CN101438206B - 可控制地产生激光显示的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于显示多色图像的激光投射设备(LPD)。该LPD用于激励位于显示屏上的各种光致发光材料以产生多色显示。此外，屏幕可以可运动地被安装以便减少激光光斑。
Description
技术领域
本发明一般涉及电子显示器，更具体而言，本发明涉及一种多色激光投射显示器(LPD)。
背景技术
已经利用基于光栅的扫描系统实现单色LPD。基于光栅的LPD使用在水平和垂直方向上运动的激光器和摆镜(oscillating mirror)以光栅模式在观看屏幕上扫描激光。通过利用镜子的运动而在时间上可控制地调制激光，可以产生二维图像。实际上，通过在十几MHz到几百MHz的频率范围内调制镜子，LPD可以产生高质量图像，诸如VGA或更高分辨率。
但是，单色显示器具有受限的功用，而全色显示器应用广泛，并且被大众期望和接受。可以通过可控制地组合红、蓝和绿激光产生宽的色彩频谱而产生全色LPD。通常，红、蓝和绿激光器是商业上可获得的，但并不是小封装(small-form factor)，诸如半导体激光器二极管，并且已经证明利用图像数据来调制这些激光非常困难。
本发明目的在于克服、或至少降低上述一个或多个问题的影响。
发明内容
在本发明的一个方面，提供一种显示图像的装置，该装置包括：可激励的激光源(3400)，用于产生具有偏振的激光束；扫描器(118，128)，用于扫描激光束，以形成光栅模式的扫描线；控制器(142)，用于对激光源(3400)进行激励，以照亮在扫描线上的选择像素，从而形成待显示的图像；投射屏幕(3402)，在该投射屏幕上显示图像；和偏振器(3404)，位于屏幕(3402)处，并且具有与激光束的偏振相匹配的偏振，以增强屏幕(3402)上的图像对比度，从而提高可视性。
在本发明的一个方面，提供一种用于显示由激光投射设备所投射的图像的方法。该方法包括将由所述激光投射设备所投射的激光定位在第一偏振取向；使激光的至少实质部分通过偏振器，该偏振器的取向基本上类似于由激光投射设备所投射的激光的偏振取向；和将穿过所述偏振器的激光传递到屏幕。
在本发明的另一方面，提供一种用于显示图像的装置。该装置包括激光投射设备，用于传递激光束，其中激光束在第一预选取向上被偏振；偏振器，用于接收激光束并使激光束的实质部分穿过该偏振器；和屏幕，用于接收穿过偏振器的激光束部分。
在本发明的再一方面，提供一种用于可控制地减小激光亮斑(speckling)的激光投射系统。该系统包括机架(frame)、可灵活地耦接到机架的屏幕、和执行器。执行器耦接到屏幕用于产生所述屏幕中的运动。
在本发明的另一方面，提供了一种用于可控制地减小激光亮斑的方法。该方法包括投射激光到屏幕上、以及可控制地移动屏幕。
在本发明的另一方面，提供一种用于显示图像的装置。该装置包括激光投射设备和屏幕。激光投射设备用于传递第一预选频率的第一激光束。屏幕在其上具有第一光致发光材料，用于响应于被激光束照射而发射第一预选频率的光；以及第二光致发光材料，用于响应于被激光束照射而发射第二预选频率的光。
在本发明的另一方面，提供一种用于显示图像的装置。该装置包括激光投射设备和屏幕。激光投射设备用于分别传递第一和第二预选频率的第一和第二激光束。屏幕在其上具有第一光致发光材料，用于响应于被第一激光束照射而发射第一预选频率的光；和第二光致发光材料，用于响应于被第二激光束照射而发射第二预选频率的光。
附图说明
通过参考以下结合附图的描述，可以更好地理解本发明，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件，其中：
图1是可以在本发明中使用的激光投射设备(LPD)的一个实施例的顶视图的示意框图；
图2是图1中所示观看面的示意图示；
图3A和3B显示了扫描设备在其操作期间多个时间的顶视图；
图4是可以被用于控制图1-4中所述系统中所使用的激光器的操作的电路的一个实施例；
图5是可以被用于控制在图1-4中所述系统中所使用的激光器的操作的电路的一个实施例；
图6是可以被用于控制在图1-4中所述系统中所使用的激光器的操作的电路的一个实施例；
图7是可以被用于控制在图1-4中所述系统中所使用的激光器的操作的电路的一个实施例；
图8是可以被用于控制在图1-4中所述系统中所使用的激光器的操作的电路的一个实施例；
图9是可以被用于控制在图1-4中所述系统中所使用的激光器的操作的电路的一个实施例；
图10是可以被用于控制在图1-4中所述系统中所使用的激光器的操作的电路的一个实施例；
图11是可以被用于控制在图1-4中所述系统中所使用的激光器的操作的电路的一个实施例；
图12是可以被用于控制在图1-4中所述系统中所使用的激光器的操作的电路的一个实施例；
