用于减少所投影图像中的斑点的装置及方法

摘要

本申请案涉及用于减少所投影图像中的斑点的装置及方法。图像投影仪包含用于显示光的光源及耦合到面内振动器的漫射屏幕。所述漫射屏幕经定位以接收来自所述光源的所述显示光且产生经相位调制显示光。所述图像投影仪还包含经定位以接收所述经相位调制显示光的准直元件。所述图像投影仪进一步包含经定位以接收由所述准直元件准直之后的所述经相位调制显示光的显示面板。所述显示面板经配置以使用所述经相位调制显示光来产生可投影图像。

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及光学器件，且明确地说(但非排他地)涉及图像投影仪。

背景技术

许多常规投影仪显示器包含调制照明光束的显示器。照明光束可以是由光源(例如金 属卤化物灯、氙气灯或水银灯)提供的白色光。另一方面，照明光束可包含三个单独色彩 光束，所述三个单独色彩光束是红色光束、绿色光束及蓝色光束。每一色彩光束可单独 地由发光二极管(“LED”)、激光二极管或其它类型的激光器(例如气体激光器、固态激 光器等)提供。显示面板(例如)在数字光处理(“DLP”)显示系统中可以是数字微镜装置 (“DMD”)或微机电系统(“MEMS”)。显示面板还可以是液晶显示器(“LCD”)或硅基 液晶(“LCOS”)显示器。

激光器具有一些优于其它光源的优点。举例来说，与水银灯的大约1,500个小时的 寿命相比，激光器的寿命是大约10,000个小时。激光的亮度可高达10,000流明或更多。 相比之下，LED投影仪灯泡可提供大约1,000流明。家庭影院投影仪可需要至少1,000 流明。与传统光源相比，激光器还可提供较宽色域。

另外，激光光源的大小是紧凑的，其可较适合于微型投影仪。微型投影仪是具有用 以容纳所附接显示屏的小空间的手持装置(例如移动电话、个人数字助理、数码相机等) 中所使用的投影仪。因此，将所显示图像投影到任何附近观看表面(例如墙)上。

激光的相干性质可造成不期望激光斑点。入射于非镜面反射表面(例如显示屏或墙) 上的相干激光束可被所述表面散射有随机相位。所述随机相位由所述表面的随机微观轮 廓而造成。当观察者观看显示屏或墙上的所投影图像时，具有随机相位的所散射光将干 涉以在观察者的视网膜中形成斑点图案。斑点图案的特征在于在理应明亮的区域中显得 昏暗的一些点。当散射表面与观察者之间存在相对移动时，所述昏暗点显得光亮。因此， 观察者可察觉由斑点图案损坏的所投影图像。因此，期望用于减少斑点的方法或设备。

发明内容

本申请案的一个方面涉及一种图像投影仪，其包括：第一、第二及第三光模块，所 述光模块中的每一者包括光源及耦合到面内振动器的漫射屏幕，其中所述漫射屏幕经定 位以接收来自所述光源的光且产生经相位调制光，其中来自所述第一光模块的所述光源 的所述经相位调制光是第一色彩光，来自所述第二光模块的所述光源的所述经相位调制 光是第二色彩光，且来自所述第三光模块的所述光源的所述经相位调制光是第三色彩 光；二向色组合器立方棱镜，其经耦合以接收所述第一色彩光、所述第二色彩光及所述 第三色彩光并将其组合成显示光；准直元件，其定位于所述光模块中的每一者与所述二 向色组合器立方棱镜之间以准直所述第一色彩光、所述第二色彩光及所述第三色彩光； 及显示面板，其经定位以接收所述显示光，其中所述显示面板经配置以使用所述显示光 来产生可投影图像。

本申请案的另一方面涉及一种图像投影仪，其包括：光源，其用于提供显示光；漫 射屏幕，其耦合到面内振动器，其中所述漫射屏幕经定位以接收来自所述光源的所述显 示光且产生经相位调制显示光；准直元件，其经定位以接收所述经相位调制显示光；及 显示面板，其经定位以接收由所述准直元件准直之后的所述经相位调制显示光，其中所 述显示面板经配置以使用所述经相位调制显示光来产生可投影图像。

