专利名称：具有交错光束扫描的光束显示器的制作方法
相关申请信息在35 USC119(e)下，本申请要求对于2000年10月27日提交的临时申请系列号60/244,075的优先权，其公开内容在此引入作为参考。
背景技术：
1、发明领域本发明涉及显示器和显示视频信息的方法。特别是，本发明涉及光束显示器以及扫描光束以显示视频信息的方法。
2、现有技术的描述和相关信息高分辨率显示器具有多种应用，包括计算机显示器、高清晰度电视(HDTV)和模拟器。在这些应用中，首先要考虑的是分辨率、最大可视面积、成本和可靠性。尽管许多方法(包含CRT显示器，后投影和前投影显示器，等离子体显示器和液晶显示器)已经得以应用，但这些当中无一个能满意地提供所有上述期望的特性。在其它的显示器应用中，如控制面板显示器以及车辆和航行器的罗盘显示器，分辨率次要于亮度、结构小巧和可靠性。
尽管基于光束的显示器，如发光二极管或激光束显示器能潜在地为上述提到的两种类型的显示器提供很多优点，但是这些显示器还没有被广泛地应用。这在很大程度上是由于在显示屏上以所需精确度扫描光束的能力有限。扫描激光束的一个普通方法是应用一个旋转镜以在镜子旋转时在线性方向扫描激光束。一般地，这个镜子配置成多面体，其每一边对应于在线性方向的激光束的扫描长度。光束的垂直移动一般由第二个镜子来提供，以提供二维扫描-----这正是显示应用所需要的。
这种旋转多面体激光束二维(XY)扫描仪的例子示意于
图1中。图1所示的现有技术激光束扫描设备应用多面体形镜1，所述多面体1接收激光器2所提供的激光束，并当多面体1旋转时使激光束沿扫描方向x偏转。第二块镜子3被配置以在Y方向垂直移动光束来扫描连贯的水平线。这两个镜子就这样分别扫描所有X方向和所有Y方向。本领域的技术人员将理解到随着显示器尺寸和显示器分辨率的增加，维持两个运动镜子所需要的精确准直变得非常困难。可导致高分辨率应用(如HDTV)所不能接受的各种形式的变形。这些因素表明提供商业上能接受的扫描激光器或光束显示器面临的严重问题。
因此，目前存在对能提供在水平和垂直两个方向精确扫描的扫描光束显示器的需求。而且，目前存在对这种不会过度增加其费用的显示器的需求。
发明概述在第一方面，本发明提供了一光束显示器，它包括具有垂直和水平尺寸的显示屏，多光束的光源和光路，该光路包括位于显示屏与光束源之间的一可移动的反射镜，该反射镜拥有多个反射小平面。该可移动的反射镜通过其一个或多个小平面把多光束导引向显示屏，以同时照亮显示屏上的多个不同的扫描线，这些扫描线由多个非照亮的扫描线隔开。提供一个光机元件用于垂直移动光束以照亮显示屏上的不同扫描线。这种水平扫描线的交错扫描使得垂直移动达到最小，从而获得对整个显示器区域非常精确的扫描。
优选地，该可移动反射镜是一可旋转的多面体，且光束显示器还包括一以预定的角速度转动多面体的马达，因而将连续的小平面带入光路以截取多光束。该光束源优选地由配置在阵列中的第一多个发光二极管组成，该阵列包括多行和至少一列。该阵列可以有三列，其中每一列对应于具有一基色的光束源。在一个优选实施例中，应用显示屏上被照亮的两面板，该光束源还可包括在具有多行和至少一列的阵列中配置的第二多个发光二极管，且其中该光路将多光束通过可移动反射镜的相应第一和第二小平面导引向显示屏，以同时照亮显示器的不同水平区域或面板。该光机元件可包括一振动子或耦接到第二可移动反射镜的压电装置。
在另一方面，本发明提供了一光束显示器，它包括用于接收视频数据(该视频数据包含显示信息的多个水平线)的输入、显示屏、在包括多个行和至少一列的阵列中配置的第一多个光束源，以及在包括多个行和至少一列的阵列中配置的第二多个光束源。存储器存储视频数据的多个水平线，控制电路根据该存储器中存储的多个水平线的视频数据同时激励光束源，这样每个被激励的水平线被多个未被激励的水平线隔开。第一和第二光路分别被提供在显示屏和第一与第二多光束源之间，每个包括拥有多个反射小平面的第一可移动反射镜和第二可移动反射镜，用于同时将被激励的多束导引向显示屏。该第一可移动反射镜可以由这两光路共享并水平扫描第一多个和第二多个光束。每一光路中的第二可移动反射镜垂直扫描第一和第二多个光束从而相继扫描所有的水平线。
