CN101261425B - 用于扫描投影的投影设备 - Google Patents

Abstract

一种投影设备，用于通过辐射束18将图像扫描地投影到像场22上，包括：装置14，用于对辐射束18的强度i进行调制，使得该辐射束18的强度i在辐射束所指向的扫描点扫描像场22中的像素的时间间隔T_pixel期间改变。

Description

用于扫描投影的投影设备

技术领域

本发明涉及一种投影设备，具体涉及一种用于投影激光器的灰度缩放调制方法。

背景技术

对于图像投影，使用并行方法(例如使用LCD(液晶显示器)或使用微镜阵列的情况)或扫描方法(例如通过双轴活动镜或两个单轴活动镜来实现)。在并行方法中，不利地的是，在制造中需要较大的衬底面积，并且还需要复杂的测试过程。上述二者导致了并行类型的投影仪的较高价格，因此对于低成本投影设备而言，不考虑并行工作的方法。

在扫描方法中，投影仪包括能够分别使光束能够绕两个偏转轴偏转以及使光束二维偏转的一个或两个活动镜。通过偏转，在像场上移动光束所产生的光点，同时在像场上对光束的强度进行调制，并且该强度取决于光点在像场上的瞬时投影位置。

因此，所需图像内容的表现是与所要表现的图像的像点数据相对应地对光源进行调制。例如，这里的调制是通过幅度的变化，其中与所要表示的点的亮度相对应地来适配光束的幅度值。为了实现尽可能多的灰度级，应不断地或以大约无极的方式在幅度方面对激光器进行调制。

例如，如果使用基于微扫描器-镜的激光器系统，则可以以较低成本实现投影系统，并且几乎不存在空间要求。在US 6843568中描述了这种激光器系统的一个示例。这里，通过绕两个轴旋转的微镜，使发射自一个或多个激光源的光偏转，并将其投影到投影区域或像场。

扫描投影系统的一个主要参数是所使用的扫描方法。最重要的扫描方法是线性扫描和共振扫描，也可能具有中间形态，但很少使用。由于该扫描方法是分别针对发射光绕其偏转的两个轴而分离地选定的，因此可以将扫描投影系统分成三个组：

1.对两个投影坐标进行线性扫描的系统

2.对一个投影坐标进行线性扫描、对另一个进行共振扫描的系统

3.对两个投影坐标进行共振扫描的系统

在进行线性扫描的系统中，投影基于图像的柱状和线状表示。在这种系统中，为了允许该柱状和线状表示，与柱频率(即，光束沿着垂直方向的偏转频率)相比，线频率(即，光束和/或光点在水平方向的偏转频率)较大。这些频率彼此间的比率确定了可分辨的线数，并且只可以通过所谓的隔行扫描方法来增加该可分辨的线数，在该隔行扫描方法中，交替扫描和/或表示图像中的所有偶数行和所有奇数行。

在微机械制造的扫描投影仪或扫描器中，由于系统的机械稳定性随本征频率降低，因此低本征频率或共振频率的实现将造成重要问题。如果共振地激励垂直偏转，则因此偏转镜需要对应地以甚至较高的水平频率来操作。备选地，必须在准静态操作中执行垂直偏转，以便能够共振地产生水平偏转。在光束的共振垂直行偏转的情况下，存在水平列频率无论如何都必须大于共振行频率的问题。这里所产生的较大水平偏转频率包括镜面的动态变形，这将导致投影中的分辨率问题。在准静态垂直行偏转的情况下，需要极高操作工作功率，这使得对偏转单元或镜的控制的微型化变得不可能实现，或者使得偏转单元非常昂贵。由于行频率或垂直频率确定了图像的重复频率，并且过低的重复频率将导致图像的闪烁，因此通过降低行频率或垂直频率无法消除上述这些问题。

图6示出了对线性扫描的示意性例证。例如，表示图像的投影区域在xy平面中，并受限于右边缘40a、左边缘40b、下边缘40c以及上边缘40d。例如，光束和/或激光41在图像的右上角的开始点A处开始，图像的投影是根据所表示的图形通过光束41的移动进行的。因此，光束首先仅沿着x坐标从图像右边缘40a移动到图像的左边缘40b，然后光束41移动到下一条线，即在改变y值的情况下移回图像的右边缘40a，使得光束41出现在所表示的图像的下一条线上。从图像的右边缘40a，光束再次与下边缘40c平行地移动至图像的左边缘40b。该图案相应地继续，直到光束41已经逐行地表示了整个图像，并且已经达到了终点A。