图13示意性地显示了能够产生多色显示的系统的一个实施例；
图14示意性地显示了能够产生多色显示的系统的一个实施例；
图15示意性地显示了能够产生多色显示的系统的一个实施例；
图16A-C示意性地显示了可以在本发明中使用的镜结构的实施例；
图17示意性地显示了从单个LPD提供两个显示的镜子和透镜排列；
图18示意性地显示了用于确定镜子位置的系统的一个实施例；
图19示意性地显示了用于确定镜子位置的系统的一个实施例；
图20示意性地显示了用于确定镜子位置的系统的一个实施例；
图21示意性地显示了用于确定镜子位置的系统的一个实施例；
图22示意性地显示了用于确定镜子位置的系统的一个实施例；
图23示意性地显示了用于确定镜子位置的系统的一个实施例；
图24是可以与LPD一起使用的两种屏幕的放大图示；
图25A和25B示意性地显示了可以与LPD一起使用的两个屏幕的实施例；
图26示意性地显示了可以与LPD一起使用的屏幕的实施例；
图27A和27B示意性地显示了可以在本发明中使用的压控振荡器的两个实施例；
图28A和28B示意性地显示了光束位置-时间图和用于校正图中非线性现象的查询表；
图29A到29C示意性地显示了光束跟踪模式(beam trackingpattern)和用于校正逆跟踪(reverse tracking)的缓冲器布置；
图30示意性地显示了作为时间函数的镜子速率；和
图31A和31B显示了用于闭环控制镜子速度和位置的系统的可选实施例；
图32显示了激光投射设备的示意图示，具有能够将预选频率的激光上变频和/或下变频为另一频率的光的专门的屏幕；
图33A和33B显示了被配置用于减小激光亮斑的屏幕构造的示意图示；
图34显示了被配置用于通过偏振来增强对比度的激光投射设备和屏幕的示意图示；
图35A和35B显示了单色激光投射设备的示意图示，具有包含被配置用于当被单色激光投射设备照射时以不同频率光致发光的变化区域的屏幕。
虽然本发明的特定实施例已经在图中以实例的形式显示并在这里被详细说明，但是本发明允许多种修改和替换形式。但是，应当理解，这里对特定实施例的说明并不用来将本发明限制为所公开的特定形式，相反，本发明涵盖所有落在由所附权利要求所定义的本发明实质和范围之内的修改、等价和替换。
具体实施方式
以下将描述本发明的示例性实施例。为了清楚起见，在本说明中并不描述实际实现的所有特征。当然应当理解，在任何这种实际实施例的研发中，必须进行许多特定于实现的决定来实现研发者的特定目的，诸如兼容与系统相关和与商业相关的限制，其将随着实现的不同而不同。此外，应当理解，这样研发是复杂和耗时的，但对于受益于本发明的本领域普通技术人员来说仍然是采取的例行程序。
以下共同未决的申请整体包含在这里引为参考：Mik Stern等人的Method and Apparatus for Aligning a Plurality of Lasers in anElectronic Display Device；Mik Stern等人的Method and Apparatusfor Controllably Reducing Power Delivered by a Laser ProjectionDisplay；Narayan Nambudiri等人的Method and Apparatus forDisplaying Information in Automotive Applications Using a LaserProjection Display；Narayan Nambudiri等人的Method andApparatus for Providing an Interface Between a Liquid CrystalDisplay Controller and a Laser Projection Display；Paul Dvorkis等人的A Color Laser Projection Display；Chinh Tan等人的Method andApparatus for Capturing Images Using A Color Laser ProjectionDisplay；Fred Wood等人的Method and Apparatus for ConservingPower in a Laser Projection Display；Ron Goldman等人的A LaserProjection Display；以及Carl Wittenberg等人的Method andApparatus for Controllably Compensating for Distortions in a LaserProjection Display。
