CN101911401A - 减小光学信号光斑的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种光信号发生器，配置为具有相关的控制系统和配置为减小光斑的驱动器。通过脉动第一电流电平和第二电流电平之间的驱动信号减小光斑。这些脉冲使得光信号发生器向光信号中引入振荡。在光信号的振荡周期内减小所发射光的相干性，这减少了光斑。在一个实施例中，脉动驱动信号将驱动信号降低至阈值附近或者阈值下，这间歇地关闭光信号输出。将光信号恢复至期望的光输出强度引入减小光斑的振荡。脉冲频率和负载循环由负载循环控制信号控制以调节总体光功率和去斑量。

Description

减小光学信号光斑的方法和设备

优先权

本申请请求享有2008年7月15日提交的美国申请12/218,623的权益和优先权，所述在先申请要求2008年1月4日提交的标题为减小激光光斑的方法和设备的美国临时申请61/019,197的优先权。

技术领域

本发明涉及一种光信号发生器，特别是涉及一种减小光信号发生器输出的光中光斑的方法和设备。

背景技术

光斑(具有来自激光器或者其它相干光源的光的亮斑的表面黑色区域)为许多激光或者激光组合用作光源的应用中的重大问题。一种这样的应用为激光投影。在激光投影应用中，激光器(通常为3：红、绿和蓝)用作投影图像的光源。各种系统利用这些光源，通过以像素为准调节像素上的发射的光而“扫描”图像、或者激光器保持为最大强度而其前面的LCD/LCoS面板调节形成期望图像的光强。在所述两种情形，光斑显然是关注问题，因为其降低了图像质量。

其它光源例如发光二极管(LED)不发射太多的相干光因此不显示过量光斑。但是，LED不如激光器有效(相同量的发光能耗较高)。而且，LED不接近“点光源”，因此在需要苛刻地定向和校准的光束(无限聚焦)的应用例如投影系统中较不理想。因此，非常有利的是在投影系统特别是小的低功率系统中采用激光。光斑是投影系统中激光器的主要缺陷因此非常期望实施减小光斑的方法。

提出了各种其它方法以减小或者消除光斑，但是这些方案受到缺陷影响而不能完全克服现有技术缺陷。例如，2003年7月29日授权的美国专利6,600,590提出了多种解决方案，包括物理移动反射镜以形成光斑相消或者向激光源加进射频以形成结合在一起的不同光斑图形。虽然这些方法可略微减小光斑，但是这些方法缺少合理的解决方案。一个这样的缺点在于这些现有技术解决方案效果极小。另一个缺点在于增加了复杂性、成本、尺寸和能耗。

发明内容

为克服现有技术缺陷并提供其它益处，公开了一种减小光斑的方法和设备。一种减小光信号发生器输出光的光斑的示例性方法包括产生驱动信号，其中驱动信号在第一值和第二值之间周期性变化而产生调制驱动信号。在所述实例实施例中，第一值大于光信号发生器的阈值电流，第二电流等于或者小于光信号发生器的阈值电流。对于所述实施例，阈值电流定义为激发发射强度大于自发发射强度时的电流。所述方法然后向利用驱动信号产生光信号的光信号发生器提供驱动信号，其中调制驱动信号减小光信号中的光斑。

在一个实施例中，光信号发生器包括激光器。认为驱动信号周期性地脉冲下降至第二值以产生低于光阈值的相应的光信号。在一个配置中，所述方法还包括产生负载循环控制信号，其中负载循环控制信号控制驱动信号处于第二值的持续时间。产生驱动信号的步骤包括在第一电流电平和第二电流电平之间切换驱动信号。关于频率，认为在一个实施例中周期性地大于或者等于20MHz。

在这里还公开了一种减小光信号光斑的方法，所述方法包括产生驱动信号和向光信号发生器提供驱动信号。然后，响应于驱动信号，光信号发生器产生光信号从而光信号周期性地包括大于10％的自发发射。

认为光信号发生器可包括激光器。此外，术语周期性可包括大于1兆赫兹的量级。在一个实施例中，在光信号不大于10％的自发发射的周期中，剩余光信号由激发发射组成。另外，产生驱动信号可包括产生这样的驱动信号，其值周期性降至阈值电流附近、阈值电流下和阈值电流。

还公开了一种通过产生驱动信号并向光信号发生器提供驱动信号而减小光信号中光斑的方法。然后，响应于驱动信号，产生光信号。在所述实施例中，光信号发生器周期性输出相干性减小的光，其反过来减小光斑。

在一个实施例中，驱动信号包括驱动光信号发生器降至阈值下以产生相干性减小的光的脉冲。认为所述光可由远红外光、红外光、可见光、和紫外光组成。

在一个实施例中，所述方法还包括建立驱动信号控制信号，从而所述驱动信号控制信号控制光信号发生器输出的干涉光的频率和持续时间。驱动信号可包括第一电流电平和第二电流电平，而所述第二电流电平可在阈值附近、阈值或者阈值下。

还公开了一种减小光信号发生器光斑的系统。一种结构包括配置为产生控制信号的控制器和响应于所述控制信号的切换器。所述切换器配置为产生切换输出从而所述切换输出包括至少具有一个值和另一个值的信号。所述实施例还包括配置为接收切换输出并产生强度对应切换输出的光信号的光信号发生器，所述第二值处于光信号发生器阈值、阈值附近或者阈值下。