在线性扫描中，光束或激光41在各个投影方向的偏转是利用时间线性方式。这样的话，投影出具有相等时间段的所有像点。这主要考虑到图像投影数据的简单读出以及与各个像点的位置不相关的简单调制。然后，与此同时，对偏转系统提出了关于其线性的较高需求。这意味着光束41准确地沿着行线(即，与x方向平行)移动，并以尽可能恒定的速度沿着该线移动，使得光束以固定指定的时刻到达图像的左边缘40b。如图6所示，对偏转单元的控制需要锯齿信号或三角信号，即包含多个谐波的信号。如上述已详细说明的，所述镜使光束沿着x方向偏转所使用的频率与镜使光束沿着y方向偏转所使用的频率非常不同，并由一秒内图像所表示的行数或图像的重复频率给出上述两个频率。通常，这些频率是外部缺省的，并且不取决于xy平面的两个方向中的镜偏转的相应共振频率。因此，对机械系统的控制与共振行为相对，这意味着相对高的能量消耗。

在共振扫描中，激光器41的偏转是根据正弦函数进行的，其中，例如该频率可是用于镜的共振行为。在这种情况下，由于激光器41没有以固定速度在整个投影区域上移动，因此像点的投影持续时间将是位置独立的。在将共振扫描用于投影坐标的系统中，例如可以通过以较高重复次数(repetition time)实现李萨如图(Lissajous)来实现对所有像点的覆盖。这里，较高重复次数表示多个至少共同的坐标投影频率。然而，在这种方法中，图像投影数据的读出变得复杂。

不均匀像素调制次数(例如作为像点取决于位置的不同长的投影持续时间的结果)需要对(激光)调制的适配，下面将对此进行更为详细的描述。如上所述，在共振扫描中，通过纯正弦信号来执行对系统的控制是有利的。具体而言，除了纯正弦信号是理想的事实以外，可以据此利用偏转系统的机械共振属性来实现能量优化。

例如，双共振扫描中的调制如下进行。在通过激光来投影由矩形像素光栅构成的图像的过程中，在像素区域的整个扫描过程中(＝持续时间T_pixel(T_像素))激光源以固定功率操作，使得在这个时间段期间完整地辐射出所要表示的像点的能量E_pixel(光量)。由于像点的亮度可以持续变化，因此也希望以模拟或非常精细的方式调制激光功率。

图5示出了传统幅度调制的示例。左手边示出了具有16个像素的图像。除了像素A和像素B，所有其它像素都是白色。像素A具有较亮的灰度级，而像素B具有较暗的灰度级。激光束41以第一时刻T₁到达像素A，并在第二时刻T₂之前对像素A进行扫描。在第二时刻T₂与第三时刻T₃之间的时间段内对像素B进行扫描。依赖于激光束41的速度，并且依赖于像素大小，针对各个像素的激光束41的扫描持续时间或停止持续时间T_pixel可以改变。

图5中的右手边示出了为了表示图5左手边的图片而如何相应地改变激光功率i_laser(i_激光器)。在第一时刻T₁之前，激光以对应于白色像素的固定的最大功率i_max辐射。在激光束41到达像素A的第一时刻T₁时，激光的功率从值i_max减小到值i₁。在第一时刻T₁与第二时刻T₂之间，当激光对像素A进行扫描时，激光以第一强度i₁恒定地辐射。在第二时刻T₂处，激光束到达像素B，并且激光束的功率从i₁减小到另外的值i₂。激光的第二强度i₂在激光束将要离开像素B的第三时刻T₃之前再一次保持不变。

由于这里假设了时刻T₁、T₂和T₃相互之间的距离相同或几乎相同，并且由于第二强度i₂小于第一强度i₁，因此相应的像素B比像素A暗。从第三时刻T₃开始，激光再一次以最大功率i_max辐射，使得随后的像素再次对应于白色像点。像点或像素出现在像场中的亮度与激光在扫描持续时间T_pixel期间传送的光量或能量相对应，并且可以计算如下：

激光调制：T_pixel.i_laser＝E_pixel

其中，i_laser在间隔[T₁，T₂]内保持恒定，并且假设T_pixel＝T₂-T₁＝T₃-T₂。

因此，在传统激光投影系统中，亮度调制仅通过激光的灰度级来进行。为了能够投影逼真的图像，激光的幅度(以及因此为辐射强度)应该可以以模拟或非常精细的方式调节。然而，这在技术上通常无法实现，或需要极大的努力。具体地，由于扫描持续时间T_pixel可以只处于若干纳秒的范围内，这将产生依赖于分辨率方面的技术问题。因此必需使用能够以准无极方法进行幅度调制的激光器，该激光器具有几百兆赫兹的调制频率。

发明内容

根据现有技术，本发明的目的是提供一种用于扫描地投影图像的投影设备及方法，其允许投影高质量的图像，而不需要可精细调节的光源。

上述目的可由根据权利要求1的投影设备和根据权利要求20的方法来实现。

本发明基于以下发现：在不考虑光强度控制的粗略度的情况下，通过调制装置改变光束强度而使得光束的强度在时间间隔T_pixel(在T_pixel期间，辐射束18所指向的扫描点对像场(22)中的像素进行扫描)中改变的事实，可以获得用于通过辐射束或光束扫描地将图像投影到像场的投影设备。在该时间间隔期间，例如光束的强度可以关于若干等级步骤(以步进式)二进制地改变，或者也可以持续改变。

