TW201539043A - 減少投射影像中的光斑 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於一影像投射器之去光斑光學系統，該去光斑光學系統包含一漫射器、一平面內振動器、一微透鏡陣列及一振動器驅動器。該平面內振動器經耦合以使該漫射器沿著一振動平面振動。該振動器驅動器經耦合以驅動該平面內振動器，且經組態而以不同振動振幅驅動該平面內振動器以平均經由該微透鏡陣列傳播穿過該漫射器之顯示光中之光斑強度。

Description

減少投射影像中的光斑

本發明一般而言係關於光學器件，且特定而言(但非排他性地)係關於影像投射器。

諸多習用影像投射器包含調變一照明光束之一顯示器。照明光束可係由一光源(諸如金屬鹵化物燈、氙燈或水銀燈)提供之一白色光。另一方面，照明光束可包含三個單獨彩色光束，其係紅色、綠色及藍色光束。每一彩色光束可由一發光二極體(「LED」)、一雷射二極體或其他類型之雷射(諸如氣體雷射、固態雷射等)單獨提供。顯示面板可係諸如在一數位光處理(「DLP」)顯示系統中之一數位微鏡裝置(「DMD」)或微機電系統(「MEMS」)。顯示面板亦可係一液晶顯示器(「LCD」)或矽上液晶(「LCOS」)顯示器。

雷射具有優於其他光源之某些優點。舉例而言，與水銀燈之一大約1,500小時之壽命相比而言，其壽命係約10,000小時。與傳統光源相比，雷射亦可提供一較寬色域。另外，一雷射光源在大小上係小型的，此可較適合於一微型投射器。一微型投射器係在具有極少空間來容納一經附接顯示螢幕之手持式裝置(諸如行動電話、個人數位助理、數位相機等)中使用之一投射器。因此，將一所顯示影像投射至諸如一牆壁之任何附近觀看表面上。使用雷射光源之影像投射器之進步擴展了影像投射器之應用及使用案例。

125‧‧‧影像投射器/投射器

128‧‧‧經透射光

150‧‧‧螢幕

175‧‧‧經反射光

195‧‧‧觀察者

200‧‧‧影像投射系統

205‧‧‧雷射

215‧‧‧光學器件

227‧‧‧準直透鏡

228‧‧‧經投射光

233‧‧‧去光斑模組

241‧‧‧照明透鏡

245‧‧‧光學器件

275‧‧‧顯示光

285‧‧‧偏振分束器

295‧‧‧矽上液晶顯示面板

297‧‧‧投射透鏡

313‧‧‧微透鏡陣列

351‧‧‧平面內振動器

353‧‧‧漫射器/均質漫射器

357‧‧‧振動平面

373‧‧‧振動器驅動器

參考以下各圖闡述本發明之非限制性及非窮盡性實施例，其中除非另外規定，否則貫穿各種視圖相似元件符號係指相似部件。

圖1圖解說明根據本發明之一實施例將一影像投射於一螢幕上以供一觀察者觀看之一影像投射器。

圖2圖解說明根據本發明之一實施例包含一去光斑模組之一影像投射器之一影像投射系統。

圖3圖解說明根據本發明之一實施例包含耦合至一平面內振動器之一微透鏡陣列及一漫射器之一去光斑模組。

本文中闡述用於減少影像光斑之一影像投射系統之實施例。在以下說明中，陳述眾多特定細節以提供對實施例之一透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，本文中所闡述之技術可在不具有該等特定細節中之一或多者之情況下實踐或者可藉助其他方法、組件、材料等來實踐。在其他例項中，未詳細地展示或闡述眾所周知之結構、材料或操作以避免使某些態樣模糊。

貫穿本說明書對「一項實施例」或「一實施例」之提及意指結合該實施例所闡述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一項實施例中。因此，貫穿本說明書在各種地方中出現之片語「在一項實施例中」或「在一實施例中」未必全部係指相同實施例。此外，在一或多個實施例中可以任何適合方式組合該等特定特徵、結構或特性。

圖1圖解說明根據本發明之一實施例將一影像投射於一螢幕150上以供一觀察者195觀看之一影像投射器125。影像投射器125包含用於產生變成經投射光128之光之一光源。來自光源之光可被反射離開或引導穿過一顯示面板以產生用於投射於螢幕150上之一影像。顯示 面板可包含DMD、MEMS、DLP、LCD或LCOS技術。另外，若使用一雷射作為光源，則所使用之雷射可係雷射二極體(半導體雷射)、氣體雷射、固態雷射及其他類型之雷射(諸如光纖雷射)。然而，為圖解說明，將僅闡述使用一LCOS顯示面板及雷射二極體之一微型投射器。

