CN102150070A - 用于mems扫描显示系统等的畸变更改光学装置 - Google Patents

Abstract

简要地，根据一个或者多个实施例，楔体(210)在MEMS扫描显示系统(100)中被置放在MEMS扫描器(114)之后，楔体(210)重定向扫描圆锥同时拉伸和/或挤压图像以减小或者消除在扫描投影仪中固有的畸变，该畸变是由离轴输入光束引起的扫描光束的轨迹和从扫描镜到图像平面的变换产生的。

Description

用于MEMS扫描显示系统等的畸变更改光学装置

背景技术

由于使用的馈送方法并且还因为MEMS扫描镜被用于将在极坐标系统中产生的图像转换成在图像平面处使用笛卡尔坐标系统的图像，微机电系统(MEMS)扫描显示系统通常会具有自然发生的畸变，畸变是由于离轴输入光束引起的扫描光束的轨迹和从扫描镜变换到图像平面而引起的。不像标准光学系统那样，透镜通常不能被放置在MEMS扫描镜之后，因为这种布置将阻止扫描系统具有无穷远聚焦。

附图说明

在说明书的结论部分中，所要求的主题得以特别地指出并且被清楚地要求权利保护。然而，当结合附图阅读时，可以通过参考以下详细说明而理解这种主题，其中：

图1是根据一个或者多个实施例的、基于MEMS的扫描光束显示器的图；

图2是根据一个或者多个实施例的光楔的正视图；

图3是根据一个或者多个实施例的光楔的顶平面视图；

图4是扫描光束显示器的图，示出根据一个或者多个实施例的、显示器的元件相对于光束角度的相对角度；

图5是根据一个或者多个实施例的、利用光楔的扫描光束显示器的等角视图；

图6是根据一个或者多个实施例的、利用光楔的扫描光束显示器的正视图；

图7是根据一个或者多个实施例的、利用光楔的扫描光束显示器的顶平面视图；并且

图8是示意根据一个或者多个实施例的、经由光楔的图像畸变的更改的图。

将会理解，为了示意简洁和/或清楚起见，在图中示意的元件并不是必要地按照比例绘制的。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其它元件得以夸大。此外，如果认为适当的话，则已经在图中重复了引用数字以示意相应的和/或类似的元件。

具体实施方式

在以下详细说明中，阐述了多个具体细节以提供对于所要求的主题的彻底理解。然而，本领域技术人员将会理解，可以不带这些具体细节地实施所要求的主题。在其它情形中，众所周知的方法、过程、构件和/或电路未予详细描述。

在以下说明和/或权利要求中，可能连同它们的派生词一起地使用了术语耦接和/或连接。在特定实施例中，连接可以被用于示意两个或者更多元件处于相互间直接物理和/或电接触。耦接可以意味着两个或者更多元件处于直接物理和/或电接触。然而，耦接还可以意味着两个或者更多元件可以并不处于直接相互接触，而是可以仍然彼此配合和/或互相作用。例如，“耦接”可以意味着两个或者更多元件并不相互接触而是经由另一元件或者中间元件而被间接地结合到一起。最终，可在以下说明和权利要求中使用了术语“在…上”、“覆在…上面”和“在…之上”。“在…上”、“覆在…上面”和“在…之上”可以被用于示意两个或者更多元件相互间处于直接物理接触。然而，“在…之上”还可以意味着两个或者更多元件相互间并不直接接触。例如，“在…之上”可以意味着一个元件在另一个元件上方但是并不相互接触并且在该两个元件之间可以具有另一个元件或者多个元件。进而，术语“和/或”可以意味着“和”，它可以意味着“或者”，它可以意味着“排他性的或者”，它可以意味着“一个”，它可以意味着“一些，但是并不是所有的”，它可以意味着“两者都不”，和/或它可以意味着“两者都”，但是所要求的主题的范围在这方面不受限制。在以下说明和/或权利要求中，术语“包括”和“包含”连同它们的派生词一起地可能得以使用并且旨在对于彼此而言是同义的。

