利用光栅多边形在成像表面上进行2D直线扫描制造技术

本发明专利技术涉及利用光栅多边形在成像表面上进行2D直线扫描。2D扫描系统使用快速旋转光栅多边形作为单个扫描组件来在2D图像表面上产生直扫描线。入射光束相对于光栅多边形的接近角被选择为将在图像表面上的由多边形扫描引入的扫描线的枕形失真最小化，并且光栅扫描多边形的旋转轴的倾斜角被选择为将该多边形扫描失真对称地定位在成像表面上。此外，扫描光学系统被构造为在成像表面上产生预定量的扫描线的桶形失真，以补偿由多边形扫描引入的枕形失真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例大体涉及基于激光的图像产生系统，尤其涉及使用光栅多边形(raster polygon)在成像表面上进行2D直线扫描的系统以及形成该2D直线扫描的方法。
技术介绍
在基于激光的图像产生系统中，旋转多边形反射镜通常被用来将一个或多个激光束扫描经过图像产生表面，诸如激光光学复印机的光敏鼓或者激光荧光显示器的荧光屏。旋转多边形反射镜是具有多个反射表面的多面光学元件。入射到一个反射表面上的激光束被导向图像产生表面，并且随着多边形旋转，入射激光束扫描经过图像产生表面，从而在图像产生表面上产生图像的一根线。在一些装置中，专用的旋转多边形反射镜(已知为光栅多边形反射镜)被用来在图像产生表面上产生激光的2维扫描。在光栅多边形反射镜中，每个反射表面被倾斜到不同角度。与旋转多边形反射镜一样，当光栅多边形反射镜旋转时，入射到光栅多边形上的反射表面的激光束扫描经过图像产生表面，以在图像产生表面上产生图像的线。然而，随着每个连续的反射表面旋转通过入射激光束，光束被引导到图像产生表面上的不同位置并扫描经过不同位置，从而在图像产生表面上执行2维扫描。因此，光栅多边形反射镜允许使用单个移动组件将激光器在2维表面上进行扫描，从而有助于高速激光成像技术。使用用于在图像产生表面上扫描激光的光栅多边形反射镜的缺陷是被如此导向的激光在图像产生表面上不遵循直线。相反，激光的扫描线具有相当大的曲率，这将会使得图像处理和时机变得复杂。此外，光栅多边形反射镜的不同倾斜的反射面产生相应的不同曲率，从而在产生于图像产生表面上的图像中产生可察觉到并且不令人期望的失真，如图1所示。图1示出了由现有技术的激光扫描系统在成像表面99上产生的弯曲的激光扫描线101-109，该激光扫描系统使用被导向光栅多边形反射镜的单个激光束。如图所示，激光扫描线101-109是弧线，而非直的平行线。因为每根激光扫描线101-109由旋转经过入射激光束的光栅多边形反射镜的不同反射面产生，并且因为每个反射面产生不同程度的失真，所以每根激光扫描线101-109是具有不同曲率的弧线。这种失真主要由不同反射面的不对称旋转特性以及由将激光聚焦在成像表面上的扫描成像光学系统的失真来引起。激光扫描线101-109的这种失真基本对于观察者可见并且可以导致劣化的观看效果。如前所示，在现有技术中需要这样的激光扫描系统其使用光栅扫描多边形反射镜来在图像产生表面上产生直且平行的激光扫描线。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例提供了一种2D扫描系统，其使用光栅多边形和特别设计的扫描光学系统来在成像表面上产生直的扫描线。入射光束相对于光栅扫描多边形反射镜的接近角(approach angle)被选择为使成像表面上的扫描线的枕形失真(pin_cushiondistortion)最小化,并且光栅扫描多边形的旋转轴的倾斜角被选择为使该失真在成像表面上对称地定位。此外，扫描和成像透镜被构造为在成像表面上产生扫描线的桶形失真(barrel distortion),以补偿枕形失真。本专利技术的一个优点是可以使用单个高速旋转元件来在成像表面上实现具有直且平行的扫描线的光的超快二维扫描。