利用光栅多边形在成像表面上进行2d直线扫描的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2012年9月26日、申请号为201210377602.X、名称为"利用光 栅多边形在成像表面上进行2D直线扫描"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明的实施例大体设及基于激光的图像产生系统，尤其设及使用光栅多边形 (rasterpolygon)在成像表面上进行2D直线扫描的系统W及形成该2D直线扫描的方法。
【背景技术】
[0003] 在基于激光的图像产生系统中，旋转多边形反射镜通常被用来将一个或多个激光 束扫描经过图像产生表面，诸如激光光学复印机的光敏鼓或者激光巧光显示器的巧光屏。 旋转多边形反射镜是具有多个反射表面的多面光学元件。入射到一个反射表面上的激光束 被导向图像产生表面，并且随着多边形旋转，入射激光束扫描经过图像产生表面，从而在图 像产生表面上产生图像的一根线。
[0004] 在一些装置中，专用的旋转多边形反射镜（已知为光栅多边形反射镜）被用来在 图像产生表面上产生激光的2维扫描。在光栅多边形反射镜中，每个反射表面被倾斜到不 同角度。与旋转多边形反射镜一样，当光栅多边形反射镜旋转时，入射到光栅多边形上的反 射表面的激光束扫描经过图像产生表面，W在图像产生表面上产生图像的线。然而，随着每 个连续的反射表面旋转通过入射激光束，光束被引导到图像产生表面上的不同位置并扫描 经过不同位置，从而在图像产生表面上执行2维扫描。因此，光栅多边形反射镜允许使用单 个移动组件将激光器在2维表面上进行扫描，从而有助于高速激光成像技术。
[0005] 使用用于在图像产生表面上扫描激光的光栅多边形反射镜的缺陷是被如此导向 的激光在图像产生表面上不遵循直线。相反，激光的扫描线具有相当大的曲率，该将会使得 图像处理和时机变得复杂。此外，光栅多边形反射镜的不同倾斜的反射面产生相应的不同 曲率，从而在产生于图像产生表面上的图像中产生可察觉到并且不令人期望的失真，如图1 所示。图1示出了由现有技术的激光扫描系统在成像表面99上产生的弯曲的激光扫描线 101-109,该激光扫描系统使用被导向光栅多边形反射镜的单个激光束。如图所示，激光扫 描线101-109是弧线，而非直的平行线。因为每根激光扫描线101-109由旋转经过入射激 光束的光栅多边形反射镜的不同反射面产生，并且因为每个反射面产生不同程度的失真， 所W每根激光扫描线101-109是具有不同曲率的弧线。该种失真主要由不同反射面的不对 称旋转特性W及由将激光聚焦在成像表面上的扫描成像光学系统的失真来引起。激光扫描 线101-109的该种失真基本对于观察者可见并且可W导致劣化的观看效果。
[0006]如前所示，在现有技术中需要该样的激光扫描系统；其使用光栅扫描多边形反射 镜来在图像产生表面上产生直且平行的激光扫描线。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个实施例提供了一种2D扫描系统，其使用光栅多边形和特别设计的 扫描光学系统来在成像表面上产生直的扫描线。入射光束相对于光栅扫描多边形反射镜 的接近角（approachangle)被选择为使成像表面上的扫描线的枕形失真（pin-cushion distcxrtion)最小化，并且光栅扫描多边形的旋转轴的倾斜角被选择为使该失真在成像表 面上对称地定位。此外，扫描和成像透镜被构造为在成像表面上产生扫描线的桶形失真 〇3arreldistortion)，W补偿枕形失真。
[0008] 本发明的一个优点是可W使用单个高速旋转元件来在成像表面上实现具有直且 平行的扫描线的光的超快二维扫描。
【附图说明】
[0009] 通过参照实施例，可W更详细地理解本发明的上述特征，该些实施例中的一些在 附图中示出。然而，应当理解，附图仅示出了本发明的实施例，并且因此不应认为是对本发 明的限制，因为本发明可W允许其他的等效实施例。
[0010] 图1示出了由现有技术的激光扫描系统在成像表面上产生的弯曲的激光扫描线， 该激光扫描系统使用被导向光栅多边形反射镜的单个激光束；