在一个实施例中，第二值造成相干光输出减少。第二值可以为零信号。认为控制信号可包括负载循环控制信号，并且负载循环控制信号控制第一值和第二值的持续时间。例如，改变为第二值产生光信号的振荡，其反过来减小光信号的光斑。

公开了另一种减小光系统光斑的系统，包括配置为输出驱动信号的驱动器，驱动信号的值在工作时产生周期性处于阈值或者低于其两倍的光功率。光信号发生器配置为接收驱动信号并响应于所述驱动信号产生光信号。由于驱动信号的周期性，光信号由于驱动信号值周期性地低于阈值而减小光斑。

在所述系统的一个变体中，阈值可以为输入光信号发生器的信号输入值，低于所述信号输入值，光信号发生器不产生光。驱动信号值可在第一电平和第二电平之间交替。在一个结构中，光信号发生器包括多个波长相同或者相似的相干光源，以伪随机或者随机的方式异步驱动这些光源至阈阈值以下、值附近或者位于阈值，以防止图像伪像或者减小EMI。还认为驱动信号可在每帧的像素周期内不同时间周期性降至阈值以下、附近或者阈值以防止图像伪像或者减小EMI。

本领域技术人员在阅读下面的附图和详细的说明时将清楚或者变得清楚本发明的其它系统、方法、特征和优势。期望所有这些其它的系统、方法、特征和优势包括在所述说明书内、处于本发明的范围内、并受到附加权利要求书的保护。

附图说明

附图中的部件不一定按比例，而是重点在于描述本发明的原理。在附图中，相同的附图标记在整个不同的视图中表示相应的部件。

图1A示出了具有最小振荡的光脉冲图；

图1B示出了产生图1A光脉冲的电流脉冲图；

图2A示出了振荡增加的光信号；

图2B示出了产生图2A中所示出的光信号的驱动电流脉冲；

图3A示出了图3B中所示出的驱动电流脉冲所产生的示例性光信号图；

图3B示出了驱动电流脉冲图；

图4示出了阶梯式驱动器电流脉冲的示例图；

图5示出了示出降至阈值以下但不到零的驱动器电流的示例图；

图6示出了在返回至近阈值或者“预偏置”电平之前关闭光信号发生器电流的信号的示例图；

图7示出了每个像素的常规光信号发生器调制示例图；

图8示出了每个像素的光斑减小调制示例图；

图9示出了关于驱动器电流的光信号功率的示例图；

图10示出了光信号发生器的电流选择器的示例实施例；

图11示出了示例运行驱动信号发生器的示例性结构图；

图12示出了一种产生负载循环控制信号的示例性方法图；

图13示出了具有相关信号图的负载循环控制信号发生器的示例实施例；

图14示出了配置为产生具有相关信号图的负载循环控制信号的多相环振荡器示例实施例；

图15A示出了随时间的在I_峰值和阈值I_TH之间的正弦波驱动电流图；

图15B示出了图15A所示出的驱动电流产生的光信号功率的随时间变化图；

图16A示出了随时间的在I_峰值和阈值I_TH之间的三角波驱动电流图；

图16B示出了图16A所示出的驱动电流产生的光信号功率的随时间变化图；

图17A示出了随时间的在I_峰值和阈值I_TH之间的脉冲信号驱动电流图；以及

图17B示出了图17A所示出的驱动电流产生的光信号功率的随时间变化图。

具体实施方式

这里所使用的术语光信号发生器定义为实质任何发光的装置、元件或者结构。其可包括但不限于激光器、发光二极管、液晶显示器、激光二极管、气体激光器、色心激光器、固态激光器、或者任何其它由于光干涉而受到光斑或者其它图像质量下降影响的光源。这里所使用的术语光可包括任何类型包括但不限于近红外、远红外、可见光谱、或者紫外光的光或者光的波长。术语干涉指的是所考虑光能的发光光谱的宽度。宽度通常由发射功率降至低于峰值功率一半的波长范围测量。对于投影仪应用，认为1nm或者更小的发射宽度为“干涉”。不同的应用可能认为不同的光谱宽度为干涉。还认为其它类型的输出能量同样可得益于减小的干涉。术语减小的干涉定义为当激光输出由大于90％的激发发射组成时发射光谱的宽度增大50％或者1nm中较小者时。这一点于现有技术光信号不同，例如在使用这里所公开的去光斑方法之前的光信号。术语宽度指的是光谱宽，例如可采用光谱分析装置测量。

光斑图形为受到相差和/或强度波动影响的相干波前相互干涉所产生的随机强度图形。因此，光斑为由于产生图像的光的干涉所产生的不想要的图像异常。干涉可呈频率干涉、相位干涉、空间干涉或者其任何组合的形式。当光波以形成光波间相长和相消重叠的方式对准时发生光干涉。相长重叠使得光强增大而相消重叠使得光强减小。对于观察者，所增大的光强和减小的光强使得图像呈现在图像中出现的光斑。如可理解，这一点将干扰观察，产生低质量光并且不可接受。虽然所有的光源可受到光斑影响，但是激光器因为其所发射光的高干涉性特别容易受到影响。因此，尽管激光器为输入功率非常有效的光源，但是激光的过量光斑造成激光的使用率减小。在其它应用中，例如条形码扫描器、光谱仪、测距仪，光斑转化为减小的信噪比，并降低总系统性能：光敏性、准确度和分辨率。