现在参考图1，将讨论根据一个或者多个实施例的、基于微机电系统(MEMS)的扫描光束显示器的图。虽然图1为了讨论的意图而示意扫描光束显示器系统，但是应该指出，可以在一个或者多个实施例中利用扫描光束成像系统、其它类型的成像系统，和/或可替代地，根据一个或者多个实施例能够同样地利用成像系统例如条形码扫描器或者数字照相机，并且所要求的主题的范围在这方面不受限制。如在图1中所示，扫描光束显示器100包括可以是激光光源例如激光器等的光源110，光源110能够发射可以包括激光束的光束112。在一些实施例中，例如在具有红色、绿色和蓝色光源的彩色系统中，光源可以包括两个或者更多光源，其中来自光源的光束可以被组合成单一光束。光束112在可以包括基于微机电系统(MEMS)的扫描器等的扫描平台114上入射，并且从扫描镜116反射出去以产生受控的输出光束124。在一个或者多个可替代实施例中，扫描平台114可以包括衍射光栅、移动光栅(moving optic grating)、光阀、旋转反射镜、自旋硅装置(spinning silicon device)、飞点投影仪(flying spot projector)或者其它类似的扫描装置或者移动光投影装置，并且所要求的主题的范围在这方面不受限制。水平驱动电路118和/或垂直驱动电路120调整扫描镜116被偏转的方向以引起输出光束124产生扫描光束126，由此例如在投影表面和/或图像平面上形成显示图像128。虽然例如在一个具体实施例中扫描光束126可以包括如在图1中所示的光栅扫描，但是投影图像不需要被限制为其中其它扫描光束图案可以被同样地利用的光栅扫描，并且所要求的主题的范围在这方面不受限制。通常，可以产生任何扫描光束图像。显示控制器122通过将显示图像的像素信息转换成与扫描平台114同步的激光调制，控制水平驱动电路118和垂直驱动电路120，以便基于扫描光束126和/或任何扫描光束图案中的输出光束124的位置、和图像中的相应像素的相应的强度和/或颜色信息，将图像信息写为显示图像128。显示控制器122还可以控制扫描光束显示器100的其它的各种功能。

在一个或多个实施例中，对生成或捕获二维图像的二维扫描，快速扫描轴可以指扫描光束126的水平方向，以及慢扫描轴可以指扫描光束126的垂直方向。扫描镜116可以以相对较高的频率水平地以及以相对慢的频率垂直地扫掠输出光束124。结果是激光光束124的扫描轨迹以产生扫描光束126，和/或一般地任何扫描光束图案。然而，在这些方面，不限制所要求的主题的范围。

现在参考图2和图3，将分别讨论根据一个或者多个实施例的光楔的正视图和顶平面视图。在一个或者多个实施例中，可以利用光楔210改变由如在图1中所示的扫描光束显示器100产生的图像。在一个或者多个实施例中，可以利用光楔210来减轻或者消除可能固有地在扫描光束显示器或者成像系统中引起的、由扫描平台114产生的图像中的畸变，畸变是由离轴输入光束引起的扫描光束的轨迹和从扫描镜到图像平面的变换引起的。可替代地，可以利用光楔210赋予或者增加由扫描平台114产生的图像中的畸变量，例如当根据应用这种增加的或者以其它方式赋予的畸变是令人期望的时。通常，可以利用光楔210提供由扫描平台114产生或者获得的图像的畸变的一些更改。在一个或者多个实施例中，光楔210通常可以包括光学元件或者光学元件的组合，具有第一表面或者平面212，第一表面或者平面212相对于第二表面或者平面214被以非平行角度置放。在一个或者多个实施例中，光楔210的这种布置可以包括棱镜或者类似地成形的光学装置例如平截头体(frustum)、角锥(pyramid)、圆锥(cone)等，和/或可替代地，光楔210可以包括第一玻璃面或者其它光学材料来体现第一表面212，并且包括第二玻璃面或者其它光学材料来体现第二表面214，并且所要求的主题的范围在这些方面不受限制。

