利用光束失配的激光投影制造技术

提供了一种激光投影系统，它包括激光源、投影光学器件、扫描光学器件和扫描控制器。激光源包括至少两个点状源Ｐ１、Ｐ２，被配置成产生两个光束。将扫描控制器配置成驱动扫描光学器件以定义快扫描轴方向和慢扫描轴方向，在快扫描轴方向上投影图像的线条，在慢扫描轴方向上光束处理投影图像的连续的线条。各个点状源相对于彼此且相对于投影光学器件的光轴的位置在投影光学器件的下游提供了第一和第二光束的角度失配。使各个点状源定位成使得第一和第二光束在慢扫描轴方向上的失配程度大于在快扫描轴方向上的失配程度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用光束失配的激光投影优先权本申请要求2007 年 12 月 20 日提交的题为 “Laser Projection Utilizing Beam Misalignment”的美国专利申请12/004，181的优先权。
技术介绍
本专利技术涉及扫描激光投影系统以及利用以不同波长光谱为特征的多个光束的激 光投影方法。更具体地讲，本专利技术涉及能改善激光投影仪的眼睛安全裕度且同时在激光投 影期间避免图像恶化或至少使这种图像恶化达到最小的投影系统的设计和操作。
技术实现思路
许多用于控制扫描激光投影系统的设计和操作的安全条例都规定了最大激光功 率曝光阈值，在扫描操作期间不应该超过该阈值。这些曝光极限值通常与所用的激光器的 类别有关。根据一组安全标准，如果投影系统利用一系列激光脉冲来投射一图像，且如果这 些脉冲照射观看者的眼睛达到18微秒或更小的照射周期，则在确定是否已经超过安全极 限值时必须考虑这一系列脉冲内的每个脉冲的共同的贡献。相应地，在许多情况下，有必要 规定一最小脉冲间延迟(即，各个脉冲之间的延迟)以满足特定的安全极限值，这通常被称 为眼睛损伤时间常数。一旦规定了合适的脉冲间延迟，则通过考虑一给定的时间窗口上的总的脉冲持 续时间(通常被称为总-开启-时间-脉冲(Τ0ΤΡ))，就可以评估激光安全性。可以计算 TOTP为在一给定时间窗口(比如0.25秒)上所有的脉冲的持续时间之和。投影系统的 可达到的发射极限值(AEL)是按指数规律正比于TOTP的，所以TOTP的任何增大都将显著 地增大AEL。对于多色激光投影系统而言，必须针对每一种投影颜色累加该Τ0ΤΡ。结果， 已经提出了许多方案，使投影系统中所使用的每一种颜色的各个光束达到一定的角度失配 (misalignment)，以产生投影图像。Sony公司的美国专利7，255，445展现了一个这样的系 统的示例。许多扫描激光投影系统使用扫描镜或某一类型的光学配置，驱动该扫描镜从而 通过使不同颜色的各个光束在快扫描轴方向和慢扫描轴方向上进行扫描进而产生扫描的 激光图像，其中，将图像的线条投影在快扫描轴方向上，在慢扫描轴方向上所述光束处理 (address)投影图像的连续的线条。本专利技术人已经认识到，在慢扫描轴的方向上多个光束是 失配的这一情况下，可以使光束在慢扫描轴方向上失配，以增大眼睛可能暴露于这些光束 的持续时间。在本专利技术的一个实施方式中，在慢扫描轴方向上使不同的光束的各个偏转失 配，且失配的大小大约介于标准眼睛瞳孔的角度范围的一半和标准眼睛瞳孔的一个完整角 度范围之间，且扫描间隔大于给定的眼睛损伤时间常数。通常，在扫描操作过程中，必须引入脉冲间延迟，以使多个光束失配。这种延迟可 以减小扫描仪的占空因数，因此，减小了投影屏幕上的总功率。相应地，本专利技术人已经认识 到，需要使这些光束的角度失配达到最小。根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种激光投影系统，它包括激光源、投影光学 器件、扫描光学器件和扫描控制器。激光源是由至少两个靠近的发射点状源构成的，例如， 这种源可以是在同一单个芯片上的两个激光二极管。然后，计算投影仪的光学配置，以提供 光束定形的功能，且还提供改善曝光极限值所需的最小角度分离。附图说明在与附图相结合的情况下，可以对本专利技术的特定实施方式的详细描述作最佳的理 解，其中相似的结构是用相似的标号来表示的，其中图IA和IB是根据本专利技术一个实施方式的激光投影系统的一般示意图；图2-4是在像平面中两个角度失配的光束的各个偏转的示意图；以及图5是扫描的激光图像中的失真的图示。具体实施例方式在下面的详细描述中，将参照附图，这些附图形成本说明书的一部分，作为示例而 非限制性地示出，显示了可实现本专利技术的特定实施方式。