CN111487765A - 束扫描引擎和具有多个束扫描仪的显示系统 - Google Patents

Abstract

一种显示系统，其包括：显示屏幕；光源，该光源用于产生待根据图像数据调制的光束；以及束扫描模块，该束扫描模块用于接收光束并将光束引导到显示屏幕的相关联的显示区域上。该束扫描模块包括谐振扫描镜和多面体扫描镜，该谐振扫描镜被配置为使光束在相关联的显示区域上沿着第一扫描方向进行扫描；该多面体扫描镜用于使光束在相关联的显示区域上沿着第二扫描方向进行扫描。

Description

束扫描引擎和具有多个束扫描仪的显示系统

技术领域

该文件涉及扫描束显示系统。

背景技术

在扫描束显示系统中，可以使光束在屏幕上进行扫描以在屏幕上形成图像。某些显示系统，例如某些激光显示系统，使用具有多个反射小面的多面体扫描仪来提供水平扫描，并使用竖向扫描镜(例如振镜驱动镜)来提供竖向扫描。在操作中，当多面体扫描仪进行旋转以改变小面的取向和位置时，多面体扫描仪的一个小面扫描一条水平线，而下一个小面扫描下一条水平线。水平扫描和竖向扫描彼此同步以在屏幕上投射图像。

发明内容

描述了提供包括组成显示区域的显示屏幕的技术和显示系统的示例和实现方式，其中每个显示区域由单独的扫描束引擎来寻址。

在一个方面，显示系统包括：显示屏幕；光源，该光源用于生成待根据图像数据调制的光束；以及束扫描模块，该束扫描模块用于接收所述光束并将所述光束引导到显示屏幕的相关联的显示区域上。所述束扫描模块包括：谐振扫描镜，该谐振扫描镜被配置为使光束在相关联的显示区域上沿着第一扫描方向进行扫描；以及多面体扫描镜，该多面体扫描镜用于使光束在相关联的显示区域上沿着第二扫描方向进行扫描。所述多面体扫描镜具有多个小面。所述束扫描模块被配置为：对于所述多个小面中的第一小面，使光束遵循包括多个第一扫描线的路径，所述多个第一扫描线主要沿着第一方向延伸并且沿着第二方向间隔开；对于所述多个小面中的第二小面，使光束遵循包括多个第二扫描线的路径，所述多个第二扫描线主要沿着第一方向延伸并且沿着第二方向间隔开；所述多个第一扫描线与所述多个第二扫描线相互交错。

实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个特征。

所述多面体扫描镜可以是N面多面体镜。所述谐振扫描镜可以使光束形成n个相互交错的扫描线，所述n个相互交错的扫描线在显示区域上主要沿着第一方向延伸并且沿着第二方向间隔开，其中1<n≤N。值n可以满足6≤n≤25，例如8≤n≤15。值n可以等于N。值n可以小于N，并且对于多面体镜的(N-n)个小面停用该光束。

多面体扫描镜可以绕旋转轴线旋转，并且多个小面可以相对于旋转轴线具有相同的倾斜角度。所述多个小面可以平行于旋转轴线。

控制器可以被配置为：接收包括代表像素的强度值的像素数据的图像数据；将该像素数据分为多个场，该多个场包括与多个第一扫描线相对应的第一场、以及第二场；以及在光束入射到第一小面的同时根据第一场的图像数据调制所述光束；以及在光束入射到第二小面的同时根据第二场的图像数据调制所述光束。

多个第一扫描线和多个第二扫描线中的各者可以包括相同数量的扫描线。扫描线的数量可以介于36与200之间。那些扫描线中的24至96个扫描线可以落在显示区域内。扫描线的数量的60％至80％之间的扫描线可能会落在显示区域内。

针对定位成超出显示区域的沿着第二方向分开的相反的边缘的扫描线，可以停用所述光束。

谐振扫描镜的振荡与多面体扫描镜的旋转的结合，可能会产生用于光束穿过的曲折的路径。所述曲折的路径可以是正弦路径。针对曲折的路径的延伸超出显示区域的沿着第一方向分开的相反的边缘的部分，可以停用所述光束。

在另一方面，显示系统包括：显示屏幕；光源，所述光源用于产生根据图像数据调制的光束；束扫描模块；以及控制器。所述束扫描模块接收光束并将该光束引导到显示屏幕的相关联的显示区域上。所述束扫描模块包括：谐振扫描镜，所述谐振扫描镜被配置为使光束在相关联的显示区域上沿第一扫描方向进行扫描；以及旋转的N小面多面体扫描镜，所述旋转的N小面多面体扫描镜用于使光束在相关联的显示区域上沿第二扫描方向进行扫描，使得在操作中，扫描镜的振荡与多面体镜的旋转的组合创建用于光束的扫描路径。所述控制器被配置为：将所述谐振扫描镜的振荡频率f_谐振与所述多面体扫描镜的旋转频率f_多面体之间的比率设定成使得所述扫描路径每n个小面完成循环，其中，n是大于2且不大于N的整数。

实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个特征。

值n可以等于N。n可以小于N，并且对于多面体镜的(N-n)个小面可以停用该光束。谐振扫描镜的振荡频率f_谐振与多面体扫描镜的旋转频率f_多面体可以通过以下公式相关联：

其中，Z是正整数，且0≤δ≤1。值δ可以是作为1/n的整数倍的不可约分数。对于光束从多面体的单个小面反射的时间段，值Z可以等于谐振扫描镜的振荡数量的一半。值Z可以是24至40。值δ可以等于1/n或(n-1)/n。振荡频率f_谐振可以是大约20-23kHz。

谐振扫描镜的振荡与多面体扫描镜的旋转的组合可能会产生用于光束穿过的曲折的路径。曲折的路径就第n个小面的终点的沿着所述第一扫描方向的横向位置对应于曲折的路径就第1个小面的起点的沿着所述第一扫描方向的横向位置。所述曲折的路径可以是正弦路径。

在另一方面，显示系统包括：显示屏幕；光源，所述光源用于产生根据图像数据调制的光束；以及束扫描模块，所述束扫描模块用于接收光束并将该光束引导到显示屏幕的相关联的显示区域上。所述光扫描模块包括：谐振扫描镜，所述谐振扫描镜被配置为围绕第一轴线旋转以使光束在相关联的显示区域上沿着第一扫描方向进行扫描；中继光学器件，所述中继光学器件用于引导来自光源的光束以基本垂直于第一轴线的方向入射到所述谐振扫描镜；以及旋转多面体扫描镜，所述旋转多面体扫描镜使光束在相关联的显示区域上沿着第二扫描方向进行扫描，所述旋转多面体扫描镜具有多个小面。

实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个特征。

所述中继光学器件可以被配置为引导来自光源的光束以相对于扫描镜的反射面成一倾斜角度入射到谐振扫描镜。

一个或更多个光源可以生成包括成像束和伺服束的多个光束，并且该系统可以包括：伺服反馈检测器，该伺服反馈检测器被定位成从相关联的显示区域接收伺服束的反馈光并产生指示所述多个光束在显示区域上的位置的监测信号；以及控制器，所述控制器被配置为：接收包括代表像素的强度值的像素数据的图像数据；根据图像数据对成像光束进行调制；以及基于所述监测信号控制对激发束的调制的定时，以使基于像素的强度值的调制与显示屏幕上的相对应的像素位置对准。中继光学器件可以被配置为引导所述成像束和伺服束射入到所述谐振扫描镜上的重合位置。

光束可以以与垂直于第一轴线成10°之内(例如以与垂直于第一轴线成5°之内，例如以与垂直于第一轴线成2.5°之内)的角度入射到谐振扫描镜。

在另一方面，显示系统可以包括：显示屏幕；一个或更多个光源，所述一个或更多个光源用于生成包括激发束和伺服束的多个光束，并且根据图像数据调制所述激发束；束扫描模块，所述束扫描模块用于接收多个扫描束并将所述多个扫描束引导到显示屏幕的相关联的显示区域上；以及控制器。所述束扫描模块包括：谐振扫描镜，所述谐振扫描镜用于使所述多个束在相关联的显示区域上沿着第一扫描方向进行扫描；中继光学器件，所述中继光学器件用于引导来自所述一个或更多个光源的激发束和伺服束入射到所述谐振扫描镜的重合位置；旋转多面体扫描镜，所述旋转多面体扫描镜用于使所述多个光束在相关联的显示区域上沿着第二扫描方向进行扫描，所述旋转多面体扫描镜具有多个小面；以及伺服反馈检测器，所述伺服反馈检测器被定位成从相关联的显示区域接收伺服束的反馈光并产生指示至少一个光束在显示区域上的位置的监测信号。所述控制器被配置为：接收包括代表像素的强度值的像素数据的图像数据；根据图像数据对激发束进行调制；以及基于所述监测信号控制对激发束的调制的定时，以使基于像素的强度值的调制与显示屏幕上的相对应的像素位置对准。

实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个特征。

中继光学器件可以以不同的入射角度将激发束和伺服束引导到谐振扫描镜上。激发束和伺服束可以在显示屏幕上跟踪平行路径，例如共线路径。所述多个光束可以由激发束和伺服束组成。谐振扫描镜的宽度可能不超过约2mm。