如在图2和图3中所示，由扫描平台114反射和/或产生的输出光束124可以被引导通过光楔210，光楔210进而至少部分地重定向输出射线124，从而控制从光楔210出射的出射光束216。在这种布置中，光楔210能够更改由扫描平台114产生和/或扫描的图像的畸变。在一个实施例中，光楔210能够在至少一个尺寸中更改图像的畸变，并且在一个或者多个可替代实施例中，光楔能够在两个或者更多尺寸中和/或沿着两个或者更多的轴线更改图像的畸变。在下面关于图8示出和描述了这种畸变更改的一个实例。在一个或者多个实施例中，相对于光楔210的第二表面214置放光楔210的第一表面212的角度可以至少部分地基于被扫描平台114扫描或者以其它方式重定向的输入光束112的馈送角度。进而，如在以下图4中所示意地，可以根据例如显示系统100的元件布置，相对于扫描平台114的反射表面或者扫描平面以一定角度置放光楔210。虽然光楔210在图2和图3中被示为置放于在输入光束112被馈送到扫描平台114之后的光路中，但是在一个或者多个可替代实施例中，光楔210可以被置放于在输入光束112被馈送到扫描平台114之前的光路中。在一个或者多个实施例中，可以至少部分地在输入光束112被馈送到扫描平台114之前，和/或至少部分地在输入光束112被馈送到扫描平台114之后置放光楔210，例如其中第一表面212被置放于在输入光束112到达扫描平台114之前的光路中，并且其中第二表面213被置放于在输入光束到达扫描平台114之后的光路中。然而，这些仅仅是可以置放光楔210的实例，并且所要求的主题的范围在这些方面不受限制。

在如在图2中所示的一个或者多个实施例中，可以在除了光楔210之外并且与光楔210相组合的情况下利用第二光楔218。相组合地利用两个或者更多光楔可以提供投影图像的进一步优化。例如，第一光楔210可以提供在投影图像中的大部分或者基本上所有的畸变校正。然而，在多色投影仪例如红-绿-蓝(RGB)投影仪中，这种畸变校正和/或调节还可以沿着畸变得以校正和/或调节的轴线引入色像差，所述轴线可以例如是用于如在以下图8中所示并且相对于该图描述的、微笑(smile)畸变的校正的Y轴线。在这种实施例中，可以利用第二光楔218校正和/或以其它方式调节由第一光楔210引入的这个色像差。在一个或者多个实施例中，单独地或者与经由第二光楔218的、色像差的至少部分校正和/或调节相组合地，由第一光楔210引入的色像差可以经由投影图像的逐个像素调节以电的方式而被至少部分地或者完全地校正和/或调节。在其中利用第二光楔218校正和/或调节由第一光楔210引入的色像差的实施例中，第二光楔218可以包括具有不同于第一光楔210的折射率的倒转楔体。这种第二光楔218还可以具有与第一光楔210的楔角不同的楔角。可以相对于第一光楔210的楔角调节第二光楔218的楔角，或者反过来也可以，以相对于色像差的校正和/或调节而优化所产生的畸变校正和/或调节。通常，第二光楔218可以与第一光楔210的光学性质相比具有相反的或者有效地相反的光学性质，并且可以包括例如被设计成具有这种光学性质的冕牌和燧石玻璃，这种光学性质例如是与第一光楔210相比具有较低折射率和/或较高阿贝数。可替代地，第二光楔218可以包括与第一光楔210相同或者几乎相同类型的玻璃或者光学材料，并且第一光楔210可以被设计成过度校正和/或过度调节图像畸变，并且然后第二光楔218可以被设计成例如通过具有比第一光楔210的楔角更小的楔角而以较小的量反向校正和/或调节畸变，以在第一光楔210和第二光楔218的组合中达到所期望量的总体畸变校正和/或调节，同时还沿着相等或者几乎相等但是相反的方向具有相同或者几乎相同的量的色像差。通常，可以经由楔角控制光学畸变校正和/或调节的量，并且可以经由楔体材料性质例如折射率控制色像差校正和/或调节，并且所要求的主题的范围在这方面不受限制。另外，在一个或者多个实施例中，第一光楔210和/或第二光楔218之一或者这两者可以被具有类似的畸变校正和/或调节性质和/或色像差校正和/或调节性质的其它光学元件替代。例如，光楔210和/或光楔218可以可替代地包括畸变光栅或者梯度折射率GRIN光学装置，或者其它类似的光学元件，并且所要求的主题的范围在这方面不受限制。