当在光信号发生器阈值电流附近或者以下从光关闭状态驱动光信号发生器时，其将显示一定时间(通常为几纳秒或者更短)的弛豫振荡。阈值电流定义为启动或者维持光源的激发发射输出所需要的电流。阈值电流取决于特定光源。在弛豫振荡发生期间，光信号发生器所发出的光谱图形的纵向模式将比输出稳定时多。在此期间各种光学模式也可不同。每个纵向模式将形成不同的光斑图形，这些图形将“混和”或者混杂在一起以减少光输出中光斑的总出现。一些激光器被光学泵浦而非电学泵浦，在这种情况下阈值光功率和电学泵浦的激光器中的阈值电流类似。在下面的实例中，可以想象可以以和电流类似的方法调制光泵浦以对激光输出去光斑。

发明人所进行的实验室观测表明通过调制提供给光信号发生器的电流而减小光斑。可以通过多种方法实现这一点。在一个实施例中，将驱动电流从光源“开启(on)”电平脉动至接近阈值电流的电平、阈值电流电平或者阈值电流之下的电平。术语“接近阈值”定义为使得光输出功率为阈值电流下的光输出功率两倍的电流。阈值电流定义为这样的电流输入电平，在该电平处或该电平之上，光输出由激发发射而非自发发射占主导。在一个实施例中，阈值电流定义为这样的电流，在高于该电流时，光输出相干，而低于该电流时，光输出不相干。

在一个实施例中将驱动信号调制为正弦波信号以调制光信号发生器电流，从而当“平均”光强保持恒定时，通过使驱动电流规则达到阈值电流附近、阈值电流或者阈值电流之下而减小光斑。驱动信号达到阈值电流或者阈值电流附近或者阈值下时的频率可取决于光信号发生器。在一个实施例中，驱动电流降至阈值附近、阈值或者阈值下时的频率可等于或者大于20兆赫兹但是小于40兆赫兹。在一个实施例中，频率为40兆赫兹至50兆赫兹。在一个实施例中频率处于或者大于五十兆赫兹。在一个实施例中频率等于或者大于100兆赫兹。还认为电流的调制可取决于应用，从而频率范围可非常宽。通过实例而非限制，在扫描投影仪系统中，用于系统操作的频率可以为100MHz的量级，从而去光斑调制应当高于此，对于LCD型投影仪，所述应用所需要的调制速度为～300Hz至数kHz，因此去光斑调制可低得多，例如20MHz。还设想，今后的节能方法可脉动电流，但在足以减小光斑的频率将不进行这样的脉动，除非这样的脉动也以减小光斑的目的进行。但是认为对于扫描投影，可以以高频率应用节能脉动。在这种情形，预偏置将是必要的，以尽量减小扫描投影系统的开启延迟。在这种情形，认为当驱动信号被脉动至低于光信号发生器阈值电流时，其将随后被驱动至阈值附近的预偏置电平，以减小光开启延迟或者阻止光信号发生器的过量的光学过辐射。

迄今为止的实验室测试尚未建立驱动电流处于阈值电流附近、阈值电流或者阈值电流下的周期持续时间与光斑减小程度增加之间的关系。因此，认为根据期望光强和一致性的输入功率要求，驱动电流可处于阈值附近、阈值、或者阈值下达任意时间。在一个实施例中，光源开启的时间比光源关闭的时间或者驱动电流处于阈值附近、阈值或者阈值下的时间长。同样，负载循环不如驱动电流降至阈值附近、阈值或者阈值下时的频率重要。在一个示例性实施例中，光源开启时间小于25纳秒，而在另一个实施例中光源开启时间小于10纳秒。当然，在所有情况下，时序、频率和其它运行参数取决于光源及其内在物理特性。例如，在一些情况下，如果光源为激光则这些参数可与光源的谐振腔长度相关。在另一个实施例中这些因子可取决于光源获得优选模式或者波长所需要的时间、或者相干的稳定时间、或者激光材料的电子能量状态(载流子寿命)的时间常数。在一个实施例中，这些因子取决于光源达到稳态波长和相位所需要的时间。

减小光斑特征还在于光源行为本身。在一个配置中，光源被控制为在激发发射和自发发射之间周期性转变。在一个实施例中，所述转变定义为周期性具有至少10％自发发射的输出。通过将光源的电流输入周期性控制使至少10％的光输出来自自发发射的电平，可减小光斑。认为可以以各种方式强迫光源周期性转变至自发光输出。

在一个实施例中，光源可被控制为周期性输出减少的干涉光而非一直输出相干光。周期性产生和输出减少的相干光具有减小光斑的效果。认为可以以各种方式强迫光源周期性转变至减少的相干光输出。

还可通过较慢开启光信号发生器而类似减小光斑。因此，将调制电流增加至阈值电平(光信号发生器转变为激发发射时的电流)，然后增加至期望的最终值。通过高频重复该脉动，其具有连续引入弛豫振荡并如上所述减小光斑的效应，同时尽量减小光信号发生器的光开启延迟。

示例性应用环境包括利用光并且其改进的光质量将改进系统操作或者输出质量的任何环境或者系统。示例性应用环境包括投影仪、自由空间应用、背光或者包装应用、膝上型电脑、便携或者移动电话、条形码扫描仪、包括投影光束装置的投影装置、光谱仪、夜视、激光测距仪、目标识别和照明、全息照明、CD/DVD/蓝光光存储应用、医疗应用、包括但不限于印刷应用和半导体制造装置的光刻、LCD装置、LED装置、单光源装置、多光源装置(其中单色或者多色、多色光源、同色多光源)、光扫描系统、采用高度相干光源的医疗装置、其中高度相干光源例如用于激光切削、激光雕刻、或者激光烧蚀的工业应用。投影装置可投影至任何包括屏幕、背光或者目标的事物上。投影系统可以为固定、便携的视网膜扫描投影仪、自动投影仪、HUD显示器或者任何其它投影系统。