在另一方面，显示系统包括：具有观察侧和光接收侧的显示屏幕；多个子系统；以及一个或更多个控制器。所述显示屏幕提供多个显示区域。每个子系统被配置为在所述多个显示区域的相关联的显示区域上生成图像。每个子系统包括：一个或更多个光源；束扫描模块；以及伺服反馈检测器。所述一个或更多个光源产生包括激发束和伺服束的多个光束。所述束扫描模块接收所述多个光束并将所述多个光束引导到显示屏幕的相关联的显示区域上。束扫描模块包括第一扫描镜和第二扫描镜，所述第一扫描镜被配置为使所述多个光束在相关联的显示区域上沿着第一扫描方向进行扫描，并且所述第二扫描镜使所述多个光束在相关联的显示区域上沿着第二扫描方向进行扫描。伺服反馈检测器被定位成：从相关联的显示区域接收伺服束的反馈光；从所述反馈光中检测相关联的显示区域中的伺服反馈标记；以及产生指示伺服束在相关联的显示区域上的位置的监测信号。所述一个或更多个控制器被配置为：针对所述多个子系统中的每个子系统，接收包括代表像素的强度值的像素数据的图像数据；根据所述图像数据调制所述激发束；以及基于所述监测信号控制对激发束的调制的定时，以使基于像素的强度值的调制与显示屏幕上的相对应像素位置对准。一个或更多个控制器还被配置为：选择性地激活所述伺服束，使得针对与相邻的显示区域的块相关联的子系统的集合(多重性，multiplicity)，一次使来自子系统的集合的仅单个子系统的伺服束被激活。

实现方式方式可以包括以下特征中的一个或更多个特征。

所述多个子系统可以被划分为多个子系统的集合，所述多个集合中的每个集合与相邻的显示区域的块相关联，以提供相邻的显示区域的多个块。一个或更多个控制器可以被配置为：针对每个块，同时激活与在所述块中相同的相对位置中的显示区域相关联的伺服束。所述多个块可以是矩形阵列的显示区域。所述多个块中的每个块可以具有相同的尺寸。每个块可以是2×2的显示区域的块。

第二扫描镜可以是多面体扫描镜。一个或更多个控制器可以被配置为使块中的显示区域进行循环，使得多面体扫描镜每X次旋转，子系统的激活的伺服束改变一次。X可以是2到4。一个或更多个控制器可以配置为使块中的显示区域进行循环，使得多面体扫描镜的每Y个小面，子系统的激活的伺服束改变一次。Y可以是2至4。

另一方面，显示系统包括：具有观察侧和光接收侧的显示屏幕；多个子系统；以及多个挡板。显示屏幕提供多个显示区域。每个子系统被配置为在多个显示区域的相关联的显示区域上生成图像。每个子系统包括：光源，所述光源用于产生光束；束扫描模块，所述束扫描模块用于接收光束并将光束引导到显示屏幕的相关联的显示区域上；以及折光镜；所述折光镜用于将来自所述束扫描模块的光束反射到显示屏幕的相关联的显示区域的光接收侧。所述束扫描模块包括第一扫描镜和第二扫描镜，所述第一扫描镜被配置为使所述光束在相关联的显示区域上沿着第一扫描方向进行扫描，并且所述第二扫描镜使所述光束在相关联的显示区域上沿着第二扫描方向进行扫描。所述多个挡板沿着相邻的显示区域的公共边缘定位，并且与显示屏幕间隔开并且基本垂直于该显示屏幕延伸，以阻挡来自与一个显示区域相关联的一个子系统的光到达另一子系统的相邻的显示区域。

实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个特征。

折光镜相对于屏幕的角度可以使得来自该折光镜的二次反射入射到挡板。

对于各个方面，沿着第一扫描方向的光束的扫描速度可以大于沿着第二扫描方向的光束的扫描速度。显示屏幕可以包含荧光材料，并且光束可以是使荧光材料中的部分荧光材料发出荧光的激发束。荧光材料可以由沿着第二扫描方向延伸的平行的条带提供。激发束可以包括紫外光，而伺服束可以包括红外光。

潜在的优势可以包括(但不限于)以下项中的一项或更多项。

可以减小扫描显示系统的深度(例如，显示系统所需的屏幕后方的最小距离)，而不会显著增加成本，或者甚至会降低成本。利用来自伺服束的反馈，可以实现由谐振扫描镜进行扫描的束与磷光体区域的精确协调。

在随附附图和以下描述中阐述了一个或更多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其他方面、特征和优点将是显而易见的。

附图说明

图1A是具有多个组成显示区域的显示屏幕的示例的示意性主视图。

图1B是用于对显示屏幕的多个显示区域进行寻址的多个扫描束的示例的示意性立体图。

图1C是用于图1A中的显示屏幕的控制系统的示例的示意图。

图2A是使用多个束扫描仪来对显示屏幕的多个显示区域进行寻址的显示系统的示例的示意性侧视图。

图2B是使用多个束扫描仪来对显示屏幕的多个显示区域进行寻址的显示系统的另一示例的示意性侧视图。

图3是具有发光屏幕的示例扫描激光显示系统的示意性立体图，该发光屏幕由可由激光激发的发光材料(例如，磷光体)制成，以在承载待显示的图像信息的扫描激光束的激发下发出彩色的光。

图4A和图4B分别是具有图2中的屏幕上的彩色像素的结构和平行的发光条带的一个示例屏幕结构的示意性剖面侧视图和示意性俯视图。

图5A和图5B分别是具有多个子屏幕的显示屏幕的示例的示意性立体图和示意性剖面侧视图。

图5C是具有多个子屏幕的显示屏幕的另一示例的示意性剖面侧视图。

图6A是处于前目标扫描配置的示例实现方式的示意图。

图6B是处于后目标扫描束显示配置的示例实现方式的示意图。

图6C是谐振扫描镜的示意性俯视图。

图7是来自显示区域中的多个场的扫描线的示意图。

图8是示出了用于计算多面体旋转频率的允许值的表。

图9是由振荡的谐振扫描镜产生的来自显示区域中的多个场的扫描线的示意图。

图10是用于对显示屏幕的多个显示区域进行寻址的多个扫描束的示例的示意性立体图。

图11是使用基于扫描伺服束的伺服反馈控制的扫描显示系统的示例的示意图。

图12是示出了用于伺服光检测器的多个光学传感器的扫描显示系统的一部分的示意性俯视图。

图13是示出了挡板和折光镜的位置的扫描显示系统的一部分的示意性侧视图。

图14是入射到谐振镜扫描仪的激发束和伺服束的示意性立体图。

图15A和图15B是示出了来自光引擎的块的光引擎激活序列(sequence，顺序)的示意图。

具体实施方式

大型显示器(也被称为大幅面显示器或大屏幕显示器)可用作“地板到天花板”显示器，并且可以具有8平方英尺或更大的成像表面。通常期望大型显示器是薄的，以便在该显示器所安装的区域中保存可用的平方英尺。

在某些显示系统中，特别是大型显示器，显示屏幕可以具有由单独的扫描束单独寻址(address)的区域。通常，扫描束所寻址的区域越大，显示系统所需要的深度就越大。即使使用复杂的光学路径，例如涉及折光镜等，也不能完全缓解该问题。但是，通过使用大量的单独的束扫描仪，每个束扫描仪覆盖较小的区域，可以减小显示系统的深度。表面上，由于部件数量的缩放，这种方法的成本过高。然而，使用伺服反馈系统使得能够使用较低精度和较低成本的扫描部件，例如谐振扫描镜。因此，可以减小显示系统的深度，而不会显著增加成本或甚至降低成本。

在一些显示系统中，显示屏幕的每个单独区域可以由例如沿慢速扫描方向彼此偏移的多个束寻址，以便提供高分辨率。不幸的是，提供这些多个束需要多个激光器或复杂的分束光学器件，这增加了系统成本。然而，针对慢速扫描方向使用多面体镜扫描仪，其中将多面体镜的旋转速率设定为相对于谐振扫描镜的振荡速率的适当比例，可以允许多面体镜的每个小面扫描不同的像素行，从而有效地提供了交错的显示。因此，可以在降低成本的同时实现显示系统的期望的分辨率。

在某些显示系统中，伺服束与激发束同时投射到显示屏幕上。来自显示屏幕上的伺服标记的伺服束的反射可以提供定时信息，该时序信息允许计算激发束的位置，从而允许将基于图像数据的调制与束位置对准。一些显示系统针对显示屏幕的不同区域使用不同的扫描引擎。不幸的是，在这样的系统中，如果伺服束在相邻区域中是激活的，则每个区域都可能被多个伺服束射入。这种串扰会导致束位置的计算不正确。但是，将显示分为成块的区域，并且在每个块中一次仅针对一个区域激活伺服束，可以减少串扰。

图1A示出了显示屏幕101的示例，在该显示屏幕上通过多个扫描束引擎生成了多个组成显示区域110。显示区域110布置成阵列，例如矩形阵列。每个显示区域110可以是四边形，例如通常为矩形，然而这不是必需的。显示区域110可以邻接或稍微重叠。

参照图1A和图1B，显示屏幕101可以是扫描束显示系统100的一部分。如图1B所示，对于每个显示区域110，存在相关联的扫描束引擎180。每个扫描束引擎180产生扫描束320，例如光束，例如激光束，该扫描束可以横跨相关联的显示区域110来进行扫描，例如进行光栅扫描或双向光栅扫描(即，沿相反的方向扫描每条连续的线)。扫描可以具有快速扫描方向(例如，由箭头A所示)和慢速扫描方向(例如垂直于快速扫描方向)。

