专利名称：用于调制激光的声光调制器的电调整的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电子显示器，尤其涉及多色彩激光投影显示器(LPD)。
背景技术：
通过使用基于光栅的扫描系统，已经实现了单色彩或单色LPD。基于光栅的LPD使用激光器和振荡镜，它们在水平和垂直方向上移动以便使激光按光栅图案在观察屏上扫描。通过用镜子的移动在时间上可控地调制激光，便可以产生二维的图像。事实上，通过按10到100MHz范围内的频率来调制镜子，LPD可以产生高质量图像，比如，VGA或更高的分辨率。
然而，单色显示器具有有限的应用，而全色彩显示器则应用广泛并且被一般公众所要求和接受。通过可控地组合红、蓝和绿色激光以产生很宽的色彩谱，便可以产生全色彩LPD。通常，红、蓝和绿色激光器都可以买到，但都不具有小形状的因素，比如半导体激光二极管。事实上，尽管发出红和蓝波长的半导体激光二极管是可以买到的并且可以进行直接调制，但是没有可以买到的发出绿光波长的半导体激光器。因为拥有红、绿和蓝波长能够实现真正的全色彩显示，所以使用绿色激光器是有好处的。此外，人类视觉对绿色更为敏感。由此，对于相同的发射激光功率，如果包括了绿色激光则会观察到更为明亮的显示。
本发明涉及克服或至少减小上述一个或多个问题所带来的影响。
发明内容
在本发明的一个方面，提供了一种调制激光的方法。该方法包括以某一角度将激光传递到光调制器上，该入射角度一般是相对于光调制器的布拉格角；并且调节该光调制器的操作以至少部分补偿该激光与布拉格角的偏差。
在本发明的另一个方面，提供了一种调制激光的方法。该方法包括以某一角度将激光传递到光调制器上，该入射角度一般是相对于光调制器的布拉格角；并且调节该光调制器以便在至少一个衍射级次上产生所期望的激光特征。
在本发明的另一个方面，提供了一种调制激光的装置。该装置包括激光源、光调制器、传感器和控制器。光调制器被安排成接收以某一角度入射的激光，该角度一般是相对于光调制器的布拉格角。该传感器被调整成在至少一个衍射级次上测量该光调制器所产生的激光特征。控制器被调整成调节光调制器的操作以至少部分补偿激光与布拉格角的偏差。
可以结合附图参照下文来理解本发明，其中相同的标号标识相同的元件，并且其中图1是本发明一个实施例的顶视图的风格方框图；图2是图1所示的观察表面的风格图；图3A和3B描绘了扫描设备在其操作期间各个时间的顶视图；以及图4描绘了一种调整装置的一个实施例，该调整装置使用光电二极管来测量衍射激光束中的功率并使用该光电二极管信号来调谐RF频率。
尽管本发明易受各种修改和可替换形式的影响，其特定的实施例是作为附图中的示例而示出的，并且在本文中进行了详细描述。然而，应该理解，特定实施例的描述并不打算将本发明限定于所揭示的特定形式，而是相反，本发明要涵盖所有这些修改、等价方案和替换方案，只要它们落在所附权利要求书定义的本发明的精神和范围之内。
具体实施例方式
下文描述本发明的示例性实施例。为了清晰，在本说明书中没有描述实际实现方式的所有特征。应该理解，在任何实际实施例的开发过程中，为实现开发者特定的目标，必须做出许多针对实现过程的决定，比如与相关于系统的限制和相关于商业的限制的兼容性，这将随实现过程的不同而变化。此外，应该理解，对于从本说明书中获益的那些本领域技术人员而言，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是不管怎样将会是例行的任务。
下面这些共同待批的申请以其整体内容被包括在本文中作为参考MikStern等人的“Method and Apparatus for Aligning a Plurality of Lasers in anElectronic Display Device”；Mik Stern等人的“Method and Apparatus forControllably Reducing Power Delivered by a Laser Projection Display”；NarayanNambudiri等人的“Method and apparatus for Displaying Information inAutomotive Applications Using a Laser Projection Display”；Narayan Nambudiri等人的“Method and Apparatus for Providing an Interface Between a LiquidCrystal Display Controller and a Laser Projection Display”；Paul Dvorkis等人的“A Color Laser