在另一方面本发明提供了一种利用多光束在显示屏上显示信息的方法。该方法包括将多光束导引向显示屏并在第一方向上扫描这些光束以同时在显示屏上描绘出第一多个平行扫描线，该第一多个平行扫描线在第二方向上被隔开。例如，可提供由8条线隔开32条平行扫描线。该方法还包括在第二方向上移动这些光束然后又在第一方向上扫描这些光束以同时在显示屏上描绘出第二多个平行扫描线，该第二多个平行扫描线在第二方向上被隔开并与第一多个平行扫描线交错。该方法包括反复移动和扫描以在显示屏上描绘出第三多个平行扫描线，该第三多个平行扫描线在第二方向上被隔开并与上述的第一和第二多个平行扫描线交错。整个显示屏通过相继反复移动和扫描多次而被照亮。例如，对于8条扫描线的间隔，移动和扫描进行了8次。该显示屏可以是通常的矩形配置，且第一方向对应于屏幕的水平尺度而第二方向对应于屏幕的垂直尺度。该水平方向可被分为由分开的光束源所扫描的许多面板。
本发明的其它方面将通过下文对本发明的详细描述来理解。
附图的简单描述图1是现有技术激光扫描设备的顶视示意图。
图2A和图2B是根据本发明优选实施例的光束显示器的示意图。
图3是根据本发明的光束显示器操作的扫描图案的示意图。
图4A至4H是根据本发明的光束显示器的优选操作模式的扫描图案示意图。
本发明的详细描述参照图2A和图2B，本发明的光束显示器的优选实施例被示意于示意图中，该示意图示意了该实施例的基本结构和电子设备。光路和这些结构部件的尺寸在图2B中没有按照规定比例被示出，且光路布局和具体尺寸将随具体应用而定。光束源、多小平面的多面体和其他光学仪器，以及显示器电子设备可以应用于1998年10月8日提交的美国专利申请序号09/169,163的授意，该专利现在为2001年1月16日发表的美国专利6,175,440，该公开内容在此引入作为参考。也可以应用发表于1999年12月28日的美国专利6,008,925、发表于1997年7月8日的美国专利5,646,766和发表于1992年11月24日的美国专利5,166,944的授意，这些公开内容在此引入作为参考。因此，下文将不再详细描述本显示器的所有方面，可以参考上面指出的专利来作为附加内容。
图2A和2B的显示器包含多光束202的第一光源200，所述多束可以包含将在下文作出详细讨论的不同频率/颜色的束，以及位于光源200与显示屏206之间光束的第一光路。同时还提供了多光束302的第二光源300，它具有到显示屏206的通常平行的第二光路。响应于来自光源100的视频数据，按照将在下文做出更详细描述的方式，光束激励受控于控制电路220。作为目前优选实施例的一个例子，光源200和300可每个包括一个拥有多行和至少一列的发光二极管的矩形阵列。对每个二极管阵列来说单色显示器可以有单列，而彩色显示可以有3列或更多列。特别是，还可以提供额外的列用于光强度归一化。例如，在绿光二极管提供的光束强度比红光、蓝光二极管低的地方可提供两列绿光。这样彩色阵列为每行提供3基色。行数对应于由每个二极管阵列在显示屏206上描绘出的平行扫描线的数目。例如，可以应用32行二极管。因此，每个二维的二极管阵列200，300可以同时提供从1到96的独立光束202，302(受控于控制电路220，提供下文将要讨论的扫描模式)。每个传送头200，300的光源(如发光二极管或光纤)数可以随分辨率要求而变化。也可以应用其他多光束的光源。例如，利用AOM调制器可以将单束分为多个被独立调制的束，从而组成了一多束光源。这种使用AOM调制器来产生多束的方法美国专利5,646,766作了描述，在此引入作为参考。