现在参考图4，将讨论扫描光束显示器的图，该图根据一个或者多个实施例示出显示器的元件相对于光束角度的相对角度。如在图4中所示，扫描平台114可以以不垂直于扫描平台114的反射表面或者扫描平面的馈送角度接收被扫描的光束112。换言之，光束112的馈送角度可以相对于与扫描平台112的扫描平面垂直的直线被“离轴(off axis)”地设置。进而，扫描平台112自身可以相对于水平参考平面和/或相对于与水平参考平面垂直的直线，或者垂直参考平面被以一定角度置放。同样地，光楔210可以相对于水平参考平面和/或相对于与水平参考平面垂直的直线，或者垂直参考平面被以一定角度置放。在一个或者多个实施例中，可以以从扫描平台114的扫描表面离轴大约12.5度的馈送角度设置被扫描的光束112，可以从水平参考平面以大约4度的倾斜角度置放扫描平台114，并且可以基本垂直于水平参考平面地置放光楔210的第一表面212，其中光楔210的第一表面212相对于光楔210的第二表面214被以大约8.5度置放。通常，光楔210的楔角即在表面212和表面214之间的角度至少部分地是被应用于扫描平台114的输入光束112的馈送角度的函数。可替代地，光楔210的第二表面214可以被基本垂直于水平参考平面地置放。在这种布置中，当跨过图像表面410或者图像平面地扫描输出光束216时，在不利用光楔210的情况下，图像可以具有大约13％的畸变，并且当利用光楔210时可以具有大约5％的畸变。因此，在这种布置中，在一个或者多个实施例中，可以利用光楔210减轻在扫描光束显示器中的图像畸变，但是所要求的主题的范围在这些方面不受限制。在以下图5、图6和图7中示出并且关于所述的图描述了利用光楔210以改变图像畸变的扫描光束显示器的一个实例。

现在参考图5、图6和图7，将分别地讨论根据一个或者多个实施例的、利用光楔的扫描光束显示器的等角视图、正视图和顶平面视图。图5、图6和图7示意如何可以在单一模块中有形地体现图1的扫描光束显示器100，可以在较小形状因子的装置例如蜂窝电话、音乐和/或视频播放器、移动计算机、个人数字助理等等中利用该单一模块。在扫描光束显示器100的这种布置中，扫描平台114可以被布置在扫描光束显示器100的模块内，其中射出扫描平台114的输出光束124可以通过光楔210以使得射出扫描光束显示器100的出射光束216的路径或者多个路径得以更改，这使得所产生的投影图像的畸变得以更改。在其中扫描光束显示器100包括成像单元的一个或者多个可替代实施例中，光射线的方向可以被反转从而可以更改进入光楔210的光束216的射线的方向，以更改经由扫描平台114捕捉的图像的畸变。在例如其中扫描光束显示器包括条形码阅读器或者照相机的这种成像单元实施例中，图1的光源110可以包括光检测器或者成像阵列，但是所要求的主题的范围在这些方面不受限制。因此，在一个或者多个实施例中，光楔210能够更改和/或减轻或者校正在所显示的或者所捕捉的图像中的畸变。关于以下图8讨论了其中光楔210能够减轻或者消除在扫描光束显示器中的梯形畸变或者微笑畸变的实例。

现在参考图8，将讨论根据一个或者多个实施例示意经由光楔27的图像畸变的更改的图。如在图8中所示，可以如例如在图1中示出地由扫描光束显示器100显示图像800。图像800可以具有由于向扫描平台114离轴地馈送光束而产生的图像畸变，该畸变是由离轴输入光束引起的扫描光束的轨迹和从扫描镜到图像平面的变换引起的。由于离轴光束馈送引起的这种图像畸变可以产生也被称作梯形或者微笑畸变的、图像800的非正方形布局802。当图像800实际上被投影到平坦表面上时，这种图像畸变可以类似于被投影到球形表面上的直线图像中的变化。微笑畸变还可以被称作由图像数据从极坐标到直线或者笛卡尔坐标的重映射而引起的重映射畸变，其中重映射畸变是从扫描平台114离轴地馈送输入光束112的角度的函数。在一个或者多个实施例中，如以上所讨论的那样，光楔210能够校正当扫描平台114离轴地馈送输入光束112时的这种图像畸变，从而经由相对于光楔210的表面214基本楔形布置的表面212产生图像800的基本正方形的直线布局804。在一个或者多个实施例中，当未使用光楔210时，如在图8中所示的这种微笑畸变的一个实例可以代表图像800的、大约13％的畸变。通过在扫描光束显示器100中使用光楔210，畸变可以被降低为大约5％或者更低，但是所要求的主题的范围在这方面不受限制。

虽然已经以特定的具体程度描述了所要求的主题，但是应该认识到，在不偏离所要求的主题的精神和/或范围的前提下，本领域技术人员可以更改其元件。相信与用于MEMS扫描显示系统等的畸变更改光楔和/或很多它的附随设备有关的主题根据前述说明将得到理解，并且将明显的是，在不偏离所要求的主题的范围和/或精神的前提下，或者在并不损害所有的它的材料优点、和仅仅是其解释实施例的、此前描述的形式的前提下，和/或进一步地在不对此提供显著改变的前提下，可以在其构件的形式、构造和/或布置方面作出各种改变。权利要求意在涵盖和/或包括这种改变。

