用于投影图像的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于图像投影的设备和一种用于投影图像的方法。本发明尤其涉及一种例如用于可携带式设备的激光扫描仪-投影仪。

背景技术：

为了投射图像，可以使用具有微镜的激光扫描仪，其中，微镜偏转所发送的激光束。为了生成二维图像，例如可以使用能够围绕两个相互正交的轴偏转的微镜。为此，通常使微镜以快的频率围绕第一轴谐振振动，而使微镜以慢的频率围绕第二轴准静态地偏转。由此，具有不同频率的两个相互垂直的正弦振荡叠加。因此得出激光束的基本上行状的运动，其中，在快速偏转的半周期期间扫描一行(zeile)，其中，在缓慢偏转的半周期期间扫描具有多个行的一帧。

由de102008054784a1已知一种具有二维可偏转的微镜的示例性微镜设备。

也可以代替单个微镜而设置两个微镜，所述两个微镜可以分别围绕枢转轴枢转，其中，枢转轴相互正交。微镜的偏转频率不同，从而又可以进行状的扫描。

在使用这种投影仪时，由于使用激光器而需要考虑眼睛安全性。根据dinen60825-1将激光器分为在对人眼的危害方面有区别的不同的类别。例如，类别3r的激光器输出的最大功率比类别2的激光器大5倍。为了对这些激光器进行分类，可以考虑最大允许曝光(英语maximumpermissibleexposure，mpe)，所述最大允许曝光称为对于人眼仍被分级为安全的最高的功率或能量密度。

为了求取扫描单元的激光器的最大允许的能量或功率，需要考虑扫描单元的不同扫描配置。

在第一标准中，在瞳孔被激光束扫过一次期间计算所输出的能量。根据第二标准，激光束在眼睛上扫描两次或更多次。在第三标准中，考虑在整个帧期间输出到瞳孔上的能量。在第四标准中，考虑直到最大曝光时间的时间段内输出的能量。对于激光器类别2，最大曝光时间例如可以是0.25秒。

对于扫描单元到瞳孔的不同间距(所述间距在约100毫米处开始)执行相应的计算。当眼睛定向到扫描单元上时，得出最大的限制。

不同标准对于微镜的不同角度位置(即对于扫描区域的不同立体角)有不同的意义。

技术实现要素：

本发明提供一种具有权利要求1的特征的用于投影图像的设备和一种具有权利要求10的特征的用于投影图像的方法。

根据第一方面，本发明涉及一种用于投影图像的设备，该设备具有激光装置和微镜装置。激光装置发送激光束，并且还具有将图像数据调制到激光束上的调制装置。微镜装置对激光束进行行状地偏转。调制装置还构造用于如此调制激光束，使得在围绕行状偏转的反向点(umkehrpunkt)的区域中发送预给定的光学警报信号。

根据第二方面，本发明涉及一种用于投影图像的方法。借助激光装置发送激光束，其中，图像数据被调制到激光束上。借助微镜装置对激光束进行行状地偏转。如此调制激光束，使得在围绕行状偏转的反向点的区域中发送预给定的光学警报信号。

优选的实施方式是相应的从属权利要求的主题。

本发明的优点

本发明所基于的知识在于，所扫描的立体角区域的边缘区域对于人眼是特别危险的。边缘区域涉及如下区域：在该区域中，激光束改变方向并且新的行被扫描。

然而，通过在该外部区域中发送光学警报信号，跑到扫描区域中的人员将由于警报信号引起的眼睑反射(lidschlussreflex)而已经闭上眼睛。由此使得该人员的眼睛甚至没有暴露在危险的辐射下。由此可以提高眼睛安全性。

根据该设备的一种优选的扩展方案，调制装置构造用于根据经调制的图像数据来对激光束进行调制，以发送光学警报信号。例如，所发送的图像可能对于眼睛特别危险——例如具有高强度的大的白色区域。在这种情况下，优选连续地发送警报信号。尤其可以在每行的反向点处发送警报信号。围绕在其期间发送警报信号的反向点的区域可能取决于图像数据的强度，并且优选地，图像数据的强度越强，该区域越大。此外，只有在根据图像数据计算出的强度超过预给定的阈值时才可以发送警报信号。例如，可以在一帧期间计算总强度，并将该总强度与预给定的阈值进行比较。

根据一种优选的扩展方案，该设备具有计算装置，该计算装置计算激光束在沿着至少一个行的偏转期间的能量。调制装置构造用于根据所计算的能量来执行对激光束的调制，以发送光学警报信号。例如，可以在接下来扫描的预给定数量的行期间计算激光束的能量。尤其可以考虑下两个扫描行。如果所求取的能量超过预给定的阈值，则在下一扫描行的端部通过对激光束的调制来输出警报信号。否则不输出警报信号。例如可以根据允许能量极限(英语accessibleemissionlimit，缩写ael)来确定阈值。阈值尤其可以等于允许能量极限的预给定的百分比——大约90％。因此，如果激光束在沿着该行和/或沿着相邻行的偏转期间的能量超过预给定的阈值，则调制装置在该行的端部发送警报信号。