本申请案的又一方面涉及一种减少所投影图像中的斑点的方法，其包括：提供显示 光；对所述显示光进行相位调制；准直所述显示光；使用显示面板，用所述显示光产生 可投影图像，所述显示面板在所述显示光已被准直及相位调制之后接收所述显示光。

附图说明

参考以下各图来描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否 则在各个视图中，相似元件符号指代相似部件。

图1是使用LCOS面板的典型微型投影仪的框图。

图2图解说明根据本发明的实施例的使用LCOS面板的微型投影仪的示范性框图。

图3图解说明根据本发明的实施例的包含透射性漫射屏幕的示范性激光器模块。

图4图解说明根据本发明的实施例的定位于激光二极管与透射性漫射屏幕之间的透 镜。

图5图解说明根据本发明的实施例的包含反射性漫射屏幕的激光器模块。

图6图解说明根据本发明的实施例的定位于激光二极管与反射性漫射屏幕之间的透 镜。

图7图解说明根据本发明的实施例的反射性漫射屏幕的示范性框图。

图8图解说明根据本发明的实施例的使用透射性漫射屏幕的微型投影仪的示范性框 图。

图9图解说明根据本发明的实施例的使用反射性漫射屏幕的微型投影仪的示意图。

图10图解说明根据本发明的实施例的具有四个系链梁的微透镜阵列屏幕。

图11图解说明根据本发明的实施例的具有固定于其上的漫射屏幕的2D梳状驱动致 动器MEMS的示范性框图。

图12图解说明根据本发明的实施例的具有固定于移动框架上的漫射屏幕的1D梳状 驱动致动器MEMS的示范性框图。

图13展示根据本发明的实施例的用于减少所投影图像中的激光斑点的方法的流程 图。

具体实施方式

本文中描述用于减少所投影图像中的斑点的系统及方法的实施例。在以下说明中， 陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到， 可在不具有所述特定细节中的一者或一者以上的情况下或者借助其它方法、组件、材料 等来实践本文中所描述的技术。在其它例项中，未详细展示或描述众所周知的结构、材 料或操作以避免使某些方面模糊。

在本说明书通篇中对“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例” 的提及意指连同包含于本发明的至少一个实施例中的实施例或实例一起所描述的特定 特征、结构或特性。因此，在本说明书通篇中的各个地方中出现的短语“在一个实施例 中”、“在一实施例中”、“在一个实例中”或“在一实例中”未必全部指代相同实施 例或实例。此外，在一个或一个以上实施例或实例中，可以任何适合组合及/或子组合来 组合特定特征、结构或特性。提供所描述功能性的集成电路、电子电路、组合逻辑电路 或其它适合组件中可包含特定特征、结构或特性。另外，应了解，此处所提供的各图是 出于对所属领域的技术人员进行阐释的目的且图式未必按比例绘制。

如将了解，用于减少所投影图像中的斑点的斑点减少装置及方法可提供由激光照明 产生的所投影图像中的激光斑点的减少或消除。另外，所揭示斑点减少装置的实例可提 供具有对微型投影仪有利的高亮度、长寿命、宽色域及紧凑大小的光源。

应了解，本发明的教示适用于包含DMD、MEMS、DLP、LCD及LCOS的所有类 型的投影显示面板。另外，如果将激光器用作光源，那么所使用的激光器可以是激光二 极管(半导体激光器)、气体激光器、固态激光器及其它类型的激光器，例如光纤激光器。 然而，出于图解说明目的，将仅描述使用LCOS显示面板及激光二极管的微型投影仪。

图1是使用LCOS面板的典型微型投影仪20的框图。光束24A、24B及24C分别 由红色激光二极管22A、绿色激光二极管22B及蓝色激光二极管22C而发射。光束24A、 24B及24C分别由准直透镜26A、26B及26C而准直。可用绿色IR泵激的固态激光器 来替换绿色激光二极管。经准直光束可使用二向色组合器立方棱镜(“合色立方棱镜”)28 来组合并变为经组合光束30。束30通过第一放大镜透镜32及第二放大镜透镜34，且 由偏光分束器(“PBS”)36朝向LCOS面板38反射。LCOS面板38偏光调制入射光。 经偏光调制光由LCOS面板38反射，通过PBS36(因此变为经强度调制)且通过投影透 镜40以到达屏幕42上。当观察者观看投影于屏幕上的图像时，来自屏幕的具有随机相 位的所散射激光可在观察者的视网膜中干涉产生不期望斑点图案。观察者可察觉由斑点 图案损坏的所投影图像。