附图说明通过参照实施例，可以更详细地理解本专利技术的上述特征，这些实施例中的一些在附图中示出。然而，应当理解，附图仅示出了本专利技术的实施例，并且因此不应认为是对本专利技术的限制，因为本专利技术可以允许其他的等效实施例。图1示出了由现有技术的激光扫描系统在成像表面上产生的弯曲的激光扫描线，该激光扫描系统使用被导向光栅多边形反射镜的单个激光束；图2是根据本专利技术的实施例构造的成像系统的示意构造；图3示出了由根据本专利技术的实施例的光栅多边形建模系统产生的对称弯曲扫描线，该系统具有优化角度组和不存在失真的理想扫描透镜，该优化透镜组具有接近角和多边形旋转轴倾斜角；图4示出了根据本专利技术的实施例，在扫描和成像透镜被构造为补偿枕形失真时在成像表面上的激光扫描线；图5示意性地示出了根据本专利技术的实施例，被构造为具有补偿透镜失真功能的扫描光学系统的一个实施例；图6示出了由扫描和成像透镜的实施例产生的桶形失真图案，该扫描和成像透镜仅包括对图3中示出的扫描多边形引起的失真进行补偿的球面透镜；图7示意性地示出了根据本专利技术的实施例，在成像表面上的两组直扫描线；图8示意性地示出了根据本专利技术的实施例，包括两个折叠反射镜的成像系统；图9提供了根据本专利技术的实施例，用于确定扫描和成像透镜的构造的方法步骤的流程图；图10是光束踪迹扫描线图的示例，其示出了由本专利技术的实施例在屏幕上产生的扫描线；以及图11示意性地示出了根据本专利技术的实施例的扫描光学系统的另一个实施例，其被构造为具有补偿透镜失真功能。为了清楚，在合适的地方使用相同的附图标记来表示在附图之中相同的元件。还想到了 一个实施例的特征可以被结合到其它实施例中，而不用特殊说明。具体实施例方式图2是根据本专利技术的实施例构造的二维(2D)扫描系统100的示意图。2D扫描系统100是这样的系统其通过以2D方式将单个或多个光束在成像表面110的表面上扫描来在2D成像表面110上产生图像。在一些实施例中，2D扫描系统100可以是基于激光的显示设备，诸如使用单个或多个激光器来光学地激发成像表面110上的发光或荧光材料来产生图像的激光荧光显示器(LPD)。在其它实施例中，2D扫描系统100可以是静电图像打印机，其中成像表面110是光敏器件的表面。在图2中示出的实施例中，2D扫描系统100被构造为LPD，并且包括如图所示构造的成像表面110、激光器模块120、准直透镜130、接近反射镜140、光栅多边形反射镜150、扫描光学系统160和控制模块180。成像表面110是2D扫描系统100在其上产生静态或动态图像的表面。成像表面110包括含荧光体材料的交替区域，该交替区域在被激发时产生不同颜色的光(例如，红色、绿色和蓝色)，而对所产生的颜色进行选择来使得这些颜色的结合可以形成白色光和其他颜色的光。交替区域可以使条带、点或其他形状。成像表面110上的像素元件包括三个不同颜色的含荧光体区域。各个像素元件可以由成像表面110上的含荧光体材料的交替区域的尺寸和形状限定和/或由激发含荧光体材料的聚焦光束175的尺寸限定。在一个实施例中，含荧光体材料的交替区域是窄带。激光器模块120是诸如激光器塔(laser tower，包括一个或多个激光二极管)的激光器装置，其用于产生在2D扫描系统100的工作期间在成像表面110上进行扫描的激发光束。在优选实施例中，多个激光器模块120被集成在系统中，从而在光栅多边形反射镜150上形成具有不同入射角的叠加准直光束。由此集成的激光器模块的个数可以使5、10或20以上。为了清楚，在图2中，2D扫描系统100被示出并描述为具有激光器模块120和单个激光束，即激光束171。在一个实施例中，激光束171是紫外(UV)激光，产生的光具有在约400nm到450nm之间的波长。