the cylinder. The two windows together defining an opening in the cylinder 6 are produced by slitting the cylinder 6 in a plane containing the axis of rotation 18. The cylinder 6 can be rotated with respect to the axis of rotation 18 by a rotary drive 8, which is designed as a galvanometer scanner. Depending on the voltage applied to the galvanometer scanner, the angular position of the cylinder 6 is thereby set, the projection of the effective passage area defined by the two windows 7a and 7b changing in the direction of the partial beam T when the cylinder is rotated.
Es ist bekannt, daß zur Betätigung der Antriebe für die veränderl chen Blenden sowie für die Spiegel der Ablenkeinrichtung eine Steuerung vorgesehen ist, welche jedoch nicht Bestandteil der vorliegendenIt is known that a control is provided for actuating the drives for the changeable apertures and for the mirror of the deflection device, but this is not part of the present
Anmeldung und somit nicht beschrieben ist. Registration and therefore is not described.

Claims

»7Patentansprüche »7Patent claims
1. Vorrichtung zur definierten Färb- und Richtungsbeeinflus¬ sung eines Weißlicht-Laserstrahls (W; W1), bei welcher der Weißlicht-Laserstrahl (W; W') mittels optischer Mittel in mindestens drei Teilstrahlen (TR, TB, TG) unterschiedlicher Farben zerlegt wird und die Intensität jedes der Teilstrahlen veränderlich steuerbar ist, die Teilstrahlen mittels weiterer optischer Mittel zu einem Strahl (B) vereinigt werden und der vereinigte1. Device for the defined color and direction influencing of a white light laser beam (W; W 1 ), in which the white light laser beam (W; W ') by means of optical means in at least three partial beams (TR, TB, TG) of different colors is broken down and the intensity of each of the partial beams is variably controllable, the partial beams are combined into a beam (B) by means of further optical means, and the combined one
Strahl auf eine Ablenkeinrichtung, welche zwei um orthogonale Achsen schwenkbare Spiegel (14, 15) umfaßt, gerichtet und durch diese definiert abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß elektrooptische Elemente zur unabhängigen Steuerung der Intensität jedes TeilStrahls (TR, TB, TG) vorgesehen sind.Beam directed onto a deflection device which comprises two mirrors (14, 15) which can be pivoted about orthogonal axes, and is deflected in a defined manner, characterized in that electro-optical elements are provided for independently controlling the intensity of each partial beam (TR, TB, TG).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrooptisches Element eine mittels eines , Galvanometer-Scanners angetriebene Blende (5) vorgesehen ist. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that as an electro-optical element is driven by means of a galvanometer scanner aperture (5) is provided.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrooptisches Element ein opto-akustischer Modulator vorgesehen ist.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that an opto-acoustic modulator is provided as an electro-optical element.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrooptisches Element ein Flüssigkeits¬ kristalIschalter vorgesehen ist.4. The device according to claim 1, characterized in that a liquid ¬ crystal switch is provided as an electro-optical element.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrooptisches Element eine Vorrichtung zur Polarisationsdrehung der Teilstrahlen vorgesehen ist.5. The device according to claim 1, characterized in that a device for polarization rotation of the partial beams is provided as an electro-optical element.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der veränderlich steuerbaren Blenden (5) einen um eine zum jeweiligen Teilstrahl (TR, TB, TG) senkrechte Rotationsachse (18) drehbaren Zylinder (6) umfaßt, der eine quer zur Rotationsachse angeordnete Durchbrechung besitzt. lb6. The device according to claim 2, characterized in that each of the variably controllable diaphragms (5) comprises a cylinder (6) rotatable about a rotation axis (18) perpendicular to the respective partial beam (TR, TB, TG), which cylinder is arranged transversely to the rotation axis Breakthrough. lb
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechung aus einem Schlitz in einer die Rotationsachse (18) enthaltenden Ebene besteht.7. The device according to claim 6, characterized in that the opening consists of a slot in a plane containing the axis of rotation (18).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that
_ daß der Zylinder (6) ein Hohlzylinder ist, wodurch die Durchbrechung in der Zylinderwand zwei Fenster (7a, 7b) bildet._ that the cylinder (6) is a hollow cylinder, whereby the opening in the cylinder wall forms two windows (7a, 7b).