图2图解说明根据本发明的实施例的使用LCOS面板38的微型投影仪120的示范 性框图。来自具有去斑装置122A的红色激光器模块、具有去斑装置122B的绿色激光器 模块及具有去斑装置122C的蓝色激光器模块的光束24A、24B及24C分别由准直透镜 26A、26B及26C准直。每一激光器模块包含包含漫射屏幕的去斑装置。每一准直透镜 准直由漫射屏幕相位调制之后的激光。在所图解说明实施例中，二向色组合器立方棱镜 (合色立方棱镜)28将经准直光束组合成经组合光束30。束30通过第一放大镜透镜32 及第二放大镜透镜34，且由偏光分束器(“PBS”)36朝向LCOS面板38反射。LCOS 面板38偏光调制入射光。经偏光调制光由LCOS面板38反射、通过PBS36(因此变为 经强度调制)且通过投影透镜40以到达屏幕42上。

图3图解说明根据本发明的实施例的包含透射性漫射屏幕的激光器模块122。激光 器模块122是可用作红色激光器模块122A、绿色激光器模块122B及蓝色激光器模块 122C的示范性激光器模块。激光器模块122包含激光二极管124(其可为各种色彩)及透 射性漫射屏幕126。对于绿色激光器模块，绿色IR泵激的固态激光器可替换绿色激光二 极管。透射性漫射屏幕126可以是透射性微透镜阵列屏幕、透射性微蝇眼透镜阵列屏幕、 具有纳米粒子的透射性屏幕或任何类型的透射性漫射屏幕。在图3中，将透射性漫射屏 幕126图解说明为微透镜阵列屏幕。尽管在本发明中将透射性漫射屏幕126图解说明为 微透镜阵列屏幕，但应了解，漫射屏幕还可以是微蝇眼透镜阵列屏幕、具有纳米粒子的 屏幕或任何类型的漫射屏幕。

来自激光二极管124的单个束128通过透射性微透镜阵列屏幕126而转换成来自多 个虚拟源的多个束130。换句话说，透射性微透镜阵列屏幕126对激光束128进行相位 调制。尽管多个束130显得像单个束132，但其是来自单独虚拟源的不同束。在图1中， 所看到斑点图案由单个束产生。在图2中，所看到斑点由多个束130产生。因此，发生 于图2中的具有随机相位的束当中的干涉比图1中多。因此，图2中的斑点大小可小于 图1中的斑点大小。

当微透镜阵列屏幕126在平面内移动时，如由箭头134所展示，涉及干涉的从虚拟 源到显示屏及到视网膜的光路径改变，且据此，所产生斑点图案也改变。对于具有较小 斑点大小的斑点图案，所述改变较快速。然而，所投影图像不随微透镜阵列屏幕126的 位置改变而改变。因此，如果使微透镜阵列屏幕126在平面内足够快(即，比眼睛的响应 时间快)地振动，如由箭头134所展示，那么可冲掉所看到斑点图案，而不改变所投影图 像。

微透镜阵列屏幕126固定于具有由箭头134所展示的振动的面内振动器136上。经 振动微透镜阵列屏幕126可致使所看到斑点图案减少或甚至消失(如由人眼所察觉)，而 不影响所投影图像。由经振动透射性漫射屏幕126对激光128进行相位调制。

图4图解说明根据本发明的实施例的定位于激光二极管124与透射性漫射屏幕126 之间的透镜140。激光器模块142是可用作红色激光器模块122A、绿色激光器模块122B 及蓝色激光器模块122C的示范性激光器模块。激光器模块142包含定位于激光二极管 124与透射性漫射屏幕126之间的透镜140，所述透镜可较好地控制由激光照明的区域。 透镜140还可准直由激光二极管124发射的激光。经振动透射性漫射屏幕126对激光128 进行相位调制。

