降低显示器系统里散斑效应的装置的制作方法

专利名称：降低显示器系统里散斑效应的装置的制作方法
降低显示器系统里散斑效应的装置
交叉引用到相关申请美国专利申请13/0 ，112，于2011年2月16日申请，标题为“降低显示器系统里 散斑效应的装置”，在此，其内容通过弓I用结合并到本文中。
技术领域：
本发明通常涉及一种投影数码图像的装置，特别涉及一种去斑(de-speckling) 装置和方法，其能够降低或去除激光投影仪形成图像里的散斑(speckle)。
背景技术：
我们总是在接收视觉信息，如看电影。如今，由于消费电子如数码相机的易用性， 产生了大量的视觉信息。类似地，对于我们从中接收视觉信息的显示器，也有大量的需 求。显示器技术的发展异常迅速，而且出现越来越多的显示图像的不同方法，如阴极射线管 (CRT)显示器、液晶装置(LCD)显示器、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED) 显示器、平视显示器(HUD)、激光扫描投影(LSP)显示器和投影仪。在本发明里，无论何时提 到图像，同样也适用于被称为视频的动态图像。人类视觉对噪声很敏感，因而一个无噪声的高质量图像是非常令人期待的。有一 种噪声被称为散斑(speckle)，对具有相干光源(coherent lightsource)的显示器，如在 使用激光的显示器、HUD、或LSP显示器，这类型的散斑噪声是很常见的。例如，在激光为光 源的投影仪的例子里，投影到屏幕上的图像里将出现散斑，因为激光被如图1所示的屏幕 表面反射。当与可视光波长比较时，任何屏幕的表面都可以看作是粗糙的，因此发生散射。 从屏幕表面上的各个独立散射区域到达观察者眼睛的反射光线有相对相位差(relative phase difference)，并互相干扰，产生颗粒状亮暗图案，称为散斑。已经有多种方法通过破坏激光束的相干性以减少散斑。如果破坏了激光束的相干 性，散斑被平均，因为散斑效应不再有关。对N个独立的散斑，折减系数可以通过以下等式 ⑴来计算R = ^N(1)这些方法包括提供角度分集、波长分集、偏振分集或基于屏幕的解决方案。如 Joseph W. Goodman 在“光学散斑现象理论和应用”(Englewood，Colo. =Roberts & Co., 02007)里所讨论的，已经尝试提供各种去斑的解决方案。在业界，一些方法已经成为习惯做 法，如(1)使用几个激光作为照明光源；(2)从不同角度照明光源；(3)照明时产生波长分集；(4)使用不同偏振态的激光；(5)使用一个专门设计的屏幕来最小化产生散斑，如活动屏幕；和(6)使用一个旋转漫射器。
这些用来减少散斑的解决方案各有其优缺点。有些需要额外部件，如在系统里提 供一个漫射器，这会使系统小型化面临挑战，例如，为了减少散斑，漫射器将引导漫射的激 光到一个摆动的平面镜，如在美国专利4，155，630标题为“通过随机空间相位调制来消除 散斑”里所述，或者如在美国专利5，313，479标题为“使用相干光的无散斑显示器系统”里 所述的一个旋转漫射器。使用额外部件还可能进一步加大将散斑减少方案集成到现有系统的难度，而且 有些甚至需要外部的致动器，这会产生额外的能耗。例如，欧洲专利申请EP1，949，166描述 使用致动器电极(actuator pad)朝向这些致动器电极方向来驱动一个铝涂敷的微加工薄 膜；铝涂敷的微加工薄膜使一个平面镜发生变形，其使光发生散射以减少散斑。这个致动机 制也限制了平面镜朝着一个单方向变形。还有一些解决方案，需要一个活动屏幕，这不仅使图像不能显示在任何静止的屏 幕上，而且当屏幕尺寸增大时很难找到一个合适的装置来移动屏幕。例如，在美国专利 5，272，473标题为“减少散斑的显示器系统”里所描述的换能器(transducer)将很难用于 一个大型屏幕，其中换能器需要连接到一个显示屏幕以产生横过显示屏幕的表面声波。在 美国专利6，122，023标题为“无散斑的液晶投影显示器”里，有另一种类型的活动显示器， 其在显示器屏幕上提供一层液晶分子，在高于60Hz的频率上轻微振动。现有技术里，仍有需要减少显示器的散斑。