现在看附图，尤其参见图1，显示了根据本发明一个实施例的激光投射显示器(LPD)100的示意框图。在所示实施例中，LPD 100包括3个激光器102、104、106，每个都能够发射由单一颜色、诸如红、绿或蓝所构成的光束108、110、112。本领域的技术人员将理解，激光器的数量以及其所发射的光的颜色可以变化，而不背离本发明的实质和范围。
激光器102、104、106被设置在公共面114上，其中光束108、110、112相互成角度地引导以落在第一扫描设备的基本公共位置116上，诸如第一扫描镜子118，这些光束从那里被反射作为光束120、122、124。在所示实施例中，第一扫描镜子118以相对高的速率(例如大约20-30KHz)在轴120上振荡。第一扫描镜子118的旋转或振荡使光束108、110、112运动。即，由于第一扫描镜子118的角度位置变化，来自第一扫描镜子118的光束120、122、124的反射角度也变化。因此，由于镜子振荡，所以反射的光束120、122、124被扫描，以产生光束120、122、124沿着二维显示的一个分量的运动。
二维显示的第二分量是由第二扫描设备、诸如镜子126产生。在所示实施例中，第二镜子126在枢轴点(pivot point)130耦接到电机128，以便产生绕基本上与第一镜子118的旋转轴垂直的轴的旋转或振荡运动。光束120、122、124被从第二镜子126反射成为光束132、134、136，并指向观看面138。观看面138可以是各种形式中的任何一种，而不背离本发明的实质和范围。例如，观看面138可以是可以被激光器102、104、106前或后照亮、并且可以被包含在与LPD 100共用的外壳(未示出)中的固定屏幕，或者替换地，观看面138可以采用与LPD 100间隔开的任何便利的形式，通常是平坦表面，诸如墙或屏幕。
与第一镜子118的速率相比(例如，大约60Hz)，第二镜子126以相对低的速率振荡或旋转。因此，将理解，如图2所示，光束132、134、136通常沿着显示面138上的路径140。本领域的技术人员将理解，路径140在形状和概念上类似于通常在阴极射线管电视和计算机监视器中所使用的光栅扫描。
虽然这里在使用分离的第一和第二扫描镜118、126的实施例的环境下描述本发明，但是本领域的技术人员将理解，可以使用单个镜子来产生类似的路径140。单个镜子将能够围绕两个旋转轴运动，以提供沿两个正交轴的快速和低速振荡运动。
从图1可以清楚看到，由于激光器102、104、106的角度定位，即使激光器102、104、106已经被机械地和光学地排列以在同一面114中并且在镜子118上的相同点(在旋转轴120上)上传递光束108、110、112，但是每一个都具有不同的反射角，这使得光束120、122、124发散。控制器142被提供来可控地激励激光器102、104、106，以便有效地使光束120、122、124同线，从而它们可以相对独立于观看面138与第二镜子126的距离而被反射离开第二镜子126并被传递到观看面138上的同一点。
现在参见图3A和3B，讨论控制器142使光束120、122、124同线的操作。为了简化讨论，在图3中只示出两个激光器102、104，但是本领域的技术人员将理解，这里讨论的概念可以延伸到3个或更多激光器，而不背离本发明的实质和范围。如图3A所示，如果激光器102、104被同时激励，则反射的光束120、122发散。但是，如图3B所示，如果激光器102、104略微不同时被激励，则可以使光束120、122沿着单个共同路径(即，光束120、122同线)。例如，如果激光器102在第一时间t1被激励，则镜子118将位于第一位置，如实线所示，并且光束108将被镜子118反射成为光束120。随后，如果激光104在第二时间t2被激励，则镜子118将位于第二位置，如虚线所示，并且光束110将被镜子118反射成为光束122。通过精确地控制时间t2，镜子118将位于精确地沿着基本上与光束120相同的路径反射光束122的位置。
因此，通过控制器142的操作，光束120、122基本同线，但是时间上稍微不同。也就是说，光束120、122基本上都被投射到显示面138上的相同点，但是在略微不同的时间被投射。但是，由于人眼的后滞性，定时的差别并不能被察觉。也就是说，在图1所示3个激光器的系统中，激光器102、104、106中每一个将可控制地在相对短的时间窗口中将独一颜色和强度的激光基本上传递到观看面138上的同一点。人眼不会检测这三个单独的颜色，而是感觉这三个光束的混合，从而一致且期望的色调出现在观看面的那个点上。本领域的技术人员将理解，该过程可以沿着路径140被重复多次，以便在观看面138上再现图片。
如上所述，激光器102、104、106可以被控制以显示图像。控制激光器102、104、106涉及可控制地移动和调制激光。现在参见图4，显示了可以在本发明中使用的调制方案的一个实施例。声光晶体400被放置在激光器402的前面。调制器404将图像数据转换成RF信号，其驱动耦接到晶体400的压电致动器(piezoactuator)406。由压电致动器406所产生的声波传播经过晶体400，使其进入光栅，光栅根据声波的强度而将来自主束408的部分光能转成多个旁束410，从而用图像数据对光束408进行调制。
