使用漫射面来减少光斑的系统和方法技术方案

一种激光投影系统包括光源、光学扫描器件、聚焦器件、光斑减少漫射面和光准直器件。光源可包括构造成发射输出光束的至少一个激光器。聚焦器件将输出光束聚焦在第一焦点处。光斑减少漫射面在第一焦点处选择性地被引入光学路径内。光准直器件将输出光束准直到光扫描器件上。通过操作用于对经编码图像数据进行光学发射的激光器并控制光学扫描器件以扫描输出光束，以在投影面上产生经扫描的激光图像的至少一部分。当光斑减少漫射面位于光学路径内时，光准直器件构造成使第一焦点在投影面处的第二焦点处成像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及激光投影系统，并更具体地涉及减少经扫描的激光图像中光斑的出现的激光投影系统。·
技术介绍
每当相干光源用于照亮例如屏幕、墙壁的粗糙表面或产生漫反射或漫射透光的任何其它物体时，会产生光斑。特别是，屏幕上的大量小区域或其它反射物体将光散射成具有不同起始点和不同传播方向的多个衍射光束。光斑引起投影图像中较大的空间频率噪声。在观察点，例如在观察者的眼睛里或者在照相机的传感器处，这些光束相长地干涉来形成亮点，或者相消地干涉来形成暗点，产生随机的粒状的强度图案，这被称作光斑。光斑可以由粒度大小和对比度来表征，对比度通常定义为在观测平面内标准差与平均光强度之比。对于足够大的照亮区域和足够小的单独的散射点尺寸来说，光斑将被“完全地显影”，如果漫射体不是偏振光，则其具有的亮度标准偏差为100%，当漫射体是偏振光时，亮度标准偏差为75%。如果采用诸如激光束之类的相干光源将图像形成于屏幕上，该粒状结构将代表画质的噪声或严重劣化。该噪声是个严峻的问题，特别是当投影仪用于显示诸如文本之类的高空间频率内容时。可以通过将一些移动漫射面插入经扫描的激光束的光学路径内以加扰碰到屏幕的光的相位来减少光斑。移动漫射面根据时间来修改光斑图案的形状，并且如果漫射面移动得足够快，所有这些光斑图案被平均化，这是因为人类对图像的整合(intergrate)通常是在50微秒量级的持续时间内。尽管快速移动漫射体使光斑减少，但这需要昂贵和复杂的机构来以相对较高的速度侧向移动相位掩模。此外，移动漫射体需要采用具有大数值孔径和大视野的聚焦机构以及镜头，这将对系统增加明显的复杂度、成本和尺寸。因此，当在小尺寸的投影仪中实施这种方法时，使用移动漫射体具有显著的缺点。
技术实现思路
在一个实施例中，激光投影系统包括光源、光学扫描器件、聚焦器件、光斑减少漫射面和光准直器件。光源可包括构造成发射输出光束的至少一个激光器。聚焦器件定位在由光源发射的输出光束的光学路径内，并将输出光束聚焦在位于光学扫描器件前面的第一焦点处。光斑减少漫射面可操作成在位于光学扫描器件前面的第一焦点处选择性地引入输出光束的光学路径内。光准直器件定位在聚焦器件后面的输出光束的光学路径内，并可操作成将输出光束至少几乎准直到光学扫描器件上。激光投影系统被编程为，通过操作用于对经编码的图像数据进行光学发射的激光器并控制光学扫描器件以跨多个图像像素来扫描输出光束，以在投影面上产生经扫描的激光图像的至少一部分。光准直器件构造成，当将光斑减少漫射面引入输出光束的光学路径内时，使第一焦点在投影面处的第二焦点处成像。在另一实施例中，激光投影系统包括光源、光学扫描器件、聚焦器件、光斑减少漫射面和光准直器件。光源包括构造成发射输出光束的至少一个激光器。聚焦器件定位在由光源发射的输出光束的光学路径内，并将输出光束聚焦在位于光学扫描器件前面的第一焦点处。光准直器件定位在聚焦器件后面的输出光束的光学路径内，并可操作成将输出光束至少几乎准直到光学扫描器件上。光斑减少漫射面操作成在光斑减少操作模式期间在光学扫描器件前面的第一焦点处被引入输出光束的光学路径内，并可操作成在无限景深模式的操作期间从输出光束的光学路径移除。光斑减少漫射面关于与由输出光束的光学路径限定的光学轴线垂直的轴线以聚焦角来定向，并产生输出光束的漫射角，因而，当将光斑减少漫射面引入输出光束的光学路径内时，输出光束在光学扫描装置上具有约I. 