发明概述本发明的目的是提供一种运动膜，其能够使用一个简单光学系统而有效地抑制散 斑噪声。运动膜在一个高于扫描镜扫描频率的频率上振动，如在一个足够产生增大光斑的 高频率上振动，然后扫描镜移动以在2D图像里产生另一个点。本发明提供一种MEMS(微电 机械系统)装置，其有一连接到固定框架上的膜。当该膜振动时，该膜被设置以时间性地以 不同折射角度折射入射激光束。随着时间的推移，因为被折射的每个激光束都行进在稍微 不同的路径上，在激光束沿着不同路径行进的激光光斑与不同时间到达平面的激光光斑重 叠之后，所以有一个更大的激光光斑尺寸产生在平面上，而不是一个单个的、相干的激光光 斑。运行期间，膜在不同方向上振动，振动导致入射激光束周期性地击打在膜的不同 位置上，所以，这些激光束时间性地被膜以不同折射角折射。然后，这些时间性地不相干的 折射激光束可以用作为一个光源，用来产生一个有效抑制激光散斑效应的图像。本发明提供的MEMS装置能够批量制造，降低装置的单位成本。MEMS制造工艺会使 装置小型化，这在许多便携式用户电子产品里是令人期待的。此外，使用本发明的没有任何漫射器的MEMS装置，能够实现高光效，并且本发明 的MEMS装置所提供的反射面轮廓更容易控制。由于不需要额外的运动致动器或漫射器，本发明具有较低的能耗。本发明的MEMS装置有一个可控的振动幅度或频率，使得能够进行参数调谐以得 到一个最优的激光去斑效应。施加不同的电压和频率来优化去斑效果。例如通过改变MEMS 装置的输入驱动电压来调整振动幅度，而通过设计MEMS装置中致动部件的尺寸来调谐振 动频率，例如通过改变扭杆(torsional bar)的尺寸。本发明提供一种强健结构，与MEMS扫描镜制造的工艺流程类似，能够进一步将该去斑装置集成到MEMS扫描镜里。本发明的一个方面是提供一种MEMS装置以通过扩大激光扫描投影显示器里的激 光光斑尺寸来减少散斑效应，其包括一个具有第一截面激光光斑尺寸的入射激光束；一个 可以时间性地改变形状的膜，使得一个或多个激光束被该膜以不同折射角度进行折射，从 而折射激光束的时间平均产生第二截面激光光斑尺寸，不同于第一截面激光光斑尺寸；以 及一个或多个致动器，其能够时间性地改变膜的形状。本发明的另一个方面是通过多个致动器使膜运动，致动器是一个电极阵列，被排 列在MEMS上的被膜覆盖的一个区域上。本发明的另一个方面是通过一个或多个振荡致动器使膜变形，每个致动器支撑膜 的每个末端并时间性地发生振荡。本发明的另一个方面是提供至少一个被膜覆盖的MEMS装置的表面区域，其膜被 密集图案化成多个反射镜。本发明的一个方面是将膜涂敷一层导电薄膜。依照本发明的另一个方面，MEMS装置的顶部被涂敷一发散层，发散层的表面被涂 敷一反射涂层。或者，发散层的表面被粗糙化，是一种电介质的图案膜，或在其表面有一个 聚合体结构。本发明的另一个方面是提供一反射涂层在发散层上。在此情况里，发散层是由一 种不均勻的相变聚合物构成。本发明的一个方面是提供一种使用如上所述MEMS装置的光学系统，其包括一个 照明光源，发出一个或多个激光束，一个或多个激光束被传播到MEMS装置的周期性振动的 膜上，从而发生折射；以及一个双轴MEMS反射镜，其接收由MEMS装置折射的激光束，并以扫 描方式反射激光束以产生图像在屏幕上。本发明的另一个方面是提供一种如上所述的如权利要求1所述的使用MEMS装置 的光学系统，其包括一个照明光源，发出一个或多个激光束，一个或多个激光束传播到MEMS 装置的膜上，发生折射；至少一个额外的MEMS装置，该MEMS装置是权利要求1的MEMS装 置，其被安置以接收并折射从MEMS装置离开的激光束；以及一个双轴MEMS反射镜，其接收 那个额外的MEMS装置的激光束，并以扫描方式反射激光束以产生图像在屏幕上。本发明的其它方面也将通过以下实施例进行披露和描述。