图5展示可与图3分享相似性的实施例。根据本发明的实施例，代替使用透射性漫 射屏幕126，激光器模块162包含反射性漫射屏幕146。激光器模块162是可用作红色 激光器模块122A、绿色激光器模块122B及蓝色激光器模块122C的示范性激光器模块。 反射性漫射屏幕146可以是反射性微透镜阵列屏幕、反射性微蝇眼透镜阵列屏幕、具有 纳米粒子的反射性屏幕或任何类型的反射性漫射屏幕。出于图解说明目的，图5中图解 说明反射性微透镜阵列屏幕146。以此方式，反射性微透镜阵列屏幕146将来自激光二 极管124的单个束128反射成来自多个虚拟源的多个束130。经振动反射性漫射屏幕146 对激光128进行相位调制。

图6图解说明根据本发明的实施例的定位于激光二极管124与反射性漫射屏幕146 之间的透镜148。激光器模块182是可用作红色激光器模块122A、绿色激光器模块122B 及蓝色激光器模块122C的示范性激光器模块。激光器模块182包含定位于激光二极管 124与反射性漫射屏幕146之间的透镜148，所述透镜可较好地控制由激光照明的区域。 透镜148还可准直由激光二极管124发射的激光。经振动反射性漫射屏幕146对激光128 进行相位调制。

图7图解说明反射性漫射屏幕146的示范性框图。在所图解说明实施例中，反射性 漫射屏幕146包含透射性漫射屏幕126及反射衬底150。反射性漫射屏幕146的其它配 置或构造是可能的。

图8图解说明根据本发明的实施例的使用透射性漫射屏幕的微型投影仪220的示范 性框图。在所图解说明实施例中，代替具有带有如图2中所展示的去斑装置的三个单独 激光器模块，可首先使用二向色组合器立方棱镜来组合三个激光束。更具体来说，二向 色组合器立方棱镜228将来自红色激光二极管222A、绿色激光二极管222B及蓝色激光 二极管222C的光束组合成经组合光束230。可用绿色IR泵激的固态激光器来替换绿色 激光二极管。经组合光束230通过经振动透射性微透镜阵列屏幕226。因此，经振动透 射性微透镜阵列屏幕226对经组合光束230进行相位调制。准直透镜26准直通过经振 动透射性微透镜阵列屏幕226之后的经组合光束。透镜224A、224B及224C可任选地 分别包含于激光二极管222A、222B及222C与二向色组合器立方棱镜228之间。与常 规微型投影仪相比，由微型投影仪220所投影的图像可具有减少的斑点图案。

图9展示根据本发明的实施例的使用反射性漫射屏幕的微型投影仪240的示范性框 图。二向色组合器立方棱镜228将来自红色激光二极管222A、绿色激光二极管222B及 蓝色激光二极管222C的光束组合成经组合光束230。经振动反射性微透镜阵列屏幕246 反射经组合光束230。因此，经振动反射性微透镜阵列屏幕246对经组合光束230进行 相位调制。反射性微透镜阵列屏幕246可类似于图7中所展示的反射性漫射屏幕146。 准直透镜26准直由经振动反射性微透镜阵列屏幕246反射之后的经组合光束。透镜 224A、224B及224C可任选地分别包含于激光二极管222A、222B及222C与二向色组 合器立方棱镜228之间。与常规微型投影仪相比，由微型投影仪220所投影的图像可具 有减少的斑点图案。

图10图解说明根据本发明的实施例的具有四个系链梁150、152、154及156的微 透镜阵列屏幕166。微透镜阵列屏幕166可以是微透镜阵列屏幕126、146、226或246 的示范性微透镜阵列屏幕。系链梁经配置以固定于图3至6的面内振动器136上。

