TWI469915B - 在一顯示系統中減少斑點效應之元件 - Google Patents

在一顯示系統中減少斑點效應之元件 Download PDF

Info

Publication number
TWI469915B
TWI469915B TW100108589A TW100108589A TWI469915B TW I469915 B TWI469915 B TW I469915B TW 100108589 A TW100108589 A TW 100108589A TW 100108589 A TW100108589 A TW 100108589A TW I469915 B TWI469915 B TW I469915B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
movable plate
mirror
mems
mems component
movable
Prior art date
Application number
TW100108589A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201235289A (en
Inventor
Yick Chuen Chan
Yaojun Feng
Francis Chee Shuen Lee
Ho Yin Chan
Original Assignee
Hk Applied Science & Tech Res
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hk Applied Science & Tech Res filed Critical Hk Applied Science & Tech Res
Publication of TW201235289A publication Critical patent/TW201235289A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI469915B publication Critical patent/TWI469915B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/021—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place at the element's surface, e.g. by means of surface roughening or microprismatic structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0236—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0273—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
    • G02B5/0284—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use used in reflection

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

在一顯示系統中減少斑點效應之元件
本申請案大體而言係關於一種用於投影一數位影像之裝置且更特定而言，係關於可減少或移除由一基於雷射之投影機形成之一影像中之斑點的去斑點元件及方法。
我們始終在接收視覺資訊，例如，看電影時。現今，由於消費電子產品(例如，數位相機)之使用者親和性產生一巨量視覺資訊。類似地，存在對我們自其接收視覺資訊之顯示器之一巨大需求。顯示器技術已快速發展且顯示一影像之不同方式之數目已增加，例如，陰極射線管(CRT)顯示器、液晶元件(LCD)顯示器、發光二極體(LED)顯示器、有機LED(OLED)顯示器、抬頭顯示器(HUD)、雷射掃描投影(LSP)顯示器及投影機。在本說明書中，每當參考一影像時，該影像亦將適用於一動畫(其亦稱為視訊)。
由於人類視覺對雜訊係敏感的，因此使得對不具有雜訊之一良好影像品質極為期待。一種類型之雜訊稱為斑點且此類斑點雜訊對於具有一同調光源(例如，諸如一HUD或一LSP顯示器之一顯示器中之一雷射)之顯示器係特別普遍的。例如，在以一雷射作為光源之一投影機之情形中，由於該雷射係由一螢幕表面反射，因此在被投影至一螢幕上之影像中將存在斑點，如圖1中所繪示。當與可見光之波長相比時，任何螢幕之表面皆可視為粗糙的且因此引起散射。自螢幕表面上之各種獨立散射區到達一觀看者之眼睛的經反射光線具有相對相位差且彼此干擾，從而產生稱為斑點之粒狀亮及暗圖案。
已選用諸多方法以藉由毀壞雷射束之同調性來減少斑點。若毀壞了雷射束之同調性，斑點可因斑點效應變得獨立而被平均掉。對於N個獨立斑點圖案，由以下方程式(1)給出減少因子：