通过实例而非限制，如图1A和1B所示，扫描投影应用通常利用随着像素不同而改变至特定像素所需要电平的光信号发生器驱动电流脉冲。图1A示出了振荡最小的光脉冲图。图1B示出了产生图1A光脉冲的电流脉冲图。如这里所示出，图中元件不一定成比例，相反重点在于示出本发明的原理。在附图中，相同的附图标记在不同附图中指代相应的部件。在图1A和1B中，在垂直轴104上示出量值，而在水平轴108上示出时间。光信号量值116和相应电流脉冲120相关。像素周期112定义为时间帧，在该时间帧中，对一个视图或者从系统输出一个像素信息。

如图1A所示，因为光信号发生器总是在阈值上工作，所以弛豫振荡124极小并且时间非常短。因此，光输出相干而光斑图形非常明显。同样，如图1B所示，相应的电流脉冲130在产生图1A光信号的像素周期期间量值一致。

为减小或者消除光斑，可更改电流信号例如电流脉冲的特性。通过更改光信号发生器电流脉冲以返回阈值、阈值下或者阈值附近，光信号发生器的弛豫振荡将增加，这一点将如上和这里所述减小光斑。图2A和2B示出了使得光信号中弛豫振荡增加的电流驱动器信号的电流和光信号图。图2A示出了振荡增加的光信号。图2B示出了形成图2A中所示出光信号的驱动电流脉冲。垂直轴104代表光信号和电流脉冲的量值。水平轴108表示时间。

这里所描述的原理和创新还可用于光强恒定的投影仪。这样的投影仪的一个实例为LCD投影仪。尽管对光强恒定的投影仪而言光信号发生器电流可能不是随着像素而脉动，但是在以相同平均电流高频地脉动光信号发生器以减小光斑可应用相同的方法。在一个实施例中，所述平均电流电平可按帧进行并被调节以获得光斑减小的相同益处。

还认为所述系统可调节电流信号。通过调节近阈值电流(和采用振荡器信号类似)，可实现改变弛豫振荡特征或者允许光信号发生器阈值电流随温度的变化的其它优点。可采用多种调节方法，例如采用正弦波振荡器、方波脉冲或者任何其它类型的调节方法。

图3A、3B和4示出了减小光斑的脉冲或者信号的示例图。图3A示出了图3B中所示出驱动电流脉冲所产生的示例性光信号图。图3B示出了驱动电流脉冲图。在这些示例图中，电流脉冲在I_ON和I_TH之间变化。I_ON表示期望开启光源至期望强度的电流电平，而I_TH表示阈值电流。通过脉动阈值电流I_TH和I_ON电流电平之间的电流，所产生的光信号包括减小或者消除光斑的振荡。

还认为如图3A所示电流可保持低于或者接近阈值一段时间，这一点反过来使得光强度减弱。电流处于阈值的时间周期可改变并被选择为优化光质量和强度。

图4示出了阶梯式驱动器电流脉冲的示例图。还认为如所示电流值可减小至零，然后阶跃至阈值并且然后至I_ON。将电流从零阶跃至阈值电流具有缓慢开启的效果。这一点可通过将电流首先阶跃至阈值然后至开启电流而对于全开启电流减小开启延迟(对特定像素而言)。这一点反过来使得系统可满足快速光学开启时间和显示或投影响应时间规格。此外，所述方法将减小可能破坏光源反射镜或者光源本身的光学过辐射和光学环。

图5示出了其中驱动器电流降至阈值电流以下但不到零的示例图。在所述示例图中，电流信号504提高I_ON电流值以从光源产生光输出。在处于开启电平一段时间后，电流降至阈值电流或者阈值电流以下但是高于零。其后，电流再次升高至I_ON。所述过程可重复以维持光信号振荡，这一点减小或者消除光斑。将电流调节至更接近阈值的电平而非关闭电平(零)具有尽量减小光学开启延迟但仍然可获得减小光斑的目标的优点。认为还可关闭光源然后再开启光源并减小光斑，或者在任何接近阈值的电平至关闭。

还认为电流不能一直返回至阈值。因此，如这里所公开的，在返回至I_ON时电流可减小至任何电平或者阶跃至任何电平。在返回全I_ON之前的阶跃可低于、高于或者处于阈值电流。根据特定的光信号发生器，不同的低电流将产生不同程度的有益效果。

图6示出了在返回至近阈值或者“预偏置”电平之前达到零的驱动信号的示例图。在所述示例图中，在电流电平608延迟或者阶跃信号604的上升电流斜率。电流电平608可处于、低于或者高于阈值。通过在返回近阈值或者“预偏置”电平之前关闭光信号发生器电流，则也可减小能耗。在这些情况下，期望的是在施加I_ON脉冲之前切换至近阈值以尽量减小光信号发生器的开启延迟或者可对光信号发生器或者反射镜有害的大的光学峰。在一个实施例中，关闭或者近阈值或者预偏置电平可仅仅短时间存在，因此I_ON脉冲可在绝大部分像素周期存在。在其它实施例中，I_ON脉冲时间可用于任何时间周期。还认为可调节峰值I_ON脉冲以补偿关闭或者近阈值时间以产生像素周期的相同平均或者积分功率值。I_ON可以随时间处于相同或者不同的量值。