經投射光128反射離開螢幕150作為可傳播至一觀察者195之眼睛中之經反射光175。若在向螢幕150上投射之一投射器中使用一雷射，則其在不採取光斑減輕步驟之情況下可導致光斑圖案(具有隨機光強度之斑點)。雷射光之同調性質可導致不期望雷射光斑。入射於諸如一顯示螢幕(例如，螢幕150)或一牆壁之一非鏡面反射表面上之一同調雷射束可由該表面以隨機相位散射。隨機相位由表面之隨機顯微輪廓導致。在一觀察者觀看顯示螢幕或牆壁上之經投射影像時，具有隨機相位之經散射光將干涉以在觀察者之視網膜中形成一光斑圖案。一光斑圖案由在一大概明亮區中顯現為變黑之某些斑點來表徵。在散射表面與觀察者之間存在相對移動時，變黑斑點顯現為閃爍。因此，觀察者可感知一光斑圖案所破壞之一經投射影像。然而，投射器125包含減少一觀察者195之眼睛中之光斑圖案之一去光斑光學系統。

圖2圖解說明根據本發明之一實施例包含一去光斑模組233之一影像投射器之一影像投射系統200之一方塊圖。舉例而言，影像投射系統200可包含於投射器125中。影像投射系統200包含一雷射205、光學器件215、一準直透鏡227、一去光斑模組233、一照明透鏡241、光學器件245、偏振分束器(「PBS」)285、LCOS面板295及投射透鏡297。雷射205產生顯示光275，顯示光275沿著朝向LCOS面板295之一光路徑傳播。在光路徑中，顯示光275以彼次序遇到光學器件215、準直透鏡227、去光斑模組233、照明透鏡241、光學器件245、偏振分束器(「PBS」)285及LCOS面板295。光學器件215擴寬顯示光275且準 直透鏡227使顯示光準直。去光斑模組233改變光相位(在時間上)，此減少由觀察者在螢幕150上看到之光斑圖案。將結合圖3進一步論述去光斑模組233。

在傳播穿過去光斑模組233之後，顯示光275傳播穿過照明透鏡241及然後光學器件245。照明透鏡241及光學器件245進一步調節顯示光275(在所圖解說明之實施例中，擴寬顯示光275)以使其遇到LCOS面板295。在傳播穿過照明透鏡241及光學器件245之後，顯示光275遇到PBS 285。顯示光275之一部分通過PBS 285，而其餘部分被阻擋或反射(未圖解說明)。顯示光275之通過PBS 285之部分由LCOS面板295進行偏振調變以將一影像包含於顯示光275中。經偏振調變之光由LCOS面板295反射且由PBS 285反射穿過投射透鏡297作為包含由LCOS面板295產生之影像之經投射光228。

圖3圖解說明根據本發明之一實施例包含一微透鏡陣列313、一漫射器353、一平面內振動器351及一振動器驅動器373之去光斑模組233之一項實例。漫射器353經定位以透過微透鏡陣列313接收顯示光275。微透鏡陣列313中之微透鏡可具有用於會聚顯示光275之正光功率。漫射器353耦合至平面內振動器351。平面內振動器351經耦合以使漫射器353沿著振動平面357振動。漫射器353可係具有一個五度散射角度之一透射性漫射螢幕。具有其他特性之漫射器據預期用作漫射器353。振動器驅動器373經耦合以驅動平面內振動器351。振動器驅動器373可包含經組態以產生不同頻率及/或振幅之一電信號之一微控制器或其他可程式化邏輯。振動器驅動器373可以不同振動振幅及/或頻率驅動平面內振動器351以平均顯示光275中之光斑強度。平面內振動器351可包含回應於來自振動器驅動器373之一電信號而改變之一梳型驅動致動器MEMS(微機電系統)。

由申請人執行之光學量測表明，在漫射器353於影像投射系統 200中振動時，經投射影像中之點處之輻照度值變得不那麼極端且較緊密地跟蹤平均輻照度值。在操作中，藉助平面內振動器351使漫射器353振動改變顯示光275之相位，因此形成於螢幕150上之任何光斑圖案將在任何給定圖框中隨機且快速地改變。此有效地刷掉一經投射影像中之所感知光斑圖案。