此等方法包含提供角度分集、波長分集、極化分集或基於螢幕之解決方案。如Joseph W. Goodman在「Speckle phenomena in optics: theory and applications」,Englewood,Colo.: Roberts & Co.,2007中所論述，先前已作出若干嘗試以提供關於去斑點的各種解決方案。某些方法已成為該行業中之習用慣例，例如：
(1)使用數個雷射作為照明光源；
(2)使該光源自不同角度照明；
(3)在該照明中引入波長分集；
(4)使用雷射之不同極化狀態；
(5)使用經特殊設計以最小化斑點之產生之一螢幕，例如，一移動螢幕；及
(6)使用一旋轉漫射器。
此等所提出之用於斑點減少之解決方案具有各種長處及弱點。某一解決方案需要在系統中提供一額外組件(例如，一漫射器)且可使其在將系統小型化中更具挑戰性，例如，如標題為「Speckle Elimination By Random Spatial Phase Modulation」之美國專利4,155,630中所闡述之將經漫射雷射光引導至一搖動鏡以用於斑點減少之一漫射器，或如標題為「Speckle-free Display System using Coherent Light」之美國專利5,313,479中所闡述之一自旋漫射器。
使用額外組件可進一步引起將斑點減少方案整合至現有系統中之困難，而某些組件甚至需要導致額外電力消耗之外部移動致動器。例如，歐洲專利申請案EP1,949,166闡述使用致動器墊(actuator pads)以沿朝向此等致動器墊之方向驅動一塗有Al之微機械隔膜；該塗有Al之微機械隔膜使將光散射以減少斑點之一鏡變形。此一致動機構亦將該鏡變形拘限於沿一個單一方向。
某些所提出之解決方案需要一移動螢幕，其不僅使影像不可能顯示於任何靜止螢幕上，且亦可使找出一適合方式以隨螢幕大小增加移動螢幕變成問題。例如，對於標題為「Reduced-Speckle Display System」之美國專利5,272,473中所闡述之轉換器，用於其中需要將該轉換器耦合至一顯示螢幕以設立橫穿該顯示螢幕之表面聲波之一大螢幕將係困難的。存在在標題為「Non-speckle Liquid Crystal Projection Display」之美國專利6,122,023中所闡述之另一類型之移動顯示器，其提供以高於60 Hz之一頻率在顯示螢幕中輕微振動之一液晶分子層。
此項技術中仍需要提供用於顯示器之斑點減少。
本發明之一目標係提供能夠使用一簡單光學系統有效抑制斑點雜訊之一種鏡及一種照明光源。本發明提供一種具有附接至一固定框架之一可移動板之MEMS(微機電系統)元件。該可移動板具有一區域，該區域具有能夠散射入射雷射束之特徵。
在操作期間，該可移動板沿各種方向振動且該振動致使入射雷射束以不同入射角週期性地命中該板且因此此等雷射束自該可移動板以在時間上截然不同之反射角度反射。可接著將此等在時間上非同調之經反射雷射束用作具有經抑制雷射斑點效應之一光源。
可以一成批製作製程製造本發明提供之MEMS元件，以降低元件單位成本。該MEMS製作技術產生在諸多可攜式消費電子產品中高度期望之一小元件形式因子。
此外，可藉由使用在無任何漫射器之情形下工作的根據本發明之MEMS元件來達成高光學效率，且由本發明之MEMS元件提供之反射表面輪廓係更可控制的。
由於不需要外部移動致動器或漫射器，本發明具有低電力消耗。
根據本發明之MEMS元件允許一可控振動振幅或頻率，使得可執行參數調諧以獲得一經最佳化之雷射去斑點效應。振動振幅係藉由(例如)變化至MEMS元件之輸入驅動電壓來調整，而振動頻率則係藉由設計MEMS元件之致動部分之尺寸(例如，藉由改變扭力桿尺寸)來調諧。本發明藉助類似於MEMS掃描鏡製作之一製程流程來提供一種強固結構，使得去斑點元件能夠進一步整合至MEMS掃描鏡中。
本發明之一個態樣提供一種用於在一雷射掃描投影顯示器中減少斑點效應之MEMS元件，該MEMS元件包含：一可移動板，其可沿一第一旋轉軸旋轉且可進一步沿一第二旋轉軸旋轉，該第一旋轉軸大致垂直於該第二旋轉軸；一或多個第一致動器，用於沿至少一第一方向移動該可移動板；及一或多個第二致動器，用於沿至少一第二方向移動該可移動板。該等第一致動器及該等第二致動器皆能夠移動該可移動板，使得該可移動板之垂直、橫向及旋轉運動之一組合在時間上使用該可移動板之不同區域以截然不同之角度反射一雷射束係可能的。沿不同方向運動之組合使入射雷射束以不同角度照在掃描鏡上，從而形成一大致圓形之入射點軌跡。
一致動器之一實施例係一靜電梳、一磁性致動器及一壓電致動器。
本發明之另一態樣係在可移動板之頂部上製作可沿兩個大致垂直軸旋轉之一雙軸掃描鏡。
根據另一態樣，該可移動板之頂部上之該雙軸掃描鏡係塗佈有一散射層，且該散射層之表面係塗佈有一反射塗層。另一選擇係，該散射層之表面經粗糙化、係一經圖案化之介電膜，或在其表面上具有一聚合物結構。
本發明之另一態樣係在該雙軸掃描鏡之頂部與該散射層之間提供一反射塗層。在此情形中，該散射層係由一不均勻相變聚合物製成。
本發明之一個態樣係提供一種使用如上文所闡述之具有可移動板之MEMS元件之光學系統，該光學系統包含：一照明源，其發射一或多個雷射束，該一或多個雷射束係傳輸至該MEMS元件之該可移動板上且藉此而反射；及一雙軸MEMS鏡，其接收自該MEMS元件反射之雷射束且以一掃描方式反射該等雷射束以在一螢幕上產生一影像。
