用来降低显示器系统里散斑效应的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于降低激光扫描显示器里散斑噪声的方法和装置。特别地，提供一种MEMS装置，其能够重叠振动在一个双轴扫描镜上以降低散斑效应。

【技术实现步骤摘要】
用来降低显示器系统里散斑效应的装置
本专利技术通常涉及一个投影数字图像的装置，特别涉及一种去散斑(de-speckling) 装置和方法，其能够降低或去除激光投影仪形成图像里的散斑(speckle)。
技术介绍
我们总是在接收视觉信息，如看电影。如今，由于消费电子如数码相机的易用性， 产生了大量的视觉信息。类似地，对于我们从中接收视觉信息的显示器，也有大量的需求。显示器技术的发展异常迅速，而且出现越来越多的显示图像的不同方法，如阴极射线管 (CRT)显示器、液晶装置(LCD)显示器、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED) 显示器、平视显示器(HUD)、激光扫描投影(LSP)显示器和投影仪。在本专利技术里，无论何时提到图像，同样也适用于被称为视频的动态图像。人类视觉对噪声很敏感，因而一个无噪声的高质量图像是非常令人期待的。有一种噪声被称为散斑(speckle)，对具有相干光源(coherent lightsource)的显示器，如在使用激光的显示器中，如HUD、或LSP显示器，这类型的散斑噪声是很常见的。例如，在激光为光源的投影仪的例子里，投影到屏幕上的图像里将出现散斑，因为激光被如图1所示的屏幕表面反射。当与可视光波长比较时，任何屏幕的表面都可以看作是粗糙的，因此发生散射。从屏幕表面上的各个独立散射区域到达观察者眼睛的反射光线有相对相位差 (relative phase difference)，并互相干扰，产生颗粒状亮暗图案，称为散斑。已经有多种方法通过破坏激光束的相干性以降低散斑。如果破坏了激光束的相干性，散斑被平均，因为散斑效应不再有关。对N个独立的散斑，降低系数可以通过以下等式 ⑴来计算R = ^N(1)这些方法包括提供角度分集、波长分集、偏振分集或基于屏幕的解决方案。如 Joseph W. Goodman 在“光学散斑现象理论和应用”(Englewood，Colo. =Roberts & Co., 02007)里所讨论的，之前已经尝试提供各种去斑的解决方案。在业界，一些方法已经成为习惯做法，如(1)使用几个激光作为照明光源；(2)从不同角度照明光源；(3)照明时产生波长分集；(4)使用不同偏振状态的激光；(5)使用一个专门设计的屏幕来最小化产生散斑，如活动屏幕；和(6)使用一个旋转漫射器。这些用来降低散斑的解决方案各有其优缺点。有些需要额外部件，如将在系统里提供一个漫射器，这会使系统小型化面临挑战，例如，为了减少散斑，漫射器将引导漫射的激光到一个摆动镜，如在美国专利4，155，630标题为“通过随机空间相位调制来消除散斑” 里所述，或者如在美国专利5，313，479标题为“使用相干光线的无散斑显示器系统”里所述的一个旋转漫射器。使用额外部件还可能进一步加大将散斑降低方案集成到现有系统的难度，而且有些甚至需要外部的致动器，这会产生额外的能耗。例如，欧洲专利申请EP1，949，166描述使用致动器电极(actuator pad)朝向这些致动器电极方向来驱动一个铝涂敷的微加工薄膜； 铝涂敷的微加工薄膜使一个平面镜发生变形，其使光发生散射以降低散斑。这个致动机制也限制了平面镜朝着一个单方向变形。还有一些解决方案，需要一个活动屏幕，这不仅使图像不能显示在任何静止的屏幕上，而且当屏幕尺寸增大时很难找到一个合适的装置来移动屏幕。例如，在美国专利 5，272，473标题为“降低散斑的显示器系统”里所描述的换能器(transducer)将很难用于一个大型屏幕，其中换能器需要连接到一个显示屏幕以产生横过显示屏幕的表面声波。在美国专利6，122，023标题为“无散斑的液晶投影显示器”里，有另一种类型的活动显示器， 其在显示器屏幕上提供一层液晶分子，在高于60Hz的频率上轻微振动。现有技术里，仍有需要降低显示时的散斑。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一个镜和一个照明源，其使用一个简单的光学系统能够有效地抑制散斑噪声。