激光的强度也可以由图5所示的电路控制。电光设备500、诸如克尔盒或泡克耳斯盒(Pockels cell)位于激光器502前面。电光设备500具有旋转穿过其的光的偏振的特征。调制器504将图像数据转换为电信号，该电信号被施加到电极506。根据施加到电极506的电压的幅度，施加到电极506的电信号使激光束508的偏振旋转。一旦离开电光设备500，激光束508就被传递到偏振器510。偏振器510的偏振的方向被选择为与激光器502的偏振方向一致。因此，穿过偏振器510的光的量取决于束508的偏振与其原始方向有多大不同，并且因此束508的强度被图像数据调制。
替换地，激光的调制可以通过图6所示的电路实现。在本发明的一个实施例中，来自激光600的IR光可以被倍频晶体602转换成更短波长的光(例如，绿或蓝)。通过电极604将电压施加到晶体602就改变输入IR束606和输出可见束608之间晶体602内的相位匹配条件，因此改变转换效率和输出功率。调制器610根据图像数据产生电压。此外，偏压发生器612可以改变晶体602上的偏压以补偿温度变化，并且保持晶体602中的最佳相位匹配条件。
图7显示了可以用来调制激光的电路的另一实施例。分束器700将来自激光器704的光束702分裂成2个子束706、708。束706直接前进到束组合器710时，而束708穿过光延迟元件712(例如，微机械或电光的)，其导致由调制器714根据图像数据所控制的延迟。当束706、708被组合器710重新组合时，输出束716的强度根据束706、708之间的相位关系而变化。如果它们同相(即，零延迟施加到束708)，则输出束716的强度最高。如果它们反相(即，束708被延迟半个周期)，则输出强度是0。
激光的调制也可以由图8所示的电路提供。通过第一电流源804，为激光器800施加来自电源802的恒定偏置电流。电流源804由控制器806控制，控制器806周期地比较传递通过放大器810的来自激光光电二极管808的反馈信号与预选电平。第二电流源812由调制器814根据进入的图像数据控制，其电流被加到来自第一电流源804的电流。第一电流源804以这样的方式被调整，即当来自第二电流源812的电流基本为0时，激光器800正好在辐射阈值之上。第二电流源812以这样的方式被调整，即当图像数据需要最大强度时，由来自源804、812的组合电流驱动的激光器800以全额定功率辐射。为了实现适当的校准，机架的专用部分不调制。
替换地，如图9所示，来自第二源812的电流可以从来自第一源804的电流中减去，而不是添加到来自第一源804的电流中。在这种情况下，第一电流源804以这样的方式调整，即当来自第二源812的电流是0时，激光器800以全额定功率辐射。来自第二源812的电流现在与图像数据值成反比。因此，当图像数据要求0强度时，来自第二源812的电流最高，并且激光器800正好高于辐射阈值。
替换地，当图像数据要求0强度时，调制器814可以能够完全关闭第一电流源804(图10)。在该情况下，没有偏置电流流过激光器800，所以可以节省功率。
参见图11，显示了另一替换实施例，其中调制器814工作在脉宽调制模式。包括光电二极管808、放大器810和控制器806的反馈环仍然以这样的方式调整源804的电流，即当电流被使能时，激光器80以全功率辐射。PDM调制器814以与图像数据成比例的时间打开或关闭电流。
在图12所示的另一替换实施例中，如果电源802能够提供可变电压并且被放大器1200和控制器1202以这种方式控制，即输出电压跟踪激光器800上电压降的改变，则激光调制系统的功率效率可以被提高。
本领域的技术人员将理解，图8-12中所示出的各种电路可以很容易地被修改以适应热情况(hot-case)激光器而不是基本情况(ground-case)激光器，而不背离本发明的实质和范围。
现在参考图13，如上所述，系统被设置为通过经由两个镜子1304、1306来自激光器1302的聚焦束将图像显示在屏幕1300上。在本发明的一个实施例中，屏幕1300可以采用磷光体涂层屏幕1300的形式。在本发明的一个实施例中，屏幕1300可以被涂以上变频磷光体(一种材料，其发出的光比入射光的波长短)。在该情况下，激光器1302可以采用红外激光器的形式。替换地，可以使用蓝色或紫外激光器，其中“普通的”下变频磷光体被施加到屏幕1300。