图1C示出了用于图1中的显示屏幕101的控制系统的示例。在该示例中，每个组成显示区域110具有其自己的显示控制器220，该显示控制器控制各个显示区域110的操作。用于显示器100的中央控制器210与用于组成显示区域110的显示控制器220通信连接。中央控制器210可以例如从计算机等接收图像数据，并将该图像数据划分为指向每个显示控制器220的部分，这使得相关联的显示区域110显示由显示屏幕100显示的完整图像的一小部分。可替代地，显示系统可以只包括直接耦接至各个扫描束引擎180的单个控制器210。

参考图2A，每个扫描束引擎180将具有视场102，在视场中图像可以被有效地投射到显示屏幕101上。视场102所对向的角度通常受到限制，例如受到物理部件的最大偏转和/或光学部件的孔径尺寸的限制。这样，扫描束引擎180距屏幕101的距离，并因此显示器100的深度D1，将取决于组成显示区域110的宽度W1或高度。

显示区域110的面积与由快速光学扫描仪(例如，水平扫描仪)和慢速扫描仪(例如，竖向扫描仪)扫描的两个光学角度中的较大角度乘以该系统的光学深度成比例。所述光学深度是从扫描仪到显示屏幕表面的距离。它是光源(例如激光二极管)与显示屏幕之间的光学系统放大率的函数。例如，对于要在使用非球面透镜的面板上成像的激光二极管，从透镜到面板的距离可以为100-150mm，光学深度小于100-150mm。

尽管复杂的光学路径(例如，涉及折光镜等)可以使束引擎的位置偏移以稍微减小显示器100的深度D1，但是它们不能完全缓解该问题。此外，精确可控的振镜(galvo)是昂贵的，使得具有多个显示区域将相应地是昂贵的。

然而，参考图2A和图2B，通过减小组成显示区域110的宽度(在图2B中由宽度W2示出)，扫描束引擎180距屏幕101的距离也可以减小，并因此显示器100的深度D2也将减少。

值得注意的是，在保持显示屏幕101的尺寸不变的情况下减小显示区域110的尺寸，将需要更大数量的显示区域110，并因此需要更大数量的扫描束引擎180。例如，如果显示区域的尺寸减半，则扫描束引擎的数量将增加四倍。通常，这样的方法是违反直觉的，因为束扫描部件的数量的缩放将使成本过高。然而，使用伺服反馈系统使得能够使用较低精度且较低成本的扫描部件，例如谐振扫描镜。因此，可以减小显示系统的深度，而不会显著增加成本或甚至降低成本。

返回到图1A和图1B，在扫描束显示系统100中，屏幕101的每个显示区域110可以包括发光材料或荧光材料，这些材料在来自相关联的扫描束320的激发下发光。在一些实现方式中，被激光束光学激发以分别产生适合于形成彩色图像的红光、绿光和蓝光的三种不同颜色的磷光体(phosphor)，可以在屏幕上形成为像素点或平行的重复的红色、绿色和蓝色的磷光体条带。

磷光体材料是一种类型的荧光体材料。但是，可以使用其他可光学激发的、发光的、非磷光体的荧光体材料。例如，量子点材料在适当的光学激发下会发光，并因此可用作用于本申请中的系统和装置的荧光材料。更具体地，可以以直径为化合物的激发玻尔半径的量级的颗粒的形式来制造半导体化合物，诸如CdSe和PbS等，作为用于发光的量子点材料。为了产生不同颜色的光，可以使用具有不同能带隙结构的不同的量子点材料以在相同的激发光下发出不同的颜色。一些量子点的尺寸介于2纳米与10纳米之间，并包括大约数十个原子，例如介于10至50个原子。量子点可以分散并混合于各种材料中，以形成液体溶液、粉末、果冻状的基质材料和固体(例如，固溶体)。量子点膜或膜条带可以形成在作为本申请中的系统或装置的屏幕的基板上。在一个实现方式中，例如，可以设计和设置三种不同的量子点材料，以被扫描激光束光学激发作为光学泵，以产生适于形成彩色图像的红色、绿色和蓝色的光。这样的量子点可以形成在屏幕上，作为以平行线布置的像素点(例如，重复的成序列的红色像素点线、绿色像素点线和蓝色像素点线)。

扫描束显示系统使用至少一个扫描束来激发沉积在屏幕上的彩色发光材料以产生彩色图像。扫描束被调制成以红色、绿色和蓝色通道来承载图像信息，并且被以如下方式控制：该扫描束分别以红色、绿色和蓝色的图像来激发红色、绿色和蓝色的彩色发光材料。因此，扫描束承载图像信息，但是不直接产生由观察者可看到的可见光。取而代之的是，屏幕上的发光荧光材料吸收扫描束的能量，并发出红色、绿色和蓝色的可见光，以生成由观察者看到的实际彩色图像。当然，显示系统100可以使用不同的颜色和/或附加的颜色。

图3示出了扫描束显示系统100的示例。该系统包括扫描束引擎180，该扫描束引擎包括光源310(例如，激光模块)以产生至少一个扫描束320(例如，激光束)并将其投射到屏幕101的显示区域110上。显示系统100被配置为后扫描系统，其中观察者和扫描束引擎180位于屏幕101的相反侧。尽管该系统仅示出了单个扫描束引擎180，但是可以将下面的讨论应用于屏幕101的每个显示区域和每个扫描束引擎180。

扫描束320提供光学激发束以激发屏幕中的荧光材料。在一些实现方式中，每个扫描束引擎180仅产生单个光学激发束320。每个扫描束引擎180被配置为沿快速扫描方向(例如水平地)和沿基本垂直于快速扫描方向的慢速扫描方向(例如竖向地)驱动扫描束320。沿快速扫描方向的扫描频率(每秒的屏幕遍历数)可以比沿慢速扫描方向的扫描频率快30到100倍。

使用具有足以引起荧光材料发光或发冷光的能量的一个或更多个激光束对荧光材料进行激光激发是各种形式的光学激发中的一种形式。在其他实现方式中，光学激发可以由非激光光源产生，该非激光光源具有足够的能量以激发屏幕中所使用的荧光材料。非激光激发光源的示例包括各种发光二极管(LED)、照明灯和如下其他光源：所述其他光源产生用于激发荧光材料的波长或光谱带的光，该荧光材料将较高能量的光转换为处于可见范围的低能量的光。

激发屏幕上的荧光材料的激发光束的频率或光谱范围可以比由荧光材料发出的可见光的频率更高。因此，激发光束可以在紫色光谱范围和紫外线(UV)光谱范围内，例如波长在420nm以下。在以下描述的示例中，紫色或UV激光束被用作用于磷光体材料或其他荧光材料的激发光的示例，并且可以是其他波长的光。

在图3所示的示例扫描束显示系统中，屏幕101具有沿竖向方向延伸的平行的彩色磷光体条带150。成对的相邻的磷光体条带150由发出不同颜色的光的不同磷光体材料制成。在所示示例中，红色磷光体150a吸收激光以发出红色的光，绿色磷光体150b吸收激光以发出绿色的光，而蓝色磷光体150c吸收激光以发出蓝色的光。三个相邻的彩色磷光体条带具有三种不同的颜色。条带的一个特定的空间颜色序列在图1中示出为红色、绿色和蓝色。也可以使用其他颜色序列。扫描束引擎180的快速扫描方向可以垂直于彩色磷光体条带，并且扫描束引擎180的慢速扫描方向可以平行于彩色磷光体条带。

激发束320的波长在彩色磷光体的光学吸收带宽内，并且波长通常比用于彩色图像的可见的蓝色和绿色和红色更短。作为示例，彩色磷光体可以是吸收在420nm以下的光谱范围内的UV光以产生期望的红光、绿光和蓝光的磷光体。

光源310可以包括：一个或更多个激光器(例如UV二极管激光器)，其用于产生束320；束扫描机构，其用于水平地和竖向地扫描该束320以在屏幕101上一次渲染一个图像帧；以及信号调制机构，其调制束320以承载红色、绿色和蓝色的图像通道的信息。

每个扫描束引擎180可以包括激光源，以产生激发屏幕上的磷光体材料的扫描激光束。激光源可以是单模激光器或多模激光器。激光器也可以沿着与伸长方向的磷光体条带垂直的方向是单模，以具有由每个磷光体条带的宽度限制的并且小于每个磷光体条带的宽度的束扩散。沿着磷光体条带的伸长方向，该激光束可以具有多模，以相比于沿横跨磷光体条带的方向扩散的束扩散更大的面积。对在一个方向上具有单模以在屏幕上具有较小的束印迹且在垂直方向具有多模以在屏幕上具有较大的印迹的激光束的这种使用，允许该束被成形为适合于该屏幕上的细长的彩色子像素，并允许通过多模而在束中提供足够的激光功率，从而确保屏幕的足够亮度。

尽管上面描述了荧光体条带，但是可替代地，显示屏幕101可以包括彩色像素化的发光区域，其在屏幕上限定图像像素。

图4A示出了图3中的屏幕101的示例性设计。屏幕101可以包括后基板401，该后基板对于扫描束320是透明的、并且面向光源310以接收扫描束320。前基板402相对于后基板401是固定的、并且在后扫描配置中面向观察者。