Projection Display”；Chinh Tan等人的“Method and Apparatusfor Capturing Images Using A Color Laser Projection Display”；Ron Goldman等人的“A Laser Projection Display”；Carl Wittenberg等人的“Method and Apparatusfor Controllably Compensating for Distortions in a Laser Projection Display”；以及Dmitriy Yavid等人的“Method and Apparatus for Controllably Modulating aLaser in a Laser Projection Display”。
现在回到这些附图，参照图1，示出了根据本发明一实施例的激光投影显示器(LPD)100的风格方框图。在所示的实施例中，LPD 100包括三个激光器102、104、106，每一个激光器能够发出一束光108、110、112，这三束光分别包括唯一的颜色，比如红色、绿色或蓝色。本领域的技术人员应该意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下，激光器的数目和它们所发出的光的颜色都可以有所变化。
激光器102、104、106排列在公共的平面114中，其光束108、110、112彼此之间留有一定角度以便落在第一扫描设备(比如，第一扫描镜118)上基本上相同的位置116处，从那里这些光束被反射成光束120、122、124。在所示的实施例中，第一扫描镜118在轴120上以相对高的速率(例如，约20-30KHz)振动。第一扫描镜118的旋转或振动使光束108、110、112移动。即，随着第一扫描镜118的角位置的变化，来自第一扫描镜118的反射光束120、122、124的反射角也变化。因此，随着镜子的振动，反射光束120、122、124进行扫描，以产生光束120、122、124沿二维显示的一个维度分量移动。
二维显示的第二个维度分量由第二扫描设备(比如，镜子126)产生。在所示的实施例中，第二个镜子126在枢轴点130处耦合到马达128以便产生绕轴的旋转或振动，该旋转或振动所绕的轴基本上与第一个镜子118的旋转轴正交。光束120、122、124被第二个镜子126反射，变为光束132、134、136，并被引导至观察表面138。，观察表面138可以采用任何形式都不背离本发明的精神和范围。例如，观察表面138可以是固定屏幕，该固定屏幕可以由激光器102、104、106进行前面照亮或背面照亮，并且该观察表面138可以被包含在与LPD 100共用的一个外壳(未示出)中，或者，观察表面138可以采用与LPD 100分隔开的任何方便的平面，比如墙壁或屏幕。
与第一个镜子118的速率相比，第二个镜子126以相对缓慢的速率振动或旋转(例如，约60Hz)。因此，应该意识到，如图2所示，光束132、134、136一般遵循显示表面138上的路径140。本领域的技术人员应该理解，路径140在形状和概念方面与阴极射线管电视机和计算机监视器中所使用的光栅扫描很相似。
尽管描述本发明时参照了使用分开的第一和第二扫描镜118、126这样一个实施例，但是本领域的那些技术人员将会理解，通过使用单个镜子也可以产生相似的路径140。单个镜子将能够绕两个旋转轴移动，以产生沿两个相互正交的轴的快和慢的振动。
如图1所示，因为激光器102、104、106具有各自的角位置，所以即使激光器102、104、106已经排列成在机械方面和光学方面使光束108、110、112处于相同的平面114内和(镜子118上旋转轴120的)相同的点处，但是每一个光束仍然具有不同的反射角，这使光束120、122、124发散。提供一个控制器142，以便可控地给激光器102、104、106加电压，从而有效地使光束120、122、124共线，使得它们被第二个镜子126反射并到达观察表面138上相同的点处，并且不依赖于观察表面138到第二个镜子126的距离。
现在返回到图3A和3B，已经讨论了控制器142使光束120、122、124共线的操作过程。为了简化该讨论，图3只示出了两个激光器102和104，但本领域的技术人员应该理解，本文所讨论的概念可以在不背离本发明的精神和范围的情况下扩展到三个或更多的激光器。如图3A所示，如果给激光器102、104同时加电压，则反射光束120、122发散。然而，如图3B所示，如果在稍微不同的时刻给激光器102、104加电压，则可以使光束120、122沿单一的、公共的路径(即，光束120、122共线)形成。例如，如果在第一时刻t1给激光器102加电压，则镜子118将在图中由实线表示的第一位置处，并且光束108将被镜子118反射，成为光束120。接下来，如果在第二时刻t2给激光器104加电压，则镜子118将位于虚线所表示的第二位置处，并且光束110将被镜子118反射，成为光束122。通过精确控制时刻t2，镜子118将位于某一位置，以精确地使反射光束122沿与光束120基本上相同的路径。