可以通过使用涂有发射波长对应于3种原色的3种磷光体的混合物的屏幕以及在3个激光器的吸收带中发射的3个激光器1400、1402、1404来产生全色图像，因此每个激光器描绘对应于一个原色的图像(图14)。磷光体可以是任何组合的上变频或下变频。此外，一种或多种颜色可以被激光器直接描绘。例如，屏幕1300可以涂有吸收峰值大约808nm且发射峰值大约460nm的上变频磷光体(蓝色)和吸收峰值大约405nm且发射峰值大约550nm的下变频磷光体(绿色)。图像的红色部分可以直接由635nm可见激光描绘，635nm可见激光从屏幕反射而不与磷光体交互作用。蓝色部分由808nm IR激光描绘，而绿色部分由405nm紫色激光描绘。
替换地，如图15所示，屏幕1300可以包含发射波长对应于3种原色并且吸收波长接近的不同磷光体的点1500或线1502。于是，所有3种磷光体可以由在它们公共吸收波长处发射的1个激光器激励，而图像的色彩分量将通过在其跨越各个色彩像素或线时调制激光强度而着色。
激光束可以通过振动或旋转的镜子被扫描，振动或旋转的镜子可以采取各种形式，包括多角形。激光束也可以通过相对于激光器线性移动透镜或透镜阵列，或者通过相对于透镜线性移动激光器或激光器阵列来扫描。
当光栅参数满足等式1时，闪炫光栅(图16A)用作基本完美的镜子。通常，这在从两个相邻光栅线的边缘所反射的光的相位延迟等于多个波长时发生。对于任何扫描角度，通过正在旋转并且同时上或下移动而阵列间距固定的微镜阵列，可以观看到基本类似的条件(图16)。
替换地，通过仅仅上下运动、但是其尺寸可与可见光的波长相比(类似Silicon Light Machine的GLV)的更小镜子的阵列(图16c)可以实现基本类似的效果。
在某些晶体中产生声波就使它们变成具有周期等于声波长的光栅。因此，可以通过在改变声频率的同时将激光束通过这样的晶体来扫描该激光束。
可以间接提取关于扫描镜子的绝对位置的信息。例如，如图18所示，压电元件1800可以用于产生扫描镜子1802的力。通过测量由压电元件1800所产生的电压，可以得到所产生的力的量并因此得到镜子1802的角运动。在所示实施例中，压电元件1800安装在基座1804上，其中基座1804受到由枢纽1806所产生的力。因为镜子1802的角偏转通常与枢纽所产生的扭矩成比例，因此来自压电元件1800的电压也与该偏转成比例。因为压电元件1800本质上是电容器，因此它们的阻抗非常高，尤其是在低频时，具有高输入阻抗的信号调节器1808可能是有用的。
本领域的技术人员将理解，在本发明的一个替换实施例中，压电元件1800可以是弯管机的形式，如图19所示。
位置传感器也可以被用于检测扫描镜子的位置。如图20所示，相对小的磁体2000可以被附着到镜子1802，并且固定线圈2002可以被用于确定镜子1802的角速率。即，对于合理的小扫描角度，线圈2002中的电压与速率成正比。因为速率是镜子位置的导数，因此可以通过对速率反馈信号进行积分而确定位置。本领域的技术人员将理解，磁体2000和线圈2002的位置和运动可以被颠倒，而不背离本发明的实质和范围。即，线圈2002可以在镜子1802上，而永磁体2000是固定的。
替换地，可以使用由外部永磁体磁化的相对小片软磁体材料，而不背离本发明的实质和范围。
现在参考图21，也可以通过测量设置在镜子1802上的电极2100和与其间隔开的固定电极2102之间的电容来确定镜子位置。可以施加来自电流源2104的电流，并且所得到的电阻2106上的电压降可以被测量作为镜子位置的指示。本领域的技术人员将理解，如果镜子1802本身是导电的，则电极2100就不是必要的。
如图22所示，也可以通过测量由镜子1802朝着光电检测器2202反射的来自光源2200的光的量来确定镜子位置。在图23A和23B的顶视图和侧视图中示出一个特别有利的光学布置，其中光源2200和检测器2202的FOV都被透镜2300准直。在这种情况下，当镜子1802表面基本垂直于来自透镜2300的准直光束的方向时，检测器2202看到明显的光脉冲。
具有不同倾斜角和光功率的多种透镜1700或镜子1702可以被放置在LPD投射仪1704的FOV中，从而创建多个不同尺寸和分辨率的图像。例如，可以产生远处小的、高分辨率图像1706，和近处大的、低分辨率的图像1708(图17)。LPD控制器必须了解光学元件的位置并相应地处理用于每个图像的图像数据。
在一些应用中，使用各种特别设计的屏幕可能是有帮助的。例如，通过特别设计的屏幕，被LPD屏幕散射的光可以指向窄于180度的角度。屏幕可以具有衍射或全息模式，这确保光被反射(前投射)或散射(后投射)到可控角度(图24)。替换地，屏幕可以由将光引导到相对窄的角度的用于后投射的折射透镜2500(图25A)或用于前投射的镜子2502(图25B)的阵列构成。
如图26所示，透镜可以与棱镜结合形成结构2600，其将来自屏幕所有点的光引导到相同方向，而与光来自的方向无关。这允许对具有宽扫描角度的LPD实现一致的观看角度。类似的思想也可以通过用于前投射屏幕的镜子或通过散射屏幕实现。