彩色磷光体条带层403设置在基板401与402之间并且包括磷光体条带。用于发射红色、绿色和蓝色的彩色磷光体条带分别由“R”、“G”和“B”表示。前基板402对于由磷光体条带发出的红色、绿色和蓝色是透明的。基板401和402可以由各种材料制成，包括玻璃面板或塑料面板。后基板401可以是薄膜层，并且可以被配置为将可见的能量朝向观察者反射。在一些实现方式中，不使用前基板；彩色磷光体条带层是暴露的。

每个彩色像素包括三个相邻的彩色磷光体条沿水平方向的部分，并且其竖向尺寸由扫描束320沿竖向方向的束扩散所限定。这样，每个彩色像素包括具有三种不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的三个子像素。模块180使扫描束320沿快速方向(例如，从左至右和/或从右至左)扫描以一次形成一条线，沿慢速方向(例如，从上至下)扫描以填充屏幕101。

图4B进一步示出了屏幕101的在沿垂直于屏幕101的表面的方向B-B截取的视图中的操作。由于每个彩色条带150在形状上是纵向的，所以束320的剖面可以成形为沿着条带的方向是细长的，以使像素的每个彩色条带内的束的填充因子最大化。这可以通过在扫描束引擎180中使用束成形光学元件来实现。

参考图5A和图5B，显示屏幕101可以包括多个离散的显示面板400，其中每个面板400包括设置在前基板402与后基板401之间的彩色磷光体条带层403，如以上针对图4A所述的。特别地，如图5B所示，在一些实现方式中，显示屏幕101包括连续的衬背板105。每个面板400被固定到衬背板105。

假设面板400被固定到衬背板105的远离观察者的一侧，则前基板402比后基板401更靠近衬背板105。再次假设面板400被固定到衬背板的远离观察者的一侧，则衬背板105对于来自磷光体的可见光是透明的。例如，衬背板可以是硬塑料。对于该配置的替代方案，衬背板105本身可以用作前基板，即，在彩色磷光体条带层与衬背板105之间不存在基板402。

可替代地，可将面板固定到背衬板的靠近观察者的一侧。在这种情况下，后基板401比前基板402更靠近衬背板105，并且衬背板105对于扫描束320是透明的。对于该配置的替代方案，衬背板105本身可以用作后基板，即，在彩色磷光体条带层与衬背板105之间不存在基板401。对于该配置的替代方案，衬背板105本身可以用作前基板，即，在彩色磷光体条带层与衬背板105之间不存在前基板402。

可替代地，如图5C所示，显示屏幕101可以在没有背衬片105的情况下由多个面板400组装而成，例如，通过将单个面板400的边缘与带405贴在一起。

通常，由于制造的限制，面板400之间将存在间隙410。即使面板400直接邻接，例如如图5C所示，来自相邻面板的彩色磷光体条带150之间的间隙412大于每个面板400内的条带之间的间隙。

在一些实现方式中，每个面板400对应于显示区域110中的一个。面板400的数量等于扫描束引擎180的数量，其中每个扫描束引擎180被配置为寻址对应的面板400。显示区域110的边缘通常可以与相邻面板400之间的间隙410或412对准。如果显示区域110在它们的边缘处仍然存在重叠，则扫描束引擎可以被配置为对这种重叠进行补偿，如美国专利No.9,888,218中所讨论的，其通过引用并入本文。

图6A示出了来自扫描束引擎的阵列的一个单个扫描束引擎180的示例实现方式。扫描束引擎180包括激发光源310，用于产生单个激发束320以扫描屏幕101。激发束320可以是激光束，并且激发光源310可以是激光器。

扫描束引擎180也可以包括伺服光源310，用于产生单个伺服束130以扫描所述屏幕101。伺服束130可具有与激发束320不同的波长。例如，激发束可以在紫外范围内，而伺服束130可以在红外范围内。伺服束130可以是激光束，并且伺服光源310可以是激光器。在一些实现方式中，伺服光源312是IR激光器，而激发光源310是UV激光器。

因此，在该实现方式中，扫描束引擎恰好产生两个扫描束512，即激发束320和伺服束130。

设置信号调制控制器520以控制和调制激发束320。例如，调制控制器520可以控制和调制激发光源310，使得激发束320被调制为承载要在屏幕101上的对应显示区域110中显示的图像。信号调制控制器520可以包括数字图像处理器，该数字图像处理器生成用于三个不同颜色通道的数字图像信号。信号调制控制器520可以包括激光驱动电路，该激光驱动电路产生承载数字图像信号的控制信号。然后，施加该控制信号以调制光源310，例如，用于激光二极管的电流。

束扫描可以通过扫描模块610来实现。中继光学器件530，例如镜、聚焦透镜等，可以用于将激发束320和伺服束130引导到扫描模块610。激发束320和伺服束130可以具有它们自己的单独的透镜而不是共用的透镜。每个透镜的焦点可以在屏幕101的表面上，例如在面板上(而不是在下面讨论的扫描镜540上)。

扫描模块包括扫描镜540，特别是谐振扫描镜，以使束130、320沿着快速扫描方向(例如，水平扫描方向)进行扫描。谐振扫描镜可以使束512沿单个轴线进行扫描。当被驱动时，谐振扫描镜会经受振荡，其中所述镜的角度呈正弦变化。

参考图6C，谐振扫描镜540通常包括悬在基板710(例如，经蚀刻的硅晶片)的腔体的上方或内部的镜板700。镜板700可以通过支柱702和扭转弹簧704而耦接到基板710的其余部分。扭转弹簧704允许镜700围绕沿着支柱702延伸的轴线706旋转。指状部可以从所述镜并从基板710延伸以形成交叉指型的梳状致动器712。通过向梳状致动器712中的基板的指状部施加AC电压，可以使镜700围绕轴线706振荡。谐振扫描镜540可以很小，例如直径为1mm。然而，中继光学器件530的适当定位可以将束130、320保持瞄准扫描镜540。

返回图6A，扫描投射模块还包括“线性扫描镜”550，即，被配置为使束130、320以基本均匀的速度遍历所述慢速扫描方向(例如，竖向扫描方向)的扫描镜。线性扫描镜还使束512沿单个轴线(例如，慢速扫描方向)进行扫描。线性扫描镜的示例包括多个小面的多面体镜扫描仪或振镜扫描镜。振镜扫描镜使用线圈和磁体来移动所述镜。

多个小面的多面体镜550包括具有多个反射小面552的可旋转多面体。小面的数量N可以介于6与25之间，例如介于8与20之间。镜550可以通过马达来旋转，并且旋转速度可以由控制器(例如，显示控制器220)来设定。由于多面体镜550的旋转，束512沿慢速扫描方向(如箭头B所示)扫过该显示屏幕。多面体镜550的每个小面552可以相对于多面体镜550的旋转轴线具有相同的倾斜角度。特别地，每个小面552可以平行于该旋转轴线。该多面体可以是规则的多面体，并且旋转轴线可以穿过多面体的中心。谐振扫描镜540可以被放置成非常靠近多面体镜550，例如，谐振扫描镜540与最近的小面之间的距离可以是大约3-6mm。

可选地，可以包括扫描透镜560以将激发束320和伺服束130从多面体扫描仪550聚焦到屏幕101上。扫描透镜560被设计为将每个束512成像到屏幕101上。多面体扫描仪550的反射小面中的每个反射小面同时使两个扫描束512(激发束320和伺服束130)进行扫描。然而，在一些实现方式中，在多面体扫描仪550与屏幕101之间的光学路径上不存在透镜。

可以在扫描束512的介于线性扫描镜550与显示屏幕101之间的光学路径上定位有折光镜570，以将该束512朝向显示屏幕101反射。将折光镜570定位和取向成使得从折光镜570指向屏幕101的光束与从屏幕101反射回去的光束以一角度射向该折光镜570，使得来自该折光镜的第二反射不会射向屏幕101。

各种部件，例如伺服光源312、中继光学器件模块530和扫描投射模块610，可以被配置成使得伺服束130与激发束320共线。在一些实现方式中，所述部件被配置成使得伺服束130沿平行于激发束320的路径行进。特别地，伺服束130在屏幕上的路径可以与激发束320在屏幕上的路径共线。伺服束130可以沿着行进的快速扫描方向(例如，方向A)稍微位于激发束320的前方或后方(例如，相距10-15mm)。但是，伺服束130与激发束320分离的间距不大于伺服线602之间的间距(参见图10)。

在图6A所示的示例中，扫描束512首先被引导到谐振扫描镜540，且然后从谐振扫描镜540到达多面体扫描仪550。可替代地，如图6B所示的示例，扫描束512首先被引导到多面体扫描仪550，且然后从多面体扫描仪550引导到谐振扫描镜540。

为了在不使用多个激发束320的情况下提高显示系统100的分辨率，可以以“隔行”模式来使用多面体扫描仪550，其中每个小面提供不同的场，即，由谐振扫描镜540产生的沿着快速扫描方向的一组不同的扫描线。

