[发明专利]光束显示器

说明书

本申请是1998年10月8日提交的美国专利申请09/169,163的继续申请，该系列申请依次是1997年7月3日提交的美国专利申请08/887,947的部分继续申请，而它又是1994年2月2日提交的且现在已经授权为US.5,646,766的美国专利申请08/162,043继续申请。上述专利和申请公开的内容在本文引作参考。

本发明涉及用一条或多条光束显示图象的方法和装置

高分辨率显示器具有许多种用途，包括计算机监视器，HDTV和模拟机。在这些应用中，主要考虑的是其分辨率，最大观看区域，成本和可靠性。尽管可以采用许多种显示方式，包括CRT显示器，背投显示器和正投显示器，等离子显示器和LCD显示器，但是这些方式中没有一种可以令人满意地提供上述全部所需的性能。在其他的显示应用中，诸如控制面板，和车辆与飞行器仪表盘显示，与分辨率相比，亮度，尺寸小和可靠性更为重要。

尽管激光具有提供上述两类显示的许多优点的潜能，但是基于激光的显示器还不曾被广泛地使用。这是因为在很大程度上受到激光扫描机构可行性的限制。一种传统的扫描激光的方法采用了在反射镜转动过程中沿着一直线方向扫描激光的转动反射镜。通常，该反射镜构成一个多面形，每一面对应于一直线方向的一个激光束扫描长度。

这种多面转镜激光束扫描器的实例表示在图1中。图1所示现有技术激光束扫描装置，用多面转镜1接收激光器2提供的激光束并在多面转镜1转动时将激光束偏转到扫描方向X。从图1的几何形状应当可以判断出，这种多面转镜系统在分为N面的多面镜转动速度所确定的时间内，对一个扫描行可在最大角度为180°的范围扫描激光束，其中N为多面镜的面数。而且应当明确，对于大的N值，扫描角可以大大低于180°。因此，对于图1所示的八面多面转镜而言，在1/8多面镜转动周期的每个扫描行期间，扫描激光束转过的角度大约为90°。

图1所示的激光扫描装置具有简单的优点，并适于某些用途。然而，由于这种装置固有的局限性使得它难以同时实现高分辨率，高扫描速度和大扫描角，因而这种传统的激光扫描装置不适于高分辨率显示器。更为具体地讲，高分辨率需要具有较少面数的较大多面转镜。即，如果激光束在沿着扫描方向扫描时提供了精确的信息，激光束在移过多面转镜一个表面时的调制必须在扫描方向上明确地提供出离散的点。因此，多面转镜的每一面和光束直径必须增大，离散点的数量(n)必须增加。于是，对应于大量离散扫描点的高分辨率，通常就需要大的多面转镜面。在扫描光束的目标表面位于多面转镜附近的情况下，这种限制尤其明显。而且如上所述，随着多面转镜面数的增加，扫描角将减少。而且，高分辨率和高扫描角都需要具有较少镜面的大多面转镜。

但是，对较少镜面的大多面转镜的要求减小了高扫描速率，且因此从几个方面抑制了基于这种激光束扫描装置的显示器分辨率和/或更新速率。如上所述，扫描速度直接与多面转镜的面数有关。所以，面数少的多面转镜需要非常高速的转动以实现高的扫描速度。但是，高速转动的大多面转镜会产生机械问题。尤其是，高速转动将在运动部件上将引起振动、应力，并降低反射镜与激光束之间的对准精度。这些参数一同限制了反射镜的转动速度，以及光束扫描速率。

如上所述，另一类更重要的显示应用需要较小的但坚固的显示器，它应具有很好的亮度和可接受的图形分辨率，如地图和文本。这种显示器在汽车和车辆中大有用处。在这种应用中，用于显示的激光在亮度房门具有其潜在的优点。但是要重申，现有的激光束扫描装置不能很好地适应。尤其是由于显示可用空间小，在这种应用中激光束的光路很短。这要求增加多面转镜的尺寸。但是，大的多面转镜将带来机械不稳定性，在这种可靠性至关重要的应用中这是一种严重的危害。

因此显然，现实存在着对激光束显示装置改进的需求。

本发明提供了一种光束扫描的显示装置和方法，该扫描具有大扫描角和高速、高精度，以提供一个高分辨率的显示器。本发明进一步包括对给定屏幕尺寸具有较小配置的光束扫描显示装置，且该装置即使在高分辨率和更新速率的情况下，也很少有振动或其他机械问题。