通常，锁相环电路包括压控振荡器(VCO)2700、除法器2702、相位检测器2704和放大器2706，并且它们操作以将VCO输出信号的频率和相位锁定到外部基准信号(图27A)。如果频率已经被锁定为外部基准信号频率的信号已经出现，则可以通过将VCO替换为压控延迟电路2708(图27B)而锁定它的相位。
如果在LPD中使用共振镜子，则它的扫描轮廓(scan profile)将不是线性的，并且在一些情况下可能是正弦的。因此，束将在每个时钟周期(clock tick)移动不同距离，如图28A示意性所示。为了补偿镜子运动的非线性特征，可以使用查询表2800(图28B)，其根据当前镜子位置而将源图像的一个像素的数据分配给LPD输出数据的几个时钟周期。
因为由激光束传递到屏幕上特定点的光量与束运动速度成反比，因此激光功率也应该成比例地下降。该功能也可以通过与图28B所示类似的查询表布置实现。
图29A示意地显示了传统CRT中的典型电子束扫描路径。通常，电子束在观看屏幕上在一个方向上缓慢运动，然后快速向后返回。通常，数据只在前向遍历时被引入(clock in)。但是，在本发明的LPD中，LPD在两个方向上以相同速度扫描，如图29B中激光束路径的示意图所示。因此，在前向和后向扫描期间提供数据，但是因为扫描发生在相反方向上，所以每两行数据必须被反向。在本发明的一个实施例中，通过双向移位缓冲器(shift buffer)2900实现数据的这个反向是，如图29C所示。图像数据以与其在源图像中排列相同的顺序被加载到移位缓冲器2900。例如，从左到右。触发器2902在每条线上触发，并因此改变缓冲器2900的移位方向，从而适应相反扫描上数据的反向。
在本发明的一些实施例中，如果驱动电流通过闭环控制调整，则强制扫描镜子在一个方向上以恒定速度运动、同时以其自身的共振速度向后跳跃(图30，曲线2)可能是有用的。图30的曲线1显示了标准正弦扫描轮廓用作参考。
在图31所示的实施例中，镜子3100具有内置反馈单元3102，其能够提取镜子3100的速度和位置信息。这种反馈可以是压电的或者其他的，如上所述。在每个恒定速度周期开始时，镜子控制器3104设置期望速度，误差放大器3106可以将期望速度与速度反馈相比较。误差放大器3106的输出端连接到镜子驱动器3108，使得驱动器3108的输出电流被连续调整以便使镜子速度与控制器3104所设置的值之间的偏差最小化。控制器3104还设置端镜子位置，比较器3110可以将端镜子位置与速度反馈相比。只要镜子3100到达其端位置，比较器3110就将驱动器3108的输出信号切换为高阻态，从而镜子3100在其枢纽的扭矩下摇摆回去。一旦到达相反端点，比较器3110就重新启动驱动器3108，并开始新的循环。
替换地，如图31B所示，驱动器3108可以在正处理反馈信号并相应地调整驱动器3108的控制器3104的完全控制下。在这种情况下，不是连续地调整驱动器3108，控制器3104可以重复预定的循环，同时从一个循环到另一个循环进行微小改变。可选地，控制器3104可以与来自主控制器的垂直同步脉冲同步。
现在参见图32到36，显示了本发明的多个可能有助于提高激光投射显示器的可视性的实施例。例如，在图32所示的实施例中，LPD3200被安置以将激光投射到特定构造的屏幕3202上，该屏幕被设计用于与由LPD 3200所发射的激光的特定波长相互作用。在本发明的一个实施例中，可以利用分别发射绿光、红外光和紫外光的三个激光器构造LPD 3200。为了获得通常用于构建多色显示的传统的红、蓝和绿光，利用将红外光转换成红光(上变频)以及将紫外光转换成蓝光(下变频)的材料构建屏幕3202。
已知可以在屏幕3202的构建中使用的一种类型的材料是光致发光材料。例如，屏幕3202可以至少部分地用磷光体处理或被涂覆有磷光体，其中磷光体当由具有第二预选波长的光照射时通过发出或发射第一预选波长的光而反应。因此，本领域的技术人员将理解，LPD 3200中的红外激光器可以被控制以照射意欲具有红光成分的屏幕部分。被红外光照射的区域中的屏幕3202上的磷光体将通过发出或发射红光来响应红外光。类似地，用紫外光照射的区域中屏幕3202上的磷光体将通过发出或发射蓝光来响应紫外光。因此，观看屏幕3202的人将感受到屏幕上各个位置上期望的红、蓝和绿光的混合，以产生审美上令人愉快的多色显示。
在本发明的一个替换实施例中，可以利用三个分别发射绿光、红光和370-405nm范围内的光的激光器来构建LPD 3200。370-405nm范围内的激光的独特之处在于，例如，当投射到由纸构成的传统白色屏幕上时，其倾向于光致发光蓝色。因此，在该替换实施例中，可以使用简化的屏幕3202，而仍然提供传统的多色显示，因为红色和绿色激光将被白纸屏幕反射，而370-405nm的光将光致发光蓝色。