因此，通过控制器142的操作，光束120、122基本上共线，但在时间上稍有间隔。即，光束120、122现在会被投影到显示表面138上基本上相同的点上，但时间稍有不同。然而，因为人眼的(视觉)持续性，所以该时间变化是不可察觉的。即，对于图1所描述的三个激光系统，激光器102、104、106中的每一个将在相对短的时间窗口内可控地把颜色和强度都单一的激光发送到观察表面132上基本上相同的点处。人眼将不会察觉到三种单独的颜色，但会察觉到三个光束的混合，使得在观察表面上的那个点处出现调和的且要求的色调。本领域的技术人员应该理解，沿路径140可能多次重复该过程以在观察表面132上产生图像。
如上所述，发出红和蓝波长的半导体激光二极管可以买到并且可以直接用作激光器102、104，以便在上述基于光栅的系统中产生红和蓝色激光束。能够产生绿色激光束的小形状因素激光器至今仍是一般情况下买不到的。通过使Nd:YAG或Nd:YVO4红外固态激光器倍频，已经产生了连续波(CW)绿色激光；然而，对于一些激光显示应用而言，这种固态激光器的弛豫寿命可能太慢。即，这些倍频激光可能无法进行足够快的调制以产生高分辨率显示。然而，本发明证明了有可能调制红外半导体激光二极管以产生红、绿或蓝色的显示。
图4示出了被安排成产生绿色激光的激光器106的一个实施例的方框图。通常，声光调制器(AOM)400可以被配置成调制CW激光束，使得可以产生绿色激光。
激光束可能被安排一般以布拉格角入射到AOM 400上。在AOM 400中，RF频率所产生的声波与激光束的相互作用产生了多个衍射级次。该衍射后的激光束是经调制过的。例如，当AOM 400正产生声音信号并调制激光束时，产生了各种衍射级次。然而，当AOM 400没有调制激光束时(例如，不存在声音信号时)，各种衍射级次也不存在(除了第零级除外)。即，各种衍射级可以被“打开和关闭”，从而产生了调制后的激光束。本领域的技术人员应该理解，尽管任何衍射级都可以被利用，但是第一衍射级通常包含最大能量，由此，第一衍射级通常是该系统所利用的衍射级。
下面的表达式给出了布拉格关系θBragg＝λfc/2Va其中θBragg是布拉格角并且通常是1度的量级，λ是激光波长，fc是产生声波的RF频率，Va是声波在AOM介质中的速度。
为了保证高衍射效率，AOM通常可以被调整到布拉格角的约1/10th或0.1度或更小。能够达到这种精度级别的机械调整系统可能很难在消费类显示产品中实现并保持。至少，机械调整装置会使产品增添尺寸和成本。此外，调整的效果可能随时间而变化，甚至随温度和/或湿度而变化。在任何情况下，这种机械系统都很可能被证明是相当脆弱的，从而将其应用限制在实验室类型的环境中。
作为用AOM 400对激光束进行机械地细调的替代，通过改变RF频率(该RF频率在AOM 400内产生了声波)，有可能将所要求的布拉格角调谐成与激光器/AOM组件的现存调整方式相匹配。即，通过细调施加到AOM 400上的RF频率，可以调节AOM 400的操作以补偿AOM 400和激光束之间的任何失调。布拉格角随RF频率线性地变化，从上面的表达式中可明显看出这一点。
图4示出了一种调整装置的一个实施例，该实施例使用光电二极管402测量衍射激光束中的功率。光电二极管信号被耦合到RF频率发生器404，预设该发生器以产生要求的RF频率信号。该光电二极管信号用来细调RF频率以补偿布拉格角中的任何变化。可以用各种已知的结构来调谐该RF频率，比如，电容或电感调谐或电压受控式振荡器。光电二极管402可以定位成接收由AOM400所产生的一个或多个级次的光束。如果光电二极管402定位成捕获零级光束(如图所示)的信号(该信号是入射激光束沿其传播路径的调制后的版本)，则控制环被配置成当光电二极管402测得最小功率时就停止对RF频率发生器404进行细调。如果光电二极管定位成捕获第一级衍射光束(该光束通常被用于显示)，则当光电二极管402测得最大功率时控制环就停止调节该RF频率发生器404。
由此，布拉格角的电调谐可以最佳地减少或消除细微的机械调整。至少，它为调整步骤提供了附加的调整。
除非另外说明，或者如同从讨论中所表明，术语“处理”或“计算(computing)”或“计算(calculating)”或“确定”或“显示”等是指计算机系统或相似的电子计算设备的动作和处理过程，它们操纵和转换在计算机系统的寄存器和存储器内表示为物理量、电量的数据，成为在计算机系统的存储器或寄存器内或其它这种信息存储、传输或显示设备内的同样表示为物理量的其它数据。