激光束171是沿着两个正交方向(例如水平和竖直方向)以光栅扫描图案在成像表面110上进行扫描的调制光束，以激发成像表面110上的像素元件并且产生用于观察者105的图像。下文更详细地描述了将激光束171引导到成像表面110的操作。准直透镜130是单透镜或组合透镜，其被构造来使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫描系统，包括：成像表面；光源，其被构造为产生至少一个光束，用于照明所述成像表面的一部分；可旋转光栅多边形，其具有多个反射面并且定位在所述光源与所述成像表面之间的光路中，以利用这些反射面将所述至少一个光束导向所述成像表面，其中，这些反射面各自相对于所述可旋转光栅多边形的旋转轴以不同角度倾斜；以及扫描透镜，其定位在所述可旋转光栅多边形与所述成像表面之间的光路中，并且被构造为引入扫描线的桶形失真，所述光束随着所述可旋转光栅多边形的旋转而在所述成像表面上遵循所述扫描线的桶形失真。

【技术特征摘要】
2011.09.26 US 13/245,6551.一种扫描系统，包括成像表面；光源，其被构造为产生至少一个光束，用于照明所述成像表面的一部分；可旋转光栅多边形，其具有多个反射面并且定位在所述光源与所述成像表面之间的光路中，以利用这些反射面将所述至少一个光束导向所述成像表面，其中，这些反射面各自相对于所述可旋转光栅多边形的旋转轴以不同角度倾斜；以及扫描透镜，其定位在所述可旋转光栅多边形与所述成像表面之间的光路中，并且被构造为引入扫描线的桶形失真，所述光束随着所述可旋转光栅多边形的旋转而在所述成像表面上遵循所述扫描线的桶形失真。2.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，所述扫描透镜由球面透镜元件构成。3.根据权利要求2所述的扫描系统，其中，所述扫描透镜被定位在所述可旋转光栅多边形与所述成像表面之间的光路中，使得沿着所述扫描透镜的光轴导向的光束入射到所述成像表面的中心点上，所述中心点与所述成像表面的左边缘和右边缘等距并且与所述成像表面的顶边缘和底边缘等距。4.根据权利要求2所述的扫描系统，其中，所述扫描透镜包括五元件透镜。5.根据权利要求4所述的扫描系统，其中，所述五元件透镜被构造为补偿失真透镜，以产生所述扫描线的桶形失真。6.根据权利要求2所述的扫描系统，其中，所述扫描透镜包括四元件透镜，其被构造为补偿失真透镜，以产生所述扫描线的桶形失真。7.根据权利要求1所述的扫描系统，其中，由所述扫描透镜引入的所述桶形失真补偿所述扫描线的枕形失真，使得所述扫描线在所述成像表面上大致是直线。8.根据权利要求1所述的扫描系统，还包括布置在所述光源与所述可旋转光栅多边形之间的光路中的反射元件，其中，所述反射元件定位成离所述成像表面比所述可旋转光栅多边形离所述成像表面更近。9.根据权利要求8所述的扫描系统，其中，所述反射元件被构造为在第一朝向与第二朝向之间运动，所述第一朝向随着所述可旋转光栅多边形的旋转而沿着所述成像表面上的第一组扫描线引导所述至少一个光束，所述第二朝向随着所述可旋转光栅多边形的旋转而沿着所述成像表面上的第二组扫描线引导所述至少一个光束。10.根据权利要求9所述的扫描系统，其中，所述第一组扫描线中的扫描线与所述第二组扫描线中的扫描线交错。11.根据权利要求8所述的扫描系统，其中，所述可旋转光栅多边形的旋转轴相对于所述扫描透镜的光轴以倾斜角倾斜，所述倾斜角被选择为使所述枕形失真在所述成像表面上对称地定位。12.根据权利要求1所述的扫描系统，还包括折叠反射镜，其被布置在所述扫描透镜与所述成像表面之间的光路中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉祥·白，罗杰·A·海扎，
申请(专利权)人：普来斯姆公司，
类型：发明
国别省市：