可以采用激光产生光束。但是，也可以使用其它辐射源。然而，亮度调制不仅通过激光的灰度级进行，而且例如包括：在持续时间T_pixel中对像素区域的扫描期间，并不是永久地扫描激光，而是利用对脉冲持续时间和/或占空比的适配仅二进制地扫描激光。对于激光在其中具有两种状态(开状态和关状态)的典型二进制扫描，优选地选择脉冲持续时间，使得乘积t_ON*i与所要扫描的像素能量E_pixel相对应，其中t_ON与激光处于开状态的持续时间相对应。

对于二进制调制的激光，两种状态或光强度等级之间的唯一差别是0和i_max，pixel，使得仅在激光处于开状态的持续时间中调节亮度适配。优选地，将开状态布置于时间间隔T_pixel的中间。因此，可以从下列公式得到像点的亮度：

激光调制：t_on，pixel·i_max＝E_pixel

本发明利用数学公式描述了一种投影设备，其中光束强度的时间导数具有最大值，使得该最大值位于时间间隔T_pixel内。时间导数的极大值与强度的拐点相对应，并且在实施例中光束强度的时间函数在时间间隔T_pixel中至少具有两个拐点，使得强度的最大值在两个拐点之间。优选地，在时间间隔T_pixel的两个边缘处，存在强度的局部极小值。此外，优选地对所述时间间隔期间传送的光量进行调整，使得所述光量与所要表示的像点的亮度相对应。

在本发明的其它实施例中，该投影设备包括例如具有两个镜的偏转设备，使得可以使光束在像场的两个方向发生偏转。如上述所提到的，例如光束是发射自激光系统的激光束，并由典型偏转设备作为图像投影在像场上。例如，可以使用脉冲激光器作为激光系统，使得可以使用时间间隔T_pixel中传送的脉冲数目来调节像点的强度和亮度。

在其它实施例中，将二进制调制的光源与幅度调制相结合，使得不仅可以实现光束的两种状态(开/关)，而且还可以实现光束强度的较慢以及稳定上升。在本发明方法与多状态亮度调制的组合中，在时间可变强度的像素扫描期间对激光进行调制，使得优选地通过积分得到辐射到像点的能量。这个条件可以由下列公式表示：

激光调制： $\·\underset{T_{\mathrm{pixel}}}{\∫}{i}_{\mathrm{laser}}\left(t\right)\mathrm{dt}=E_{\mathrm{pixel}}$

通过该变体，可以相对于最大激光调制频率以及所需激光灰度级数目来优化该系统。例如，激光的亮度调制可以通过已知的幅度调制来进行。

在其它实施例中，获得了通过组合方法实现的其它激光调制曲线。例如，该组合方法包括使用非恒定控制(即，像素内和/或时间间隔T_pixel内的在时间上自由变化的幅度)。针对该组合的另一示例是使用像素内的时间离散步进式变化幅度的控制。

在其它实施例中，所实现的不仅是工作于特定波长(因此为特定色彩)的典型激光系统，而且是对多个色彩起作用的系统的组合。利用三原色的三个激光系统，例如可以投影多色彩图像，使得每个激光系统同时将对应的色彩的每个局部图像投影到像场。但是，相同色彩和/或相等波长的若干系统也可以重叠，从而此实现例如增加的图像重复频率。

在二进制调制中，利用两阶改变激光强度。但是，多阶调制也是可以的，例如对强度的三或四阶变化。

与现有技术相比，本发明的投影设备或本发明的方法的优点在于，可以使用具有相对高调制频率的二进制可调制的激光器。也可以使用可用于极高脉冲频率的脉冲激光器。

附图说明

下面将参考附图，对本发明的优选实施例进行更为详细的说明，在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的投影设备的示意性图示；

图2示出了两个偏转频率之比为50∶51时在图1的投影设备的光束在像场上的描绘的预定轨迹(course)；

图3示出了根据另一实施例的光束的二进制调制；

图4A至4B示出了通过根据实施例的组合方法的调制；

图5示出了传统的亮度调制；以及

图6示出了描述线性扫描的光束的预定轨迹。

具体实施方式

在下文中，在基于附图对本发明的实施例进行更详细说明之前，应指出，附图中的相同或相似的元素具有相同或相似的附图标记，并省略了对这些元素的重复描述。

参考图1，首先描述根据本发明的一个实施例的投影设备的构造。应指出，为了更好地理解，图1中的图示不是按比例具体化的。此外，尽管本发明也可应用于提供对图像的彩色表示的投影设备，图1涉及一种用于单色表示图像的投影设备。