例如，如图7所示，在激发束320从第一小面反射期间产生的单个场可以包括扫描线扫描630-1-1、630-2-1、……630-M-1。如果仅在束沿一个方向行进时激活所述激发束，则M最多是在多面体镜扫描仪550的单个小面沿慢速扫描方向(例如，竖向地)进行扫描的期间谐振扫描镜540沿快速扫描方向(例如，水平地)振荡的数量。如果在束沿快速扫描方向向前和向后行进时均激活所述激发束，则M最多是多面体镜扫描仪550的单个小面进行扫描的期间谐振扫描镜540的振荡数量的两倍。在激发束320从第二小面反射期间产生的随后的单个场可以包括扫描线扫描630-2-1、630-2-2、……630-2-M。假设多面体包括N个小面，则在激发束320从第N个小面反射期间产生的第N个场可以包括多条扫描线扫描630-N-1、630-N-2、……630-N-M。因此，来自相同场的一对相邻的扫描线被来自其他场的(N-1)条扫描线隔开。

带N个小面的多面体提供N个场的一种技术是制造多面体镜550，使得每个小面552相对于多面体镜550的旋转轴线具有略微不同的角度。不同的角度允许每个后续的小面552相对于先前的小面在新场位置中生成水平扫描。然而，这种方法的问题在于难以制造具有精确角度的多面体镜以实现这些偏移场，且因此多面体镜扫描仪要么非常昂贵，要么不同场的扫描线不均匀地间隔开。

在没有小面成不同角度的情况下，用带N个小面的多面体镜550来获得N个场的替代方法是：将多面体频率(即，多面体镜550的旋转速率)偏移谐振扫描仪频率(即，谐振镜扫描仪540的振荡速率)的一定比例。这允许每个小面552在新场中绘制快速扫描图案。在N个小面或多面体镜550旋转一圈之后，扫描图案将与原始扫描图案恢复同相。

特别地，多面体频率可以满足以下公式：

其中，Z是等于每个小面的快速扫描周期数量的整数；并且δ是1/N的整数倍的不可约分数。例如，如果多面体具有8个小面，则当Z为整数，且δ＝1/8、3/8、5/8或7/8时，可以实现8个场。在某些实现方式中，谐振扫描仪频率(f_谐振)约为20-23kHz，N为8-16，例如11或12，并且Z为24-40，例如32或33。

每个小面的水平扫描仪周期数量(Z)不需要等于(且通常不等于)在显示屏幕101的区域110上绘制的线数量。假设一个谐振扫描仪周期绘制2条水平线，则在屏幕上绘制的线数量(L)为：

其中，α_扫描是多面体镜550在绘制位于屏幕上的线时对向的角度，并且α_小面是每个小面552所对向的角度(α_小面＝360°/N)。α_扫描/α_小面也被称为多面体效率。

这种方法优于具有不同角度的小面的一个好处是，可以将多面体镜550制成为完美的规则的多面体，从而节省了在多面体的制造和检查时的装配时间。这种方法的另一个好处是不需要小面传感器即可将视频内容与场进行匹配。

注意，如果δ＝(N-1)/N，则还实现了成序列的场图案，除了场序列与δ＝1/N的情况相反。非成序列的场图案可以利用图8所示的δ值来实现。

在一些实现方式中，并非使用多面体的小面中的所有小面。在这种情况下，对于一个或更多个小面，停用激发束。例如，可以使用九面多面体的八个小面；对于第九个小面，可以停用激发束。将这种情况视为N＝8。“跳过的”小面可用于计时目的或用于激活和停用该束中的一些束。例如，可以在“跳过的”小面期间激活或停用伺服束。

图9示出了由旋转多面体镜和谐振扫描镜的组合生成的扫描线650。该图示是针对Z＝10且δ＝1/11的特定配置，但是原理通常适用于其他配置。特别地，假设慢速扫描方向是从上向下，则在从多面体镜的第一小面反射期间，谐振镜扫描仪将使束512沿着包括扫描线650-1-1、650-2-1、……650-10-1的第一扫描路径进行扫描。

谐振镜和旋转多面体的组合可以产生正弦扫描路径。然而，沿着快速扫描方向，可以选择显示区域110的边缘664以对应于扫描路径的大体上线性的部分(扫描线650-1等等)。仅在扫描路径的位于显示区域110的这些边缘664内的部分660期间需要激活激发束。这切断了正弦扫描路径的高度弯曲的部分662，以避免分散视觉效果。

另外，沿着慢速扫描方向，可以选择显示区域110的边缘674以对应于小面的可用表面，例如，在光束不与两个小面部分地重叠的情况下。仅在扫描路径的位于显示区域110的这些边缘674内的部分670期间需要激活激发束。这切断了扫描路径中的光束被多个小面反射的部分672，从而避免了显示缺陷。扫描路径中的位于显示区域内的部分为显示区域110提供了第一场。

如果激发束源是被激活的，在光束将在多面体的边缘上过渡(transition)的点处(显示为652)，扫描路径会折返到显示区域110上方的位置(显示为654)。特别地，扫描路径折返到对应于下一小面的第二扫描路径的起点的位置。然后，在从多面体镜的第二小面反射期间，谐振镜扫描仪将使束512沿着包括扫描线650-1-2、650-2-2、……650-10-2的第二扫描路径进行扫描。同样，仅在扫描路径的与显示区域110相对应的一部分期间需要激活所述激发束。这为显示区域110提供了第二场。

重复该过程的次数等于小面的数量，或者多面体镜旋转一圈，直到扫描路径与第一扫描路径同相(在656处显示)。这提供了与小面的数量相等的场数量，例如6-18，例如在该示例中为11(为了清楚起见，在该图中未示出所有扫描路径)。

激发束320在整个屏幕101上在空间上进行扫描，以在不同时刻射入不同颜色的磷光体。相应地，经调制的束320在不同时刻承载每个像素的红色、绿色和蓝色的图像信号，并且在不同时刻承载不同像素的红色、绿色和蓝色的图像信号。因此，通过信号调制控制器520在不同时刻用不同磷光体的图像信息对经调制的束320进行编码。激发束扫描因此将光束320中的时域编码图像信号映射到屏幕上的空间磷光体位置上，以用于生成图像中的像素。例如，经调制的束320可以使每个彩色像素时间均等地划分为用于三个不同彩色通道的三个彩色子像素的三个连续时隙。束320的调制可以使用脉冲调制技术，以在每种颜色中产生期望的灰度、在每个像素中产生适当的颜色组合、以及期望的图像亮度。

图10示出了扫描束显示器100，其包括由多个扫描束引擎180(例如，扫描束引擎180a和180b)寻址的屏幕101。扫描束引擎180被固定到齿条182，以将引所述引擎180在所有三个轴线上相对于彼此保持在固定位置。

每个扫描束引擎产生单个激发束320以对不同的区域110进行寻址。例如，来自引擎180a的激发束320可以对区域110a进行寻址，并且来自引擎180的激发束可以对区域110b进行寻址。每个区域110可以包括平行的荧光条带150(仅示出了三个条带，从而可以示出划线标记600的位置)。在一些实现方式中，每个显示区域110对应于面板400中的一个面板。

激发束320的调制需要与激发束320在显示屏幕上的位置相协调，从而使与每个像素相对应的荧光体位置被用适当的数据进行调制。另外，当束点没有完全覆盖在荧光条带150上时，例如当束介于相邻条带150之间时，可能需要停用激发束320。例如，为了安全性可能需要停用UV激发束(例如，用于防止UV光穿过屏幕101到达观察者)。

另外，当束点在扫描束引擎180的期望显示区域110外部时，可能需要停用激发束320，例如，以防止激发束320激活相邻区域中的磷光体条带。当束点落在相邻的面板400上时，激发束320可以被停用。例如，当激发束射入显示区域110b的面板时，可以停用显示区域110a的面板的激发束。

不幸的是，束扫描模块610中的部件不一定是稳定的。例如，尽管谐振扫描镜540可以在例如20-23kHz的高频下工作，但是振荡频率可以漂移。而且，不能精确地控制谐振扫描镜540的位置。此外，谐振扫描镜540趋于引起激发束320在屏幕101上的水平位置非线性地变化，例如正弦地变化(而不是基本上线性地变化，如旋转多面体镜或用三角波驱动振镜扫描仪时)。这样，不能简单地在假设激发束320以基本恒定的速度水平地穿越屏幕101的情况下调制所述激发束。而是，需要确定激发束320的实际水平位置，并将其用于控制激发束320的调制。

可以提供各种对准机构，以将激发束320的调制的定时与扫描束320的位置相协调。特别地，可以使用反馈机构来监测扫描束的水平(和竖向)位置。

该反馈机构包括位于显示屏幕101上的参考标记600。该参考标记可以位于荧光条带之间、和/或荧光条带之上、和/或在荧光区域外部的一个或更多个外围区域中。参考标记可反射伺服光以产生反馈光，并且可通过使用一个或更多个光学伺服传感器以产生一个或更多个反馈伺服信号来测量所述反馈光。扫描束引擎180中的伺服控制可以处理该反馈伺服信号，以提取关于束定位和束在屏幕上的其他特性的信息，并且作为响应，调整激发束320的调制的定时以确保用适当的数据来对像素进行调制。

在一些实现方式中，指定的伺服束通过使图像承载激发光束进行扫描的同一扫描模块在屏幕上进行扫描。该指定的伺服束用于提供对扫描激发束的伺服反馈控制，以确保在正常显示操作期间激发束中的光脉冲的正确的光学对准和准确传递。该指定的伺服束具有与激发束的光学波长不同的光学波长。作为示例，该指定的伺服束可以是人眼可能不可见的红外(IR)伺服束。下面的示例使用IR伺服束130来说明该指定的伺服束的特征和操作。

