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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Bildprojektionsverfahren und eine Bildprojektionsvorrichtung
unter Verwendung eines Laserstrahls.
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Einschlägige, hintergrundbildende
Technik
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Bildprojektionsvorrichtungen
sind als Bildanzeigevorrichtungen bekannt, die zum Anzeigen eines großen Bilds
ausgebildet sind.
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Ein
Projektor verfügt über eine
Projektionsröhre
als Lichtquelle zum Projizieren von Lichtstrahlen auf einen Anzeigeschirm,
um auf diesen ein Bild zu werfen, und die Zuschauer betrachten das
auf dem Anzeigeschirm angezeigte Bild.
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Bisher
wird als Lichtquelle für
einen Projektor eine sehr helle Projektionsröhre verwendet. Dann wird auf
einem Anzeigeschirm, der typischerweise eine Flüssigkristalltafel ist, ein
Bild angezeigt, wenn Lichtstrahlen von der Projektionsröhre aus
projiziert werden.
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Jedoch
sind bekannte Projektionsröhren
hinsichtlich der Helligkeit und der Farbreproduzierbarkeit nicht
zufriedenstellend, und demgemäß wurden aus
dem Gesichtspunkt einer einfachen Modulation von Videosignalen,
einer verbesserten Farbreproduzierbarkeit und verbesserter Helligkeit
Projektionssysteme unter Verwendung von Lasern für Rot, Blau und Grün als Lichtquelle
vorgeschlagen.
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Andererseits
besteht bei Projektionssystemen unter Verwendung von Laserstrahlen
ein Sicherheitsproblem.
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Beispielsweise
können
bei Projektionssystemen unter Verwendung von Laserstrahlen, die
für den
Heimgebrauch konzipiert sind, Laserstrahlen zufällig auf die Augen von Betrachtern
fallen. Laserstrahlen sind sehr gefährlich, wenn sie direkt in menschliche
Augen fallen. Daher stellt eine derartige Gefahr ein schwerwiegendes
Problem hinsichtlich der Kommerzialisierung von Projektionssystemen unter
Verwendung von Laserstrahlen, unabhängig von der Intensität der vom
Projektionssystem emittierten Laserstrahlen, dar.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
des obigen Problems ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Bildprojektionsverfahren und
eine Bildprojektionsvorrichtung zu schaffen, die für ein erhöhtes Sicherheitsniveau
sorgen können und
so ausgebildet sind, dass sie die emittierten Laserstrahlen direkt
abschalten, wenn ein Hindernis einen der optischen Pfade der Laserstrahlen
schneidet.
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Gemäß der Erfindung
ist die obige Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Bildprojektionsverfahren
geschaffen ist, wie es durch den Anspruch 1 definiert ist.
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Gemäß der Erfindung
ist auch eine Bildprojektionsvorrichtung geschaffen, wie sie durch
den Anspruch 2 definiert ist.
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Ein
Bild wird durch Laserstrahlen auf einen Anzeigeschirm projiziert,
und das auf diesem angezeigte Bild wird überwacht. Wenn ein Hindernis
in das Projektionsgebiet der Laserstrahlen eindringt, werden die
das Bild projizierenden Laserstrahlen durch das Hindernis unterbrochen,
was zu einer Differenz zwischen dem anzuzeigenden Bild und dem angezeigten
Bild führt.
Daher kann die Gefahr, dass der Betrachter den Laserstrahlen für eine längere Zeitperiode
ausgesetzt wird, dadurch erfolgreich vermieden werden, dass die
Laserstrahlen momentan entsprechend dem Ergebnis des Erfassungsvorgangs
abgeschaltet werden.
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Wie
oben beschrieben, ist es nun, gemäß der Erfindung, möglich, die
von einer Laserstrahlquelle auf einen Schirm projizierten Laserstrahlen momentan
abzuschalten, wenn ein Hindernis in das Projektionsgebiet der Laserstrahlen
eindringt, so dass die Erfindung ein Bildprojektionsverfahren und eine
Bildprojektionsvorrichtung schaffen kann, die im Betrieb hoch sicher
sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht einer Laserstrahl, die
keinen Teil der Erfindung bildet; und
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2 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht einer anderen Laserstrahl,
die durch Anwenden der Erfindung realisiert wurde.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nun
werden ein Bildprojektionsvorrichtung und eine Bildprojektionsvorrichtung
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben.