图7示出了常规光信号发生器每个像素调制的示例图。在所述示例图中，调制电流量值示出在垂直轴704，而水平轴708表示时间。调制信号将在不同的电平716、720和712变化，这些电平可根据应用每个像素改变或者不变。较小的调制电流值将减小或者消除光信号发生器的输出。调制信号不规则达到阈值电流电平724，从而在现有技术应用中出现光斑。

图8示出了每个像素光斑减小调制的示例图。和图7相比，相似的元件以相同的附图标记标注。和图7相比，调制信号返回至阈值电流电平724、阈值电流下或者接近于阈值电流。通过返回至阈值、阈值下或者接近阈值光斑减小，这是因为振荡被引入所产生的光信号中。这些为示例图，同样下面的权利要求不限于这些信号图。例如，将光信号发生器的电流减小至接近阈值、阈值或者阈值下不必在像素开始进行。在图8的示例图或者任何其它示例图中，其有时在像素中间在像素周期内的任意时间帧进行。可通过打乱像素周期内的发生尽量减小投影图像中出现视觉假象的几率。

有许多种可设置近阈值电平的方法。一些实例包括采用温度补偿阈值电流变化的模拟偏置基准、采用由具有基于存储在存储器中的查找表的值的数模转换器设置的基准、或者基于2个或多个工作电流的测量功率外推至阈值电流的功率控制环。图9示出了为垂直轴904上的光信号功率关于水平轴908上的驱动电流的示例图。所述图示出了经过阈值后输入电流的增加产生通常成比例的光信号功率的增加。如所示出，对于电流I₁，从光信号发生器输出光信号功率P₁。对于电流I₂，输出光信号功率P₂。斜率定义为(P₂-P₁)/(I₂-I₁)。阈值电流定义为I₁-(P₁/斜率)。

这里所公开的方法和设备和现有技术相比具有多个优点和益处。例如，其它提出减小光斑的方法包括添加振动板、相位阵列、采用特殊屏幕或者其它机制消除光斑图形。其它元件增加了成本、尺寸并可能增加投影仪解决方案的能耗，在特别是例如关注尺寸、成本、功率和电池寿命的紧凑便携式投影仪应用的应用中，每一点都是不期望的。本发明没有附加元件并且能耗最小。本发明可与任何光源、激光器、投影装置或者应用一起使用，并且可与新开发的或者现有的驱动器一起使用。

图10示出了光信号发生器的电流选择器的示例性实施例。其仅仅为一个可能的实施例，从而，认为可不偏离下面的权利要求实现其它实施例。在该实施例中，提供第一电流电平节点1004和第二电流电平节点108并且可由选择器1012例如开关选择。控制信号输入确定选择器位置。处理器或者控制器可产生控制信号。对光信号发生器驱动器1016提供处于电平一1004或者电平二1008的电流。可以通过包括但不限于如前所述的采用数模转换器和/或电流发生器的任何方式建立电流电平一和二1004、1008。驱动器1016的输出发送至在所述实施例中包括激光二极管的光信号发生器1020。在其它实施例中，可利用任何类型的光源。当安装图10的设备时根据系统类型输出和利用所产生的光信号1024。

工作时，图10所示出的系统利用控制信号或者其它装置选择地连接或者提供电流电平一1004或者电流电平二1008或者两者都不连接或者提供至驱动器1016。可认为控制信号是负载循环控制信号。认为可去除驱动器1016，而电流电平一1004或者电流电平二1008或者任何其它电平可被选择地连接或者切换至光学信号发生器1012。在所述示例实施例中，如果系统中期望光强改变则电流电平二1008可改变。选择电流电平一1004以将激光器偏置在阈值附近、阈值或者阈值下，以在电流电平一和电流电平二之间调制激光器时减小光斑。

驱动器1016产生光装置驱动器电流，所述电流发送至光信号发生器1020，光信号发生器1020从而产生光信号1024。所产生的光信号1024取决于使用环境。通过选择连接至电流电平一1004、电流电平二1008或者没有电流而建立的控制信号形成了期望的负载循环调制电流，所述电流产生至光信号的振荡，所述振荡又减小或者消除不需要的光斑。

图11示出了示例性运行驱动信号发生器的示例性结构图。其仅仅为一个可能的实施例，同样，认为可不偏离下面的权利要求地实现其它实施例。图11还示出了可用于控制图11负载循环的示例性控制信号输入模式。提供此是用于理解的目的，并且认为可利用其它控制信号。和图10相比，相似的元件以相同的附图标记表示并且在下面不再详细讨论。

在所述示例性实施例中，控制信号输入1104接收控制脉冲1108。所述脉冲选择地致动电流反射镜配置1112，从而能够将V_DD输送至反射镜并向驱动器1016的输入提供量值为电平一的电流。图11所示出的对应电流电平2的系统的相对侧以和上述方式相似地运行以运行反射镜1112。认为调节控制信号1108、1120的时间并同步以获得期望的运行。在这里控制信号可称作负载循环控制信号，这是因为控制信号控制驱动信号负载循环的一个或多个方面并产生光信号。