本發明之另一態樣係提供一種使用如上文所闡述之具有可移動板之MEMS元件之光學系統，該光學系統包含：一照明源，其發射一或多個雷射束，該一或多個雷射束係傳輸至該MEMS元件之該可移動板上且藉此而反射；至少一個額外MEMS元件，其經配置以接收及反射自該(等)MEMS元件反射之雷射束；及一雙軸MEMS鏡，其接收自該(等)額外MEMS元件反射之雷射束且以一掃描方式反射該等雷射束以在一螢幕上產生一影像。
本發明之另一態樣係提供一種使用如上文所闡述之具有可移動板之MEMS元件之光學系統，其中該可移動板之頂部製作有一雙軸MEMS鏡，該光學系統包含：一照明源，其發射一或多個雷射束，該一或多個雷射束係傳輸至該MEMS元件之該可移動板上且藉此而反射；及至少一個額外MEMS元件，其經配置以使用該雙軸MEMS鏡以一掃描方式接收及反射來自該MEMS元件之經反射雷射束以在一螢幕上產生一影像。
本發明之另一態樣係提供一種使用如上文所闡述之具有可移動板之MEMS元件之光學系統，其中該可移動板之頂部製作有一雙軸MEMS鏡，該光學系統包含：一照明源，其發射一或多個雷射束，一或多個雷射束係傳輸至該MEMS元件之該雙軸MEMS鏡上且藉此而以一掃描方式反射以在一螢幕上產生一影像。
亦揭示本發明之其他態樣，如藉由以下實施例所圖解說明。
上文已參考以下圖式更詳細地闡述了本發明之此等及其他目標、態樣及實施例。
圖2繪示根據本發明之一項實施例之一雷射去斑點元件200。去斑點元件200包含由支撐框架240經由支撐彈簧235支撐之可移動板230。支撐彈簧235亦可實施為一扭力桿。此等扭力桿或支撐彈簧係設計有各種尺寸以適合可移動板230之振盪頻率。可移動板230能夠在可移動板之平面中且沿垂直於該板之平面之方向振動運動。可移動板230之振動運動係週期性的；因此入射於由該可移動板支撐之任何元件上之光將根據入射時間照在該元件之不同入射角處。因此，一入射雷射束在自由可移動板支撐之一元件反射及/或散射時將具有在時間上變化之性質，從而減少同調性。經反射雷射束形成具有經減少之雷射斑點效應之一照明源。
對於亦需要雷射掃描之經減少雷射斑點應用(例如，顯示器、投影機)，雷射去斑點元件可包含定位於振動可移動板230中之一掃描元件。以此方式，一單一小形式因子器件提供掃描及去斑點兩者。
在圖2之實施例中，一可移動板230具有整體製作於其中之一雙軸MEMS鏡(亦稱為二軸(2D)MEMS鏡)。在此實例性實施例中，使用雙軸MEMS鏡；然而，在本發明之可移動板中可使用任何鏡。由於雙軸MEMS鏡在可移動板230振動時執行掃描，因此圖2之元件提供具有經減少同調性之一經掃描束。雙軸MEMS鏡包含中心鏡210及環繞平衡環220。可移動板230因此變成用於支撐平衡環220之框架。鏡210透過一對扭力桿215沿鏡軸旋轉。平衡環220透過一對扭力桿225沿平衡環軸旋轉。鏡210及平衡環220分別係圓形的。平衡環軸及鏡軸或多或少地彼此垂直。轉子梳252係沿鏡210及平衡環220之外邊緣製作。定子梳251係沿平衡環220及框架230之內邊緣製作。定子梳251及轉子梳252係垂直靜電梳。
鏡210之旋轉係由垂直靜電梳致動且沿鏡軸之旋轉係表示為x-方向旋轉。平衡環220之旋轉係由垂直靜電梳致動且沿平衡環軸之旋轉係表示為y-方向旋轉。鏡軸係配置於平衡環之平面上以使得鏡軸遵循平衡環之旋轉。此使得鏡210能夠藉由一平衡環結構沿x-及y-方向兩者進行平面外旋轉。
在一項實施例中，可移動板230具有一矩形形狀。可移動板之四個拐角藉由支撐彈簧235連接至支撐框架240。在另一實施例中，矩形可移動板(由參考編號310表示)之一或多個外邊緣製作有實例性地繪示為移動梳340之致動器，如圖3中所繪示。支撐框架320之一或多個內邊緣製作有實例性地繪示為固定梳330之致動器。可移動板310係由支撐框架320透過複數個支撐桿325支撐。
固定梳330與移動梳340之間之靜電交互作用提供可移動板310相對於支撐框架320之垂直振動，如圖4a中所繪示。固定梳330與移動梳340之間之靜電交互作用亦提供可移動板310相對於支撐框架320之橫向振動，如圖4b中所繪示。固定梳330與移動梳340之間之靜電交互作用進一步提供可.移動板310相對於支撐框架320之旋轉振動，如圖4c中所繪示。固定梳330及其對應移動梳340可視為一個梳總成。
每一類型之振動可由可移動板310之一側處之一梳總成連同可移動板310之相對側處之另一梳總成一起產生。可移動板310之相對側處之此等兩個梳總成構成一組梳總成。矩形可移動板310具有兩組梳總成，其中一組沿正交於另一組之一定向配置。因此，兩組梳總成可提供可移動板310沿兩個彼此正交之方向之橫向運動。換言之，若將可移動板310之四個側順序標記為第一側、第二側、第三側及第四側，則第一側及第三側上之移動梳提供沿一個方向之一橫向運動，而第二側及第四側上之移動梳提供沿一正交方向之一橫向運動。沿正交方向之兩個橫向運動可彼此獨立。