[0011] 图2是根据本发明的实施例构造的成像系统的示意构造；
[0012]图3示出了由根据本发明的实施例的光栅多边形建模系统产生的对称弯曲扫描 线，该系统具有优化角度组和不存在失真的理想扫描透镜，该优化透镜组具有接近角和多 边形旋转轴倾斜角；
[0013] 图4示出了根据本发明的实施例，在扫描和成像透镜被构造为补偿枕形失真时在 成像表面上的激光扫描线；
[0014] 图5示意性地示出了根据本发明的实施例，被构造为具有补偿透镜失真功能的扫 描光学系统的一个实施例；
[0015] 图6示出了由扫描和成像透镜的实施例产生的桶形失真图案，该扫描和成像透镜 仅包括对图3中示出的扫描多边形引起的失真进行补偿的球面透镜；
[0016] 图7示意性地示出了根据本发明的实施例，在成像表面上的两组直扫描线；
[0017]图8示意性地示出了根据本发明的实施例，包括两个折叠反射镜的成像系统；
[001引图9提供了根据本发明的实施例，用于确定扫描和成像透镜的构造的方法步骤的 流程图；
[0019] 图10是光束踪迹扫描线图的示例，其示出了由本发明的实施例在屏幕上产生的 扫描线；W及
[0020] 图11示意性地示出了根据本发明的实施例的扫描光学系统的另一个实施例，其 被构造为具有补偿透镜失真功能。
[0021] 为了清楚，在合适的地方使用相同的附图标记来表示在附图之中相同的元件。还 想到了 一个实施例的特征可W被结合到其它实施例中，而不用特殊说明。
【具体实施方式】
[0022] 图2是根据本发明的实施例构造的二维（2D)扫描系统100的示意图。2D扫描系 统100是该样的系统；其通过W2D方式将单个或多个光束在成像表面110的表面上扫描来 在2D成像表面110上产生图像。在一些实施例中，2D扫描系统100可W是基于激光的显示 设备，诸如使用单个或多个激光器来光学地激发成像表面110上的发光或巧光材料来产生 图像的激光巧光显示器（LPD)。在其它实施例中，2D扫描系统100可W是静电图像打印机， 其中成像表面110是光敏器件的表面。在图2中示出的实施例中，2D扫描系统100被构造 为LPD，并且包括如图所示构造的成像表面110、激光器模块120、准直透镜130、接近反射镜 140、光栅多边形反射镜150、扫描光学系统160和控制模块180。
[0023] 成像表面110是2D扫描系统100在其上产生静态或动态图像的表面。成像表面 110包括含巧光体材料的交替区域，该交替区域在被激发时产生不同颜色的光（例如，红 色、绿色和藍色），而对所产生的颜色进行选择来使得该些颜色的结合可W形成白色光和其 他颜色的光。交替区域可W使条带、点或其他形状。成像表面110上的像素元件包括=个 不同颜色的含巧光体区域。各个像素元件可W由成像表面110上的含巧光体材料的交替区 域的尺寸和形状限定和/或由激发含巧光体材料的聚焦光束175的尺寸限定。在一个实施 例中，含巧光体材料的交替区域是窄带。
[0024] 激光器模块120是诸如激光器塔（lasertower,包括一个或多个激光二极管）的 激光器装置，其用于产生在2D扫描系统100的工作期间在成像表面110上进行扫描的激发 光束。在优选实施例中，多个激光器模块120被集成在系统中，从而在光栅多边形反射镜 150上形成具有不同入射角的叠加准直光束。由此集成的激光器模块的个数可W使5、10或 20W上。为了清楚，在图2中，2D扫描系统100被示出并描述为具有激光器模块120和单个 激光束，即激光束171。在一个实施例中，激光束171是紫外扣V)激光，产生的光具有在约 400nm到450nm之间的波长。激光束171是沿着两个正交方向（例如水平和竖直方向）W 光栅扫描图案在成像表面110上进行扫描的调制光束，W激发成像表面110上的像素元件 并且产生用于观察者105的图像。下文更详细地描述了将激光束171引导到成像表面110 的操作。
[00巧]准直透镜130是单透镜或组合透镜，其被构造来使激光束171大致准直，从而形成 准直光束172。准直透镜130还被构造来将准直光束172引导到接近反射镜140,如图所示。 在激光器模块120产生