在一个或多个实施例中，可提供其它电流反射镜和相关控制脉冲以向驱动器1016提供其它输入。这样，通过或者仅仅采用所示出的两个电流电平或者其它电流电平，可向驱动器1106提供多个不同的驱动电流值，其又可影响至光信号发生器1020的输出以获得期望的振荡电平。

图12示出了一种产生负载循环控制信号的示例方法图。在所述示例图中，一个或多个高速振荡器和一个或多个计数器一致运行以产生负载循环控制信号，可利用所述控制信号控制开启脉冲和关闭脉冲(低信号电平)的持续时间。通过改变一个或多个计数器的值，所述系统可改变波形1118、1120的负载循环。在这些图中，顶部曲线图1204示出了负载循环波形，下面曲线1208示出了包括计数器开启信号和计数器关闭信号的计数器输出。

图13以相关信号图示出了负载循环控制信号发生器的示例实施例。在所述示例实施例中，重置开关1304将电容器1308选择地接地，地可使电容器放电。电容器1308经开关1316选择地连至电流源1312。通过运行开关，电容器被充至电压V_A并且放电。电压V_A给送至比较器1324。比较器1324还接收电压V_REF作为输入，选择所述电压以获得期望的操作和负载循环。当比较器1324启动时其输出提供给AND门1328，所述门然后产生负载循环控制波形。至AND门1328的另一个输入为V_IN。改变所述值V_A，或者源1312的电流，或者电容器值，同样可调节锯齿波的斜率和其它参数，其反过来改变所产生的负载循环V_OUT。提供逆变器1332以反转AND门的输出，其反过来产生反向负载循环信号。图13所示出的图线包括V_IN、V_REF、V_OUT、反向V_OUT。这些图线对应示例实施例中所示出的信号节点。

图14以相关的信号图示出了配置为产生负载循环控制信号的多相环振荡器的示例实施例。在所述实施例中，如所示出多相环振荡器1404包括多个输出。输出信号包括输出V₀₁、V₀₂、...V_0n。在所述示例实施例中，环振荡器1404包括多个逆变器并且还可包括一个或多个延迟器。输出波形V₀₁、V₀₂、...V_0n被逆变器的传播延迟器延迟。在所述实施例中，V_0n的延迟等于逆变器的号码n，其中n为任何整数。所产生的信号图V₀₁、V₀₂、...V_0n对应振荡器1404的相关输出。还可采用组合逻辑，可组合输出以产生各种和期望的负载循环控制信号。

图15A示出了随时间在I_峰值和阈值I_TH之间变化的正弦驱动电流图。图15B示出了图15A所示出的驱动电流所产生的光信号功率随时间变化图。光信号功率在零和两倍平均功率之间变化。其是一种可能的驱动电流信号和所获得的光信号。也可考虑其它信号波形。

图16A示出了三角波驱动电流随时间在I_峰值和阈值I_TH之间变化的图。图16B示出了图16A所示出的驱动电流所产生的光信号功率随时间变化图。光信号功率在零和两倍平均功率之间变化。其是一种可能的驱动电流信号和产生的光信号。也可考虑其它信号波形。

图17A示出了脉冲信号驱动电流随时间在I_峰值和阈值I_TH之间变化的图。图17B示出了图17A所示出的驱动电流所产生的光信号功率随时间变化图。因为驱动信号处于I_峰值的时间百分比高于处于I_TH的时间百分比，所以峰值光功率信号P_峰值不必远大于平均功率P_AVG。因此，光信号功率在零和大约1.2倍平均功率之间变化。其是一种可能的驱动电流信号和产生的光信号。也可考虑其它信号波形。

就正弦波和三角波而言，如果最低电平的信号处于阈值附近或者低于阈值则那些信号可实现减小光斑的目标。但是，由于那些信号的对称性，峰值功率有效地为所需要平均功率值的2倍。如果不进行光斑减小调节时激光器通常在最大指定功率附近运行，则2X平均功率的峰值功率值可降低激光器的可靠性。

对于脉冲波形，不对称的负载循环(开启时间长于关闭时间)实现减小光斑的目标同时需要远小于正弦波或者三角波实例的峰值功率。脉冲波形下的峰值功率通常为平均功率的大约1.2倍而非正弦波和三角波中平均功率的2倍。随着光信号接近激光器最大平均功率，因此脉冲方法有利，这是因为峰值功率仍然与可靠激光器运行的可接收峰值功率兼容。应当注意平均功率不明显变化，因此不可能发生由于高于指定界限的延长运行对装置的破坏。

其它脉冲形状也可用于有效减小光斑。其主要是为了强调一种方法，所述方法基本上为一种限制激光器处于阈值附近或者阈值下的时间并快速返回至峰值功率的方法。

还注意到改变随时间从接近阈值脉冲至阈值脉冲下的时序将减小或者消除投影图像中任何可能的假象。通过处于阈值电流、阈值电流附近或者阈值电流下的时间位置，观察者或者系统将不能察觉到光强变化图形即选通。在具有多个光源的实施例中，可非同步或者随机化驱动电流的脉动(或者减小)，以保证所产生的光输出不能可察觉地改变光强。

因此，认为可利用多个波长相同或者相似的光源并且可同步或者不同步地脉动所述多个光源至阈值附近、阈值或者阈值下，以减小或者防止图像假象或者减小EMI。在具有多个光源的系统中，所述原理可应用于一个或多个这样的多个光源以减小光斑。相似地，可同步或者不同步地脉动多个波长不同的光源至阈值附近、阈值或者阈值下以减小或者防止图像假象或者减小EMI。还认为可如这里所描述地在每帧的像素周期的不同时间周期脉动光源至阈值附近、阈值或者阈值下以减小或者防止图像假象或者减小EMI。

