CN1083932A - 应用相干光的无斑纹显示系统 - Google Patents

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Abstract

揭示一种应用干涉光的无斑纹显示系统。光通 过一个旋转的漫射元件被引导去照射一个空间光调 制器。操作旋转元件以人眼不能检测的速度使干涉 图在屏幕上作圆周运动。该发散元件多半由毛玻璃 构成。

Description

本发明涉及显示系统，尤其涉及应用相干光源的显示系统。
显示系统、尤其是在彩色显示系统中的激光照明比起标准的照明方案来有许多优点。激光器产生具有良好色纯度的高强度的光。应用标准的光学元件，包括折叠式反射镜，能相当简单地获得红、绿和兰色的激光的混合。遗憾的是一种激光的应用会引起干涉问题，且那问题会与多于一种激光的应用绞合在一起。
由于每种激光是相干光，相位间具有连续关系，当各激光应用分束器和透镜系统进行漫射时，相位图形成一个特殊的称为斑纹的干涉图。从根本上来说，由于这种干涉图常常相互抵消而产生一种带有噪声的模糊图像，所以一种斑纹图像不能进行很清楚的观看。将三种激光放在一起会使这一问题严重到使噪声几乎完全消除所需图像的程度。
激光，由于增加了照明功率，需要使用空间光调制器，它通常具有相当小的有源区面积。为了克服这种斑纹问题，人们已作了种种努力，例如振动屏幕、声波和用众多元件构成的极复杂的光学方案。这些主意导致极高的费用或极复杂的系统。因此，需要一种在显示器中消除激光斑纹的低费用的简单解决方案。
这里所揭示的本发明包含一种应用空间光调制器的无斑纹的激光显示系统。这种系统用一种或几种激光的组合进行照明，这些激光用允许它们通、断的某种光闸进行控制。当该激光或激光混合一起导向空间光调制器或分束器时，它通过一个旋转漫射元件。该漫射元件使斑纹图在屏幕上作圆周运动，以致观察者的眼睛根本不记录这种斑纹，从而形成一幅清楚的全彩色的图像。
为了更充分理解本发明和其进一步的优点，现在请结合附图参看下面的详细说明。其中，
图1表明具有漫射元件的相干光显示系统;
图2表明相干光显示系统的另一可选实施例;
图3A和3B表明漫射元件的可能的实施例。
图1中，示出了空间光调制器显示系统的照明系统。该实施例中的光源由三个相干光源、或许为一个红色10、一个兰色12和一个绿色14激光组成，它们顺序地选通产生全彩色显示。另一种可能的光源为一调谐时能产生所有三种色彩的可调谐激光源。例如，如果激光14被选作为可调谐激光，且元件20是一个反射镜，那么激光12和10和它们的分系统如虚线19所示能被删除。不同色的激光用二向色分束器（dichroic    beam-splitters）来合并，它们通过一种色彩的激光同时反射另一色彩的光。元件16能为一个反射来自激光10红光的二向色分束器或一个反射镜，而二向色分束器18通过红光同时反射来自激光12的兰光。同样，二向色分束器20通过除了绿光以外的所有的光，它反射来自激光14的绿光。另一可选器件是半涂银镜，它能反射来自该激光侧的光而通过其它侧的光。然后光束通过漫射元件22，该元件22用使该元件旋转的线圈或电动机24来驱动。
以前的一些发明已使用了一个透镜或漫射元件仅仅是为了加宽光束以便更充分地照射空间光调制器26。在背景技术中讨论过的这种应用不能消除由相干光的干涉图引起的斑纹。如果漫射元件（dittusing    element）安装在一个轴上且在把光聚焦到空间光调制器上的透镜26之前使之旋转，则斑纹将消失在观察面32上。另一可能性是使漫射元件能振动。该观察面32接收由空间光调制器28变换成一个图像的光。观察者或观察系统能在观察面32二侧中的任一侧。该实施例中的空间光调制器是一个反射式调制器，例如一种数字式微镜器件（digital    micromirror    device）（DMD，或可形变镜器件），或以反射模式工作的液晶。漫射元件也用于透射调制器、例如各种铁电和液晶元件（cells）。
斑纹仍然存在，但是运动的漫射元件破坏干涉图以便这些图或斑纹在屏幕上作圆周运动。如果使漫射元件足够快地旋转或振动，则斑纹似乎消失。在这种现象后面的驱动力在于人眼对于运动图像的积分时间。如果这种斑纹运动得比眼睛能检测到它的速度更快，则它似乎消失。
使用上述实施例进行试验，从每秒一转（γpm）到约100γpm旋转元件。可发现：对所有观察者消失的斑纹落在30-40γpm的范围内。本发明者发现，以100γpm旋转元件不会提供更多的好处而仅仅使用更多的功率。
图2表明一种获得无斑纹显示（a    speckle-free    display）的另一种方法。每个光源有它自己的漫射元件和空间光调制器。例如，相干红光源10具有带有电动机或线圈24A的漫射元件22A、聚焦透镜26A和空间光调制器28A。作为结果的红色图像发送到二向色分束器16。然而来自兰色和绿色激光12和14的相干光以同样方式被处理，如漫射元件22B和22C、电动机或线圈24B和24C、聚焦透镜26B和26C和空间光调制器28B和28C所表明的那样。以这种方式，对于红、绿和兰的相干光源能更容易地并行运行，而不象图1中所示的顺序运行。然后点34上的最终图像被投射到观察面上。
图3A和3B表明不同的漫射元件。图3A表明一个元件22连接于电动机或线圈24的侧视图。在图3A中，假定该元件没有增益。从该侧发送的光离开空间光调制器，以朗伯（lambertain）图通过漫射元件，这里光在所有方向中同等传播。图3B的元件22有一个由元件的曲线形状产生的增益。其中的光通过元件以便它更集中于曲线形的中部。元件的增益更完全地填充了将光聚焦到空间光调制器上的透镜的数值孔径，光学上形成一个更有效的系统。元件也可由发散材料制成，如毛玻璃，它多半为半透明的，并且可以是任意形状的。
因此，这里虽然对应用干涉光无斑纹显示系统的特定实施例已作了描述。但是这种特定的描述所涉及不能作为本发明的限定范围，其保护范围由如下权利要求书确定。

Claims (8)

1、一种无斑纹的显示系统，它包含：
a，至少一个相干光源；
b，一个可操作使之运动并将来自所述至少一个光源的相干光漫射、通过一成像系统的漫射元件；
c，一个用于接收来自所述成像系统的光的空间光调制器；
d，一个可操作使之显示由所述空间光调制器产生的图象的观察面。
2、如权利要求1中所述的显示系统，其特征在于，所述至少一个相干光源进一步包含3个激光，即一个红色的、一个绿色的和一个兰色的。
3、如权利要求1中所述的显示系统，其特征在于，所述至少一个相干光源进一步可包含一可调谐激光。
4、如权利要求1中所述的显示系统，其特征在于，所述漫射元件没有增益。
5、如权利要求1中所述的显示系统，其特征在于，所述漫射元件有一可操作以更好地填满所述空间光调制器前的成像透镜的孔径的增益。
6、如权利要求1中所述显示系统，其特征在于，所述漫射元件由毛玻璃构成。
7、如权利要求1中所述显示系统，其特征在于，所述漫射元件由电动机驱动。
8、如权利要求1中所述显示系统，其特征在于，所述漫射元件由线圈驱动。
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