本光束显示器包含用于水平扫描的第一可移动反射镜，优选地包括多小平面多面体反射镜32。多面体上的小平面数可对应于同时被扫描的水平线间的间距，但可随分辨率要求而变化。该多面体形状的反射镜32被优选地耦接到一可变速的马达，该马达为反射镜32提供高速转动，这使其圆周上的连续平反射小平面34与光束得以反射性接触。反射镜32的旋转速度由一编码器(未示出)监视，该编码器依次提供信号给耦接到控制电子装置220的马达控制电路36。该马达控制电路、电源和角速度控制反馈可以运用上文提到的美国专利5,646,766中的做法。尽管目前优选的是一个多面体形的多小平面反射镜32，但将理解为还可运用其它形式的可移动多面反射镜来让反射性平表面与光束进行连续反射性接触。这种可替换的反射镜可由任何多类别的马达激励器系统包括线性和转动的马达来执行，使一具体的激励器系统被选来为具体应用提供所期望的小平面速度。在电路38和控制电子装置220的控制下，每一组光束202、302的垂直光机器件或元件216、316提供光束的垂直移动。该垂直的光机器件或元件216、316可包括用于每个光束202、302的第二可移动反射镜。例如，可运用一振动子驱动的反射镜。也可运用其它的光机器件或元件，包含公知的压电元件。在可供选择的实施例中，光束的垂直移动可通过倾斜反射镜32上的小平面而提供。对这一实施例的适当修改将从在此引入作为参考的440专利和075申请之公开内容得到理解。
从每个光束源200、300来的光束202、302的光路可以这样配置，使得光束以某种方式截取旋转多面体32以使多面体旋转时能提供所期望的沿着显示屏206的扫描范围，并使得通过为每个光路运用光机器件216、316实现光线的垂直偏移。这些光路将依赖于具体的应用，且正如已示例的，它们可包括分别为光束202和302提供的准直光学装置208、308和投影光学装置210、310，以将具有所期望的光斑尺寸的束聚焦在显示屏206上。同样，这些光路可以运用公用的(或分开的)反射性光学元件212来增加其路径长度。每个准直光学装置208、308和投影光学装置210、310可包括一个或多个透镜以及一个或多个反射镜。在已具体示例的实施例中，第一光路的准直光学装置包括镜子222、透镜224、透镜226、透镜228、镜子230、以及透镜232。第二光路的准直光学装置包括镜子322、透镜324、透镜326、透镜328、镜子330以及透镜332。准直光学装置208和308分别为第一垂直光机元件216和第二光机元件316提供经准直的光束，其可包括上面所述的可移动反射镜。接着通过多面体32提供第一光路的光束给投影光学装置210，该投影光学装置可包括透镜236和镜子238，它们将光束提供给镜子212，然后给显示屏206。通过多面体32的一不同小平面依次提供第二光路的光束给投影光学装置310，该投影光学装置可包括透镜336和镜子338，它们把光束提供给镜子212，然后给显示屏206。
将理解为，对图2B所示的光路和光学元件的多种修改是可能的。例如，可提供附加的光学元件用来增加光路长度或改变其几何结构以在有限空间应用中达到最大的扫描范围。作为选择，光路可不需要任何光路延伸元件，如在允许光束源200、300，反射镜32和显示屏206的适当几何结构应用中的反射元件212。同样地，可提供附加的聚焦或准直光学装置为具体的应用提供所期望的光斑尺寸。在其它的应用中，单独的光学元件可进行组合，用于每一光路中少于整组光束的光束组中。例如，单行二极管阵列中的所有二极管可由一组光学准直元件来聚焦。在其它应用中，如果从二极管阵列200、300本身发出来的光束能提供所期望的光斑尺寸和分辨率，则聚焦元件是可以去除的。显示屏206又可以为一反射性或透射性屏幕，该屏幕具有因提供的高亮度而目前被优选的一透射性漫射屏。