本领域的技术人员将理解，这两个实施例的方面可以被组合以产生各种中间实施例。例如，可以利用3个分别发射绿光、红外光和370-405nm范围内的光的激光器来构建LPD 3200。然后，屏幕3202可以至少部分地由传统白色材料、诸如纸来构建，以便使370-405nm的光光致发光蓝色。此外，屏幕3202可以至少部分地被涂有当被红外激光照射时发射红光的磷光体。
此外，本领域的技术人员将理解，可以通过使用只生成红和蓝光、蓝和绿光、或红和绿光的组合的二激光器系统生产具有减少的多色能力的系统。
在一些应用中，使用具有很强持久性的磷光体材料可能是有用的，诸如公知的在黑暗中发光的那些。已知，这些材料一旦被照射，即使已经不再照射，也发光长达相对长的时间段。这些材料的持久性在生产用于标志的屏幕或甚至更高分辨率的屏幕时可能是有用的。材料的持久性通常意味着它们不需要时常被照射，这允许更慢的刷新速率，而没有任何明显的“闪烁”。更慢的刷新速率通常意味着，LPD可以被编程以具有更靠近地堆积在一起的更多扫描线。本领域技术人员将理解，更多扫描线意思就是更高分辨率。
现在参考图33A和33B，示出的LPD 3300照射被用于减小激光亮斑的屏幕3302。已经观看到，屏幕3302的非常轻微的运动或振荡将消除或至少减少激光亮斑。因此，在图33A中示出的本发明第一实施例中，屏幕3302被耦接到用于受限运动的机架3306。通过“不牢固的”耦接提供受限运动，“不牢固的”耦接例如通过在机架3306和屏幕3302之间延伸的多个弹簧3304而获得。执行器3308、诸如线性执行器也被耦接到屏幕3302，使得当执行器被时变信号激励时，其振动或移动屏幕3202。屏幕3202中所产生的振动很小，并且对于观看屏幕3302的人来说可能并不易于发现。
在图33B所示的替换实施例中，显示了二层屏幕3310。在该实施例中，屏幕3310包括透镜3312、诸如菲涅耳透镜，其从LPD 3300接收激光并将激光聚焦在背投灯光照明屏幕(back lit screen)3314上。在屏幕3314上形成图像，并由人从位于屏幕3314前的位置3316观看。在本发明的该实施例中，通过移动或振动透镜3312，可以减小甚至基本消除亮斑。以这种方式，屏幕3314保持基本静止，而透镜3312轻微地振动。机架3318被固定地耦接到屏幕3314，并可移动地耦接到透镜3312。在本发明的一个实施例中，可移动的连接可以通过一个或多个在机架3318和透镜3312之间延伸的弹簧实现。与图33A所示的实施例相似，执行器3308耦接到透镜3312，使得当执行器3308被时变信号激励时，其振动或移动透镜3312。
图34示意性示出利用偏振来增强对比度的LPD系统。在所示实施例中，LPD 3400被示为将激光投射到屏幕3402的后表面上，使得来自LPD 3400的激光在显示在屏幕3402上之前穿过偏振膜3404。由LPD 3400所发射的激光也以与偏振膜3404的取向匹配的方式偏振。如果需要的话，可以使用任何公知技术实现对由LPD 3400所产生的偏振激光进行重新取向，诸如通过将半波板3406插入到激光的光学路径中。通过激光被偏振以匹配偏振膜3404的取向，基本上所有入射激光将穿过偏振膜3404，并且被显示在屏幕3402上。但是，任何环境光或散射激光将不被偏振以匹配偏振膜3404的取向，并且因此基本上一半不期望的环境的或散射的光将被偏振膜3404阻挡。因此，当入射激光基本上是全功率时，干扰的环境或散射光被充分减小，从而提供充分增强的对比度。
现在参考图35A，示出了单个激光器或单色激光器LPD 3500，以提供有限多色显示。已经用在被普通源照射时发出或发射各种彩色光的光致发光材料、诸如磷光体处理屏幕3502。即，每个磷光体响应于由相同单色激光照射而发出其本身的独特颜色。屏幕3502可以被构建为具有已经用在被单色激光照射时发出蓝色的磷光体涂覆或处理的第一区域3504。类似地，屏幕3502可以被构建为具有已经用在被单色激光照射时发出红色的磷光体涂覆或处理的第二区域3506。区域3508、3510可以类似地被构造，以分别发出绿色和黄色。
图35B显示了可以用于汽车应用的屏幕3502的一个实施例。可以使用各种磷光体将各种计量器、告警灯、娱乐项等等构造或画在屏幕3502上。例如，可以利用在被照射时发出红色的磷光体来在屏幕3502上构造告警灯3512，而计量器、诸如速度计3514和转速计3516、燃料表3518等等可以使用发出蓝色或绿色的磷光体来构成。因此，当单色激光器LPD 3500被控制以照射屏幕3502的各部分时，磷光体将以适当的色彩发光，并提供有用信息给汽车操作者，其中色彩表示信息的类型和/或其紧急度。
除非特别指出，或者从说明中显而易见，诸如“处理”或“计算”或“估算”或“确定”或“显示”等等的术语表示计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，其操纵和变换计算机系统寄存器和内存中表示为物理电子量的数据为计算机系统内存或寄存器或其他类似信息存储、传送或显示设备中的表示为物理量的其他数据。