面内振动器136包含梳状驱动致动器MEMS(微机电系统)及其它类型的致动器。图 11图解说明根据本发明的实施例的具有固定于其上的微透镜阵列屏幕166的梳状驱动致 动器MEMS300的实例框图。梳状驱动致动器MEMS300包含紧固到衬底(未展示)的四 个固定梳状电极302、304、306及308。四个移动梳状电极310、312、314及316分别 经由系链梁150、152、154及156与微透镜阵列屏幕166固定在一起。适当施加电压到 梳状电极将在平面内沿由箭头318及320所展示的方向移动微透镜阵列屏幕166。系链 梁可以是柔性的及弹性的以允许微透镜阵列屏幕166振动。另一选择为，系链梁可以是 刚性的且其通过静电场而悬浮，此还将允许微透镜阵列屏幕166振动。以此方式，使微 透镜阵列屏幕166按2D移动(即，沿由箭头318及320所展示的方向)振动。

应了解，如果在积分时间(即，眼睛的响应时间)中斑点的强度从最大值变化到最小 值，那么斑点被匀和。因此，如果1D振动在积分时间中产生从最大值到最小值的充分 斑点强度变化，那么微透镜阵列屏幕166的1D振动可足以减少所投影图像中所产生的 激光斑点。此外，微透镜阵列屏幕166的1D移动可不造成斑点图案的对应1D移动， 而是，其可造成斑点图案的随机改变。

图12图解说明根据本发明的实施例的具有固定于其上的微透镜阵列屏幕166的梳 状驱动致动器MEMS330的示范性框图。梳状驱动致动器MEMS330包含紧固到衬底(未 展示)的固定梳状电极302。移动梳状电极310经由系链梁150与微透镜阵列屏幕166固 定在一起。另一系链梁154将微透镜阵列屏幕166固定于可延伸支撑件322上。适当施 加电压到梳状电极将在平面内沿由箭头318所展示的方向移动微透镜阵列屏幕166。可 延伸支撑件322允许微透镜阵列屏幕166振动。以此方式，使微透镜阵列屏幕166按1D 移动(即，沿由箭头318所展示的方向)振动。

图13展示根据本发明的实施例的用于减少所投影图像中的斑点的方法400的流程 图。过程400中出现的过程方块中的一些或全部过程方块的次序不应认为具限制性。而 是，受益于本发明的所属领域的技术人员将理解，可以未图解说明的各种次序或甚至平 行地执行过程方块中的一些过程方块。

在过程方块405中，提供显示光。显示光可包含一种以上色彩的光(例如，红色、绿 色及蓝色)或经组合束(例如，组合束30)。在过程方块410中对显示光进行相位调制。可 通过使显示光通过耦合到振动器(例如，面内振动器136)的漫射屏幕(例如，漫射屏幕126 或146)来对所述显示光进行相位调制。如果显示光包含一种以上色彩的光，那么可对每 一色彩的光个别地进行相位调制，如图2中所展示。在过程方块415中，准直显示光。 可用透镜(例如透镜26、26A、26B或26C)来准直显示光。在过程方块420中，显示面 板(例如，LCOS面板38)在显示光已被准直及相位调制之后接收显示光且显示面板用显 示光产生可投影图像。经偏光分束器朝向显示面板引导显示光。

就计算机软件及硬件来描述上文所阐释过程。所描述技术可构成体现于有形或非暂 时机器(例如，计算机)可读存储媒体内的机器可执行指令，所述指令在由机器执行时将 致使机器执行所描述操作。另外，所述过程可体现于硬件(例如特殊应用集成电路 (“ASIC”)或其它)内。

有形非暂时机器可读存储媒体包含提供(即，存储)以可由机器(例如，计算机、网络 装置、个人数字助理、制造工具、具有一组一个或一个以上处理器的任何装置等)存取的 形式的信息的任何机制。举例来说，机器可读存储媒体包含可记录/非可记录媒体(例如， 只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储媒体、光学存储媒体、快闪存储 器装置等)。

包含摘要中所描述内容的本发明的所图解说明实施例的以上说明并非意欲是穷尽 性的或将本发明限制于所揭示的确切形式。虽然出于说明性目的而在本文中描述本发明 的特定实施例及实例，但如所属领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各 种修改。

可根据以上详细说明对本发明做出此些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应 理解为将本发明限制于说明书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围将完全由所 附权利要求书来确定，所述权利要求书将根据权利要求阐述的既定原则来加以理解。