正如图2A和图2B以及示例出在一个垂直位置上的扫描模式的图3所进一步示意说明的，这些光路在旋转反射镜32的相应小平面34上同时提供多光束202、302以照亮显示屏206的两面板。特别地，多光束202通过第一小平面同时被导引向显示屏206的第一面板或部分240上的相应点或像素。多光束302依次通过第二小平面被同时导引向显示屏206的第二面板或部分340上的不同组像素0。为了提供无缝的图象，可提供重叠区域242。从光源200或300来的多束也可同时照亮单个像素。特别地，在彩色显示器中，单行二极管阵列中的所有3个二极管可同时照亮单个像素。甚至在单色显示器应用中，多束可以在单个像素处组合以提供增加了的亮度。到像素上的这一多束组合由图3大体所示的被导引向显示屏206的光束所意指，每一光束优选地包含不同频率或颜色的多个截然不同的分量束。光束202、302在显示屏206上描绘视频数据所采用的具体方式如图4A-H所示。
图4A至图4H是由显示器所提供的光束扫描模式和扫描方法的一系列图示。每一小平面扫描整个垂直场的一部分(在这个图例中，以8条水平线均匀地隔开每一小平面的32条扫描线)。图4A至4H中的每一个图代表着一个新的垂直扫描位置，每一位置包括由一新的小平面所扫描的多个水平扫描线(例如，所示的32)。通过使用每一面板240、340相应的光机元件216、316来完成扫描线的垂直位移。对于图例所示的8条线的间距，所述垂直移动仅包括8条线。控制电子装置220中的存储器存储了整个垂直显示视频数据的多个水平线。控制电子装置220中的控制电路根据给定垂直位置的来自存储器中所存储的多个水平线视频数据同时激励光束源，这样如图4A至4H每一个图中所示每一被激励的水平线被多个未被激励的水平线分隔开。如图4A至4H所示，整个显示器屏幕通过连续反复垂直移动和水平扫描多次而被照亮。即，图4A至4H累积地表示整个垂直显示器信息。这种新扫描模式的好处是光机元件216、316，如振动子，只需非常小的移动量，这使得水平线能非常直。将理解为，在示例中被同时扫描的水平线之间距(如n＝8)与被同时扫描水平线的数目(如32)的选择只不过是一个例子，这些数目可以根据具体的显示器应用而变化。
对于其它的应用，也可获得这些扫描的部分或所有优势。因此，在此描述的交错光束扫描光学装置和扫描图案可用于除显示器之外的要求光束精确扫描的应用。
尽管结合具体的实施例以及具体的操作模式已经完成前面对本发明的详细描述，但将理解这这样的实施例和操作模式纯粹是用于图解说明之目的，本发明的大量不同的执行过程也可以实现。因而，前面的详细描述不应该看成是限制性的，而本质上仅是示例性的。
权利要求
1.一种光束显示器，包括具有垂直和水平尺度的显示屏；多光束光源；光路，它包括位于显示屏和光束源之间的一可移动的反射镜，该反射镜拥有多个反射小平面，用于通过可移动反射镜的一个或多个小平面把所述多光束导引向显示屏，以同时照亮显示屏上的多个不同的扫描线，其中所述被同时照亮的扫描线被多个未被照亮的扫描线隔开；以及光机动元件，用于垂直移动光束以照亮显示屏上的不同扫描线。
2.按权利要求1所设定的光束显示器，其中可移动反射镜是一可旋转的多面体，且其中光束显示器还包括一用来以预定角速度旋转多面体的马达，因而将连续小平面带入光路以截取所述多光束。
3.按权利要求1所设定的光束显示器，其中光束源包括被配置在一阵列中的第一多个发光二极管，所述阵列包括多行和至少一列。
4.按权利要求3所述的光束显示器，其中所述阵列有三列，并且其中每一列对应于具有一基色的光束源。
5.按权利要求3所述的光束显示器，其中所述光束源还包括被配置在一阵列中的第二多个发光二极管，所述阵列包括多行和至少一列，并且其中该光束显示器还包括用于同时激励所述第一和第二多个二极管的控制装置，且其中所述光路通过可移动反射镜相应的第一和第二小平面将所述同时被激发的多光束导引向显示屏，以同时照亮显示屏上的不同水平区域。