权利要求1中的投影设备包括激光器10、偏转装置12以及再现调制单元14。再现调制单元14在输入端处接收表示要投影的图像的输入图像数据，并经由输出端与激光器10的控制输入端相连，以便向激光器10发送数字控制信号16，通过数字控制信号16调制从激光器10发送出的激光束18的强度，激光束18由对应于控制信号16的曲线的强度曲线20示意性示出。偏转装置12将激光束18偏转到像场22的方向或使其沿像场22的方向偏转，该偏转装置使能够实现对激光束18的二维偏转。偏转后的激光束由18′表示。

在本实施例中，偏转装置12包括微机械制造的二轴悬挂镜24，备选地，也可以使用两个微机械制造的单轴悬挂镜。该二轴悬挂镜24由矩形镜面26和矩形框28组成。为了使镜面26能够绕两个轴进行二轴悬挂和旋转，使矩形镜面26经由第一偏转轴30以居中的方式悬挂或轴转在框28中。与第一偏转轴30垂直地使框28以居中的方式绕着与第一偏转轴30垂直的第二偏转轴32轴转。通过沿着两个偏转轴30和32的悬挂，二轴悬挂镜受到在平衡位置附近绕轴30或32倾斜的回复力，由此该二轴悬挂镜相对于这两个轴30和32具有本征频率或共振频率。

偏转装置12还包括用于使二轴悬挂镜24绕偏转轴30和32摆动的控制装置(未示出)，由此使光束18以第一偏转频率f₁绕第一偏转轴偏转以及以第二偏转频率f₂绕第二偏转轴32偏转。将偏转频率f₁和偏转频率f₂调节为其本征频率附近的频率，两者差距甚微。此外，调节偏转频率f₁和偏转频率f₂，使得两者具有分数有理数比率。绕这两个偏转轴30和32的摆动的最大偏转或反转点定义了实角度部分34，其中偏转光束18′移动并延伸至整个像场22。由于偏转频率，偏转激光器所产生的光点35描绘了李萨如图，将在下面对其进行描述。

偏转装置12经由两个输出端与再现调制单元的两个另外的输入端相连，以向其发送触发信号Tx和Ty，用于指示绕第一或第二偏转轴30或32的摆动将分别在何时处于其上反转点或下反转点。如下面所描述的，触发信号Tx和Ty起到了同步再现调制单元14与偏转装置12的作用。

如下面所描述的，光束18的偏转与光束18的强度调制一同在像场22中产生图像36，其中在图1中，仅典型地将包括圆圈的十字形示出为图像，所述圆圈的圆心位于所述十字形的交叉点上。

在描述了图1的投影设备的构造之后，下面将描述该投影设备的功能或该投影设备所根据的投影方法。

在下文中，首先说明激光束18的偏转，将其当作由偏转装置12所实施的行为。如先前所描述的，使二轴悬挂镜24分别以偏转频率f₁和偏转频率f₂绕偏转轴32和30摆动，该偏转频率f₁和偏转频率f₂等于或约等于镜24相对于偏转轴30和32的共振频率。换言之，二轴悬挂镜24在其共振频率上或其附近操作。两个共振频率f₁和f₂优选地仅有少许不同，例如在一阶以内。在二轴悬挂镜24具有高质量共振器的情况下，可以通过正弦函数以极佳的近似法来描述一方面的时间与另一方面激光束18′在两个偏转角之间的关系。为了使二轴悬挂镜24的偏转频率f₁和f₂保持恒定，例如从再现调制单元14向偏转装置的控制装置22馈送基准电压信号，其时间进程与两个摆动中的至少一个绕偏转轴30和32的摆动角的目标进程相对应。

此外，调节两个偏转频率f₁和f₂，使得二者具有最大公约数。该最大公约数对应于图像重复速率f_r，即光束18′所产生的光点34在固定缺省轨迹之后再次到达像场22上的相同位置的速率。在这种情况下，由于两个摆动或偏转轴30和32相互垂直，并且对于两个偏转频率f₁和f₂的频率比是f₁∶f₂＝n∶m的情况，其中n和m都为整数(即，n、m∈N)并表示最小公约数，将一下公式应用于图像的重复速率f_r：

f_r＝f₁/n＝f₂/m。

因为图2和3是针对特定频率比率示出的，所以偏转光束18′通过使用偏转频率f₁和f₂所产生的光点实质上遵循像场22上的李萨如图。偏转装置12使偏转光束18′发生偏转，使得光束18′以图像重复速率f_r重复地扫描李萨如图的轨迹。

图2示出了频率之比为f₁∶f₂＝50∶51时光束18′在像场22上的李萨如图，而图3示出了频率之比为f₁∶f₂＝70∶71的李萨如图。在上述两个附图中，假设偏转轴30和32是对齐的，使得两个轴与像场32平行，并假设镜面26绕偏转轴30的旋转引起由偏转光束18′所产生的光点35沿着水平轴x移动，而二轴悬挂镜24绕偏转轴32的偏转引起光点35沿着垂直轴y移动。相应地，如果光点位于像场22的左或右边缘，则绕偏转轴30的摆动处于反转点，以及如果光点位于像场22的上或下边缘，则绕偏转轴32的摆动处于反转点。