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Teilstrahl (TR, TB, TG') eine aus zwei Linsen (4a, 4b) bestehende Fokussiereinrichtung vorgesehen ist, in deren Brennebene der Zylinder9. The device according to claim 6, characterized in that for each partial beam (TR, TB, TG ') is provided by two lenses (4a, 4b) focusing device, in the focal plane of the cylinder
(6) der jeweiligen veränderlichen Blende (5) angeordnet ist.(6) of the respective variable diaphragm (5) is arranged.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Lichtleiteranschluß für die Einkopplung des Weißlicht-Laserstrahls (W; W1) aufweist. i-10. The device according to claim 1, characterized in that it has a light guide connection for the coupling of the white light laser beam (W; W 1 ). i-
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel zum Teil aus selektiven Filtern bestehen.11. The device according to claim 1, characterized in that the optical means partly consist of selective filters.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als selektive Filter Kantenfilter vorgesehen sind.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that edge filters are provided as a selective filter.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weißlicht-Laserstrahl (W; W') in genau drei Teilstrahlen zerlegt wird und daß die optischen Mittel insgesamt vier Kantenfilter (2, 10) und mindes¬ tens zwei Umlenkspiegel (3, 11) umfassen.13. The apparatus according to claim 1, characterized in that the white light laser beam (W; W ') is broken down into exactly three partial beams and that the optical means a total of four edge filters (2, 10) and at least two deflecting mirrors (3, 11th ) include.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Teilstrahlen (TR, TB, TG') zueinander parallel sind. 14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the three partial beams (TR, TB, TG ') are parallel to each other.
;?;?
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zerlegung des Weißlicht-Laserstrahls (W; W1) bewirkenden Kantenfilter (2) und ein Umlenk¬ spiegel (3) in zueinander parallelen Ebenen liegen.15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the decomposition of the white light laser beam (W; W 1 ) causing edge filter (2) and a Umlenk¬ mirror (3) lie in mutually parallel planes.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander parallelen Ebenen mit der Achse des Weißlicht-Laserstrahls einen Winkel von 45° einschließen.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the mutually parallel planes form an angle of 45 ° with the axis of the white light laser beam.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vereinigung der Teilstrahlen bewirkenden Kantenfilter (10) und ein Umlenkspiegel (11) in zueinander parallelen Ebenen liegen.17. The apparatus according to claim 13, characterized in that the edge filters (10) bringing about the union of the partial beams and a deflecting mirror (11) lie in mutually parallel planes.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander parallelen Ebenen mit der Achse des vereinigten Strahls (B) vor dessen Auftreffen auf die Ablenkeinrichtung einen Winkel von 45° ein¬ schließen. .918. The apparatus according to claim 17, characterized in that the mutually parallel planes with the axis of the combined beam (B) include an angle of 45 ° before it hits the deflection device. .9
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel für die Zerlegung des Wei߬ licht-Laserstrahls, für die Intensitätssteuerung der Teilstrahlen, für die Vereinigung der Teilstrahlen und für die Ablenkung des vereinigten Strahls auf einer gemeinsamen Grundplatte (1) montiert sind.19. The apparatus according to claim 1, characterized in that the optical means for the decomposition of the Wei߬ light laser beam, for the intensity control of the partial beams, for the union of the partial beams and for the deflection of the combined beam on a common base plate (1) are.
20. Vorrichtung nach Anspruch 11 und Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die selektiven Filter und die Umlenkspiegel in Haltern befestigt sind, welche eine Justierung um drei Achsen ermöglichen.20. The apparatus according to claim 11 and claim 13, characterized in that the selective filters and the deflecting mirror are fastened in holders which allow adjustment about three axes.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter jeweils einen kreiszylindrischen Ansatz besitzen, mit welchem sie in eine kreis¬ zylindrische Bohrung in der Grundplatte um die Bohrungs¬ achse schwenkbar eingreifen. 21. The apparatus according to claim 20, characterized in that the holders each have a circular-cylindrical approach with which they pivotally engage in a circular-cylindrical bore in the base plate about the Bohr¬ axis.
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