使散斑噪声减小的图像投影制造技术

在外壳内的图像投影模块用来使光栅图案内所选择的像素受到照亮，以在显示屏幕上产生ＶＧＡ质量的图像。通过修正屏幕和／或增大激光器的带宽，减小了图像内的散斑噪声。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使散斑噪声减小地将2维图像投影在显示屏幕上的技术。
技术介绍
根据一对在相互正交的方向上振荡的扫描镜将2维图像投影到显示屏幕上以在光栅图案上扫描激光束是众所周知的。然而，已知的图像投影系统投影分辨率有限(典型的是分辨率小于640×480像素的视频图形阵列(VGA)质量的四分之一)而且具有散斑噪声的图像。因而，已知的投影系统和显示屏幕在通用性上受到限制。散斑噪声是基于激光的投影系统的固有问题，使得图像质量有相当大的下降。单色(红、蓝或绿)激光器发射具有相同频率的相干波并具有空间相干性的激光束，也就是说，这些波在空间和时间上相互具有固定的相位关系。在光束入射到漫射屏幕上时，这些波由于从屏幕反射和/或透射而被散射。散射波具有随机的相位延迟，沿不同的方向传播，但都具有相同的频率。这样的一些散射波在碰到例如人眼的视网膜时就会产生静态分布的建设性和破坏性干扰，即产生也称为散斑噪声的干涉图案。积分时间(integration time)在数十毫秒数量级的人眼将这种散斑噪声看作质量降低了的图像。如果激光束没有完全相干的波，则其相位延迟会在散射波与屏幕进行协商期间显著改变，结果，散斑噪声图案在人眼的积分时间内也改变，从而降低散斑对比度(contrast)。激光束的每个相干波与其本身是相干的，这种特性称为时间相干性。如果波与它本身的经延迟的拷贝组合在一起，如在Michelson干涉计中那样，产生干涉的延迟时长就称为波的相干时间。称为相干长-->度的相应特性可以通过将相干时间乘以光速计算。激光器的相干时间与它的带宽成反比。真正的单色波具有无限的相干时间和无限的相干长度。然而，实际上没有波是真正单色的，因为这要求波的持续时间无限长。例如，经稳定的氦氖激光器可以产生相干长度超过5米的激光束，而相干时间为几个纳秒的数量级。于是，激光的相干时间通常在纳秒的范围内，而激光束从显示屏幕反射和/或穿过只要几个皮秒。
技术实现思路
因此，本专利技术的总体目的是提供一种将散斑噪声(speckle noise)减小、清晰、清楚的2维图像投影到显示屏幕上的图像投影系统。本专利技术的另一个目的是减小投影图像上的散斑噪声。本专利技术的又一个目的是修正显示屏幕本身，以减小投影到它上面的图像的散斑噪声。与这些目的和在下面将看到的其他目的一致，简要地说，本专利技术的一个特征是提供了一种使散斑噪声减小地投影2维图像的设备和方法，这种设备包括：显示屏幕；发射具有相同频率以及相干时间的相干波的激光束的激光器；图像投影组件或模块，用来引导光束入射到屏幕上、使光束作为扫描线(每个扫描线具有若干像素)的图案扫过屏幕、以及使所选择的像素被照亮并成为可见的，以在屏幕上产生图像；以及用来修正屏幕、将入射到屏幕上的光束捕获一段不少于相干时间的时间和产生散斑噪声得到减小的时变干涉图案的装置。按照本专利技术的一个特征，修正装置包括多个将光束捕获一段相当于或超过相干时间的时间的光谐振器。因此，所捕获的光束在几个皮秒的时间内不从屏幕反射和/或穿过屏幕，而是保持一段为纳秒数量级的较长时间。这些散射波产生比人眼的积分时间快的时变干涉图案。于是，眼睛看不到单个斑点，而是感觉到平均的更为均匀的照亮。显示屏幕本身适应于支持光谐振器。在优选实施例中，光谐振器为嵌入屏幕的光子晶体(photonic crystal)的小颗粒。每个颗粒的大小都小于像素。优选的是，每个晶体是周期性的电介质结构，例如为-->硅，具有防止预定频率范围内的光传播的带隙。由于光被捕获，因此形成了谐振腔。优选的是，显示屏幕由可模压的材料诸如塑料或橡胶构成，将光子晶体与处在液态的可模压的材料混合。可模压的材料凝结(set)后，这些晶体就随机地分布在屏幕中。每个由晶体形成的谐振腔具有很高的Q因子(超过10,000)。这些谐振腔捕获光的时间常数大致等于光在晶体内的往返时间乘以Q因子，等于或超过激光器的相干时间。本专利技术的另一个特征是给屏幕增添附加物，也是将入射光束捕获一段时间，优选的是这段时间超过相干时间。屏幕本身的材料可以选择成具有这种捕获特性。屏幕可以包括可流动的材料，诸如液体或气体，其原子或分子以足以捕获和延迟入射光的速度运动。还有一个途径是不修正屏幕而是增大激光器的带宽。这可以减小相干时间，并且光也被延迟。附图说明图1为按照本专利技术所设计的设备将图像投影到一个显示屏幕上的透视图；图2为按照本专利技术所设计的图1的设备将图像投影到另一个显示屏幕上的透视图；图3为安装在图1的设备内的图像投影组件或模块的放大俯视透视图；图4为图3的模块的顶视图；图5为图2的模块的立视图；图6为模块的激光器/光学组件沿图4中的线6-6所取的放大剖视图；图7为沿图1中的线7-7所取的放大剖视图；图8为示出图3的模块的工作情况的电原理方框图；图9为图2的模块的驱动器的正视透视视图；图10为图9的驱动器的后视透视图；-->图11为按照本专利技术修正的显示屏幕的示意图；以及图12为另一个经修正的屏幕的示意图。