以下将参照附图，详细描述本发明的目的、方面和实施例，其中图1显示一个激光束在一个表面上的发散。图2a、2b和2c显示本发明一个实施例，一个横波传播穿过一个膜。图3a和北显示本发明一个实施例一个具有膜的MEMS装置，其中一个横波传播穿 过该膜。图如、仙、如和4(1显示本发明一个实施例一个具有膜的MEMS装置，其中一个横 波传播穿过该膜；其中图如、仙、如和4d分别表示时间=1、时间=2、时间=2. 5和时间= 3的情形。图fe和恥显示本发明一个实施例一个具有各种变形状态的膜的MEMS装置。
图6a、6b、6c和6d显示本发明一个实施例一个具有各种变形状态的膜的MEMS装 置，其中图6a、6b、6c和6d分别表示时间=0、时间=0. 5、时间=1和时间=2的情形。图7显示本发明一个实施例一个具有膜的MEMS装置。图8a和8b显示本发明一个实施例一个具有各种变形状态的膜的MEMS装置；其中 图8a和8b分别表示时间=0和时间=1的情形。图9a显示本发明一个实施例一个MEMS装置顶部上的一个粗糙发散层。图9b显示本发明一个实施例一个MEMS装置顶部上的一个图案化的发散层。图9c显示本发明一个实施例一个MEMS装置顶部上的一个不均勻 (inhomogeneous)材料发散层。图9d显示本发明一个实施例一个MEMS装置顶部上的一个聚合体结构发散层。图10描述本发明一个实施例的去斑效应。图Ila和lib描述本发明实施例使用至少一个具有膜的MEMS装置的一个光学系 统的模块示意图。
发明详述
发明详述MEMS装置至少有一个运动部件。在一个实施例里，运动部件是一种膜。该膜有一 定程度的柔性，使得该膜变形并改变形状。该膜可以反射、折射、偏振或散射光，如激光束， 并可以是由诸如薄膜或导电膜(如ΙΤ0)的材料制成。图2a、2b和2c描述本发明一个实施例的一个横波传播穿过一个膜。在本实施例 里，光线如激光束行进穿过该膜，并发生折射。依照Snell定律，折射角θ r通过以下等式⑴计算
sin Θ nt/1Λ-^ = -(1) sin Ur nr其中θ i是入射角，ni是第一介质的折射率，其中入射光线从第一介质到达第二介 质，K是第二介质的折射率。入射光线被第二介质折射，并以折射角θ^在第二介质里传播。图加显示膜210是静止的，并保持相对平坦。光线到达膜210的平坦表面，然后 进入膜210。如图加所示，在光线进入膜210之前，入射光线是垂直于膜210和第一介质之 间的界面，入射角等于0。依照等式(1)，折射角等于0。当光线从一个介质行进到另一个不 同折射率的介质时，发生折射，当离开膜210进入第二介质时，光线再次发生折射。假设膜 和第二介质之间界面上的入射光线的入射角仍然是0，那么当离开膜210的时候，折射角等 于0。因此，在光线穿过膜210之前和之后，传播方向仍然保持相同。换言之，光线直线穿过 膜 210。图2b显示膜210以这样的方式运动，即有一个横波传播经过膜210。波传播在膜 210上产生波纹。在膜210上形成多个波峰211和波谷212。在到达膜210之前入射光线 平行地以同一方向行进传播，它们在不同时间以不同入射角到达膜210上的波峰211，因为 它们的路线与膜210相交在不同位置上。结果，当入射光线穿过膜210时，由于不同的入射 角，入射光线在波峰211的不同位置上以不同的折射角发生折射。在本实施例里，在进入 膜210之前的第一介质和在离开膜210之后的第二介质的折射率都大于膜210的折射率。换言之，光线在第一和第二介质里行进的速度大于在膜210里行进的速度。一旦进入膜210，光线都朝第一介质和膜210之间界面的法线偏斜。例如，其中一 个光线朝第一介质和膜210之间界面(切线222)的法线221偏斜。因为在波峰211的不 同部分上的每个法线都指向波峰211的弯曲中心，所以每个最初平行的光线被折射后都指 向弯曲中心而行进。结果，膜210的波峰211如凸透镜一样提供聚焦功能。膜210弯曲越 多，光线将更加集中。在进入膜210的波峰211之后，光线在膜210里沿着互相汇合的路径 行进。膜210越厚，光线在膜210里行进的距离越长，导致光线越靠近在一起。因此，由波 峰211引起的聚焦效应取决于诸如膜210的弯曲度、折射率和厚度等因素。当离开膜210进入第二介质时，光线被再次折射。