本领域的技术人员应该理解，本文的各种实施例中所示出的各种系统层、例程、或模块可能都是可执行的控制单元。这些控制单元可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、处理器卡(包括一种或多种微处理器和控制器)、或其它控制或计算设备。本文中所提到的存储设备可以包括用于存储数据和指令的一种或多种机器可读的存储介质。该存储介质可以包括不同形式的存储器，其中包括半导体存储器，比如，动态或静态的随机存取存储器(DRAM或SRAM)，可编程只读存储器(EPROM)，可电擦除并可编程的只读存储器(EEPROM)，以及闪存；磁盘，比如硬盘、软盘、可换式磁盘；其它磁介质，包括磁带；以及光学介质，比如光盘(CD)或数字化视频光盘(DVD)。用来构成各种系统中的各种软件层、例程或模块的指令可以被存储在各个存储设备中。当被控制单元执行时，这些指令使相应的系统执行编好程的行动。
上文所揭示的特定实施例只是示例性的，因为对于从本文中获益的本领域技术人员而言，很明显本发明可以按照不同但等价的方式来修改并实现。此外，除了权利要求书所描述的以外，对本文所示的结构或设计的细节不作任何限制。结果，从本发明中获益的本领域技术人员应该理解，实现并使用上述系统所必需的处理电路可能被实现在专用集成电路、软件驱动式处理电路、固件、可编程逻辑器件、硬件、分立元件或上述元件的装置之中。因此，很明显可以对本文所揭示的特定实施例进行变动或修改，并且所有这些变化都被视为落在本发明的精神和范围之内。相应地，本文所寻求的保护是如权利要求书所阐明的那样。
权利要求
1.一种调制激光的方法，包括以某一角度将激光传递到光调制器上，所述入射角一般是相对于所述光调制器的布拉格角；并且调节所述光调制器的操作，以至少部分补偿所述激光入射角与所述布拉格角的偏差。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光调制器是一种被调整成根据射频信号来产生声波的声光调制器，并且其中调节所述光调制器的操作以至少部分补偿激光入射角与布拉格角的偏差这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光的特征；并且根据测得的特征来调节所述射频信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光特征并根据测得的特征来调节射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光强度；并且根据测得的激光强度来调节所述射频信号。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光强度并根据测得的强度来调节射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少第一衍射级上测量激光强度；并且根据测得的强度来调节所述射频信号。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少第一衍射级上测量激光强度并根据测得的强度来调节射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少第一衍射级上测量激光强度；并且调节所述射频信号以使测得的强度充分地最大化。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光强度并根据测得的强度来调节射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少第零衍射级上测量激光强度；并且根据测得的强度来调节所述射频信号。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少第零衍射级上测量激光强度并根据测得的激光强度来调节射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少第零衍射级上测量激光强度；并且调节所述射频信号以使测得的强度充分地最小化。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光调制器是可调的，以改变由此产生的至少一个衍射级的强度，并且其中调节所述光调制器的操作以至少部分补偿激光入射角与布拉格角之间的偏差这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光强度；并且调节所述光调制器，以便在至少一个衍射级上产生要求的激光强度。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，调节所述光调制器以便在至少一个衍射级上产生要求的激光强度这一步骤还包括调节所述光调制器，以便在至少一个衍射级上使要求的激光强度充分地最大化。