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1 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht eines Beispiels einer
Bildprojektionsvorrichtung (Laserprojektor) unter Verwendung einer
Laserstrahlquelle. Der Projektor verfügt über eine Laserstrahlquelle 1,
eine optische Modulatoreinheit 2 und einen Anzeigeschirm 3,
auf den der Laserstrahl projiziert wird, als Grundkomponenten.
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Die
Laserstrahlquelle 1 verfügt über einen Satz von Lasern einschließlich eines
roten Lasers R, eines grünen
Lasers G und eines blauen Lasers B, wobei dieser Laser R, G und
B durch eine Treiberspannungsquelle 4 für die Laserstrahlquelle betrieben
werden.
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Die
optische Modulatoreinheit 2 verfügt über einen Modulator zum Modulieren
der Laserstrahlen der verschiedenen Farben entsprechend einem Bildsignal
sowie ein optisches System. Demgemäß werden die Laserstrahlen
der verschiedenen Farben entsprechend dem Bildsignal moduliert,
und sie werden, typischerweise durch einen galvanischen Spiegel,
so angesteuert, dass sie durchschwenken. Die optische Modulatoreinheit 2 verfügt über eine
Objektivlinse 2a zum Projizieren der Laserstrahlen der
verschiedenen Farben von der Laserstrahlquelle 1 auf den
Anzeigeschirm 3, damit die Laserstrahlen der verschiedenen Farben
durch den Galvanospiegel durchgeschwenkt werden und dann über die
Objektivlinse 2 auf den Anzeigeschirm 3 gestrahlt
werden.
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In
der 1 ist das durch den Rahmen L mit durchgezogenen
Linien umgebene Gebiet das Projektionsgebiet der Laserstrahlen,
so dass ein Bild auf das durch den Rahmen L definierte Gebiet projiziert wird.
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Da
der Laserprojektor mit der oben beschriebenen Konfiguration Laserstrahlen
als Lichtquelle verwendet, übertrifft
er alle üblichen
Projektoren hinsichtlich der Helligkeit und der Farbreproduzierbarkeit,
und das Bildsignal kann leicht moduliert werden.
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Während der
Laserprojektor die oben beschriebene Grundkonfiguration aufweist,
verfügt
eine Bildprojektionsvorrichtung gemäß der Erfindung zusätzlich über einen
Sicherheitsmechanismus, um zu verhindern, dass die Laserstrahlen
auf irgendeinen Betrachter strahlen, der unbeabsichtigt in das Projektionsgebiet
eindringt.
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Dieser
Sicherheitsmechanismus nutzt eine Erfassungswelle, und er verfügt über eine
Erfassungswellenquelle 5 und einen Reflexionswellensensor 6 als
Hauptkomponenten.
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Die
Erfassungswellenquelle 5 ist in einer Linie mit dem roten
Laser R, dem grünen
Laser G und dem blauen Laser B angeordnet, und durch die Objektivlinse 2a der
optischen Modulatoreinheit 2 wird, wie für die Laserstrahlen
der verschiedenen Farben, dafür
gesorgt, dass die von ihr emittierte Erfassungswelle auf den Anzeigeschirm 3 strahlt.
In der 1 ist das durch einen Rahmen IR mit gestrichelten
Linien umgebene Gebiet das Projektionsgebiet der Erfassungswelle.
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Der
Projektionsrahmen IR der Erfassungswelle ist bei dieser Ausführungsform
größer als
der Projektionsrahmen L der Laserstrahlen, um jeden Betrachter zu
erfassen, bevor er in das Strahlungsgebiet der Laserstrahlen eindringt.
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Typischerweise
kann als Erfassungswellenquelle 5 eine LED zum Emittieren
von Infrarotstrahlung verwendet werden, da Infrarotstrahlung normalerweise
sicher für
den menschlichen Körper
ist, wenn sie auf einen Betrachter fällt.
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Alternativ
kann für
die Erfassungswellenquelle 5 ein Ultraschallwellengenerator
verwendet werden, da Ultraschallwellen, wie Infrarotstrahlung, normalerweise
sicher für
den menschlichen Körper sind.
Wenn als Erfassungswelle eine Ultraschallwelle verwendet wird, wird
sie direkt, ohne durch die Objektivlinse 2a gestrahlt zu
werden, auf den Anzeigeschirm 3 projiziert.
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Noch
alternativ kann als Erfassungswellenquelle 5 ein Laser
verwendet werden. In diesem Fall kann der als Erfassungswelle emittierte
Laserstrahl Hindernis, die Betrachter sein können, bestrahlen, wobei die
emittierten Laserstrahlen direkt abgeschaltet werden, wenn das Eindringen
eines Hindernisses erkannt wird, damit sie den menschlichen Körper nicht
beschädigen.