应该理解，可以使用其它实施方 式，并且在不背离本专利技术的精神和范围的情况下可以作出各种修改。图IA和IB是根据本专利技术一个实施方式的激光投影系统100的一般示意图。激 光投影系统100包括激光源110、投影光学器件115、扫描光学器件120和扫描控制器130。 通常，激光源110包括多发射器激光源，并且被配置成产生第一和第二光束111、112，尽管 三光束系统也是想得到的，特别是在将投影系统100配置成多色投影仪(比如RGB投影系 统)的情况下。例如，两个发射器P1和P2可以包括一种双发射器激光器，即两个发射点位 于同一芯片上，或者可以包括多发射器倍频激光器。这两个发射器P1和P2可以具有相同 的波长，并且可以对它们单独地调制。在另一种情况下，PpP2和可能的P3都可以由不同的 激光器芯片制成，将这些芯片集成得非常靠近，并且具有不同的波长光谱，即不同的发射波 长。作为示例而非限制，激光源110可以包括三个不同的发射器，每一个发射器对应于三个 不同的发射颜色之一。在所示的实施方式中，扫描光学器件120是以扫描镜的形式呈现的，例如，它可以 包括一种双轴式万向常平架_安装的MEMS扫描镜，该扫描镜使光束111、112通过约+/-60 度的偏转角绕着两个正交扫描轴122、124发生偏转。尽管本文是结合扫描镜120来描述 本专利技术的各个实施方式的，但是可以预期各种常规的或仍待开发的光学配置都是可以使用 的，以形成用于实现本专利技术的合适的扫描光学器件。参照图IA和2，不管两个光束111、112的特定波长光谱的本性如何，将扫描控制 器130配置成在慢扫描轴方向220和快扫描轴方向230上驱动扫描镜120。另外，配置激 光源110、投影光学器件115和扫描镜120，使得第一和第二光束111、112在慢扫描平面中 以不同的入射角击中扫描镜120，所述慢扫描平面是通过使扫描镜120在慢扫描轴方向220 上移动而定义的。较佳地，尽管并非必然要求如此，第一和第二光束111、112在大致一样的 位置处击中镜子120。朝着像平面150引导发生偏移的光束，以产生图像200，图2仅仅示 意性地示出了图像200。在图IB中更透彻地示出了在确保第一和第二光束111、112以不同的入射角击中扫描镜120的过程中，激光源110和投影光学器件115所扮演的角色。如图IB所示，第一 和第二光束111、112的各个点状源Pp P2相对于投影光学器件115的光轴116的定位和取 向产生了第一和第二光束111、112的各个传播方向的相对差异。可以将投影光学器件115 和激光源110配置成调整这种传播方面的差异，以在像平面150中产生光束111、112的合 适的失配。在相对简单的实施方式中，投影光学器件115包括单个准直透镜，并且通过参照 下列关系式或其数学等价方程就可以调整角度分离θ θ = Ay/f其中，Ay是第一和第二光束111、112的各个点状源沿着与光束111、112的传播 方向正交的一个轴的分离程度，并且f是透镜115的焦距。在激光投影系统中，近准直透镜 115的焦距f是由像平面150中想要的光斑的大小决定的。因为在许多情况下透镜的焦距 f通常是固定的，所以通过为激光源110提供可调节的点状源并修改光束111、112的点状 源发射器之间的距离Ay，就可以调节光束111、112的角度分离θ。可以提供可调节的点 状源作为公共框架上所安装的独立的发射器，将该公共框架配置成允许多个发射器独立定 位，安装到或形成于激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光投影系统，它包括激光源、投影光学器件、扫描光学器件和扫描控制器，其中：激光源包括至少两个点状源Ｐ↓［１］、Ｐ↓［２］；将第一点状源配置成产生第一光束；将第二点状源配置成产生第二光束；将扫描控制器配置成驱动扫描光学器件以定义快扫描轴方向和慢扫描轴方向，在快扫描轴方向上投影图像的线条，在慢扫描轴方向上光束处理投影图像的连续的线条；各个点状源相对于彼此且相对于投影光学器件的光轴的位置在投影光学器件的下游提供第一和第二光束的角度失配；以及对各个点状源进行定位成使得第一和第二光束在慢扫描轴方向上的失配程度大于在快扫描轴方向上的失配程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E阿尔莫里克，J高里尔，JM格罗科锡斯基，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]