6.按权利要求5所述的光束显示器，其中光束源包括红、蓝、绿半导体二极管阵列。
7.按权利要求1所述的光束显示器，其中光机元件包括第二可移动反射镜。
8.按权利要求7所述的光束显示器，其中光机元件还包括被耦接到第二可移动反射镜的振动子。
9.按权利要求1所述的光束显示器，其中的光机元件包括一压电装置。
10.一种光束显示器，包括用于接收视频数据的输入，该视频数据包括显示信息的多条水平线；显示屏；被配置在包括多行和至少一列的阵列中的第一多个光束源；被配置在包括多行和至少一列的阵列中的第二多个光束源；存储器，用于存储视频数据的多个水平线；根据来自存储于所述存储器中的多个水平线的视频数据，用于同时激励所述光束源的控制电路，所述每一条被激励的水平线被一些未被激励的水平线隔开；以及分别位于显示屏与第一和第二多光束源之间的第一和第二光路，包括具有多个反射小平面的第一可移动反射镜和用于每一光路的第二可移动反射镜，用于将上述同时被激励的多束导引向显示屏，其中第一可移动反射镜水平扫描第一和第二多光束，且每一光路中的第二可移动反射镜分别垂直扫描第一和第二多光束，从而得以顺序地扫描所有的水平线。
11.按权利要求10所述的光束显示器，其中第一可移动反射镜是可旋转的多面体，且其中光束显示器还包括一用以预定角速度旋转多面体的马达，因而将相应小平面带入光路，以截取所述多光束。
12.按权利要求10所述的光束显示器，其中每一光束源阵列具有对应于不同的光颜色的多列。
13.按权利要求10所述的光束显示器，其中每一同时被扫描的水平线被8条线分隔开。
14.按权利要求10所述的光束显示器，其中所述多光束源由发光二极管组成。
15.按权利要求10所述的光束显示器，其中每一阵列包括32行发光二极管，且32条线可同时被水平扫描。
16.一种运用多光束在显示屏上显示信息的方法，包括导引多光束到显示屏；在第一方向上扫描所述多光束以在显示屏上同时描绘第一多个平行扫描线，该第一多个平行扫描线在第二方向上被分隔开；在第二方向上移动所述多光束；在第一方向上扫描这些光束以在显示屏上同时描绘第二多个平行扫描线，该第二批平行扫描线在第二方向上被分隔开并与上述的第一多个平行扫描线交错；以及重复所述移动和扫描以在显示屏上描绘出第三多个平行扫描线，该第三多个平行扫描线在第二方向上被分隔开并与上述的第一和第二多个平行扫描线交错。
17.按权利要求16所述之方法，其中上述的显示屏有一大体为矩形的配置，且其中上述的第一方向对应于上述屏幕的水平尺度，上述的第二方向对应于上述屏幕的垂直尺度。
18.按权利要求17所述之方法，其中整个显示屏通过相继重复移动和扫描多次而照亮。
19.按权利要求17所述之方法，其中平行扫描线包括32条扫描线。
20.按权利要求18所述之方法，其中平行扫描线被分开地提供在两个水平面板上。
全文摘要
一种运用交错光束扫描的光束显示器，它包括一拥有垂直方向和水平尺度的显示屏(206)\多光束(200，300)源和光路，该光路包括一可移动的反射镜(32)，该反射镜拥有位于显示屏(206)与光束源之间的多个反射小面(34)。该可移动的反射镜(32)通过其(32)一个或多个面把所述多光束(202，302)导引向显示屏(206)，以同时照亮显示屏上的多个不同的扫描线，这些扫描线由一些未被照亮的扫描线隔开。提供一光机元件(216，316)用于垂直移动光束以照亮显示屏上的不同扫描线。
文档编号H04N5/66GK1484818SQ01821539
公开日2004年3月24日 申请日期2001年10月24日 优先权日2000年10月27日
发明者D·C·科尼马克, E·H·福德, D C 科尼马克, 福德 申请人:先进激光技术公司