[发明专利]激光投影显示器的散斑减弱

说明书

相关专利申请的交叉引用：本专利申请要求于2010年12月6日提交的、名称为“Speckle Reduction for Laser Projection Displays”(激光投影显示器的散斑减弱)的美国临时专利申请No.61/420,212的优先权，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及激光照明系统领域，并且更具体地，涉及采用脉冲驱动电流来驱动激光器并且减弱投影图像上的散斑噪声的系统、装置和方法。

背景技术

与诸如超高压(UHP)灯、高强度气体放电(HID)灯和氙气灯之类的传统光源相比，用于投影显示器的激光光源已表现出优势。激光光源提供具有窄光谱的宽色彩表现。基于红色、绿色和蓝色(RGB)激光器的光源的色域可以容易地扩展至超出NTSC的色域(例如，166％)，而灯投影仪的色域小于NTSC的色域。此外，激光光源具有更长的寿命，需要更短的响应时间，不需要热机时间(warm-up time)，产生较少的噪声，消耗较少的电能并且导致更高的对比度。具体地，由半导体二极管制成的激光光源由于紧凑(compactness)且效率高，因此对于投影显示器而言是合乎期望的。然而，为了实现激光照明系统，激光散斑是需要解决的问题。

当相干激光源由粗糙的显示器表面散射并且穿过观众的眼镜、具有有限孔径的光学系统以形成图像时，出现激光散斑。略有不同的相位被引入由粗糙表面上的不同位置所散射的相干光。光的光学干涉表现为观众所接收的图像中的散斑。散斑的大小和很多因素有关，比如，光的波长、激光束的大小以及观众与显示器表面之间的距离。通常用散斑对比度来量化激光散斑。由于存在散斑，导致图像质量劣化(degrade)，并且激光散斑作为一种噪声应该被减弱到最小水平。

减弱散斑噪声等同于降低散斑图案的对比度。需要在视网膜/光接收器上引入和叠加更多单独的散斑图案以求平均。已采用了多种方法来达到这个目的。在激光源的近场中，通过使用不同波长的激光、移动的漫射器、移动的孔径或孔径平均来实现激光散斑的减弱。在激光源的远场中，通过使用振动屏幕、具有不同长度、折射率的光学纤维或光学纤维束、衍射型光学元件或进行二维扫描的旋转多面镜，来实现激光散斑的减弱。然而，所有这些方法都涉及在光学系统中添加更多的组件，并且会急剧增加显示系统的复杂度、大小和成本。

对于投影显示器而言，期望的激光光源是基于分别产生蓝色激光、红色激光和绿色激光的三个半导体二极管。图1是常规基于激光的投影显示器的框图。由激光驱动器108驱动RGB激光器102、104和106，并且合束器110将所产生的光导向扫描仪112，而扫描仪112将图像投影到表面114。激光驱动器108和扫描仪112都受同步视频数据的控制。如图2中一样，激光器102、104和106的发光功率与注入到二极管中的激光电流I_LASER相关。I_TH是激光阈值电流。如果激光电流低于I_TH，则发光功率太小，以致不能触发可见光，并且激光电流被表征为偏置电流I_BIAS。如果激光电流高于I_TH，则发光功率大致与二极管电流I_LASER成线性比例关系，二极管电流I_LASER被表征为调制电流I_MOD。实时地，需要调制电流I_MOD达到I_OP的水平，以产生期望的发射功率P_OP。调制电流I_MOD随着时间而变化，以传递不同的发光功率P_OP并且进而传递不同的图像亮度。

除了光学系统调节之外，用于减弱投影显示器中的散斑噪声的替代方法是使用正弦电流来驱动激光器。每当激光电流接近最小值(即等于或略低于阈值电流I_TH)时，激光照明终止。每当激光进行切换时，激光波长略有变化，并且散斑噪声可能会被加强。然而，如果最小值高于I_TH，则散斑减弱并不明显，而如果最小值远低于I_TH，则激光器可能由于常规的接电或断电而受损。