[发明专利]提供斑纹减少的投影显示表面

说明书

技术领域

本发明大体上涉及数字图像投影，且更特定来说，本发明涉及一种激光投影机，其具有含荧光材料以减少所显示图像中的斑纹噪声的投影屏幕。

背景技术

激光照明展现出能够改进色域及实现数字投影设备(包含能够提供影院质量成像的数字投影机及提供可携式投影以使图像更易共享的微型投影机)所需的亮度水平的一些前景。然而，使用窄带光源的投影系统的一个公认问题是与斑纹有关。

斑纹为由光学表面的随机粗糙度(约为光的波长)导致的小尺度空间变动强度波动。激光器的增加相干性对投影系统引入重大影响，其中粗糙度产生干涉在一起的随机相控次波源。此随机强度波动降低图像的有效质量，尤其在较高频率时本质上产生遮掩小细节的“闪光效应”且还产生实际上为假影的强度清晰度。

许多研究者已详细研究了斑纹现象，且约瑟夫·古德曼(Joseph Goodman)已于“光学中的斑纹现象、理论及应用(Speckle Phenomena in Optics，Theory and Application)”(罗伯茨(Roberts)及公司出版社，格林伍德村，CO，2007年)的书中公布了知识的综合摘要。古德曼(Goodman)建议全帧显示器应具有斑纹水平，其中强度变动的标准偏差小于调制装置的强度分辨率的最低有效位的量值。对于数字电影应用，强度分辨率一般为12位且对比率一般约为2000∶1。其它电影标准倾向于不同准则，从而指示斑纹“应不可见”，这可在数量上假定使斑纹水平等效于白光投影机在普通屏幕上的斑纹水平。

斑纹噪声可量化为斑纹对比度C(以百分比为单位)：

C=100(IstdImean)---(1)]]>

其中I_std是相对于平均强度I_mean的强度波动的标准偏差。全展开斑纹的斑纹对比度为100％。斑纹使成像系统解析小空间细节的能力降低并导致看上去很让人厌烦的图像的噪声水平。更糟的情况是，由于无某一形式的校正，斑纹可能会令人很不适以呈现不适于显示目的的相干照明。

已存在用于降低成像显示器中的斑纹效应的可见度的许多方法。减少斑纹的常规策略包含修改照明的空间或时间相关性、将许多无关联的斑纹图案叠加到彼此上或修改斑纹的偏光态。一种方法提供显示屏幕的振动或振荡运动。如果振荡高于阈值速度，那么可明显减少感知斑纹。其它方法包含通过使用静态及振荡漫射器或振荡光纤或通过沿照明或成像光的路径振动各种光学组件而加宽激光照明的光谱线宽及减少空间相关性。

古德曼(Goodman)已特征化一些常用方法以减少显示应用中的斑纹：

1.引入偏光分集；

2.引入移动屏幕；

3.引入使斑纹的产生最小化的经特殊设计屏幕；

4.对于各色彩，加宽源的光谱或使用频率略微不同的多个激光器，由此实现照明的波长分集；

5.对于各色彩，使用空间上分离的多个独立激光器，由此实现照明的角度分集；

6.相较于眼睛的分辨率而超规格设计投影光学装置；

7.使具有随机相格的变化漫射器成像到屏幕上；及

8.使具有确定或正交相位码的变化漫射器成像到屏幕上。

此些方法的各者有利有弊。其一些很适合于高端数字电影投影，而其它者却不是。另外，在许多情况中，单一方法可能无法足够有效地将斑纹减少到可接受阈值以下。例如，偏光分集在许多情况下并不令人满意，因为需要偏光以调制光或产生立体成像的任何投影机都无法允许不纯态影响到观看者。实现屏幕摇动的经特殊设计屏幕可为有效，然而，其需要显著修改不符合要求的会场。为实现屏幕摇动而修改大屏幕尤其困难，因为设备大且昂贵。

光源的光谱加宽可实质上降低斑纹的水平，然而，此在激光制造时可能难以控制，因为产生期望用于显示应用的可见固态源的许多方法使用将波长控制在约1纳米左右的频率双晶体。