同樣地，對於旋轉振動，兩組梳總成可提供可移動板310沿兩個彼此正交之軸之旋轉運動。換言之，若將可移動板310之四個側順序標記為第一側、第二側、第三側及第四側，則第一側及第三側上之移動梳提供沿一個方向之一旋轉，而第二側及第四側上之移動梳提供沿一正交方向之一旋轉。沿正交方向之兩個旋轉可彼此獨立。在其他實施例中，靜電致動可由其他類型之致動(例如，磁性致動或壓電致動)替代或輔助。
可移動板具有一規則形狀。在另一實施例中，可移動板310之形狀可係不規則的。除上文所闡述之矩形形狀以外，任何多邊形形狀皆可用於可移動板310。例如，在圖4d中，可移動板310之形狀係三角形。
存在自三角形可移動板400之每一角延伸之一扭力臂415、425及435。三角形可移動板400之每一側具有一梳狀結構410、420及430。在圖4e中，如實例性地繪示為梳狀結構410之致動器經放大以用於觀看。扭力桿之形狀及尺寸係以調整三角形可移動板400之振動頻率之一方式設計以最佳化去斑點效能。每一梳狀結構之梳齒之配置、形狀及尺寸亦係以調整三角形可移動板400之振動頻率之一方式設計以最佳化去斑點效能。關於梳狀結構之各種參數可係變化的，例如，梳齒之數量、梳齒之長度以及梳齒之寬度及梳齒之間之間隙。
實例性地繪示為梳之複數個致動器係圍繞三角形可移動板400之邊界配置。沿三角形可移動板400之一第一側，梳狀結構410係藉由一驅動信號V1 驅動。沿三角形可移動板400之一第二側，梳狀結構420係藉由一驅動信號V2 驅動。沿三角形可移動板400之一第三側，梳狀結構430係藉由一驅動信號V3 驅動。驅動信號V1 、V2 及V3 彼此之間具有一相位差。三角形可移動板400係以三角形可移動板400在不同時間例項處朝向不同方向傾斜之一方式驅動，從而產生三角形可移動板400之一球形旋轉運動，使得入射雷射束以不同角度(例如，θ1 、θ2 )照在雙軸掃描鏡上以形成一大致圓形入射點軌跡，如圖4f中所示。在此實例性實施例中，使用雙軸掃描；然而，在本發明之三角形可移動板400中可使用任何鏡。當來自一雷射源450之雷射由三角形可移動板400中之一鏡反射時，投影至螢幕470上之圖案將大致係一圓圈，如圖4f中所示。
在一項實例性實施例中，兩個毗鄰梳狀結構之每一者之間之相位差係60度。若調整信號電壓V1 、V2 及V3 之振幅，則投影至螢幕470上之圓圈之直徑將改變。此有助於使一單一光點模糊且減少投影於螢幕470上之2D影像圖案之斑點效應。將信號電壓設定為40 V且將三角形可移動板400之驅動頻率設定為介於自200 Hz至1600 Hz之範圍內。對於三角形可移動板400，扭力臂435之厚度係20 μm，梳齒之數量係200，梳齒之長度係100 μm且梳齒之寬度係5 μm且梳齒之間之間隙係5 μm。
在操作期間，可移動板310可沿一垂直方向與一橫向方向之一組合振動。此振動運動係在雙軸MEMS鏡元件之偏轉期間疊加。不同振動之組合致使每一入射雷射束命中雙軸MEMS鏡之週期性不同之入射角處，或者，在另一實施例中，在可移動板上不存在雙軸MEMS鏡之情形下命中可移動板區域之週期性不同之入射角處。因此，每一雷射束係由鏡210以在時間上截然不同之反射角度反射。且替代係作為一個單一光點610反射至一螢幕上或在其他實施例中反射至另一可移動板310、一鏡或一雙軸MEMS鏡上，每一經反射雷射束產生一較大光點630(其係如圖6中所繪示之在不同時間反射至螢幕之不同位置上之數個原始較小光點620之一平均)。較大光點630產生得足夠快使得觀看螢幕上之影像之一觀看者僅保持可想像出較大光點630。在此實例性實施例中，使用雙軸MEMS鏡；然而，在本發明之可移動板310中可使用任何鏡。
在一項實施例中，一散射層係施加至可移動板上之鏡之頂部上以增加反射角度之時間獨特性。除僅在可移動板530之頂部上之鏡上塗佈一散射層之外，散射層520具有經粗糙化或在某些實施例中經拋光之表面且具有塗佈於散射層520之經拋光表面上之一反射塗層510，如圖5a中所繪示。反射塗層510之某些實例包含鋁及金。作為施加一散射層520之一替代方案，可藉由將可移動板530之頂部上之鏡拋光且隨後在其上施加一反射塗層510以使可移動板530之頂部上之鏡具有反射性而獲得粗糙表面。
如由圖5b所繪示，根據本發明之另一實施例，散射層520係一經圖案化介電膜(例如，氧化矽(SiO2 )及氮化矽(Si3 N4 ))，且具有塗佈於散射層520之經圖案化表面上之一反射塗層510。作為施加一散射層520之一替代方案，可藉由圖案化可移動板530之頂部上之鏡且隨後在其上施加一反射塗層510以使可移動板530之頂部具有反射性而獲得經圖案化表面。
如由圖5c所繪示，根據本發明之另一實施例，一反射塗層510係塗佈於可移動板530之頂部上之鏡上且隨後一不均勻相變聚合物(例如，液晶)散射層520係施加於反射塗層510之頂部上。
如由圖5d所繪示，根據本發明之另一實施例，聚合物結構散射層520係施加至可移動板530之頂部上之鏡且具有塗佈於散射層520之聚合物結構上之一反射塗層510。聚合物結構之某些實例包含聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚對二甲苯聚合物材料、SU-8光阻劑及各種其他光阻劑。