根据该设备的一种优选的扩展方案，通过调制装置将图像数据如此调制到激光束上，使得行的边缘区域除了警报信号以外被隐藏(ausblenden)。通过隐藏边缘区域可以校正失真。此外，显示图像的区域与显示警报信号的区域之间存在间距。由于警报信号已经触发了眼睑反射，因此运动到扫描区域中的人员在达到实际图像内容之前已经闭合眼睛或避开。由此可以避免眼睛损伤。

根据该设备的一种优选的扩展方案，调制装置构造用于根据所隐藏的边缘区域的大小来执行对激光束的调制，以发送光学警报信号。失真越强烈，所隐藏的边缘区域越大。由于激光束对眼睛的危险性在从边缘到中心的方向上降低，因此激光器表现出更低的危害。相应地，只有在所隐藏的边缘区域的大小低于预给定的阈值时，才显示警报信号。

根据一种优选的扩展方案，该设备具有传感器装置，该传感器装置在有人员向借助微镜装置扫描的立体角区域运动时输出探测信号。调制装置根据探测信号对激光束进行调制，以发送光学警报信号。因此，只有在识别到有人员朝着扫描的立体角区域运动时，才可以显示光学警报信号。由此可以防止警报信号的不必要的显示，并且使观察者较少地受到干扰。

根据一种实施方式，警报信号可以包括直接在反向点处或在反向点附近的各个脉冲或像素。激光装置例如可以具有绿色、蓝色和红色的激光器。仅能够通过红色的激光器发送警报信号。由此，观察者在扫描的立体角区域的边缘处看到线形的红色区域。

根据该设备的一种扩展方案，调制装置构造用于如此调制激光束，使得连续地发送沿着行状偏转的反向点的、预给定的颜色的带状区域和/或沿着行状偏转的反向点的、预给定的强度的带状区域作为光学警报信号。带状区域可以进一步优选地由红色的激光器产生。

调制装置优选地如此调制激光束，使得光学警报信号对于人眼是不需担心的。

附图说明

附图示出：

图1示出与扫描角相关的允许能量极限的示意性变化曲线；

图2示出用于阐述对允许能量极限的求取的示意性概图；

图3示出根据本发明的第一实施方式的用于投影图像的设备的示意性方框图；

图4示出根据本发明的第二实施方式的用于投影图像的设备的示意性方框图；

图5示出根据本发明的第三实施方式的用于投影图像的设备的示意性方框图；

图6示出具有所隐藏的区域的扫描的立体角区域；

图7示出带状发送的警报信号；

图8示出根据本发明的一种实施方式的用于投影图像的方法的流程图。

在所有附图中，相同或功能相同的元件和设备设有相同的附图标记。

具体实施方式

在下文中，首先应阐述为什么借助由微镜偏转的激光进行扫描的立体角区域的边缘区域对于人眼表现出特别的危险。

为此，在图1中将允许能量极限(ael)构造为微镜围绕快轴的扫描角θ的函数，其中，两个参量被归一化到一。根据最大允许曝光(英语maximumpermissibleexposure，缩写mpe)针对所选的激光类别来确定允许能量极限。

如关于第一曲线x可以看出的那样，对于小的扫描角θ(即在所扫描的立体角区域的中心附近)示出允许能量极限的基本上正弦形的变化曲线x1。在此，允许能量极限的限制基本上源自上述的第一标准——即眼睛的简单扫描。对于较大的扫描角θ(即更接近反向点)，眼睛的两次彼此相继的扫描之间的时间间隔变小。由此通过上述的第二标准(即眼睛的两次扫描)得出最强的限制。由此得出基本上线性的区域x2。

由于微镜的振荡运动，亮度分布通常不均匀。例如，如果使用所示的第一曲线x来确定激光的功率，则显示的图像在侧向的区域中可能会比在中心区域中更暗。可以执行正弦校正用以改善。然而，在此必须确保功率不超过所述允许能量极限，由此得出第二曲线y。

允许能量极限定义为在给定的扫描角下穿过瞳孔的光的功率。激光束遵循正弦形运动。在穿过瞳孔时光的平均功率p_m通过以下公式给出：

在此，t1和t2表示射束到达或离开瞳孔的时间。此外，ω＝2πf是激光扫描仪的快速角频率，f是快轴的谐振频率。p_0是图像中心的当前功率。

可以通过以下等式关于扫描角θ描述微镜的正弦形谐振运动：

如果在时间点t＝0选择相位角得出：

在此，θ_h_max表示谐振轴的振幅的最大机械角。

射束用于扫描瞳孔r所需的时间被给定为tp＝t2-t1。角度差θ_p＝θ(t2)-θ(tl)相应于瞳孔r的角度延伸。

所提及的关系在图2中示出。

通过对平均功率p_m进行积分可以计算关于沿着扫描运动的每个允许能量极限值在图像中心的相应瞬时功率：

由于激光在图像边缘的运动，激光扫描瞳孔所需的时间大于在中心的时间。但是同时，平均功率p_m较小，使得当瞳孔位于图像的边缘区域中时，所计算的瞬时功率值p0通常较小。如果均匀地校正强度，则瞬时功率p0的最小值定义光在图像中心的最大允许功率。如果增加瞬时功率p0，则边缘区域中的瞬时功率将超过允许能量极限，并且该设备将不符合激光类别的标准。