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Wenn
ein Laserstrahl auf das Auge eines Betrachters fällt, nimmt die Gefahr für den Betrachter
als Funktion des Produkts aus der Dauer der Einstrahlung des Laserstrahls
in das Auge und der Energie des Laserstrahls pro Zeiteinheit zu.
Jedoch ist es ersichtlich, dass die obige Anordnung sicher ist,
da der auf das Auge des Betrachters fallende Laserstrahl momentan
abgeschaltet wird.
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Wenn
ein Laserstrahl als Erfassungswelle verwendet wird, kann er als
Stiftstrahlpunkt auf das Erfassungsgebiet gestrahlt werden, das
außerhalb des
Gebiets zum Anzeigen des Bilds liegt. Dann ist die Stiftstrahlpunkt-Projektion
eines Laserstrahls bei weitem sicherer für einen in das Projektionsgebiet eindringenden
Betrachter, da die Energie des Laserstrahls sehr klein ist.
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Andererseits
wird für
den Reflexionswellensensor 6 ein zweidimensionaler Erfassungswellensensor
verwendet, der an einer Position angeordnet wird, die dazu geeignet
ist, die Reflexionswelle der Erfassungswelle am Anzeigeschirm 3 zu
erfassen, um die Intensität
der Reflexionswelle kontinuierlich zu überwachen.
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Der
Reflexionswellensensor 6 ist mit einem Schalter 7 verbunden,
der so angeordnet ist, dass er die Spannungsquelle 4 zum
Ansteuern der Laser verschiedener Farben und für die Erfassungswelle ein-/ausschaltet,
mit einer solchen Ausgestaltung, dass der Schalter 7 entsprechend
dem Erfassungssignal vom Reflexionswellensensor 6 momentan
ausgeschaltet wird, wenn die Intensität der Reflexionswelle eine Änderung
zeigt.
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Wenn
bei der Bildprojektionsvorrichtung mit der obigen Konfiguration
ein Hindernis (z.B. ein Betrachter) in das Projektionsgebiet der
Erfassungswelle 3 eindringt, wobei es sich um einen pyramidenförmigen Raum
handelt, der durch den Projektionsrahmen IR der Erfassungswelle
und die Objektivlinse 2a be stimmt ist, wird die Erfassungswelle,
unter Umständen
teilweise, durch das Hindernis ausgeblendet, so dass die Intensität der in
den Reflexionswellensensor 6 eingegebenen Reflexionswelle
abnimmt.
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Dann
erfasst der Reflexionswellensensor 6 die Verringerung der
Intensität
der Reflexionswelle, und im Ergebnis erkennt er das Eindringen eines
Hindernisses, um Information zur Erfassung an den Schalter 7 zurückzuliefern,
und den letzteren auszuschalten. Im Ergebnis wird die Spannungsquelle 4 zum
Ansteuern der Laser der verschiedenen Laserstrahlen für R, G und
B ausgeschaltet, um die Projektion der Laserstrahlen zu unterbrechen.
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Daher
wird ein Zuschauer, wenn er versehentlich in das Projektionsgebiet
der Laserstrahlen eindringt, demselben nicht für eine längere Zeitperiode ausgesetzt.
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Insbesondere
dadurch, dass der Raum für das
Projektionsgebiet der Erfassungswelle (der ein pyramidenförmiger Raum
ist, der durch den Projektionsrahmen IR der Erfassungswelle und
die Objektivlinse 2a bestimmt ist) größer als der Raum des Projektionsgebiets
der Laserstrahlen (der ein pyramidenförmiger Raum ist, der durch
den Projektionsrahmen L der Laserstrahlen und die Objektivlinse 2a bestimmt
ist) ausgewählt
wird, gelangt das Hindernis (der Betrachter) als Erstes in den durch
den Projektionsrahmen IR der Erfassungswelle und der Objektivlinse 2a bestimmten
pyramidenförmigen
Raum, so dass die Laserstrahlen effektiv abgeschaltet werden, bevor
das Hindernis (der Betrachter) in den durch den Projektionsrahmen
L der Laserstrahlen und die Objektlinse 2a bestimmten pyramidenförmigen Raum
eindringt.
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So
werden die Laserstrahlen abgeschaltet, bevor der Betrachter die
Flüsse
der Laserstrahlen schneidet, und es wird verhindert, dass er für eine längere Zeitdauer
einem Laserstrahl ausgesetzt wird.
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Während die
obige Beschreibung ein Verfahren zum Erfassen der Intensität der Reflexionswelle mittels
des Reflexionswellensensors 6 und zum Ausschalten der Spannungsquelle 4 zum
Ansteuern der Laser durch den Schalter 7 entsprechend dem
Erfassungssignal (Intensitätsänderung)
des Reflexionswellensensors 6 für den Laserstrahl-Abschaltmechanismus
betrifft, kann alternativ jedes andere geeignete Verfahren verwendet
werden.
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Beispielsweise
kann ein Schaltsignal dadurch erhalten werden, dass jede Störung auf
zum Anzeigeschirm gezogenen Linien erfasst wird, wie sie entsteht,
wenn die projizierten Laserstrahlen ausgeblendet werden, oder es
kann durch direktes Erfassen einer auf dem Anzeigeschirm auftretenden Verdunkelung
erhalten werden.
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Außerdem können die
Laserstrahlen alternativ dadurch abgeschaltet werden, dass an der
Objektivlinse 2a ein Verschluss angebracht wird und dieser bei
Bedarf betrieben wird. Noch alternativ können die Laserstrahlen dadurch
abgeschaltet werden, dass der Durchschwenkvorgang des Galvanospiegels
der optischen Modulatoreinheit 2 aufgehoben wird.
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Bei
einem Laserprojektor werden die von der Laserstrahlquelle 1 emittierten
Laserstrahlen im Wesentlichen kollimiert, und durch die optische
Modulatoreinheit 2 wird dafür gesorgt, dass sie sowohl
horizontal als auch vertikal durchgefahren werden, bevor sie auf
die Objektivlinse 2a fallen. Wenn daher die Augen eines
Betrachters direkt den Laserstrahlen ausgesetzt werden, können sie
abhängig
vom Ausgangsleistungspegel der Laserstrahlen in beträchtlicher
Gefahr sein.
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Daher
muss dieses Problem durch irgendeine Maßnahme gelöst werden, bevor ein Laserprojektor
praktisch genutzt wird. Jedoch kann dieses Gefahrenproblem durch
die oben beschriebene Anordnung zuverlässig vermieden werden.
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Während gemäß der obigen
Beschreibung eines Beispiels, das keinen Teil der Erfindung bildet, eine
von einer Erfassungswellenquelle 5 emittierte Erfassungswelle
dazu verwendet wird, irgendein Hindernis zu erfassen, das in die
optischen Pfade der Laserstrahlen eindringt, können die zum Erzeugen eines
angezeigten Bilds projizierten Laserstrahlen zum Erfassen eines
Hindernisses gemäß der Erfindung
verwendet werden.
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Nun
wird eine derartige Bildprojektionsvorrichtung gemäß der Erfindung
unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben. Es sei darauf
hingewiesen, dass in der 2 Komponenten, die dieselben
wie solche in der 1 sind, jeweils durch dieselben
Bezugssymbole gekennzeichnet sind und sie hier nicht mehr beschrieben
werden.
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Die
Bildprojektionsvorrichtung der 2 ist mit
einem Sicherheitsmechanismus versehen, der so ausgebildet ist, dass
er verhindert, dass irgendein Betrachter, der versehentlich in die
optischen Pfade der Laserstrahlen eindringt, diesen für eine längere Zeitperiode
ausgesetzt wird.
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Die
Bildprojektionsvorrichtung verwendet Laserstrahlen für den Sicherheitsmechanismus,
und sie verfügt
als Hauptkomponenten desselben über
eine Laserstrahlquelle 1, eine Bildverarbeitungsvorrichtung 8 und
eine Bildaufnahmevorrichtung 9.
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Die
Laserstrahlen der verschiedenen Farben, wie sie von der Laserstrahlquelle 1 emittiert
werden, werden über
eine Objektivlinse 2a der optischen Modulatoreinheit 2 des
Projektors auf den Anzeigeschirm 3 gestrahlt. Die optische
Modulatoreinheit 2 ist mit der Bildverarbeitungsvorrichtung 8 verbunden, und
daher wird das auf den Anzeigeschirm 3 zu projizierende
Bild auch auf die Bildverarbeitungsvorrichtung 8 gestrahlt.
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Andererseits
verfügt
die Bildaufnahmevorrichtung 9 typischerweise über eine
CCD(charge-coupled device)-Kamera, und sie ist an einer Position
angeordnet, die dazu vorgesehen ist, das auf den Anzeigeschirm 3 projizierte
Bild aufzunehmen, um das angezeigte Bild dauernd zu überwachen.