圖7a展示根據本發明之一項實施例之使用具有雙軸MEMS元件之一可移動板之一光學系統的一示意性方塊圖。雙軸MEMS鏡係整體製作於可移動板中且遵循可移動板之各種振動模式以在反射來自一照明源710之雷射時減少斑點效應。可移動板720上之雙軸MEMS鏡隨著其沿兩個正交軸旋轉執行一雷射掃描以在一螢幕730上產生一影像。該光學系統可在行進雷射之路徑之各種點處進一步包含諸如鏡及透鏡之各種組件。在此實例性實施例中，使用雙軸MEMS鏡；然而，在本發明之可移動板中可使用任何鏡。
圖7b展示根據本發明之一項實施例之使用一或多個可移動板之一光學系統的一示意性方塊圖。為進一步增加反射角度之獨特性及雷射之相位差，提供一或多個可移動板(不具有雙軸MEMS鏡元件)使得一較大雷射光點反射至另一可移動板上以進一步產生大於之前反射至其他表面之一雷射光點。將雷射路徑上之第一可移動板視為一初級可移動板740而將其他可移動板視為一次級可移動板750。除該光學系統中之其他透鏡及鏡之外，提供一雙軸掃描MEMS鏡760以隨著其沿兩個大致垂直軸之旋轉運動以一掃描方式反射雷射。因此，來自一照明源710之雷射到達螢幕730時具有經減少之斑點效應。
圖7c展示根據本發明之一項實施例之使用一或多個可移動板及一獨立雙軸MEMS鏡之一光學系統的一示意性方塊圖。雙軸MEMS鏡係製作於可移動板770內而非具有用於雷射掃描之一單獨雙軸MEMS鏡。來自一照明源710之一雷射束在由一初級可移動板740隨著其沿垂直及橫向方向之各種振動反射之後，將分散為一較大雷射光點。該較大雷射光點將傳輸至以一掃描方式反射該較大雷射光點之雙軸MEMS鏡上以在一螢幕730上產生一影像。藉由雙軸MEMS鏡之掃描與由次級可移動板產生之斑點減少效應關聯，此乃因雙軸MEMS鏡連同次級可移動板一起振動。
在一項實施例中，可移動板實施有製作於其上之一掃描鏡。此一掃描鏡之設計及製作實例係闡述於Yick Chuen CHAN等人「Design and Fabrication of a MEMS Scanning Mirror with and without Comb Offet」，2010年第五屆奈米/微工程及分子系統之IEEE國際會議，2010年1月20至23日，中國，廈門之會議記錄中，其整個內容以引用的方式併入本文中。
雖然已圖解說明及闡述了本發明之特定實施例，但應理解本發明並不限於本文所繪示之精確構造且自以上闡述可明瞭各種修改、改變及變化。此等修改、改變及變化被視為如以下申請專利範圍中所闡明之本發明範圍之一部分。
200．．．雷射去斑點元件
210．．．中心鏡
215．．．扭力桿
220．．．平衡環
225．．．扭力桿
230．．．可移動板
235．．．支撐彈簧
240．．．支撐框架
251．．．定子梳
252．．．轉子梳
310．．．矩形可移動板
320．．．支撐框架
325．．．支撐桿
330．．．固定梳
340．．．移動梳
400．．．三角形可移動板
410．．．梳狀結構
420．．．梳狀結構
430．．．梳狀結構
415．．．扭力臂
425．．．扭力臂
435．．．扭力臂
450．．．雷射源
470．．．螢幕
510．．．反射塗層
520．．．散射層
530．．．可移動板
610．．．單一光點
620．．．較小光點
630．．．較大光點
710．．．照明源
720．．．可移動板
730．．．螢幕
740．．．初級可移動板
750．．．次級可移動板
760．．．雙軸掃描微機電系統鏡
770．．．可移動板
圖1繪示一雷射束在一表面上之散射。
圖2繪示根據本發明之一項實施例之能夠進行旋轉運動之一可移動板。
圖3繪示根據本發明之一項實施例之沿其一或多個邊緣具有若干梳之一可移動板。
圖4a繪示根據本發明之一項實施例之一可移動板之一垂直振動。
圖4b繪示根據本發明之一項實施例之一可移動板之一橫向振動。
圖4c繪示根據本發明之一項實施例之一可移動板之一旋轉振動。
圖4d繪示根據本發明之一項實施例之三角形可移動板。
圖4e繪示根據本發明之一項實施例之三角形可移動板之梳狀結構之一放大圖解。
圖4f繪示根據本發明之一項實施例之藉由三角形可移動板之一雷射投影。
圖5a繪示根據本發明之一項實施例之一可移動板之頂部上之一經粗糙化散射層。
圖5b繪示根據本發明之一項實施例之一可移動板之頂部上之一經圖案化散射層。
圖5c繪示根據本發明之一項實施例之一可移動板之頂部上之一不均勻材料散射層。
圖5d繪示根據本發明之一項實施例之一可移動板之頂部上之一聚合物結構散射層。
圖6繪示藉由本發明之一項實施例之去斑點效應之一圖解。
圖7a繪示根據本發明之一項實施例之使用具有雙軸MEMS元件之一可移動板之一光學系統的一示意性方塊圖。
圖7b繪示根據本發明之一項實施例之使用一或多個可移動板之一光學系統的一示意性方塊圖。
圖7c繪示根據本發明之一項實施例之使用一或多個可移動板及一獨立雙軸MEMS鏡之一光學系統的一示意性方塊圖。
200．．．雷射去斑點元件
210．．．中心鏡
215．．．扭力桿
220．．．平衡環
225．．．扭力桿
230．．．可移動板
235．．．支撐彈簧
240．．．支撐框架
251．．．定子梳
252．．．轉子梳