5毫米到约4毫 米之间的直径。聚焦器件和光准直器件构造成，当光斑减少漫射面没有被引入输出光束的光学路径时，使输出光束在光学扫描装置上的直径为约O. 4毫米到约I毫米之间。激光投影系统被编程为，通过操作用于对经编码的图像数据进行光学发射的激光器并控制光学扫描器件以跨多个图像像素来扫描输出光束，以在投影面上产生经扫描的激光图像的至少一部分，并使光斑减少漫射面沿第一轴线方向平移，以使第一焦点在投影面处的第二焦点处成像。附图说明在结合以下附图阅读以后就会很好地理解本专利技术的各具体实施例的以下详细说明，其中相同的结构用相同的标号来表示，且其中图I示出根据一个或多个实施例的、在无限景深模式下操作的激光投影系统的示意图；图2示出根据一个或多个实施例的、在光斑减少模式下操作的激光投影系统的示意图；图3示出根据一个或多个实施例的、表面射束点尺寸(半最大全宽)和投影面上的像素尺寸对投影距离D的曲线图；图4示出根据一个或多个实施例的、光斑对比度对Ι/e2输出光束直径的曲线图；以及图5不出根据一个或多个实施例的、光斑减少漫射面和输出光束的三个焦点的不意图。具体实施例方式本专利技术的具体实施例可以在激光投影系统的情境下作描述，该激光投影系统跨投影面而扫描输出光束，以产生二维图像。然而，实施例不仅可以在激光投影系统中实施，还可以在期望减少光斑的情况下与扫描机构结合利用相干光源的其它光学系统中实施。总地来说，如图I和2中所示，可通过如下方式来减少出现扫描的激光图像中的光斑，S卩，提供对入射在投影面(例如，屏幕)上的电场的相位进行高空间频率调制，并根据时间来修改相位调制的形状，以在人类眼睛的整合时间内产生许多不同的光斑图案。眼睛将这许多不同的光斑图案平均化，并由此减弱光斑的出现。在此所述的实施例通过沿由相干光源产生的输出光束的光学路径引入光斑减少漫射面来减少光斑。光斑减少漫射面定位在光学扫描器件的前面，该光学扫描器件二维扫描输出光束。现参照图1，示出激光投影系统100的一个实施例的示意图。示例性的激光投影系统100构造成激光扫描投影系统，该激光扫描投影系统编程为二维扫描由光源110产生的输出光束120，并由光学扫描器件126反射(或透射)以在诸如墙壁或投影仪屏幕之类的给定投影面130处形成二维图像。如下文更详细所述，一些实施例可包括偏振干扰装置129。激光投影系统100可用于显示静态图像(例如，文本)、移动图像(例如，视频)，或两者均可。该系统可以是紧凑的，以使该系统可包含到相对较小的装置内，诸如是手持式投影仪、蜂窝电话、个人数据助理、笔记本计算机或其它类似装置。 光源110可包括一个或多个激光器。图I和2中所示的实施例包括三个激光器IllaUllb和111c，这三个激光器可操作成发射不同波长的相干光束。作为示例，可采用镜子或分色镜来将这三个发射光束114a、114b和114c结合成一个单发射光束120。例如，光源110可包括能分别发射红色、蓝色和绿色波长光束的三个激光器。根据一些实施例，输出光束120由几乎准直的绿、红和蓝光束构成。例如，第一激光器Illa可发射波长在绿色光谱范围内的光束114a，第二激光器11 Ib可发射波长在红色光谱范围内的光束114b，而第三激光器Illc可发射波长在蓝色光谱范围内的光束114c。其它实施例可利用发射更多或更少准直的激光束和/或波长不是绿色、红色或蓝色的光束的光源110。例如，输出光束120可以是波长在绿色光谱范围内的单输出光束。光源110可包括诸如分布式反馈(DFB)激光器、分布式布拉格反射器(DBR)激光器、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、二极管泵固态激光器(DPSS)、天然绿色激光器、直外空腔表面发射激光器(VECSEL)或法布里-佩罗特激光器之类的一个或多个单波长激光器。此外，为了产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·高里尔，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：
国别省市：