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Die
Bildaufnahmevorrichtung 9 ist auch mit der Bildverarbeitungsvorrichtung 8 verbunden,
damit sie das angezeigte Bild erfasst und es an die Bildverarbeitungsvorrichtung 8 ausgibt.
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Die
Bildverarbeitungsvorrichtung 8 empfängt sowohl von der optischen
Modulatoreinheit 2 das anzuzeigende Bild als auch von der
Bildverarbeitungsvorrichtung 8 das angezeigte Bild, und
sie erfasst die Differenz zwischen diesen. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 8 ist
auch mit dem Schalter 7 zum Ein-/Ausschalten der Spannungsquelle 4 zum
Ansteuern der Laser verschiedener Farben verbunden, so dass der Schalter 7 dann,
wenn sie irgendeine Differenz zwischen dem anzuzeigenden Bild und
dem angezeigten Bild erkennt, entsprechend dem Erfassungssignal
von der Bildverarbeitungsvorrichtung 8 momentan ausgeschaltet
werden kann.
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Bei
der Bildprojektionsvorrichtung mit der oben beschriebenen Konfiguration
werden, wenn ein Hindernis (z.B. ein Betrachter) in das Projektionsgebiet
der Laserstrahlen eindringt, bei dem es sich um einen pyramidenförmigen Raum
handelt, der durch den Projektionsrahmen L der Laserstrahlen und
die Objektlinse 2a definiert ist, die Laserstrahlen, unter Umständen teilweise,
durch das Hindernis ausgeblendet, so dass sich das zur Bildverarbeitungsvorrichtung 8 übertragene
Anzeigebild ändert,
was zu einer Differenz zwischen dem anzuzeigenden und dem angezeigten
Bild führt.
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Dann
wird die Differenz zwischen dem anzuzeigenden und dem angezeigten
Bild als Eindringen eines Hindernisses erkannt, und die Information
wird unmittelbar an den Schalter 7 zurückgeliefert, um diesen auszuschalten.
Im Ergebnis wird die Spannungsquelle 4 zum Ansteuern der
Laser für
die verschiedenen Laserstrahlen entsprechend R, G und B ausgeschaltet,
um die Projektion der Laserstrahlen zu unterbrechen.
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Daher
wird, wenn ein Betrachter unbeabsichtigt in das Projektionsgebiet
der Laserstrahlen eindringt, derselbe den Laserstrahlen nicht für eine längere Zeitperiode
ausgesetzt.
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Daher
kann die Gefahr, dass der Betrachter den Laserstrahlen für eine längere Zeitperiode
ausgesetzt wird, dadurch erfolgreich vermieden werden, dass die
Laserstrahlen entsprechend dem Ergebnis des Erfassungsvorgangs momentan
abgeschaltet werden.
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Während es
in der obigen Beschreibung um ein Verfahren zum Erfassen der Differenz,
falls eine solche vorliegt, zwischen dem anzuzeigenden und dem angezeigten
Bild mittels der Bildverarbeitungsvorrichtung 8 und zum
Ausschalten der Spannungsquelle 4 zum Ansteuern der Laser
durch den Schalter 7 entsprechend dem Erfassungssignal
(Intensitätsänderung)
für den
Laserstrahl-Abschaltmechanismus
geht, ist die durch die Ansprüche
definierte Erfindung in keiner Weise darauf beschränkt, sondern es
kann ein anderes geeignetes Verfahren alternativ verwendet werden.
Der Laserstrahl-Abschaltmechanismus der 1 kann alternativ
für den
Laserprojektor der 2 verwendet werden.
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Laserstrahlen
der drei Farben R, G und B können
von den jeweiligen Lasern als Stiftstrahlpunkt auf das Erfassungsgebiet
gestrahlt werden, das außerhalb
des Gebiets zum Anzeigen des Bilds liegt. Dabei ist die Stiftstrahlpunkt-Projektion von Laserstrahlen
für einen
in das Projektionsgebiet eindringenden Betrachter bei weitem sicherer,
da die Energie des Laserstrahls sehr klein ist.
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Außerdem kann
die Ausgestaltung derart sein, dass dann, wenn ein Hindernis in
das Projektionsgebiet eindringt, die Laserstrahlen nur im Inneren der
Grenze des erfassten Hindernisses abgeschaltet werden, ohne dass
alle Laser abgeschaltet werden.