Claims (17)

  1. 一種用於在一雷射掃描顯示器中減少斑點效應之MEMS元件，其包括：一可移動板，其經組態以在相對於該可移動板之至少一水平平面中及/或相對於該可移動板之至少一垂直平面中週期性地振動；一支撐框架，其用於經由支撐彈簧或扭力桿支撐該可移動板，其中該支撐彈簧或該扭力桿係經組態以適合(fit)該可移動板之一振盪頻率；一或多個第一致動器，其經組態以沿至少一第一方向週期性地移動該可移動板；一或多個第二致動器，其經組態以沿至少一第二方向週期性地移動該可移動板；及一鏡，其係整體地形成於該可移動板內，用於反射一入射雷射束，使得該入射雷射束根據一入射時間以不同角度照在該鏡上，致使該入射束以在時間上變化之性質反射及/或散射，從而減少一經反射及/或經散射入射束之同調性。
  2. 如請求項1之MEMS元件，其中：該等致動器係靜電梳。
  3. 如請求項1之MEMS元件，其中：該等致動器係磁性致動器。
  4. 如請求項1之MEMS元件，其中：該等致動器係壓電致動器。
  5. 如請求項1之MEMS元件，其中：該可移動板具有三角形形狀。
  6. 如請求項1之MEMS元件，其中：該鏡係一雙軸掃描鏡。
  7. 如請求項5之MEMS元件，其中：該等第一致動器在不同時間沿該第一方向移動該可移動板之每一側，使得該入射雷射束以不同角度照在該鏡上，從而形成該一經反射雷射束之一大致圓形軌跡。
  8. 如請求項1之MEMS元件，其中：一或多個第一梳係沿該可移動板之一個外邊緣及沿該可移動板之一相對外邊緣配置。
  9. 如請求項1之MEMS元件，其中：該可移動板之頂部上之該鏡之至少一部分係塗佈有一散射層。
  10. 如請求項9之MEMS元件，其中：該散射層之表面係塗佈有一反射塗層。
  11. 如請求項9之MEMS元件，其中：該散射層之表面經粗糙化。
  12. 如請求項9之MEMS元件，其中：該散射層係一經圖案化之介電膜。
  13. 如請求項9之MEMS元件，其中：該散射層至少在其表面上具有一聚合物結構。
  14. 如請求項9之MEMS元件，其中：該鏡係一雙軸掃描鏡；及 一反射塗層係提供於該雙軸掃描鏡之頂部與該散射層之間。
  15. 如請求項9之MEMS元件，其中：該散射層係由不均勻之相變聚合物製成。
  16. 一種使用如請求項1之MEMS元件之光學系統，進一步包括：一照明源，其發射一或多個雷射束，一或多個雷射束係傳輸至該MEMS元件之該鏡上，且藉此以一掃描方式反射以在一顯示器上產生一影像。
  17. 一種使用如請求項1之MEMS元件之光學系統，進一步包括：一照明源，其發射一或多個雷射束，一或多個雷射束被傳輸至一MEMS元件之一週期性振動可移動板上，且從而被反射；至少一個額外MEMS元件，該MEMS元件係請求項1之MEMS元件，其經定位以一掃描方式接收及反射自該週期性振動可移動板反射之該等雷射束，以在一顯示器上產生一影像。
TW100108589A 2011-02-16 2011-03-14 在一顯示系統中減少斑點效應之元件 TWI469915B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/029,111 US20120206782A1 (en) 2011-02-16 2011-02-16 Device for reducing speckle effect in a display system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201235289A TW201235289A (en) 2012-09-01
TWI469915B true TWI469915B (zh) 2015-01-21