使漫射器353獨立於微透鏡陣列313而振動具有能夠使漫射器353以獨立於對微透鏡陣列313之光學性質之考量之頻率及振幅(平面內移動量)振動之潛在優點。為了仍恰當地聚焦顯示光275，使微透鏡陣列313(而非漫射器353)振動以達成一去光斑效應可將振動振幅或頻率約束於微透鏡陣列313中之微透鏡之物理特性及光學性質。相比而言，一均質漫射器353能夠以比微透鏡陣列313可能大之一振幅(及因此距離)移動/振動，只要該漫射器充分足夠大以在其振動路徑之末端處提供其漫射性質即可。

在顯示光275射出漫射器353時，其可以與漫射器353之散射性質成比例之一角度(例如，五度)散射。照明透鏡241接收射出漫射器353之顯示光275且進一步調節顯示光275以使其遇到LCOS面板295。在圖3中，照明透鏡241包含具有負光功率之多個微透鏡。如圖2中所見，照明透鏡242起作用以發散顯示光275。

包含發明摘要中所闡述內容之本發明之所圖解說明實施例之上文說明並非意欲係窮盡性或將本發明限制於所揭示之精確形式。雖然出於說明性目的在本文中闡述本發明之特定實施例及實例，但可在本發明之範疇內做出各種修改，如熟習相關技術者將認識到。

可鑒於上文詳細說明對本發明做出此等修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不應理解為將本發明限制於說明書中所揭示之特定實施例。而是，本發明之範疇將完全由以下申請專利範圍來判定，以下申請專利範圍將根據所創建之請求項解釋原則來加以理解。

233‧‧‧去光斑模組

241‧‧‧照明透鏡

275‧‧‧顯示光

313‧‧‧微透鏡陣列

351‧‧‧平面內振動器

353‧‧‧漫射器/均質漫射器

357‧‧‧振動平面

373‧‧‧振動器驅動器

Claims (15)

1. 一種影像投射器，其包括：至少一個光源，其用於產生顯示光；一去光斑模組，其包含：一漫射器；一微透鏡陣列，其安置於該至少一個光源與該漫射器之間，其中該漫射器經定位以透過該微透鏡陣列自該至少一個光源接收該顯示光；一平面內振動器，其經耦合以使該漫射器沿著一振動平面振動；及一振動器驅動器，其經耦合以驅動該平面內振動器，其中該振動器驅動器經組態而以不同振動振幅驅動該平面內振動器以平均該顯示光中之光斑強度；及一顯示面板，其經定位以自該去光斑模組接收該顯示光，其中該顯示面板經組態以使用該顯示光產生一可投射影像。
2. 如請求項1之影像投射器，其進一步包括定位於該顯示面板與該漫射器之間的一照明微透鏡陣列。
3. 如請求項1之影像投射器，其中該照明微透鏡陣列中之照明微透鏡具有負光功率。
4. 如請求項3之影像投射器，其中該微透鏡陣列中之微透鏡具有正光功率。
5. 如請求項1之影像投射器，其中該顯示面板包含一矽上液晶(「LCOS」)面板，且該影像投射器進一步包括：一偏振分束器(「PBS」)，其定位於該去光斑模組與該LCOS面板之間。
6. 如請求項1之影像投射器，其中該至少一個光源係一雷射二極體、一氣體雷射及一固態雷射中之一者。
7. 如請求項1之影像投射器，其進一步包括定位於該至少一個光源與該去光斑模組之間的一準直透鏡。
8. 如請求項1之影像投射器，其中該漫射器具有在1°與10°之間的一散射角度。
9. 一種用於一影像投射器之去光斑光學系統，該去光斑光學系統包括：一漫射器；一平面內振動器，其經耦合以使該漫射器沿著一振動平面振動；一微透鏡陣列；及一振動器驅動器，其經耦合以驅動該平面內振動器，其中該振動器驅動器經組態而以不同振動振幅驅動該平面內振動器以平均經由該微透鏡陣列傳播穿過該漫射器之顯示光中之光斑強度。
10. 如請求項9之去光斑光學系統，其進一步包括：一照明微透鏡陣列，其中該漫射器定位於該照明微透鏡陣列與該微透鏡陣列之間。
11. 如請求項10之去光斑光學系統，其中該照明微透鏡陣列中之照明微透鏡具有負光功率。
12. 如請求項11之去光斑光學系統，其中該微透鏡陣列中之微透鏡具有正光功率。
13. 如請求項9之去光斑光學系統，其進一步包括：一偏振分束器(「PBS」)；及一照明微透鏡陣列，其中該照明微透鏡陣列定位於該PBS與該 漫射器之間。
14. 如請求項9之去光斑光學系統，其進一步包括一準直透鏡，其中該微透鏡陣列定位於漫射器與該準直透鏡之間。
15. 如請求項9之去光斑光學系統，其中該漫射器具有在1°與10°之間的一散射角度。