本专利技术提供一个MEMS (微电机械系统)装置，其有一个活动板连接到固定框架。活动板有一个区域能够发散入射激光束。在运行期间，活动板在各个方向上发生振动，该振动使得入射激光束周期性地以不同入射角射于活动板，因此，这些激光束从活动板不同时间地以不同反射角反射。接着， 这些时间不相干的反射激光束可以被用作为一个具有抑制激光散斑效应的光源。本专利技术提供的MEMS装置可以批量制造，这样能够降低单位制造成本。MEMS制造工艺产生一个小型装置外观，这在许多便携式电子产品里是极度受欢迎的。此外，依照本专利技术，通过使用MEMS装置，能够实现高光效，无需任何漫射器，并且本专利技术MEMS装置所提供的反射表面特性是可控的。由于不需要外部的活动致动器或漫射器，本专利技术具有较低的能耗。本专利技术的MEMS装置允许一个可控的振幅或频率，从而可以进行参数微调以获得一个优化的激光去斑效应。振幅是通过改变MEMS装置的输入驱动电压进行调整的，而振动频率是通过设计MEMS装置致动部件的尺寸进行微调的，例如，通过改变扭杆尺寸。本专利技术提供一个强健结构，与MEMS扫描镜制作有类似工艺流程，从而使去斑装置能够集成在MEMS 扫描镜内。本专利技术的一个方面是提供一个MEMS装置来降低激光扫描投影显示器里的散斑效应，其包括一个活动板，活动板可围绕第一旋转轴旋转，也可围绕第二旋转轴旋转，第一旋转轴垂直于第二旋转轴；一个或多个第一致动器，其用来沿着至少第一方向移动活动板； 以及一个或多个第二致动器，其用来沿着至少第二方向移动活动板。第一致动器和第二致动器能够移动活动板，活动板的垂直、横向和旋转运动组合使得在不同时间使用活动板的不同区域，得以不同角度反射激光束。在不同方向上的运动组合使入射激光束以不同角度射于扫描活动板镜，从而形成一个入射点的圆轨迹。一个致动器的实施例是一个静电梳状结构、一个磁致动器、和一个压电致动器。本专利技术的另一个方面是制造一个双轴扫描镜，其能够沿着活动板上的两个垂直轴进行旋转。依照另一个方面，在活动板顶部上的双轴扫描镜被涂敷一发散层，并且发散层的表面被涂敷一反射涂层。另外，发散层的表面被粗化，是一个被图案化的绝缘膜，或在其表面有一个聚合物结构。本专利技术的另一个方面是提供一个反射涂层在双轴扫描镜顶部和发散层之间。在此例子里，发散层是由一种不均勻的相变聚合物构成。本专利技术的一个方面是提供一个光学系统，其使用一个具有如上所述活动板的MEMS 装置，其包括一个发出一个或多个激光束的照明源，一个或多个激光束被射到MEMS装置的活动板上，从而发生反射；以及一个双轴MEMS镜，其接收由MEMS装置反射的激光束，并以扫描方式反射激光以产生一个图像在屏幕上。本专利技术的另一个方面是提供一个光学系统，其使用具有如上所述活动板的MEMS 装置，其包括一个发射一个或多个激光束的照明源，一个或多个激光束被射到MEMS装置的活动板上，从而发生反射；至少一个额外的MEMS装置被安置以接收和反射由MEMS装置反射的激光束；以及一个双轴MEMS镜，其接收由额外MEMS装置反射的激光束，并以扫描方式反射激光束以产生一个图像在屏幕上。本专利技术的另一个方面是提供一个光学系统，其使用具有如上所述活动板的MEMS 装置，其中活动板的顶部制作有一个双轴MEMS镜，其包括一个发射一本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＭＥＭＳ装置，用来降低激光扫描显示器里散斑效应，包括：一个活动板，其被设置以在活动板的至少一个水平平面上周期性地振动，和／或在活动板的至少一个垂直平面上周期性地振动；一个或多个第一致动器，其被设置以在至少第一方向上周期性地移动活动板；一个或多个第二致动器，其被设置以在至少第二方向上周期性地移动活动板；和一个镜，其被集成制作在活动板内，用于反射一入射激光束，使得入射激光束依照入射时间以不同角度射于该镜，导致入射光束被反射和／或发散，具有时变特性，降低了被反射和／或被发散的入射光束的相干性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈奕泉，冯耀军，李致淳，陈浩然，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：HK