由于光线从一个低折射率的介 质行进到一个高折射率的介质，当穿过膜210和第二介质之间的界面时，光线被转向偏离 法线。换言之，入射角小于折射角。由于在波峰211的不同部分上的每个法线都指向波峰 211的弯曲中心，转向偏离法线使光线不那么聚集，即更加分散。图2c显示与图2b所示相反的情景。与先到达膜210的波峰211不同，光线是先 到达膜210的波谷212。因此，光线入射到膜210的一个波谷212的凹表面上，而不是波峰 例子里的凸表面上。第一介质和膜210之间界面的每个法线是从弯曲中心辐射开来，光线 穿过膜210分散开来。当光线进入膜210被折射时，它们偏向法线。因此，光线以发散方向 在膜210里行进，膜210的波谷212能够对光线产生发散效应。当离开膜210进入第二介质时，光线被折射朝向膜210和第二介质之间界面的法线。图3a和北描述本发明一个实施例的一个具有膜的MEMS装置，一个横波传播穿过 该膜。该MEMS装置是透射式的，其允许激光束穿过它。膜310的运动是由MEMS装置产生。 膜310的每个末端由一个致动器320支撑。每个致动器320被安排在基板350的表面340 上。在表面340上，除了致动器320外还有另一个致动器330。致动器320也起到垫片的 功能，使得膜310的运动将不会受MEMS装置其它部件的阻碍。可以有一个或多个致动器， 每个致动器支撑膜310的每个末端。对于膜的运动，致动器320提供一个自由度，而致动器 330提供另一个自由度。提供的致动器越多，膜运动的自由度就越大。致动器320和330能够以诸如静电力、压电力或磁力的方式来提供致动。如图北 所示，致动器320和/或330的振荡，能够在膜310上产生横波。在膜310 —端上的致动器 320发生振荡，而另一端上的振荡器320保持静止。或者，在膜310两端上的致动器320都 振荡，从而产生相反方向上行进的横向波，并相互重叠。致动器320在垂直方向如上下方向 上振荡并移动膜320的一端。或者致动器320被安排在膜310的四个角上。或者致动器 320可以是多个离散的致动器，其在不同时间致动并以不同振幅和频率振荡。或者致动器 320可以是杆状的，其沿着膜310的一个边缘布置，另一个杆状致动器320沿着膜310的相 对的另一个边缘布置。杆状致动器320扭动，一端的摆动幅度比另一端的更大。图^、4b、k和4d描述本发明一个实施例一个具有膜的MEMS装置，一个横波传播 穿过该膜。在一个时间，如时间间隔是1秒时，致动器320和致动器330开始振荡以产生一 个横波。初始，膜310有一个平坦的表面，其伸展在致动器320之间，其相反两端由致动器 320支撑。当激光束以垂直于膜310表面的方向到达膜310时，激光束以直线路径行进穿过 膜310，不发生转向偏斜。
在另一个时间，如时间间隔是2秒时，在膜310上行进的横波的波峰上，激光束横 穿膜310。激光束在横向波的波峰上聚集，变得更加集中。在另一个时间，如时间间隔是2. 5秒时，在膜310上行进的横波的波谷上，激光束 横穿膜310。激光束在横波的波谷上发散，变得更加分散。同时，致动器320、330的振荡停 止，不再产生额外的波峰或波谷。横波持续在膜310上从一侧行进到另一侧。当时间间隔是3秒时，激光束碰到另 一个波峰，会聚成一个更集中的激光光斑，如图4d所示。然后，在横波停止后，膜310回复 成一个平坦表面，激光束直线穿过膜310。图5a和恥描述本发明一个实施例一个具有各种变形状态的膜的MEMS装置。MEMS 装置有一个膜510覆盖在其顶部。膜510的一些例子包括一种导电透明膜如ΙΤ0(铟锡氧 化物)。在膜510和MEMS装置顶部之间，有一空腔。在到达MEMS装置顶部且发散之前，激 光束在该腔的介质里行进。一发散层530涂敷在MEMS装置基板顶部上。发散层530的至 少一个区域被密集地图案化成一个微小镜阵列，如图fe所示。每个微小镜在其表面上有一 反射涂层520，使微小镜具有反射性，使得当激光束到达时被这些微小镜反射。安置在膜510下方的多个电极(图中未显示)使膜510发生变形。