10.一种调制激光的方法，它包括以某一角度将激光传递到光调制器上，所述入射角一般是相对于所述光调制器的布拉格角；并且调节所述光调制器，以便在至少一个衍射级上产生要求的激光特征。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述光调制器是一种声光调制器，被调整成根据射频信号来产生声波，并且其中调节所述光调制器以便在至少一个衍射级上产生要求的激光特征这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光的特征；并且根据测得的特征来调节所述射频信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光的特征并根据测得的特征来调节射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光的强度；并且根据测得的强度来调节所述射频信号。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光的强度并根据测得的强度来调节射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少第一衍射级上测量激光的强度；并且根据测得的强度来调节所述射频信号。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少第一衍射级上测量激光的强度并根据测得的强度来调节射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少第一衍射级上测量激光的强度；并且调节所述射频信号以使测得的强度充分地最大化。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光的强度并根据测得的强度来调节射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少第零衍射级上测量激光的强度；并且根据测得的强度来调节所述射频信号。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述光调制器所产生的至少第零衍射级上测量激光的强度并根据测得的强度来调节所述射频信号这一步骤还包括在所述光调制器所产生的至少第零衍射级上测量激光的强度；并且调节所述射频信号以使测得的强度充分地最小化。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，调节所述光调制器以便在至少一个衍射级上产生要求的激光强度这一步骤还包括调节所述光调制器，以便使至少一个衍射级上的要求的激光强度充分地最大化。
18.一种调制激光的装置，它包括用于将激光传递到光调制器上的装置，所述入射角一般是相对于所述光调制器的布拉格角；以及用于调节所述光调制器的操作以便至少部分补偿激光入射角与布拉格角之间的偏差的装置。
19.一种调制激光的装置，它包括激光光源；光调制器，被安排成接收一般以相对于所述光调制器的布拉格角入射的激光；以及用于调节所述光调制器的操作以便至少部分补偿激光入射角与布拉格角之间的偏差的装置。
20.一种调制激光的装置，它包括激光光源；光调制器，被安排成接收以相对于所述光调制器的布拉格角入射的激光；传感器，被调整成在所述光调制器所产生的至少一个衍射级上测量激光的特征；控制器，被调整成调节所述光调制器的操作以便至少部分补偿激光入射角与布拉格角之间的偏差。
全文摘要
提供了一种方法和装置来调制激光束。声光调制器(AOM400)定位成以一个接近布拉格角的角度来接收连续波(CW)激光。然后使用对该调制的细调来补偿实际的角度与布拉格角的任何差异。光电二极管(402)提供了反馈信号，该信号可被用来调整或调节AOM的运行。光电二极管定位成接收一级或零级衍射激光并提供一个表示AOM所产生的一级或零级衍射激光大小的信号。该光电二极管信号被耦合到RF频率发生器，使得可以调节RF频率以改变AOM中的声波从而补偿布拉格角的任何变化。
文档编号H04N9/31GK1910505SQ200580002653
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月7日 优先权日2004年1月20日
发明者C·谭, C·威滕伯格 申请人:讯宝科技公司