参照图10和图11，每个扫描束引擎180可以产生伺服束130，例如红外束。扫描束引擎180与激发束320一起使伺服束130在屏幕101上进行扫描。与激发束320不同，伺服束130不需要被调制以承载图像数据。因此，伺服束130可以是连续波束。可替代地，当期望处于参考标记的一般扫描区域中时，伺服束130可以被打开，否则被关闭。在任一种情况下，伺服束130都不被用图像数据进行调制。

当在屏幕101上产生图像时，在系统的正常操作期间，伺服束130对于人眼是不可见的，且因此在屏幕101上不会产生任何明显的视觉伪像。例如，伺服束130可以是红外束，例如具有从780nm至820nm的范围内的波长。出于安全考虑，可以使屏幕101具有滤光器，该滤光器阻挡不可见的伺服束130和/或激发束320在观察者侧离开屏幕101。类似地，显示屏幕101可以包括二向色滤光器，该二向色滤光器反射伺服束130但允许激发束320通过。就这点而言，可以使用带通透射范围仅在可见光谱范围内(例如，从420nm至680nm)的截止吸收滤光器，来阻挡伺服束130和激发束320。可以在系统的正常操作期间动态地执行激发束320的基于伺服束130的伺服控制。该伺服设计避免了在用于伺服操作的正常显示模式期间对图像产生激发束320的操纵，且因此避免了可能由图像产生激发束320的伺服相关的操纵引起的任何视觉伪像。

如图6A和图6B所示，伺服束130与激发束320一起被通过扫描束引擎180中的相同光学路径引导。用于生成伺服束130的光源312可以是光源模块(例如，生成激发束320的同一模块)中的半导体激光器。伺服束130可以与激发束320的扫描路径重叠，或者沿着其自身的不同于任何激发束320中的任一激发束的路径的扫描路径行进。固定各个部件的位置，使得伺服束130与每个激发束320之间的空间关系被固定，并且可以通过校准过程得知。因此，伺服束130在屏幕101上的定位可以用于确定激发束320的定位。

返回图10和图11，屏幕101上的伺服参考标记可产生反馈光132。伺服束130与激发束320具有已知的空间关系。因此，伺服束130的定位可用于确定激发束320的定位。可以通过使用参考伺服标记(诸如，屏幕101的非观察区域中的线开始(SOL)标记)来确定伺服束130和激发束320之间的这种关系。扫描束引擎180接收并检测反馈光132，以获得伺服光130在屏幕101上的定位信息，并将该定位信息用于激发束320的调制的定时。

图11示出了基于使用伺服束130的伺服控制的扫描束显示系统。显示处理器和控制器640可用于基于来自一个或更多个辐射伺服检测器620的一个或更多个伺服检测器信号来提供控制功能和控制智能，所述辐射伺服检测器检测来自屏幕101的伺服反馈光132。单个检测器620可能就足够了，然而也可以使用两个或更多个伺服检测器620来提高伺服检测灵敏度。

在屏幕101中包括多个伺服参考标记600。屏幕101上的伺服参考标记可以产生反馈光132。每个伺服参考标记600对伺服束130的反射率与周围区域的反射率不同，且因此当伺服束130扫描穿过参考标记时，检测器620可以检测强度的变化。替代地或附加地，检测器620还可以用于收集通过在屏幕处散射或反射激发束320而产生的激发伺服光122，以向处理器和控制器640提供额外的反馈信号以进行伺服控制。

在图11中，提供了扫描投射模块610，以将激发束320和伺服束130扫描和投射到屏幕101上。模块610可以处于后目标配置或前目标配置。如图所示，图像数据被馈送到显示处理器和控制器640，所述显示处理器和控制器向光源310(例如，激发激光器)的信号调制控制器520产生承载图像数据的图像数据信号。伺服光源312不需要被调制以承载图像数据。在光源是激光器的情况下，信号调制控制器520可以包括激光驱动电路，该激光驱动电路产生激光调制控制信号，该激光调制控制信号承载具有分配给激光器310的图像数据的图像信号。然后施加激光控制信号以调制所述激光器310，例如，调制激光二极管的电流，以产生激光束320。

显示处理器和控制器640还向信号调制控制器520产生控制信号，以将所述调制与束320在屏幕101上的水平位置同步。换句话说，控制器640可以基于来自伺服光检测器620的信号来确定束320的水平位置。基于该水平位置，控制器640确定哪个图像数据应被用于调制激发束320，并调整所述调制的定时，使得适当的数据被用于调制相应的像素。

另外，控制器640可以针对水平扫描时间的某些部分选择性地停用激发光源310。这可以用于补偿由谐振扫描镜引起的光束沿水平轴线的正弦停留时间。

如上所述，参考标记600可以被制成在光学上不同于参考标记600周围和参考标记600之间的区域，以允许对参考标记600进行光学检测，并因此对准伺服束130和激发束320的位置。可以在将对于激发束320的光学透射与参考标记600周围和参考标记600之间的区域保持基本相同的同时，在屏幕101上形成参考标记600。因此，伺服参考标记600的存在不对激发束320的光学透射产生光学上的干扰。

伺服参考标记600可以以各种配置来实现。例如，每个伺服参考标记600可以伺服束130的光镜面反射，并且参考标记600周围和之间的区域可以被配置为可透射的、可吸收的或漫反射的。假设将检测器620定位在屏幕上的伺服束130的入射角上以接收镜面反射的光，则每次伺服束320穿过参考标记600时，反馈光132的强度都会突然增加。

可替代地，伺服参考标记600也可以被制成对伺服束130的光进行漫反射，并且标记600周围和之间的区域可以是镜面反射的。假设检测器620位于屏幕101上的伺服束的入射角之外以接收漫反射的光，则每次伺服束320穿过参考标记600时，反馈光132的强度都会突然增加。

返回图10，显示屏幕101可以包括一个或更多个伺服参考标记600。参考标记600可以有各种不同的形状或功能。显示屏幕101可以包括多个参考标记，并且显示屏幕101可以包括一个或更多个具有不同形状或功能的伺服参考标记。

例如，显示屏幕101可以包括一个或更多个伺服划线602，它们在显示区域110中平行于条带150(例如竖向地)延伸。每次伺服束130穿过划线602时，反馈光132的强度都会发生变化(例如，随着检测器偏离入射角，镜面背景上的漫反射标记的强度增加)。控制器640(参见图8)可以从检测器620信号接收信号，并且确定伺服束130穿过标记602的时间。由于划线610相对于荧光条带150处于已知位置，并且激发束320相对于伺服束130处于已知位置，因此控制器640可以确定激发束320相对于荧光条带150的水平位置。

激发束320相对于伺服束130的位置的初始校准(例如，根据激光定时)可以通过由控制器640执行的“自映射”过程来完成。对于自映射，引擎180可以包括附加传感器642，该附加传感器检测激发束320的反射，例如，检测UV光的反射。传感器642可以具有例如面板400之类的显示区域110的内部的完整视野(直接地，或者在折光镜570之外，或者在组合中)，并且可以检测激发束310激光何时穿过每个伺服标记602。

为了执行校准，控制器640使得扫描引擎180使激发束320和伺服束130在显示区域110上扫过，并测量对来自相同的伺服标记602的激发束310和伺服束130的检测之间的时间差。根据该时间差，控制器640可以基于谐振镜扫描仪540的振荡速率来计算激发束320相对于荧光条带150的水平位置。由于激发光点与伺服光点之间的偏移距离(时间)可以在显示区域110上略有变化，因此可以在显示区域110为多个位置收集定时差。在正常操作期间，控制器640随后使用该数据，例如，给定位置处的偏移可以由控制器640基于从两个或三个最近位置测得的定时差之间的插值来确定。

假设伺服束130每次振荡穿过给定的标记602两次(例如，一次在谐振扫描镜向左摆动时，而一次在谐振扫描镜向右摆动时)，则控制器可以确定谐振扫描镜的振荡速率。例如，控制器可以连续两次检测伺服束穿过给定的标记602的时间，然后计算两次之间的差。控制器可以根据时间差来计算振荡速率。

然后，可以基于伺服束130穿过标记604的时间来确定激发束的水平位置。例如，控制器640可以存储预定函数，该预定函数将激发位置的水平位置建模为时间的函数。例如，该函数可以是正弦函数。然后可以使用已知时间、预定函数和振荡速率来计算水平位置。例如，振荡速率可以用作预定函数的比例因子。

可替代地，如果标记600以足够高的密度分布在屏幕101上，例如，如果在每个元组的不同颜色的荧光条带150之后存在划线602，则可以直接确定水平位置而无需对激发束的运动进行建模。控制器640可以简单地对来自检测器620的脉冲数量进行计数；该数量将对应于激发束的位置。

显示屏幕101可以可选地包括在形状或尺寸上与划线602不同的至少一个标记604。例如，标记604可以沿着扫描方向更宽。标记604相对于荧光条带150定位于已知的水平位置。标记604可以在显示区域101的边缘处或在显示区域的中心。每次伺服束130穿过伺服标记604时，反馈光132的强度都会发生变化。控制器640(参见图11)可以从检测器620接收信号，并且确定伺服束130穿过标记604的时间。标记604可以由控制器基于信号的持续时间而与标记602区分开，例如，较宽的标记导致脉冲。控制器640可以使用标记604的检测来重新设定由标记602所产生的来自检测器620脉冲数量的计数。

