[发明专利]使用漫射面来减少光斑的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年5月21日提交的美国临时申请第61/346,956号的优先权权益。

背景技术

技术领域

本发明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。

技术背景

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。

发明内容

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1.5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0.4毫米到约1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发明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1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；