在不同时间开 关每个电极以施加一个电压在膜510和电极之间。变形的样子取决于诸如电极位置、电极 密度和每个电极如何开关等因素。在一个实施例里，电极以这样的方式被开关，即在膜510 上形成一个如图恥所示的弯曲图案。当电极如何通电和/或膜510如何通电被改变时，这 种弯曲或波状图案也被改变。例如，电极可以在交替行上相反通电，使得膜510发生交替地 上下变形。膜510在不受电极影响的波节或区域上保持静止，例如，在膜510之下没有电极 的地方或电极之间的空隙。电极是致动器的一种例子，其它例子可以是使用磁力的致动机 制。由于膜510的变形，光在不同时间上发生衍射，使得穿过膜510的光到达一个平面 的不同位置，重叠在一起以产生一个更大的时间平均光光斑。例如，激光束在不同时间到达 膜510的不同部分，并在不同时间以不同入射角穿过膜510。在穿过膜510之后，激光束进 一步被发散层发散。发散的激光束将再次穿过膜510，并到达膜510的不同部分。不同程 度的会聚和发散被提供给膜510。因此，当激光束被反射镜阵列520反射并离开MEMS装置 时，在不同时间上的激光束将有不同离去角度的路径而离开MEMS装置。图6a、6b、6c和6d描述本发明一个实施例一个具有不同变形状态的膜的MEMS装 置。在电极的影响下，膜510发生变形。在一个例子里，沿着垂直方向的变形幅度在时间 间隔是0秒时达到最大，如图6a所示。激光束在穿过膜510之后，被膜510的一个波峰折 射。然后，激光束在发散层530上方被反射涂层520发散。当激光束被反射远离MEMS装置 时，到达膜510上的一个波峰，在穿过膜510之后进一步被折射。如图6b所示，在时间间隔等于0. 5秒时，沿着垂直方向的变形幅度随着膜510和 电极之间产生静电力的降低而减少。膜510上的突起逐渐变平，每个波峰和波谷的弯曲度 也减小。当穿过膜510时，与前一个时间比较，激光束被折射的程度更小。接着，激光束被 发散层530上的反射涂层520发散。发散角可能不同于之前时间的那些发散角，因为折射 角的不同改变了激光束路径和发散层530上发散表面上的位置。当被反射远离MEMS装置 时，激光束到达膜510上的一个波峰，在穿过膜510后被进一步折射。
在时间间隔是1秒时，膜510回复到其静止位置，如图6c所示，不被电极导致变 形。激光束的路径在穿过膜510时发生折射而改变、在被发散层530反射时而改变、在离开 膜510时发生折射而改变。尽管激光束是从同一方向到达MEMS装置，但是激光束在膜510 上的入射角不同于之前那个当膜510发生变形时的入射角，所以折射角也不同，与之前时 间相比，导致激光束路径发生变化。在时间间隔是2秒时，膜510发生变形，以至激光束到达膜的一个波谷，如图6d所 示，离开MEMS装置的激光束的路径不同于之前的情况。图7描述本发明一个实施例一个具有膜的MEMS装置。膜710是一厚的透明膜，在 其下方涂敷有一层导电透明膜750。一些厚的透明膜的厚度大于1微米。厚透明膜的一些 例子包括聚二甲硅氧烷(PDMS)、聚对二甲苯聚合物材料、SU-8光阻和各种其它光阻。导电 透明膜750的一些例子包括ΙΤ0。膜710在MEMS装置顶部形成一个盖。在膜710和MEMS 装置顶部之间形成一空腔。一层发散层730被涂敷在MEMS装置的顶部表面上，一基板740 位于发散层730之下。一个发散镜720的阵列被密集排列在发散层730上。在该实施例里，膜710比如图6a到6d的那些要厚。如图8a所示，激光束行进穿 过膜710 —个较长距离，并在膜710的上下边界上被折射两次。再次折射可能发生在膜710 和膜750之间的界面上。多个电极(图中未显示)被安置在MEMS装置的表面上，在一个由 膜710覆盖的区域里。电极被接通时，在不同极性上进行通电，能够产生静电力以将导电薄 膜750移向或远离MEMS装置的顶部，而使膜710发生变形。图8a和8b描述本发明一个实施例一个具有各种变形状态的膜的MEMS装置。在 时间间隔是0时，膜710因为安置在膜之下的电极而发生变形，如图8a所示，在膜710上形 成不同的波峰和波谷，就好象在膜710上产生一个横波或驻波。