此外，显示屏幕101可以包括一个或更多个标记606，该标记提供可以用于确定伺服束130的竖向位置的信号。例如，标记606可以呈三角形。如果伺服束130在三角形的窄部分中穿过标记606，则反馈光132的强度在短时间段内发生变化。如果伺服束130在三角形的较宽部分中穿过标记606，则反馈光132的强度在短时间段内发生变化。因此，强度变化的持续时间(例如，信号中的阶跃的持续时间)可以被控制器640用来确定激发束320的竖向位置。

控制器640还可以确定多面体扫描镜550的旋转速率(或等效值，例如每秒的小面数量)。由于伺服束130竖向地穿过标记606，每个多面体扫描镜的小面一次，通过连续两次检测伺服束穿过标记的次数，并且然后计算两次之间的差，控制器640可以确定每个小面的时间量，并因此确定多面体扫描镜550的小面频率或旋转速率。可以使用沿着面板的顶部边缘或底部边缘的标记来代替标记606。

再次转到图11，在一些实现方式中，伺服光检测器620用作朗伯(Lambertian)检测器。特别地，标记600可以包括印刷在屏幕101的内侧上(例如在每个面板400的内侧上)的细的伺服条带602。伺服条带602可以平行于磷光体条带150延伸，并且可以定位在磷光体条带150之间，使得它们不会使磷光体条带150在激发束320(例如，UV激光束)中模糊。伺服条带602可以间隔开多于单个像素，例如，可以每10-20个像素间隔。伺服条带602可以至少对伺服束130反射，并且可以基本上根据朗伯(Lambert)余弦定律使伺服束130的光进行漫散射。在一些实现方式中，伺服条带对IR和UV光进行漫反射。否则，显示屏幕101的内侧，例如面板400的内侧，可以是伺服束130的光的镜面反射表面。通过检测器620中的电路可以从显示屏幕的低散射背景中辨别出由伺服条带602散射的光。如上所述，对该伺服光的检测提供了定时信号。

伺服光检测器620可以包括一个或更多个光传感器622，例如光电二极管。图11中所示的实现方式包括单个光传感器622。传感器(一个或更多个)622可以被配置为检测不包括由激发束320所使用的波长(例如，不包括UV波长)的波长范围。这有助于确保伺服光检测器620不会被穿过伺服标记600的激发束320所混淆。在一些实现方式中，光传感器(一个或更多个)622被配置为检测不包括由磷光体条带150产生的可见波长的波长范围。在一些实现方式中，光传感器(一个或更多个)专门检测伺服光130的波长范围，例如IR波长。

传感器(一个或更多个)622位于从扫描投射模块610到显示屏幕101的光锥612的外部。如果存在单个传感器622，则传感器622具有显示区域110的完整视野，例如单个面板400的完整视野。在相对于显示屏幕的距离和方向方面，传感器622距离屏幕101越远，由于r平方定律，信号越弱。另一方面，传感器622越靠近显示屏幕101或折光镜570，由于朗伯余弦定律，来自遥远角落的信号变得越弱。传感器(一个或更多个)622的最佳定位和取向可以通过这些约束的计算机建模来确定。

在一些实现方式中，伺服光检测器620包括多个光传感器。参照图12，在一些实现方式中，伺服光检测器620包括第一传感器622a和第二传感器622b。在图12的视图中，激发束320和伺服束130从页面上方投射到折光镜570上。如图12所示，第一传感器622a和第二传感器622b位于竖向平面的穿过光锥612的中心线的相反两侧。另外，第一传感器622a和第二传感器622b位于光锥的从扫描投射模块610延伸到折光镜570的一部分的后面(相对于屏幕101)。在一些实现方式中，第一传感器622a和第二传感器622b位于折光镜的后面。在一些实现方式中，第一传感器622a和第二传感器622b位于折光镜570的上方。在一些实现方式中，第一传感器622a和第二传感器622b位于折光镜570的前面；在这种情况下，第一传感器622a和第二传感器622b位于光锥612的从折光镜570反射到屏幕101的一部分的相反两侧上。

在具有两个传感器的实现方式中，两个传感器可以具有屏幕101的显示区域110的不同部分的视野，例如，相反的部分(相对于传感器本身)。例如，位于左侧的第一传感器622a可以具有显示区域110的右侧的视场626a。类似地，位于右侧的第二传感器622b可以具有显示区域110左侧的视场626b。控制器640可以基于激发束320的位置在从第一传感器622a接收信号和从第二传感器622b接收信号之间交替。例如，当激发束320在显示区域110的右侧时，控制器640可以从第一传感器622a接收信号(并且忽略来自第二传感器622b的信号)。类似地，当激发束320在显示区域110的左侧时，控制器640可以接收来自第二传感器622b的信号(并且忽略来自第一传感器622a的信号)。在两个传感器622a、622b之间切换检测任务有助于防止伺服光检测器620接收从显示屏幕的镜面反射部分反射的束的直接“射入”。这可以减小使来自显示屏幕101的内表面的镜面反射“盲化”的风险。

在具有单个传感器622的实现方式中，可以在扫描中的束将被镜面反射回到传感器622的部分期间停用伺服束130。再次，这可以减小使来自显示屏幕101的内表面的镜面反射“盲化”的风险。控制器640可以基于对来自最近的伺服标记600的伺服束位置的测量来内插伺服束位置(并因此内插激发束位置)以用于伺服束130被关闭的区域。

参考图13，因为显示屏幕101的内表面101a的部分是镜面反射的，因此二次反射680(即，来自显示区域110且然后来自折光镜570的伺服束的反射)可能会意外地射入用于显示区域110的光学引擎180的传感器或另一显示区域的传感器。可以使用几种技术来减小这种可能性。第一，可以在每个传感器622周围放置挡板682，以限制光可以到达传感器622的角度。第二，可以将光学部件放置得尽可能远离显示屏幕101的内表面101a。第三，围绕光源、扫描投射模块610和折光镜570的显示器壳体的内部表面可以成一定角度，使得反射光不指向检测器或背向显示屏幕。第四，显示器壳体内不执行光学透射或反射的部件以及显示器壳体的内部表面可以覆盖有漫射的黑色涂料或吸光材料。第五，二次反射680可以被沿着两个显示区域110之间的公共边缘定位的挡板684阻挡。如图13所示，这些挡板684可以垂直于显示屏幕101的表面延伸。挡板684可以与显示屏幕101的内表面101a间隔开例如10mm至20mm。第六，伺服束130的入射角可以在显示屏幕101上的显示区域110上对称。这可以最小化系统100的深度并满足显示屏幕101中的任何彩色镜膜的接受角。

参考图14，激发束320可以垂直于镜扫描仪的旋转轴线706入射到谐振镜扫描仪540。这可以减少失真(θx的变化)。入射激发束320a可以相对于所述镜的表面成一倾斜角度入射到谐振镜扫描仪540，使得反射束320b被引导远离其源。在一些实现方式中，入射激发束320a行进所沿的线与旋转轴线706相交(激发束本身可能不与轴线706相交，因为该轴线可能相对于镜的表面凹入，所以激发束在到达轴线706之前被反射)。

类似地，入射伺服束130a可以相对于镜的表面成一倾斜角度入射到谐振镜扫描仪540，使得反射束130b被引导远离其源。可以将激发束320与伺服束130对准，以在镜扫描仪540上具有不同的入射角，但是在镜扫描仪540上入射到相同的位置。即，激发束320和伺服束130在谐振镜扫描仪540上共对准。不同的入射角允许伺服束130相对于激发束320超前或滞后，同时实现使两个束都入射在MEM装置上所需的小孔径尺寸。

参照图9和图10，用于特定引擎180的激发束320的扫描路径的一部分延伸超过该引擎180的显示区域110的边缘。这样，伺服束130的扫描路径的一部分也延伸超过显示区域110a的边缘。例如，对于显示区域110a，延伸到显示区域110a的右边缘664的右侧的弯曲部分668将延伸到显示区域110c中。类似地，对于显示区域110a，在显示区域110a的底部边缘664下方延伸的扫描线672将延伸到显示区域110b中。这样，由引擎180为一个显示区域产生的伺服束130可以越过另一显示区域并被检测到。这导致伺服信号的串扰。例如，由引擎180a产生的伺服束130可以越过显示区域110b和110c，并且可以被用于那些显示区域的伺服光检测器620检测到。

如图13所示，可以将挡板684放置在相邻显示区域110的公共边界处。这可以有助于减少串扰。然而，为了充分利用显示屏幕101并避免显示区域之间的间隙，期望显示区域110邻接或甚至非常轻微地重叠。这样，挡板684必须从屏幕101的内表面向后充分地隔开，以提供从扫描投射模块610到显示区域110的边缘的光学路径。实际上，这为伺服束130提供了一个显示区域到达相邻的显示区域所需的一些空间。

可以用来减少伺服光串扰的另一种技术是：使用查看所述显示区域的不同部分的多个传感器(例如，如图12所示)，并且然后将所有显示区域的伺服束保持同相，例如，使每个光束沿其扫描路径处于相同的相对位置。但是，这需要复杂的同步技术和多个传感器，每一项都会增加成本。

减少伺服光串扰的一种替代方法是使不同的光引擎180依次激活其伺服束130。特别地，控制器640可以操作系统100，使得没有两个相邻的显示区域110具有其同时被激活的伺服束130。