具体实施方式图1中标注数字10总体上表示装有如图2所示的轻型袖珍图像投影模块20的外壳。模块20用来将2维图像投影到离模块有一段距离的不同显示屏幕上。如在下面所说明的那样，图像包括在由模块20内的扫描器扫出的扫描线的光栅图案上的照亮和未照亮的像素。外壳10的平形六面体形状只是表示模块20可以安装在其中的一种形状因子。在优选实施例中，模块20为30mm×15mm×10mm或4.5cm3左右。这种紧凑的小型尺寸使模块20可以装在许多形状不同、或大或小、便携或固定的外壳内，其中一些情况说明如下。参见图3，模块20包括支撑件16(例如，为印刷电路板)和激光器/光学器件盒18，其中装有激光器25(见图6)和透镜组件，透镜组件包括一个或多个透镜并且优选的是一对用来对激光器25所发射的激光束进行光学修正的透镜22、24。从图6中可以清楚地看到，激光器25为固态激光器，优选的是半导体激光器，在受到激励时发射具有椭圆形截面的激光束。透镜22为具有约2mm的正焦距的双非球面(biaspheric)凸透镜，用来收集光束内的几乎所有能量并产生衍射受限的光束。透镜24为具有-20mm左右的负焦距的凹透镜。透镜22、24由各自的透镜架26、28保持在盒18内，相距4mm左右，通过使装配期间引入注剂孔29的粘合剂(为了清晰起见没有示出)凝结而固定在适当位置。盘簧27有助于对激光器的定位。透镜22、24使光束轮廓(beam profile)成形。离开盒18的激光束射向可选的固定反射镜(bounce mirror)32并从反射镜32反射。扫描器也安装在板16上，它包括可由惯性驱动器36以第一扫描速率振荡、使从反射镜反射的激光束扫过第一水平扫描角度A(见图7)的第一扫描镜34和可由电磁驱动器42以第二扫描速率振荡、使从第一扫描镜34反射的激光束扫过第二垂直扫描角度-->B(见图7)的第二扫描镜38。在一种改型结构中，扫描镜34、38可以用单个2轴镜代替。惯性驱动器36为高速低耗电的组件。惯性驱动器的详细情况可参见2003年3月13日递交的与本申请转让给同一个受让方的美国专利申请No.10/387,878，该专利申请在这里列为参考予以引用。使用惯性驱动器可以将模块的功耗降到小于1瓦。电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使散斑噪声减小地投影图像的设备，包括：ａ）显示屏幕；ｂ）发射具有相同频率以及相干时间的相干波的激光束的激光器；ｃ）图像投影组件，用来引导光束入射到屏幕上、使光束作为扫描线的图案扫过屏幕、并使所选择的像素被照亮并成为可见的，以在屏幕上产生图像，其中每个扫描线具有若干像素；以及ｄ）用来修正屏幕、将入射到屏幕上的光束捕获一段不少于相干时间的时间并产生散斑噪声得到减小的时变干涉图案的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-4-28 11/116,6451.一种使散斑噪声减小地投影图像的设备，包括：a)显示屏幕；b)发射具有相同频率以及相干时间的相干波的激光束的激光器；c)图像投影组件，用来引导光束入射到屏幕上、使光束作为扫描线的图案扫过屏幕、并使所选择的像素被照亮并成为可见的，以在屏幕上产生图像，其中每个扫描线具有若干像素；以及d)用来修正屏幕、将入射到屏幕上的光束捕获一段不少于相干时间的时间并产生散斑噪声得到减小的时变干涉图案的装置。2.权利要求1的设备，其中所述屏幕由塑料和橡胶材料之一构成。3.权利要求1的设备，其中所述激光器为红、蓝和绿激光器之一。4.权利要求1的设备，其中所述修正装置包括将入射到屏幕上的光束捕获一段超过相干时间的时间的多个光谐振器。5.权利要求4的设备，其中所述谐振器为嵌入屏幕的光子晶体颗粒。6.权利要求5的设备，其中每个颗粒尺寸小于一个像素。7.权利要求1的设备，还包括外壳，所述外壳具有激光束扫描通过的窗，并且其中所述屏幕安装在所述外壳上。8.一种使散斑噪声减小地投影图像的方法，包括下列步骤：a)发射具有相同频率以及相干时间的相干波的激光束；b)引导光束入射到屏幕上、使光束作为扫描线的图案扫过屏幕、并使所选择的像素被照亮并成为可见的，以在屏幕上产生图像，其中每个扫描线具有若干像素；以及c)修正屏幕和将入射到屏幕上的光束捕获一段不少于相干时间的时间，以产生散斑噪声得到减小的时变干涉图案。9.权利要求8的方法，还包括用塑料和橡胶材料之一构成屏幕。10.权利要求8的方法，其中所述发射步骤由红、蓝和绿激光器之一执行。11.权利要求8的...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪米特利亚维德，米克罗斯斯特恩，
申请(专利权)人：讯宝科技公司，
类型：发明
国别省市：US[]