Claims (15)

1.一种设备，包括：

扫描平台，所述扫描平台能够扫描被离轴地馈送到所述扫描平台的输入光束以提供扫描光束输出，从而显示投影图像；和

光学元件，所述光学元件能够沿着至少一个或者多个轴线更改所述投影图像的畸变，所述畸变是由离轴输入光束引起的所述扫描光束的轨迹和从扫描镜到图像平面的变换产生的。

2.根据权利要求1的设备，其中能够更改所述投影图像的畸变的所述光学元件包括畸变光栅、GRIN光学装置或者光楔，或其组合，所述光楔包括棱镜、圆锥、角锥、平截头体或者光学材料的一个或者多个表面，或其组合，所述光楔包括第一表面和相对于所述第一表面以非平行角度置放的第二表面。

3.根据权利要求1的设备，其中能够更改所述投影图像的畸变的所述光学元件包括组合的两个或者更多光学元件。

4.根据权利要求2的设备，其中，作为将所述输入光束离轴地馈送到所述扫描平台的角度的函数而选择所述第一表面相对于所述第二表面的所述非平行角度。

5.根据权利要求1的设备，其中所述扫描平台包括微机电系统(MEMS)扫描器、衍射光栅、移动光栅、光阀、旋转反射镜、自旋硅装置或者飞点投影仪，或其组合。

6.根据权利要求1的设备，其中能够更改所述投影图像的畸变的所述光学元件能够在所述投影图像中减轻或者消除微笑畸变或者梯形畸变，或其组合。

7.根据权利要求1的设备，其中能够更改所述投影图像的畸变的所述光学元件能够在所述投影图像中增加畸变、减小畸变、校正畸变或者消除畸变，或其组合。

8.根据权利要求1的设备，其中能够更改所述投影图像的畸变的所述光学元件完全地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之前，或者至少部分地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之前得以置放，或者完全地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之后，或者至少部分地在所述输入光束被馈送到所述扫描元件之后得以置放，或其组合。

9.一种扫描光束显示器，包括：

光源，所述光源能够产生作为用于扫描的输入光束的光束；

扫描平台，所述扫描平台能够扫描被离轴地馈送到所述扫描平台的输入光束以提供扫描光束输出，从而显示投影图像；

显示控制器，所述显示控制器用于控制所述扫描平台和所述光源以响应于所述扫描平台的扫描行为和所述光源的调制而产生所述投影图像；和

光楔，所述光楔能够更改所述投影图像的畸变，所述畸变是由离轴输入光束引起的所述扫描光束的轨迹和从扫描镜到图像平面的变换产生的，所述光楔包括第一表面和相对于所述第一表面以非平行角度置放的第二表面。

10.根据权利要求9的扫描光束显示器，其中所述光楔包括棱镜、圆锥、角锥、平截头体或者光学材料的一个或者多个表面，或其组合。

11.根据权利要求9的扫描光束显示器，其中所述光楔包括组合的两个或者更多光学元件。

12.根据权利要求9的扫描光束显示器，其中作为将所述输入光束离轴地馈送到所述扫描平台的角度的函数而选择所述第一表面相对于所述第二表面的所述非平行角度。

13.根据权利要求9的扫描光束显示器，其中所述光楔完全地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之前，或者至少部分地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之前得以置放，或者完全地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之后，或者至少部分地在所述输入光束被馈送到所述扫描元件之后得以置放，或其组合。

14.一种用于更改扫描光束显示器中的重映射畸变的方法，所述方法包括：

向扫描平台离轴地馈送将被扫描的输入光束，从而以表示投影图像的扫描图案产生输出光束；和

使用光楔重定向所述输入光束或者所述输出光束，或其组合，以更改所述投影图像的重映射畸变，所述畸变是由离轴输入光束引起的所述扫描光束的轨迹和从扫描镜到图像平面的变换产生的。

15.根据权利要求14的方法，所述重定向包括：完全地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之前，或者至少部分地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之前重定向所述输入光束，或者完全地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之后，或者至少部分地在所述输入光束被馈送到所述扫描平台之后重定向所述输出光束，或其组合。

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