图15A示出了对于一些显示区域激活而对于其他显示区域停用的伺服束130的序列。特别地，对于较暗的显示区域(例如，阶段1中的区域110a)激活伺服束，而在较亮的显示区域(例如，阶段1中的区域110b、110c和110d)中不激活该伺服束。

尽管图15A示出了高为8个显示区域且宽为12个显示区域的显示器，但是可以使用其他配置。显示器101被分成显示区域的块。每个块可以是相邻显示区域的连续组。每个块可以具有相同数量的显示区域并且具有相同的形状。例如，块690是包括显示区域110a、110b、110c、110d的2×2的块；其他块可以类似地是2×2的块。在所示的实现方式中，每个块包括四个显示区域，但是可以为更大的数量。区域的块可以是矩形的。

系统100在每个块中的显示区域之间循环。该循环具有多个阶段，例如，阶段的数量等于块中的显示区域的数量。特别地，在循环中的每个阶段，系统100对于所有块同时激活在所述块内具有相同的相对位置的显示区域的伺服束130。例如，在“阶段1”中，显示区域110a和110a’被激活；在“阶段2”中，显示区域110b和110b’被激活，等等。通过在相邻的2×2的块中的相同的相对位置激活所述光引擎的伺服束，不存在被同时激活的彼此相邻的光引擎。

图15A示出了经激活的光引擎围绕块逆时针前进的序列；图15B示出了经激活的光引擎围绕块逆时针前进的序列；其他序列也是可能的。

所述序列中的每个阶段可以持续多面体的至少一个完整的旋转，例如图像数据的一帧。在一些实现方式中，每个阶段可以持续多面体的多次旋转，例如两次或三次旋转。因此，系统非常快速地(例如每秒多次)执行所述序列。在一些实现方式中，某些阶段可持续少于多面体的一个完整旋转，例如仅持续2-3个小面。每个阶段可以持续相同的旋转数量或一次旋转的相同的一部分，并且可以预设旋转数量或一次旋转的一部分。可替代地，不同的阶段可以持续不同的旋转数量或一次旋转的不同的一部分。

对于在循环的一阶段期间已被停用的伺服束130的引擎180而言，控制器640可以基于先前对伺服束的位置、谐振扫描镜的振荡速率、以及多面体扫描镜的旋转速率的测量来计算伺服束的位置(以及因此激发束的位置)。谐振扫描镜的振荡速率可以由控制器640基于如上所述的定时测量来确定，例如根据该引擎的伺服束130是激活的最近的一个或更多个阶段来确定。类似地，多面体扫描镜的旋转速率可以由控制器640基于如上所述的定时测量来确定，例如，根据该引擎的伺服束130是激活的最后一个或更多个阶段来确定。可替代地，可以简单地将多面体扫描镜的旋转速率存储为预定值。通常，控制器可以在假设振荡速率和旋转速率在停用伺服束的时间段内保持恒定的前提下计算所述位置。由于这只是多面体扫描镜的3到9个旋转(例如，3个阶段，每个阶段持续3个旋转)，因此这应该是合理的假设。

每个控制器640可以包括计时器，并且可以被编程为在预设的时间量(例如0.5秒)内激活伺服束130，且然后在预设的时间量(例如1.5秒)内停用该伺服束130。通过使计时器针对该块内的不同显示区域偏移，经激活的伺服束可以在该块中的显示区域中循环。这种方法的优点是它不需要引擎180之间的通信。如果必要的话，可以发送时钟信号，例如从中央显示控制器210(参图1C)发送，以保持计时器同步。

显示系统100还可以包括光学传感器，该光学传感器被定位成监测由磷光体发射的光的强度。该数据可以被馈送到控制器640，该控制器可以被配置为控制激发束的强度，使得任何特定的灰度等级将在显示屏幕上提供均匀的亮度。控制器640还可被配置为基于来自光学传感器的信号来检测激光功率衰减。

控制器可以被实现为数字电子电路、或计算机软件、或固件、或硬件或它们的组合。可以使用一种或更多种计算机程序产品来实现控制器，所述一种或更多种计算机程序产品即是有形地体现在非暂时性机器可读存储介质中的、用于由数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机)执行或控制所述数据处理设备的操作的一种或更多种计算机程序。

在本说明书的某些部分中，讨论了光束的位置或运动。根据上下文，这可以是指光束的入射点在屏幕上的位置或运动。

尽管该专利申请包含许多特性，但是这些特性不应被解释为对发明或权利要求的范围的限制，而应被解释为对本发明的特定实施方式的特定的特征的描述。在本专利申请中在单独的实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地在多个实施方式中实现或以任何合适的子组合来实现。而且，尽管上面可能将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初是这样声称的，但是在某些情况下，可以从该组合中切除来自所声称的组合中的一个或更多个特征，并且可以将所声称的组合指向子组合或子组合的变型。

仅公开了一些实现方式。然而，可以基于在本专利申请中描述和示出的内容来进行所描述实现方式和其他实现方式的变型和改进。例如：

·可以省略单独的伺服束，并且可以将激发束320用作伺服束。在这种情况下，屏幕101上的伺服参考标记对激发束320的反射率可以与周围区域不同，从而产生反馈光132。

·单个显示区域110可以被多于一个激发束320扫描。例如，多个激发束可以通过扫描投射模块610馈送并且从多面体镜和谐振扫描镜共同反射。

相应地，其他实施方式落在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种显示系统，所述显示系统包括：

显示屏幕；

光源，所述光源用于产生根据图像数据调制的光束；

束扫描模块，所述束扫描模块用于接收所述光束并将所述光束引导到所述显示屏幕的相关联的显示区域上，所述束扫描模块包括：

谐振扫描镜，所述谐振扫描镜被配置为使所述光束在所述相关联的显示区域上沿着第一扫描方向进行扫描；

旋转的带N个小面的多面体扫描镜，所述旋转的带N个小面的多面体扫描镜用于使所述光束在所述相关联的显示区域上沿着第二扫描方向进行扫描，使得在操作中，所述扫描镜的振荡与所述多面体镜的旋转的组合创建用于所述光束的扫描路径；以及

控制器，所述控制器被配置为将所述谐振扫描镜的振荡频率f_谐振与所述多面体扫描镜的旋转频率f_多面体之间的比率设定成使得所述扫描路径每n个小面完成循环，其中，n是大于2且不大于N的整数。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其中，N＝n。

3.根据权利要求1所述的显示系统，其中，n＜N，并且对于所述多面体镜的(N-n)个小面，停用所述光束。

4.根据权利要求1所述的显示系统，其中，

其中，Z是正整数，且0≤δ≤1。

5.根据权利要求4所述的显示系统，其中，δ是作为1/n的整数倍的不可约分数。

6.根据权利要求4所述的显示系统，其中，Z是24至40。

7.根据权利要求4所述的显示系统，其中，δ＝1/n，或δ＝(n-1)/n。

8.根据权利要求1所述的显示系统，其中，弯曲的所述路径就第n个小面的终点的沿着所述第一扫描方向的横向位置对应于弯曲的所述路径就第1个小面的起点的沿着所述第一扫描方向的横向位置。

9.根据权利要求1所述的显示系统，其中，弯曲的所述路径包括正弦路径。

10.根据权利要求1所述的显示系统，其中，沿着所述第一扫描方向的所述光束的扫描速度大于沿着所述第二扫描方向的所述光束的扫描速度。

11.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述显示屏幕包含荧光材料，并且所述光束是使所述荧光材料中的部分荧光材料发出荧光的激发束。

12.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述荧光材料包括沿着所述第二扫描方向延伸的平行的条带。

13.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述束扫描模块被配置为：针对所述多个小面中的第一小面，使所述光束遵循包括多个第一扫描线的路径，所述多个第一扫描线主要沿着所述第一方向延伸并且沿着所述第二方向间隔开；并且对于所述多个小面中的第二小面，使所述光束遵循包括多个第二扫描线的路径，所述多个第二扫描线主要沿着所述第一方向延伸并且沿着所述第二方向间隔开；所述多个第一扫描线与所述多个第二扫描线相互交错。

14.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所述谐振扫描镜使所述光束形成n个相互交错的扫描线，所述n个相互交错的扫描线主要沿着所述第一方向在所述显示区域上延伸并且沿着所述第二方向间隔开，并且1<n≤N。

15.根据权利要求13所述的显示系统，还包括控制器，所述控制器被配置为：接收包括代表像素的强度值的像素数据的图像数据；将所述像素数据分为多个场，所述多个场包括与所述多个第一扫描线相对应的第一场、以及第二场；以及在所述光束入射到所述第一小面的同时根据所述第一场的所述图像数据调制所述光束；以及在所述光束入射到所述第二小面的同时根据所述第二场的所述图像数据调制所述光束。

16.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所述多个第一扫描线和所述多个第二扫描线中的各者包括相同数量的扫描线。

17.根据权利要求16所述的显示系统，其中，所述扫描线的数量的60％至80％之间的扫描线落在所述显示区域内。

18.根据权利要求13所述的显示系统，其中，针对定位成超出所述显示区域的沿着所述第二方向分开的相反的边缘的扫描线，停用所述光束。

19.根据权利要求1所述的显示系统，其中，旋转的多面体扫描镜围绕旋转轴线旋转，并且所述多个小面相对于所述旋转轴线具有相同的倾斜角度。

20.根据权利要求19所述的显示系统，其中，所述多个小面平行于所述旋转轴线。

Images