[发明专利]激光扫描仪投影系统中的光斑减轻

说明书

优先权

本申请要求2008年11月6日提交的题为“Speckle Mitigation In Laser Scanner Projector System(激光扫描仪投影系统中的光斑减轻)”的美国专利申请No.12/266,139的优先权。

背景技术

发明领域

本发明的实施例涉及激光扫描仪投影系统。更具体地，本发明的实施例涉及通过使用周期性相位掩模减少在激光投影图像中可见的光斑的出现的激光投影系统以及相关的方法。

背景技术

每当相干光源用来照亮例如屏幕的粗糙表面或产生漫反射或漫射透光的任何其它物体时，光斑可能产生。具体地，屏幕或其它反射物体的许多小区域将光散射成许多反射光束，这些反射光束具有不同的始发点和不同的传播方向。光斑造成投影图像中的高空间频率噪声。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，产生随机的粒状强度图案，称作光斑。

光斑可以由粒度大小和对比度来表征，所述对比度通常定义为在观测平面内标准差与平均光强度的比率。对于一个足够大的照亮区域和一个足够小的单独散射点尺寸，光斑将被“充分地显影”，其具有100％的亮度标准差。如果使用激光束将图像形成在屏幕上，该粒状结构将代表画质的噪声或严重劣化。尽管该噪声当投影仪用来显示图像时可能不是重大问题，然而当投影仪用来显示例如文本的高空间频率内容时，它可能会是严重的问题。

使用散射体最小化光斑的一般理念包括：将中间激光图像投影到小尺寸散射表面上，并使用投影光学器件来将中间激光图像再次成像至最终屏幕上。通过迅速地移动散射体，电场的相位随时间被置乱，这改变了观察到的光斑图案。如果散射体足够快地移动或振动，则观察到的光斑图案也以高频变化并且这类图案变化将被眼睛作时间平均。为了高效率地工作，需要在眼睛的整合时间内形成多个光斑帧，该整合时间通常以50Hz数量级出现。

尽管快速移动散射体可提供光斑减少，然而它需要昂贵和复杂的机构从而以相对高速横向地移动相位掩模。

发明内容

与背景技术相反，需要无需移动散射体的光斑减少系统和方法。根据本发明的一个实施例，提供一种激光投影系统。该激光投影系统包括可见光源，该可见光源进一步包括至少一个激光器、扫描元件和系统控制器。系统控制器被编程以通过操作激光器光发射经编码的图像数据并控制扫描元件跨多个图像像素扫描可见光源的输出光束来产生经扫描的激光图像。

系统还包括聚焦经扫描的输出光束以形成中间激光图像的第一透镜。第二透镜将中间图像投影和再次成像到投影表面上。周期性相位掩模位于中间激光图像处。周期性相位掩模具有大致等于或大于经扫描的输出光束在中间激光图像处的束腰直径的周期。周期性相位掩模的周期使扫描输出光束的投影从一像素向另一像素渐进地跳跃，由此产生由眼睛或传感器平均化的不同的光斑图案。换句话说，随着输出光束在周期性相位掩模上扫描，光束在屏幕上的形状由于相位掩模所产生的快速强度调制而剧烈改变。激光投影系统也可包括光瞳相位掩模，该光瞳相位掩模被配置成在第二透镜的光瞳附近引入相位变化。

根据另一实施例，提供一种激光投影系统。该系统包括可见光源、扫描元件、系统控制器和周期性相位掩模。系统控制器被编程以通过操作激光器光发射经编码的图像数据来产生中间激光图像，并控制扫描元件跨多个图像像素扫描可见光源的输出光束。周期性相位掩模具有大致等于或大于经扫描的输出光束在中间激光图像处的束腰直径的周期。

一种减少激光投影系统的经投影图像中的光斑的方法，包括：使包含经编码图像数据的扫描激光束通过第一透镜，该第一透镜聚焦激光束以形成中间激光图像；使包含中间激光图像的扫描激光束通过周期性相位掩模，该周期性相位掩模具有等于或大于扫描激光束在中间激光图像处的束腰直径的周期；产生扫描激光束的多个衍射级；将中间激光图像投影通过第二透镜并随后通过光瞳相位掩模以在一表面上形成经投影的图像，其中经投影的中间激光图像包括从一像素向另一像素渐进地跳跃以减小投影图像中的光斑对比度的投影扫描输出光束。

附图简述

以下对本发明的特定实施例的详细描述可在结合下列附图阅读时得到最好的理解，其中相同的结构使用相同的附图标记表示，在附图中：

图1是根据一个或多个实施例的示例性激光投影系统的示意图；

图2a-e是根据一个或多个实施例聚焦在周期性相位掩模上的示例性输出光束的示意图；以及

图3a-e是根据一个或多个实施例的作为可见光源的输出光束跨投影表面扫描的示例性束斑的示意图。