变形使膜710发生振荡，并 提供一个振荡介质给激光束穿越。入射激光束到达一个波峰并被膜710折射。接着，激光 束到达反射镜720，将被反射发散远离MEMS装置。离开的激光束再次穿过膜710和导电薄 膜750，并再次发生折射。图8b显示时间间隔是1秒时激光束行进朝向MEMS装置，膜710发生变形，其中波 形是与图8a所示波形反相180度。在一个靠近波谷的区域，激光束入射到膜710。与图8a 所示的情景相比，这给激光束一个不同的路径变化，因为折射角是不同的。因此，激光束在 时间上不同地被折射，并好多次偏离其行进方向。由于不同的路径长度，在膜710内也发生 相位变化。不是一个单光斑1010被反射到一个屏幕上，或在其它实施例里，反射到到另一个 具有活动或振荡的反射表面的反射器上，如在美国专利申请xx/xxx，XXX里所披露的那个 反射器，一个平面镜或双轴MEMS平面镜用于进一步的反射和发散，每个被反射的激光束产 生一个更大的光斑1030，其是在不同时间被反射到屏幕不同位置上的一些初始较小光斑 1020的平均值，如图10所述。这个较大光斑1030足够快地产生，以至于观看屏幕上图像的 观察者仅能够感觉到这个较大的光斑1030。在一个实施例里，一发散层被用于反射镜或MEMS装置的顶部上，以提高在反射 角上的时间区别性(temporal distinctiveness)。在一些实施例里，发散层920的表面被 粗糙化或被抛光，并有一反射涂层910被涂敷在发散层920的抛光表面上，如图9a所述。反 射涂层910的一些例子包括金或铝。作为另一个应用发散层920的替代方案，通过抛光MEMS装置930的顶部，可以获得粗糙表面，接着在其上应用一反射涂层910，使MEMS装置930的 顶部具有反射性。如图9b所述，本发明另一个实施例，发散层920是一个图案化的绝缘膜，如氧化硅 SiO2和氮化硅Si3N4，并有一反射涂层910被涂敷在发散层920的图案化表面上。作为另一 个应用发散层920的替代方案，通过图案化MEMS装置930的顶部，可以获得图案化的表面， 接着在其上应用一反射涂层910，使MEMS装置930的顶部具有反射性。如图9c所述，本发明另一个实施例，一反射涂层910被涂敷在MEMS装置930的顶 部上，接着一个具有不均勻相变聚合物如液晶的发散层920被应用到反射涂层920的顶部 上。 如图9d所述，本发明另一个实施例，聚合体结构的发散层920被应用到MEMS装置 930的顶部上，一个反射涂层910被涂敷在发散层920的聚合体结构上。聚合体结构的发散 层920的一些例子包括SU-8光阻、聚对二甲苯、光阻、和PDMS。图Ila显示本发明一个实施例一个使用具有膜的MEMS装置的光学系统的模块示 意图。该光学系统包括一个具有膜1120的MEMS装置，其接收来自照明源1110的激光束。 具有膜1120的MEMS装置可以是这样的一个装置，其允许激光束在折射之后穿过自己而成 为离开激光束，或是这样一个装置，其反射或发散激光束而成为离开激光束。双轴MEMS镜 1130利用其绕着两个正交轴的旋转，使用该离开激光束来进行激光扫描，以产生一个图像 在屏幕1140上。该光学系统还包括各种部件，如在激光束行进路经的不同点上的反射镜和 透镜。图lib显示本发明一个实施例一个使用一个或多个具有膜的MEMS装置的光学系 统的模块示意图。为了进一步提高激光束行进路径的差异性以及激光束的相位差，提供一 个或多个具有膜的MEMS装置，使得在经过MEMS装置处理之后产生一个更大的激光光斑。 一旦经过MEMS装置的处理，激光束将被折射或反射/发散。来自照明源1110的激光束被 一个具有膜1121的主MEMS装置处理后，然后由一个具有膜1122的次MEMS装置进一步处 理。上述具有膜的MEMS装置的各种实施例可以被分别使用作为具有膜1121的主MEMS装 置和具有膜1122的次MEMS装置。例如，具有膜1121或1122的MEMS装置是一个通过其膜 来折射激光束的MEMS装置。