认为此外驱动电流脉动或者减小至阈值可以以高于人类感知的速率进行。此外，随着接近阈值脉冲至低于阈值脉动之间的时间增加，所述方法的有效性可降低。有效性降低是因为在返回较高功率后光信号振荡仅仅发生有限时间。

在一个实施例中，可选择地启用和禁用这里所描述的减小光斑方法。当采用有和无光斑图形地投影或者扫描进行分析例如表面粗糙度分析时这一点是有利且令人期望的。此外，如果所述应用得益于光斑，则可选择关闭光斑减小。

还认为光斑减小可对采用这里所公开的光斑减小方法的系统产生其它益处。例如某些应用不一定因为光斑而变劣势，但是光斑减小将改进光质量，从而可有其它益处，例如但不限于改进的信噪比、较低功率输出要求、设备的较小几何形状、更高的数据速率或者分辨率密度、更好的精度或者灵敏度。

本领域技术人员在查看下面的附图和详细说明时将清楚或者变得清楚本发明的其它系统、方法、特征和优势。期望所有这些其它系统、方法、特征和优势包括在所述说明内、处于本发明的范围内、并且受到附加的权利要求书的保护。还认为这里所描述的光斑减小方法和设备还可与其它光斑减小方法和设备结合以获得组合的光斑减小。

应当注意基于实验室测试，光斑减小影响光的相位和频率，但是其它方面例如常常称为光束质量的空间干涉不受影响。这一点是所期望的，这是因为特别是对于激光器而言，期望具有空间干涉。

图18示出了使用的示例环境。尽管在投影仪系统中示出，但是认为这里所公开的方法和设备能够用于许多种如这里所列出的其它环境。如上所述，并且如图1A所示，在某些投影仪系统中光源108例如红光源、绿光源和蓝光源提供光104。在其它实施例中，可利用不同数量的光源。在一个实施例中，利用单个光源。所述光源可包括激光器、LED、或者任何其它如上面所述的光源。通过通过像素阵列120照亮这些光信号并过滤这些光信号形成图像112。在一个实施例中像素阵列120为LCD/LCoS系统，但是在其它实施例中阵列可包括任何装置或者可省略。

在所述实施例中，像素阵列120为其中每个像素可构造得透明或者不透明或者透明和不透明之间的一定程度不透明的像素阵列124。通过经光源108的光照亮或者阻挡(选择地对每个像素)光源108的光形成投影图像112。所产生的图像112可投影至观察屏116上。还可在一些实施例中利用多像素阵列(LCD/LCO屏)(例如每种颜色一个阵列)。

如所示出，驱动器144驱动光源108。控制器130连至驱动器144和像素阵列120，以向这些装置提供一个或多个控制信号。在所述示例实施例中，控制器130接收图像数据，尽管在其它实施例中认为可将其它类型的数据发送至控制器。所述一个或多个控制信号发送至像素阵列120以控制不同时间周期和/或帧中每个像素的不透明度。术语不透明度定义为指允许经过像素阵列120中像素124的光量。

在所述示例实施例中，控制器130配置为使得驱动器周期性脉动至阈值附近、阈值或者阈值下，其又使得光源108在物理操作中处于阈值附近、阈值或者阈值下。如上所述，这减小光斑。还认为控制器或者处理器148而非或者除了控制器130可向驱动器144提供输入例如负载循环控制信号，驱动器144将减小在阈值、阈值附近或者阈值下输出的周期。

认为像素可透明，允许100％的光通过，或者不透明，不允许光(或者非常少的光)通过，或者其间任意程度的不透明度以允许变化程度的光通过像素阵列120的每个像素124。

一个或多个控制信号和驱动器144控制光源108以控制光斑减小的强度、周期、周期脉动，或者其它关于一个或多个光源所发出光的因素。应当注意在所述示例实施例中，光源不是同时开启，从而，3个光源的每个光源在帧的三分之一周期内开启。人眼的缓慢反应时间使得即使依次开启颜色(光源)每帧也感知为全色。如这里所描述的相似原理可应用于采用反射镜或者透镜或者其它扫描设备的扫描系统。下面的未决申请讨论扫描图像的激光投影系统，并且其整体在此引入作为参考。标题为可控制调节激光投影显示器中激光的方法和设备的申请20080055557。所述公开讨论扫描型投影系统。

在图18顶部为两个示例像素阵列120A和120B，其任一个都可利用。这些像素阵列处于光源108和屏幕116之间的光路上。在图1A顶部所示出的像素阵列120中，部分120被旋转90度以帮助理解像素屏。在期望用于讨论目的的所述示例实施例中，像素阵列中对应可见图像112上第一像素的像素124标记为“1”。可见图像112上第二像素的像素标记为“2”。如可理解，在所述实施例中，对于可见图像中每个像素，像素阵列120A具有三个像素124。在该实施例中，每个像素124被分配一种光源颜色，例如红、绿和蓝，并因此在光源发光时的时间周期内受到控制。在其它时间，其可为不透明以阻挡或者阻止光通过。