通过使用所述允许能量极限来考虑危险性，得出图像的边缘区域比图像的中心区域更危险的结论。但是该区域恰好特别重要，因为人员通常会从侧边向扫描区域运动。

在图3中示出根据本发明的一种实施方式的用于投影图像的设备1a的方框图。

设备1具有激光装置2，该激光装置具有一个或多个发送激光束l的激光器22。尤其可以设置发送相应的单个射束的红色、绿色和蓝色的激光器，其中，通过组合各个射束来产生激光束l。

由调制装置21操控激光器22，该调制装置如此调制激光器22的功率，使得将相应的图像数据调制到激光束l上。例如可以通过外部设备的接口将图像数据传输到调制装置21。

设备1a还包括微镜装置3，该微镜装置对激光束l进行行状地偏转。

调制装置21如此调制激光束l，使得在围绕行状偏转的反向点的区域中发送预给定的光学警报信号。“光学警报信号”可以理解为脉冲光学信号：在行的反向点处点状地或线形地发送该脉冲光学信号。如果在多个彼此相继的行中发送这种光信号，则对于观察者得出直接在反向点处或在反向点附近生成的线形或带状的光学信号。

可选地还设有计算装置4，该计算装置计算激光束l在沿着至少一个行的偏转期间的能量。如果能量超出根据所述允许能量极限确定的预给定的阈值，则调制装置21在至少一个行的端部发送光学警报信号。

可选地还设有传感器装置5，该传感器装置可以识别向借助微镜装置3扫描的立体角区域运动的人员。传感器装置5例如可以包括光栅或探测人员运动的摄像机系统。如果识别到有人或大体上有对象向扫描的立体角区域运动，则调制装置21生成光学警报信号。

在图4中示出根据本发明的第二实施方式的用于投影图像的设备1b的示意图。设备1b基本上相应于设备1a，从而接下来仅进一步阐述不同之处。微镜装置3具有第一微镜31和第二微镜32，所述第一微镜和第二微镜能够围绕相互垂直的轴a1和a2枢转。第一微镜31以高的频率偏转直至最大的第一扫描角。该偏转产生水平的行状扫描。第二微镜32以较低的频率偏转直至最大的第二扫描角，这得出激光束l的水平偏转。总计得出所示的扫描区域b的行状扫描。为了减少失真和较不均匀的光分布，除了光学警报信号之外，通过调制设备21借助对激光功率的调制来隐藏边缘区域b1和b2。在激光束l的行状偏转的反向点处发送光学警报信号p1至p4。例如可以发送红色信号。

可以优选地在每个反向点处发送光学警报信号p1至p4。然而，也可以仅关于预给定数量的反向点发送警报信号p1至p4。

在图5中示出根据第三实施方式的用于投影图像的设备的设备1c的方框图。与设备1b相比，微镜装置3具有能够围绕两个正交轴a1、a2枢转的单个微镜33。微镜33实施围绕竖直轴a1的快速谐振振动和围绕水平轴a2的准静态缓慢振动。

在图6中示出示例性扫描区域b。为了防止例如由于到不直的基底上或相对于微镜装置3旋转的基底上的投影而引起的失真，将边缘区域b3隐藏。可以像素形式或脉冲形式地发送激光束l。相应的像素u1至u6根据图像数据得出相应的图像。在反向点处还发送如下光学警报信号p：所述光学警报信号位于所隐藏的区域b3中，因此具有至图像区域或扫描区域b的间距。

调制装置21可以设计为仅在所隐藏的区域b3的大小低于预给定的阈值的情况下才发送光学警报信号p。

根据其他的实施方式，调制装置21可以设计为根据图像数据发送警报信号。

在图7中示出另一示例性扫描区域b，其相应于所发送的图像。在开槽的区域b4中输出连续的光学警报信号q。在多个行的情况下，对于观察者得出光学警报信号的带状区域f。

带状区域f优选地直接位于行的反向点处——即位于能够借助微镜装置扫描的区域的最外区域。但是，带状区域f也可以具有图7中示出的至反向点的间距。

在图8中示出根据本发明的一种实施方式的用于投影图像的方法的流程图。为此，在方法步骤s1中借助激光装置发送激光束l，其中，将图像数据调制到激光束l上。

在方法步骤s2中，借助微镜装置3行状地偏转激光束l。如此调制激光束l，使得在围绕行状偏转的反向点的区域中发送预给定的光学警报信号。