如果将李萨如图中的每一交点与像点(即，像场上的一点，在该点处将要通过调制光束18产生具有期望亮度的光点35)相关联，以便使得将图像与其它像点一起投影，并将每一反转点作为交点的一半来计数，将以下等式应用于计算以这种方式所定义的像点的数目N：

N＝n×m

根据对像点的定义，在图2的情况下的像点的数目是50×51(＝2550)。

在图2的情况下，如果水平频率f1是2500Hz以及垂直频率f2是2550Hz，则可以实现50Hz的图像重复速率。

从针对交点或像点数目N的上述等式中可以看出，对像场的覆盖取决于两个偏转频率f₁和f₂之间的选定频率比。从图2和图3中还可以看出，李萨如图中的像点密度或交叉点密度在像场22的边缘区域比在内侧区域大。对于像点密度的均化，如果需要的话，可以逐渐减少像场22中的边缘区域，例如通过切断处于外部区域的光源10。在图2中，以40典型地示出窗口，可以切断窗口以外的激光器10。

通过对光束18的强度进行调制，李萨如图上的每一点可以作为像场22中的像点。脱离像点作为交叉点和反转点的在先定义，例如可以将像点定义为处于其相邻交叉点之间的李萨如图上的那些点，或以时间等距的方式在李萨如图上传递、或在对光束强度进行连续调制的情况下的李萨如图上的所有点。

例如，在图2中，以42示出了8个相邻像点，将其中的每一像点描述为相邻像点的矩形边界。将像点42定义为使得将其放置在沿着处于其相邻交叉点之间的李萨如图的位置处。表示像点的每个矩形包括落在李萨如图的线上的两个对角，而其它对角实质上以居中的方式位于李萨如图的相邻线之间的间隙中。

尽管为了清楚起见图2中仅示出了8个像点42，可以认识到，尽管像点42向外变得更加密集，但是这样所定义的像点42扩张到像场22的剩余区域也产生了实质上按列和行排列的像点的阵列排列。然而，不同于本发明的背景部分中所描述的投影方法，偏转的激光束18′所产生的光点35并没有逐行地经过以阵列方式排列的像点42。相反地，例如相继经过像点42左上部的像点和右下部的像点。因此，特别地，甚至可以在经过8个像点42的上一行中的所有四个像点之前先经过另一行中的像点。

应注意，偏转和/或偏转的激光束18′表示偏转装置12与特定扫描点相对应的方位。通常，无法永久地开启激光束18，使得以虚线表示光束18在扫描中所描绘的路径。

在偏转装置12对光束18进行偏转以及由此所产生的、由偏转的激光束18′所产生的光点在像场22上的预定的、可再现的运动之后，下面将描述用于在像点处产生具有期望亮度的光点的对光束18的强度的调制。

图3示出了典型激光的二进制调制的示例。在图3的左手边，给出了针对具有16个像素的图像的示例，除了像素A和像素B以外，其它像素均为白色。像素A具有较亮的灰度，像素B具有较暗的灰度。偏转的激光束18′在时间间隔(在第一时刻T₁处开始，在第二时刻T ₂处结束)内沿着扫描经过第一像素A，并在第二时间间隔(在第二时刻T₂处开始，在第三时刻T₃处结束)内扫描像素B。

在图3的右手边示出了本发明对激光的调制。在本实施例中，使用激光作为光束18，其具有两种状态(开状态或关状态)。图3的右手边的调制示出了取决于时间t的激光的强度分布。在第一时刻T₁之前，激光处于开状态，使得激光具有恒定的最大强度i_max。在第一时刻T₁处，激光切换至关状态。在激光扫描像素A的时间间隔T_pixel，A(在第一时刻T₁处开始，在第二时刻T₂处结束)内，在第一时间间隔(开启间隔t_ON，1)开启激光，例如将激光对称地排列在第一时间间隔T_pixel，A＝T₂-T₁的中心点周围。因此，在第一时刻T₂处，激光处于关状态，并针在第二时间间隔T_pixel，B＝T₃-T₂(其从第一时刻T₂延伸至第三时刻T₃处)中的一些时间开启激光，其中，例如第二开启间隔t_ON，2在第二时刻T₂周围对称地延伸。因此，在第三时刻T₃处切断激光，并从该时刻起向前再次开启激光。这里，优选地以达到属于像素A和属于像素B的像点的相应亮度的方式来选择第一开启间隔t_ON，1和第二开启间隔t_ON，2。由于像素A比像素B亮，因此如图3的右手边所示，第一开启间隔t_ON，1也比第二开启间隔t_ON，2长。例如，这里可以选择时刻t₁和t₂，使得二者均位于激光需要用于扫描各个像素的时间间隔的中间。例如，这意味着也可以分别以不同的方式来选择t₁＝(T₂+T₁)/2和t₂＝(T₃+T₂)/2。同样地，T_pixel，A通常与T_pixel，A.不匹配，即光束需要用于扫描像素的长度与位置有关。