不止一个具有膜的MEMS装置可以被使用作为具有膜1122的 次MEMS装置，使得来自主MEMS装置1121的离开激光束在到达其中一个次MEMS装置时发 生折射或发散。其中一个具有膜1121或1122的MEMS装置可以由具有运动或振荡表面的 MEMS装置代替，结果MEMS装置的振荡运动能够分散激光束。除了光学系统里的其它透镜和 反射镜之外，提供一个双轴扫描MEMS反射镜1130，利用绕着两个垂直轴的旋转运动以发散 方式反射激光。结果，来自照明源1110的激光到达屏幕1140时，具有减小的散斑效应。尽管已经描述了本发明的特别实施例，应该理解，本发明不受限于在此所述的精 确构造，从前面的描述看出，各种修改、改变和变化是显而易见的。这些修改、改变和变化被 看作是在以下权利要求所阐述的本发明范围的一部分。
权利要求
1.一个MEMS装置，用于通过扩大激光扫描投影显示器上的激光光斑尺寸来减小散斑 效应，包括一个膜，其被设置以时间性地改变形状，使得一个或多个入射激光束被该膜以不同的 折射角进行折射，所述一个或多个入射激光束具有第一截面激光光斑尺寸，而折射激光束 的一个时间平均产生第二截面激光光斑尺寸，第二截面激光光斑尺寸不同于第一截面激光 光斑尺寸；和一个或多个致动器，其能够时间性地改变膜的形状。
2.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中致动器是一个电极阵列，所述电极被排列在MEMS装置上一个由所述膜覆盖的区域上。
3.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中每个致动器支撑所述膜的每个末端，并时间性地发生振荡。
4.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中至少一个由所述膜覆盖的MEMS装置的表面区域被密集地图案化成多个镜。
5.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中 所述膜被涂敷一层导电薄膜。
6.根据权利要求1所述的MEMS装置，其中至少一个由所述膜覆盖的MEMS装置的表面区域上被涂敷一发散层。
7.根据权利要求5所述的MEMS装置，其中 所述发散层表面被涂敷一反射涂层。
8.根据权利要求5所述的MEMS装置，其中 所述发散层表面被粗糙化。
9.根据权利要求5所述的MEMS装置，其中 所述发散层是一个图案化的介质薄膜。
10.根据权利要求5所述的MEMS装置，其中 所述发散层在其表面至少有一个聚合物结构。
11.根据权利要求5所述的MEMS装置，其中 在所述发散层的顶部之间提供一反射涂层。
12.根据权利要求10所述的MEMS装置，其中 所述发散层是由不均勻的相变聚合物构成。
13.一个使用如权利要求1所述的MEMS装置的光学系统，还包括一照明源，其发出一个或多个激光束，一个或多个激光束被传播到MEMS装置的周期振 动的膜上，然后发生折射；和一双轴MEMS反射镜，其接收由MEMS装置折射的激光束，并以发散方式反射激光束以产 生图像在屏幕上。
14.一个使用如权利要求1所述的MEMS装置的光学系统，还包括一个照明源，其发出一个或多个激光束，一个或多个激光束被传播到MEMS装置的周期 振动膜上，然后发生折射；至少一个额外的MEMS装置，该MEMS装置是权利要求1所述的MEMS装置，其被安置以 接收并折射离开MEMS装置的激光束；和一双轴MEMS反射镜，其接收来自额外的MEMS装置的激光束，并以扫描方式反射激光束 以产生图像在屏幕上。
全文摘要
本发明涉及降低激光扫描投影仪显示器里散斑噪声的方法和装置。特别地，提供一种具有一振动膜的MEMS装置，由此光线时间性地以不同的角度被折射，从而降低散斑效应。
文档编号G02B26/08GK102141687SQ20111006189
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年2月16日
发明者刘颖, 蔡振荣, 陈奕泉, 霍露明 申请人:香港应用科技研究院有限公司