在一个实施例中，如像素阵列120B所示，在像素阵列120上的像素和图像112的像素之间存在一一对应的关系。对每个帧周期分别控制每个像素124。例如，如果帧时间被划分为3个时间窗口，红、绿、蓝每种颜色一个窗口，则每个像素124的不透明程度在三个时间窗口的每个窗口期间将可能随着所述帧的像素的强度和颜色的不同而不同。从而，在所述帧期间控制每个像素124的不透明程度以允许期望量的每种颜色光通过。眼睛将趋向于混和这种光以形成实际的期望颜色。认为可开发不偏离权利要求的选择性允许光通过像素阵列120的其它方法。

尽管结合像素阵列讨论了所述示例性环境，但是如这里所公开的减小光斑的益处可借助或者不借助像素阵列或者在利用受光斑影响的光源的任意环境或者系统中启动。

虽然描述了本发明的各种实施例，但是本领域技术人员将清楚的是更多的属于本发明范围的实施例和应用都是可能的。此外，可请求保护这里所描述的各种特征、元件和实施例，或者将其组合在任意组合或者结构中。

Claims (26)

1.一种减小光信号发生器的光输出中光斑的方法，包括：

产生驱动信号，其中所述驱动信号在第一值和第二值之间周期性变化，所述第一值大于所述光信号发生器的阈值电流，所述第二值接近、处于或者小于所述光信号发生器的阈值电流；

向光信号发生器提供所述驱动信号；以及

利用所述驱动信号驱动光信号发生器以产生光信号，其中周期性变化到所述驱动信号中的第二值，以减小所述光信号中的光斑。

2.根据权利要求1的方法，其中所述光信号发生器包括激光器。

3.根据权利要求1的方法，其中所述驱动信号周期性向下变化至第二值产生低于光阈值的相应光信号。

4.根据权利要求3的方法，还包括产生负载循环控制信号，其中所述负载循环控制信号控制在所述第二值处的持续时间的驱动信号。

5.根据权利要求1的方法，其中产生驱动信号包括在第一电流电平和第二电流电平之间切换驱动信号。

6.根据权利要求5的方法，其中周期性包括大于或者等于20MHz的频率。

7.一种减小光信号中光斑的方法：

产生驱动信号；

向光信号发生器提供驱动信号；

响应于驱动信号，产生光信号，其中所述光信号周期性地包括大于10％的自发发射。

8.根据权利要求7的方法，其中所述光信号发生器包括激光器。

9.根据权利要求7的方法，其中周期性包括处于大于1兆赫兹的频率。

10.根据权利要求7的方法，其中在光信号不大于10％的自发发射的周期中，剩余光信号由激发发射组成。

11.根据权利要求7的方法，其中产生驱动信号包括产生这样的驱动信号，该驱动信号的值周期性降至接近、低于或者处于阈值电流。

12.一种减小光信号中光斑的方法：

产生驱动信号；

向光信号发生器提供驱动信号；

响应于驱动信号，产生光信号，其中光信号发生器周期性输出相干性减小的光，所述光又减小光斑。

13.根据权利要求12的方法，其中所述驱动信号包括这样的脉冲，该脉冲脉动所述光信号发生器降至阈值之下，以产生相干性减小的光。

14.根据权利要求12的方法，其中所述光选自远红外光、红外光、可见光、和紫外光。

15.根据权利要求12的方法，还包括建立驱动信号控制信号，其中所述驱动信号控制信号控制通过光信号发生器产生的相干输出光的频率和持续时间。

16.根据权利要求12的方法，其中所述驱动信号包括第一电流电平和第二电流电平，而所述第二电流电平接近、处于或低于阈值。

17.一种减小光信号发生器中的光斑的系统，包括：

控制器，其被配置为产生控制信号；

切换器，其响应于所述控制信号被配置为产生切换输出，所述切换输出包括至少具有第一电平值和第二电平值的信号，

光信号发生器，其被配置为接收所述切换输出，并产生强度对应于所述切换输出的光信号，其中所述第二电平值处于、接近或低于所述光信号发生器的阈值。

18.根据权利要求17的系统，其中所述第二电平值使得相干光输出减少。

19.根据权利要求17的系统，其中所述第二电平值为零信号电平。

20.根据权利要求17的系统，其中所述控制信号包括负载循环控制信号，并且所述负载循环控制信号控制所述第一电平值和第二电平值的持续时间。

21.根据权利要求17的系统，其中变化至所述第二电平值产生光信号的振荡，其又减小所述光信号中的光斑。

22.一种减小光系统中光斑的系统，包括：

驱动器，其被配置为输出驱动信号，所述驱动信号的值在工作时周期性处于或者低于导致是阈值处光功率的两倍的光功率的电流值；

光信号发生器，其被配置为接收驱动信号并响应于所述驱动信号产生光信号，其中光信号由于驱动信号值周期性地低于阈值而光斑减小。

23.根据权利要求22的系统，其中所述阈值为输入所述光信号发生器的信号，在所述阈值之下，所述光信号发生器不产生光。

24.根据权利要求22的系统，其中所述驱动信号值在第一电平和第二电平之间交替。

25.根据权利要求22的系统，其中所述光信号发生器包括多个波长相同或者相似的相干光源，以伪随机或者随机的方式异步脉动这些光源至低于、接近或者处于阈值，以防止图像伪像或者减小EMI。

26.根据权利要求22的系统，其中所述驱动信号在每帧的像素周期内的不同时间周期性降至低于、接近或处于阈值，以防止图像伪像或者减小EML。

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