本领域的技术人员将理解，这里在各实施例中所示的各种系统层、程序或模块可以是可执行的控制单元。控制单元可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、处理器卡(包括一个或多个微处理器或控制器)、或其他控制或计算设备。本说明中所指的存储设备可以包括一个或多个用于存储数据和指令的机器可读存储介质。存储介质可以包括不同形式的存储器，包括半导体存储器设备，诸如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SDAM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和闪存；磁盘，诸如硬盘、软盘、可移动盘；其他磁介质，包括磁带；和光介质，诸如光盘(CD)或数字视频盘(DVD)。在各种系统中构成各种软件层、程序或模块的指令可以被存储在各个存储设备中。指令在被控制单元运行时使相应系统执行编程步骤。
上述公开的特定实施例仅仅为了示例的目的，因为本发明可以用对于受益于这里的教导的本领域技术人员显而易见的不同但等价的方式来修改和实施。此外，除了以下权利要求所述的之外，并不意图限制到这里所述的构造或设计细节。因此，实施和使用所述系统所需的处理电路可以在专用集成电路、软件驱动处理电路、固件、可编程逻辑设备、硬件、分立元件或上述组件的布置中实现，这对于受益于本公开的本领域技术人员来说可以理解。因此显而易见，上述公开的特定实施例可以被改变或修改，并且所有这些变体被认为是在本发明的实质和精神范围之内。因此，这里所寻求的保护在以下权利要求中说明。
Claims (11)
1.一种显示图像的装置，包括：
可激励的激光源(3400)，用于产生具有偏振的激光束；
扫描器(118，128)，用于扫描激光束，以形成光栅模式的扫描线；
控制器(142)，用于对激光源(3400)进行激励，以照亮在扫描线上的选择像素，从而形成待显示的图像；
投射屏幕(3402)，在该投射屏幕上显示图像；和
偏振器(3404)，位于屏幕(3402)处，并且具有与激光束的偏振相匹配的偏振，以增强屏幕(3402)上的图像对比度，从而提高可视性。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，激光束具有一波长，并且，在屏幕处具有至少一种磷光体(3504，3506)，用于反射具有与激光束的波长不同的波长的光。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，激光束的波长处于红外光范围，并且，被所述至少一种磷光体(3506)反射的光的波长处于红光范围。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，激光束的波长处于紫外光范围，并且，被所述至少一种磷光体(3504)反射的光的波长处于蓝光范围。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，在屏幕处具有另一种磷光体(3508，3510)，用于反射具有与激光束的波长不同且与被所述至少一种磷光体反射的光的波长也不同的波长的光。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，激光源包括多个激光器(102，104，106)，用于分别发射不同波长的组成光束，所述组成光束被组合以形成激光束。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，激光束的波长在370nm至405nm的范围，并且，屏幕由白纸构成。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，在屏幕的指定区域处具有多种磷光体(3504，3506，3508，3510)，每一种磷光体用于在被激光束照亮时反射具有不同颜色的光。
9.根据权利要求2所述的装置，其中，在控制器(142)没有激励激光源(3400)之后，所述至少一种磷光体(3504，3506)在一段长时间内表现出持续发光的性质。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，投射屏幕被安装用于移动，并且，致动器(3308)被安装用于移动投射屏幕，以便减少亮斑噪声。
11.根据权利要求1所述的装置，该装置还包括透镜(3312)，通过该透镜，图像被投射到投射屏幕上，其中，透镜(3312)被安装用于移动，致动器(3308)被安装用于移动透镜(3312)，以便减少亮斑噪声。
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