Family

ID=44696549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100108589A TWI469915B (zh) 2011-02-16 2011-03-14 在一顯示系統中減少斑點效應之元件

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20120206782A1 (zh)
CN (1) CN102207634B (zh)
TW (1) TWI469915B (zh)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011134515A1 (en) * 2010-04-28 2011-11-03 Lemoptix Sa Micro-projection device with anti-speckle imaging mode
CN103376548B (zh) * 2012-04-11 2015-08-26 联想(北京)有限公司 一种激光扫描系统、装置及方法
KR102062261B1 (ko) * 2013-08-08 2020-02-20 한국전자통신연구원 스펙클 저감을 위한 능동형 확산자 및 이러한 능동형 확산자를 갖는 레이저 디스플레이 장치
US9462253B2 (en) 2013-09-23 2016-10-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Optical modules that reduce speckle contrast and diffraction artifacts
CN103529551A (zh) * 2013-10-17 2014-01-22 长春长光奥立红外技术有限公司 激光照明器的均光系统
KR101548427B1 (ko) * 2013-11-12 2015-09-04 한양대학교 산학협력단 스펙클 억제부 및 그를 구비한 레이저 투영 영상 장치
DE102013223933B4 (de) * 2013-11-22 2021-12-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Resonanz-Mikrospiegelanordnung
MX359653B (es) 2014-01-03 2018-10-05 Dolby Laboratories Licensing Corp Accionadores de pantalla acoplados de forma movible.
JP6478008B2 (ja) * 2014-08-04 2019-03-06 株式会社リコー 画像表示装置
US10642027B2 (en) * 2015-12-08 2020-05-05 The Regents Of The University Of Michigan 3D MEMS scanner for real-time cross-sectional endomicroscopy
CN106353891A (zh) * 2016-11-25 2017-01-25 山西大学 一种moems激光扫描微镜阵列散斑抑制装置
CN106773102B (zh) * 2016-12-14 2019-03-26 西北工业大学 一种抑制激光散斑的mems振镜及其制作方法
CN106646716A (zh) * 2017-02-14 2017-05-10 山西大学 空间堆叠型光束分布式相位延迟器及其散斑消除方法
JP2020519919A (ja) * 2017-04-06 2020-07-02 ザ ガバメント オブ ザ ユナイテッド ステイツ オブ アメリカ，アズ リプレゼンテッド バイ ザ セクレタリー オブ ザ ネイビー レーザスペックルの低減および光熱スペックル分光法
WO2019043453A2 (en) * 2017-09-01 2019-03-07 Wayräy Sa TORSION SPRING GRANULARITY DIFFUSER
JP6870699B2 (ja) * 2018-05-03 2021-05-12 株式会社村田製作所 拡大された画像領域を備える走査光学デバイス
CN108873368A (zh) * 2018-08-02 2018-11-23 西安知微传感技术有限公司 一种抑制激光散斑的方法及mems微振镜
JP7506056B2 (ja) * 2018-08-20 2024-06-25 オプトチューン スウィッツァーランド アクチェンゲゼルシャフト イメージの解像度を向上させるための、または、スペックル・ノイズを低減させるための光学デバイス
US11086136B2 (en) * 2018-08-27 2021-08-10 Htc Corporation Image display system and multimedia playback method
US10816816B2 (en) * 2018-09-04 2020-10-27 GM Global Technology Operations LLC Tunable film apparatus
EP3669748A1 (en) * 2018-12-19 2020-06-24 Koninklijke Philips N.V. A mirror assembly
CN113126410B (zh) * 2019-12-30 2022-07-15 中强光电股份有限公司 微机电装置与投影装置
US20230228989A1 (en) * 2021-11-18 2023-07-20 Rockley Photonics Limited Deformable membrane for speckle mitigation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI249506B (en) * 2004-03-19 2006-02-21 Walsin Lihwa Corp Optical micro-electromechanical device and its manufacturing method
TWI253436B (en) * 2004-02-27 2006-04-21 Opus Microsystems Corp Micromechanical actuator with multiple-plane comb electrodes and methods of making
TWI269777B (en) * 2003-08-25 2007-01-01 Advanced Nano Systems Inc MEMS scanning mirror device with distributed hinges and multiple support attachments
US20090185251A1 (en) * 2008-01-22 2009-07-23 Alcatel-Lucent Usa, Incorporated Oscillating mirror for image projection
TW200933194A (en) * 2007-10-05 2009-08-01 Koninkl Philips Electronics Nv MEMS scanning micromirror
WO2009157486A1 (ja) * 2008-06-25 2009-12-30 パナソニック電工株式会社 可動構造体及びそれを用いたマイクロミラー素子