在其它实施例中，还可以对二进制调制方法进行修改，其中时间间隔T_pixel中的开启阶段t_ON可以具有多个开启阶段，使得不是连续地开启激光的。例如，为此可以采用具有极高脉冲频率的脉冲激光器。

图4示出了另一实施例，其中将图3中所描述的二进制调制方法与传统的亮度调制(典型激光束的幅度调制)相结合。与图3一样，图4a示出了针对由16个像素组成的图像的示例，其中除了像素A和像素B以外，所有像素均为白色，并且偏转的激光束18′首先扫描像素A，然后扫描像素B。这里，就象第二时刻T₂和第三时刻T₃那样地再次选择第一时刻T₁，使得它们再次给像素A和像素B的边界点做标记。

图4b示出了对典型数据的调制，其中在第一时刻T₁处再次关闭激光，并且没有立即达到第一时间间隔T_pixel，A中的开状态，但是在开启阶段期间激光的强度缓慢地增大。与图3中的实施例一样，这里也在第一时间间隔T_pixel，A(受边界点T₂和T₁的限制)中的时刻t₁处达到最大强度i_max。例如，该最大值可以再次被选定处于第一时间间隔T_{pixel， A}的中间。同样地，在第二时间间隔T_pixel，B(受第三时刻T₃和第二时刻T₂的限制，并与偏转的激光束18′需要用于扫描像素B的时间间隔相对应)中，没有立即达到开状态，但再次通过幅度的缓慢上升达到开状态。在时刻t₂(例如位于第二时间间隔T_pixel，B的中间)处再次达到最大值。关闭也不必立即发生，而是可以在特定关闭间隔内延伸。

图4c示出了对激光的调制，其中激光的强度连续改变。这意味着，不同于图4b所示的，激光强度在第一时刻T₁处没有突然改变(从i＝i_max到i＝0)，但是激光强度在关闭阶段中从最大值i＝i_max持续变化到i＝0。这种行为可以通过数学方式表示，使得强度在时间上描绘了稳定可微分的曲线。这样，图4c中的强度曲线是对图4b中的强度曲线的平滑图示。因此，在第一时刻T₁处再次达到强度的最小值，但不像图4b那么突发，并在第二时刻T₂处也达到最小值，其中在第一时刻T₁与第二时刻T₂之间的时间间隔中再次达到强度曲线的最大值。按照类似的方式，还在第三时刻T₃处达到强度曲线的最小值，其中在第三时刻T₃与第二时刻T₂之间的时间间隔中再次达到强度曲线的最大值i₁。然而，与图4b中的实施例相反地，第二时间间隔T_pixel，B中的最大值i₁小于在图4b的实施例中在第二时间间隔T_pixel，B中的时刻t₂处所达到的最大值i_max。因此，与之前的实施例相同地，强度分布的极小值位于时间间隔T_pixel的边界处，并且例如极大值位于时间间隔T_pixel的中间处。应指出，对于像素与黑色点相对应的情况，所述激光保持处于关状态，使得在时间间隔T_pixel的边界之间不存在最大值。在激光强度改变期间的稳定行为(例如图4c的实施例中所示的)特别有利于：针对每一时间间隔T_pixel，激光不操作于最大强度，从而降低了激光的压力。

图4b示出了其中激光强度以离散阶改变的实施例。在本实施例中，例如激光包括强度阶的离散值i＝(i_max、i₁、i₂、i₃、0)，其中i_max＞i₁＞i₂＞i₃＞0。在第一时刻T₁处(其中激光处于关状态)，激光辐射强度首先增大至值i₂，然后在第二步骤中从值i₂增大至值i₁。在激光在第二时刻T₂处达到强度i₃之前，首先强度i₁再次减小为值i ₂，并在第二步骤中从值i₂减小至值i₃。在第二时间间隔T_pixel，B期间，激光强度从值i₃增大至值i₁，并在随后的时刻处再次减小至值i₃。在时刻i₃处，激光强度再次增大至最大值i_max。

如同在图4c的实施例中，本实施例也有利于：激光强度不在极值(开/关)之间突发跳跃，但是所述激光器尽可能地通过图像数据操作于减小的功率。但是，这里的强度极小值也可以在像素发生变化的时刻处达到。

这里，图3、4b、4c和4d中的强度曲线以下的区域与相应像素的灰度级相对应。如果所述激光器在整个时间间隔T_pixel期间具有最大强度i_max，则相应的像素点具有可能的最高亮度。对于所有三条曲线，第一时间间隔T_pixel，A内的强度曲线以下的区域大于第二时间间隔T_{pixel， B}期间的强度曲线以下的区域。这意味着在第一时间间隔T_pixel，A期间扫描的像素A的亮度大于由激光在第二时间间隔T_pixel，B期间扫描的像素B的亮度。优选地，在图3、4b-d所示的所有实施例中，每一最大强度都是在内部时间间隔内达到的，即在第一时间间隔T_pixel，A期间的时刻t₁处以及在第二时间间隔T_pixel，B期间的时刻t₂处，其中由于优选地在边界点处存在强度的局部极小值，t₁和t₂位于优选地与时间间隔的各个边界点具有一定距离的两个反转点之间。这里，还要提到的是，如图4c所示，从前一像素到像素A的转移无法立即发生，但是激光在特定关闭阶段中在第一时刻T₁处从最大强度值i_max切换至最小强度值。同样地，在第三时刻T₃处的开启阶段可以具有特定持续时间，其中偏转的激光束18′从最小强度返回至最大强度i_max的状态。

通常，存在如何投影与像点亮度相对应的光量的若干可能性。一方面，通过使用查找表，可以给每个亮度值分配针对强度分布的图案。另一方面，还可以确定强度分布的图形(例如仅通过给亮度值分配最大强度)。对于来自图4c的离散强度阶i_n(n＝1，2，3，…)，这可能意味着特定强度阶i_n和开启持续时间t_ON，pixel是针对每一亮度值指示的。备选地，对于每一亮度值，可以计算最小强度阶i_m，然后确定达到该亮度值所需要的开启持续时间t_ON，pixel。例如，最小强度阶i_m可以是用于在时间间隔T_pixel达到像点的亮度所需要得强度阶，即即使永久开启激光，下一强度阶i_m-1也可能无法在时间间隔T_pixel期间提供像点的亮度。在其它实施例中，还可以使用组合，例如开启持续时间t_{ON， pixel}的分配(通过表)、以及强度值的计算、或其它变体。

所示出的所有实施例还具有以下共同点：偏转的激光束18′在扫描给定像素的时间间隔T_pixel期间至少改变两次强度和/或亮度。与传统的调制方法相比，导致了激光强度的改变分布。下列分布结果是针对强度i∈[0，i_max]在时间间隔T_pixel出现的频率。在图3的实施例中，在调制中频繁出现两个亮度。一方面，存在最大强度i_max和可以忽略的强度i＝0或关闭状态下的强度(例如，在第二时刻T₂处)。因此，强度的相应频率分布具有两个显著的极大值(所谓的双峰分布)，一个最大值在i＝0处，另一个最大值是在i＝i_max处。对于图4b的实施例中的激光以最大强度i_max在特定时间间隔内工作并在另一时间间隔(因此采用i＝0)关闭的情况下，强度的频率分布再次在i＝0和i＝i_max处显示出最大值。这里，频率分布的具体形状取决于激光以i＝i_max保持在开启状态多长时间以及激光以i＝0保持在关闭状态多长时间。图4b中的强度的线性上升与频率分布的固定部分相对应。在图4c的实施例中，其与图4b的实施例类似，但存在不同之处：其频率的恒定行为部分是变化的。对于其中表示像素B的第二时间间隔T_pixel，B，i_max并不是作为最大值出现的，而是i＝i₁＜i_max。然而，图4d的实施例(其中强度的频率分布在i＝0与i＝i_max之间具有附加极大值(所谓的多峰分布))示出了行为在质量方面的差异。这里，这些极大值对应于离散阶，即第一强度i₁、第二强度i₂和第三强度i₃，其中频率分布中的极大值的高度由各个中间状态下的激光的停留时间确定。相反地，在根据现有技术的调制中，如图5所示，像素的频率分布每个仅具有一个显著的最大值。这里，各个最大值对应于值i₁和i₂，并在理想情况下具有δ函数行为。

总之，本发明的各个方面可以描述如下。扫描激光投影方法在激光扫描像素的持续时间期间使用以用于表示像素亮度的强度进行时间调制的光信号。相应的激光投影系统或投影设备使用并非恒定调制的激光，因此扫描像素时完整地实现了像点中所要辐射的像素能量。此外，在时间上以一个像素内的像素强度来对相应的激光投影系统进行二进制(开/关)调制。此外，在相应的激光投影系统中，可以在一个像素内以两个以上的阶对激光强度进行时间调制。可以将相应的激光投影系统应用于单色或多色(多激光)投影或台式投影机、商务投影机、移动电话、膝上型计算机、PDA(个人数字助理)、家庭影院、电影院、工业应用、条带投影灯等。这里可以使用可直接调制的激光或利用外部调制的所谓的连续波。此外，可以投影到任意表面或特定屏幕上。

尽管使用共振扫描方法的图像表示(例如，通过李萨如图)提供了一些优点，然而本发明的调制同样可应用于任意其它扫描方法，特别可应用于线性扫描方法。此外，只要可以进行强度调制，也可以采用其它光源，例如由半导体层结构(无机或有机的)所产生的光、磷光等。

Claims (20)

1.一种投影设备，用于通过辐射束(18)将图像扫描地投影到像场(22)上，包括：

调制装置(14)，用于对所述辐射束(18)的强度(i)进行调制，使得所述辐射束(18)的强度(i)在所述辐射束所指向的扫描点扫描像场(22)中的像素期间的时间间隔(T_pixel)中从第一值变到第二值，并在开启间隔(t_ON)期间开启所述辐射束(18)，所述开启间隔依赖于像场(22)中的像素的亮度。

2.根据权利要求1所述的投影设备，其中，所述调制装置(14)形成为使得所述辐射束(18)的强度(i)的时间导数包括所述时间间隔(T_pixel)内的局部极大值。

3.根据权利要求1所述的投影设备，其中，所述调制装置(14)形成为使得所述辐射束(18)的强度(i)在另一时间间隔内改变，在所述另一时间间隔期间，所述辐射束(18)所指向的扫描点扫描像场(22)中的另一像素，其中所述时间间隔(T_pixel)与所述另一时间间隔不同。

4.根据权利要求1所述的投影设备，其中，所述调制装置(14)形成为使得所述强度(i)作为时间函数包括所述时间间隔(T_pixel)内的两个反转点。

5.根据权利要求4所述的投影设备，其中，所述时间间隔(T_pixel)包括开始和结束，所述辐射束(18)在开始处进入所述像素并在结束处离开所述像素，以及其中，所述强度(i)包括开始和结束处的局部极小值。

6.根据权利要求1所述的投影设备，其中，所述调制装置(14)形成为改变所述辐射束(18)的强度(i)，使得在所述时间间隔(T_pixel)期间，所述辐射束传递与像点的亮度相对应的光量。

7.根据权利要求1所述的投影设备，还包括偏转装置(12)，用于使辐射束绕第一偏转轴(30)和第二偏转轴(32)偏转，以在所述像场(22)上移动所述辐射束(18)。

8.根据权利要求1所述的投影设备，其中，所述调制装置(14)形成为在所述时间间隔(T_pixel)中连续改变所述辐射束(18)的强度(i)。

9.根据权利要求1所述的投影设备，其中，所述调制装置(14)形成为在所述时间间隔(T_pixel)中以两阶或更多阶来改变所述辐射束(18)的强度(i)。

10.根据权利要求9所述的投影设备，其中，所述调制装置形成为将所述辐射束(18)的强度(i)调节为最大值(i_max)或最小值，其中，选择所述强度(i)包括最大值的开启持续时间(t_ON，pixel)，使得所述辐射束(18)传递与像点的亮度相对应的光量。

11.根据权利要求9所述的投影设备，其中，所述调制装置(14)形成为将所述辐射束(18)的强度(i)调节为多个离散值，以及其中，所述调制装置(14)还形成为从针对像点亮度的查找表中选择特定离散值和所述强度(i)包括所述特定离散值期间的相应开启持续时间(t_{ON_pixel})。

12.根据权利要求9所述的投影设备，其中，所述调制装置(14)形成为将所述辐射束(18)的强度(i)调节为多个离散值，以及其中，所述调制装置(14)还形成为根据像点的亮度来计算特定离散值和/或所述强度(i)包括所述特定离散值期间的相应开启持续时间(t_ON，pixel)。

13.根据权利要求1所述的投影设备，还包括用于产生所述辐射束(18)的激光器。

14.根据权利要求13所述的投影设备，其中，所述激光器是脉冲激光器。

15.根据权利要求13所述的投影设备，其中，所述激光器是利用外部调制的连续波激光器。

16.根据权利要求13所述的投影设备，其中，所述激光器是可直接调制的激光器。

17.根据权利要求1所述的投影设备，还包括用于产生所述辐射束(18)的光源以及用于产生另一辐射束的另一光源，其中，所述调制装置(14)还形成为调制所述另一辐射束，以及所述另一辐射束与所述辐射束(18)的不同之处在于其频谱，以及其中，所述辐射束(18)和所述另一辐射束能够被投影到所述像场(22)上。

18.根据权利要求1所述的投影设备，还包括用于产生所述辐射束的光源(10)。

19.根据权利要求7所述的投影设备，其中，所述偏转装置(12)形成为使得所述辐射束(18)可以以第一偏转频率(f₁)绕所述第一偏转轴(30)偏转以及以第二偏转频率(f₂)绕所述第二偏转轴(32)偏转，其中，所述偏转装置(12)包括用于将频率比调节为f₁∶f₂＝n∶m的装置，其中m和n为不同的整数，使得所述辐射束(18)在像场(22)上描绘了李萨如图。

20.一种通过辐射束(18)将图像扫描地投影到像场(22)上的方法，包括：

调制所述辐射束(18)的强度，使得所述辐射束(18)的强度(i)在所述辐射束(18)扫描像场(22)中的像素期间的时间间隔(T_pixel)中从第一值变到第二值，并在开启间隔(t_ON)期间保持开启所述辐射束(18)，所述开启间隔依赖于像场(22)中的像素的亮度。

Images