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6246504B1 (en) * 1999-06-30 2001-06-12 The Regents Of The University Of Caifornia Apparatus and method for optical raster-scanning in a micromechanical system
US7605966B2 (en) * 2008-01-21 2009-10-20 Stanley Electric Co., Ltd. Optical deflector
US7970028B2 (en) * 2008-01-30 2011-06-28 Corning Incorporated System and methods for speckle reduction
JP2009229596A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Seiko Epson Corp 画像表示装置
JP5157835B2 (ja) * 2008-11-12 2013-03-06 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置
JP5401977B2 (ja) * 2008-12-25 2014-01-29 セイコーエプソン株式会社 画像表示装置および光源装置
CN101493582B (zh) * 2009-02-23 2010-10-13 福州高意通讯有限公司 一种消激光散斑的光学结构
JP5191939B2 (ja) * 2009-03-31 2013-05-08 スタンレー電気株式会社 光偏向器用アクチュエータ装置
CN101950079A (zh) * 2010-05-26 2011-01-19 香港应用科技研究院有限公司 具有可调谐振频率的双轴扫描镜面

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI269777B (en) * 2003-08-25 2007-01-01 Advanced Nano Systems Inc MEMS scanning mirror device with distributed hinges and multiple support attachments
TWI253436B (en) * 2004-02-27 2006-04-21 Opus Microsystems Corp Micromechanical actuator with multiple-plane comb electrodes and methods of making
TWI249506B (en) * 2004-03-19 2006-02-21 Walsin Lihwa Corp Optical micro-electromechanical device and its manufacturing method
TW200933194A (en) * 2007-10-05 2009-08-01 Koninkl Philips Electronics Nv MEMS scanning micromirror
US20090185251A1 (en) * 2008-01-22 2009-07-23 Alcatel-Lucent Usa, Incorporated Oscillating mirror for image projection
WO2009157486A1 (ja) * 2008-06-25 2009-12-30 パナソニック電工株式会社 可動構造体及びそれを用いたマイクロミラー素子

Also Published As

Publication number Publication date
CN102207634A (zh) 2011-10-05
US20120206782A1 (en) 2012-08-16
CN102207634B (zh) 2014-02-26
TW201235289A (en) 2012-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI469915B (zh) 在一顯示系統中減少斑點效應之元件
JP5536672B2 (ja) 画像投影用振動ミラーを用いる装置及び方法
US8427727B2 (en) Oscillating mirror for image projection
CN100412609C (zh) 照明光源及使用了该照明光源的2维图像显示设备
US7922333B2 (en) Projector, screen, projector system, and scintillation removing apparatus for removing scintillation on an image display using a vibration generating unit
TWI436151B (zh) 在一顯示系統中減少斑點效應之元件
JP5163649B2 (ja) レーザ投射装置
US8537450B2 (en) Two-dimensional scanning and reflecting device
US10401640B2 (en) Micro-projection device with anti-speckle vibration mode
JP2007310196A (ja) 光スキャナ及び走査型プロジェクタ
JP2010060745A (ja) ディスプレイ装置
JP2008151887A (ja) レーザー投射装置
JP2013530418A (ja) スペックル防止撮像モードを備えるマイクロプロジェクションデバイス
US8416482B2 (en) Micro electro-mechanical system (MEMS) based high definition micro-projectors
WO2013187003A1 (ja) アクチュエータと光学反射素子およびそれを用いた画像形成装置
JP2008191512A (ja) 光散乱素子、光散乱装置、照明装置及び網膜走査型画像表示装置
JP2009251596A (ja) 光走査装置、これを採用した画像形成装置及び光走査方法
JP2016085442A (ja) 光偏向素子、光偏向器、２次元画像表示装置、光走査装置及び画像形成装置
JP5557113B2 (ja) 画像表示装置
JP6613815B2 (ja) 振動機構、スペックル解消素子
JP2012145754A (ja) 画像表示装置
JP2011039313A (ja) 光偏向器及び光偏向器の製造方法
JP6478008B2 (ja) 画像表示装置
EP3012678A1 (en) Light-deflection element, light-deflector, two-dimensional imaging display, optical scanning device, and image forming device
US20070273623A1 (en) Method and apparatus using a dual axis optical dithering system to increase a perceived resolution of a display

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees