专利名称：具有发散束的扫描激光束图像投影的系统和相应方法
具有发散束的扫描激光束图像投影 的系统和相应方法本发明涉及图像投影领域，且更具体地，涉及一种扫描激光束图 像投影的系统和方法。随着扶术的发展，扫描激光束图像投影仪越来越变得小型化且因 而便于携带。与此同时，这些扫描激光束图像投影仪也变得更加不昂 贵。作为这些趋势的结果，可以预料，扫描激光束图像投影仪的数量 以及这些设备的用途都将迅速增大。例如，小型扫描激光束图像投影 仪可以合并到便携式数据处理和/或通信设备(例如移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式MP3音乐播放器)、组合通信/数据处理设备 等中，或者与之集成。随着这些设备快速增加，需要关心安全性。具体地说，照射到人 的眼睛上的杂散激光具有伤害其视力的潜在可能。随着这些小型、便 携的扫描激光束图像投影仪变得更加普遍，激光非故意地射进人的眼 睛里的事件自然将有所增加。因此，需要提供用于减小将人非故意地 暴露在有害激光中的可能性的方法和设备。美国专利6002505和欧洲专利申请EP1513008各自描述了一种扫 描激光束图像投影仪，所述扫描激光束图像投影仪包括用于检测何时 有人进入或者即将进入光源和投影屏之间的光路的传感器。在美国专 利6002505中公开的系统中，当有人进入或者即将进入激光投影仪和 显示屏之间的光路时，提供给激光器的电流供应被断开，或者与之不 同的是，当激光扫描其中检测到人的区域时激光被消隐。在欧洲专利 申请EP1513008所公开的系统中，当有人进入或即将进入光源和投影 屏之间的光路时，光束的强度被减小或断开。然而，这些装置具有一些缺陷。首先，它们要求附加的传感器和 其他元件，其导致成本上升且投影仪的尺寸增大.而且，这些解决方 案比起便携式操作环境更适用于固定安装。还有，该系统易于由错误 警报(如可能进入传感区域的无生命物体)而关闭。因此，希望提供减小将人非故意地暴露在有害激光等级中的可能
性的扫描激光束图像投影仪。还希望提供减小将人非故意地暴露在有 害的激光中的可能性的使用激光源投影图像的方法。本发明旨在解决 一个或多个上述有关的问题。按照本发明的一个方面，图像投影设备包括适用于分别产生第 一到第三光束的第一、第二和第三激光器；适用于使用图像数据调制 第一到第三光束的调制器；适用于将第一到第三光束扫描到显示表面 上以显示图像的扫描器；和至少一个透镜，所述透镜适用于发散第一 到第三光束，使得每个被发散的光束的束宽度被增加以便近似地与图 像的一个像素的宽度相等。按照本发明的另一个方面， 一种显示图像的方法包括产生第一 激光束；使用图像数据调制第一激光束；将笫一激光束扫描到显示表 面上以显示图像；以及发散第一激光束，使得被发散的第一激光束的 束宽度近似地与图像的一个像素的宽度相等。按照本发明的另一个方面， 一种图像投影设备包括适用于产生 第一光束的第一激光器，适用于使用图像数据调制第一光束的调制 器；适用于扫描第一光束以显示图像的扫描器；和适用于发散笫一光 束，从而增加所述第一光束的束宽度的第一发散器。附
图1示出了激光束在显示表面上的扫描投影； 附图2示出了激光束在显示表面上的扫描投影，在所述显示表面 上所述光束被发散；附图3是扫描激光束图像投影仪的一个实施例的功能方框图。附图1示出了激光束3在显示表面5上的扫描投影。如附图1所 示，激光源2在显示表面5上的光栅区域7扫描激光束3以产生图像9。 所述激光束3跨越水平角0和竖直角(p进行扫描以便覆盖所述光栅区 域7。所述图像9包含多个像素11，这些像素设置了图像9的分辨率。 例如， 一种标准高分辨率图像格式可能每条水平线包括480个像素 11，以及每幅图像9包括360行像素11，这种图像格式称为480 x 360 图像格式。具有更大的分辨率(例如640 x 480， 800 x 600等)的其他 显示格式也是可能的，但是对于包含在移动电话、PDA等中的价格低廉 的便携式扫描激光束图像投影仪而言，较低的分辨率格式可能更加普 遍。像在本文中所使用的，像素被定义为或者在显示屏上或者存储在 存储器中的图像的最小可分辨的区域。单色图像中的每个像素都具有自己的亮度，例如从对应黑色的0到对应白色的最大值(例如针对8 比特像素的255 )。在彩色图像中，每个像素都具有自己的亮度和颜色， 通常表示为红、绿、蓝(RGB)强度的三元组。可以将像素11的角宽度w表示为e/H，其中H是每行的像素数。 类似地，可以将像素11的角高度v表示为(p/L，其中L是每幅图像的 行数。 一旦确定了激光源2和显示表面5之间的距离d，那么就能够如 下确定显示表面5上的每个像素11的宽度W:W=2d*tan(e/2H) (1) 类似地，得到显示表面5上的每个像素11的高度H: H-2d*tan((p/2L) ( 2 )为了进行说明，考虑一个例子，其中H二480, L=360， d=l米，0=60° , (p=45° 。在这种情况下，得到显示表面5上的图像9的大小大约为1. 05m x 0. 79m，并且W-Hw 2. 2mm。同时，典型的激光束的角束宽度(即1/e束宽度)可能在0.5mrad - 0. 02865度的范围内，以致于在距离d为一米处，束宽度为O. 5mm。 因此，在这种情况下可以发现，激光束3的束宽度小于显示在显 示表面5上的图像9的像素11的大小。因此，所述激光束3的光学能 量密度大于用全分辨率再现图像9所需的强度。相应地，通过增加激 光束3的束宽度，可以增加激光束3的光学安全性而不造成图像分辨 率的任何损失。有利地，当使所述激光束3的束宽度近似地(+/-10%， 优选地+/-5%)与一个像素11的宽度相等时，就可以针对期望的图像分辨率来优化光学安全性。附图2示出了激光束3在显示表面5上的扫描投影，其中所述激 光束3被透镜25发散。有利地，所述透镜25发散所述激光束3以致 于在显示表面5处的图像平面中的束宽度近似地(+/-10%，优选地 +/-5%)与被显示图像9的一个像素11的宽度相等。相应地，所述激 光束3的光学能量的密度也被减小，并且甚至成比例地随着激光束3 越来越远离激光源2而更加减少.相应地，如果光束发生偏移并且非 故意地照射到人的瞳孔时，那么较低密度的光照射到人眼的视网膜 上。 一旦所述束宽度变得大于人的瞳孔的大小，使得一部分光线不对 眼睛造成伤害，那么这种效果会特别有益。附图3是扫描激光束图像投影仪300的一个实施例的功能方框 图。扫描激光束图像投影仪300包括笫一到笫三激光源310， 312和 314、调制器320、组合装置330、扫描器340以及第一到第三发散器 350， 352和354。有利地，第一到笫三激光源310， 312和314包括红光源、蓝光源 和绿光源。然而，其他颜色设置是可能的，并且针对不止三种颜色(例 如红、蓝、绿1和绿2)可以使用不止三种激光源。有利地，调制器320按照待显示的图像来控制提供给激光源310， 312和314的电流以便调制从中产生的光的强度。其他调制设置也可以 被使用。有利地，组合装置330包括"通常的，，镜子332以及第一和笫二 二向色镜334和336。其他利用光学耦合器(例如波导)的设置也是可 能的。有利地，扫描器340包括扫描(偏转)镜。有利地，第一到笫三发散器350, "2， "4中的每一个都包括适 用于发散来自各自激光源310， 312, 314的激光束的束宽度的光学透 镜。这些透镜可以是简单的凸透镜，或者可以包括更复杂的结构，例 如圆锥透镜。散射体、孔径或上述所有的组合都可以用于笫一到笫三 发散器350， 352和354，以替代单个光学透镜。现在将解释所述扫描激光束图像投影仪300的操作。调制器320接收包括图像数据的视频信号150，并按照所述图像数据调制来自第一 到第三激光源310， 312和314的光。来自第一到第三激光源310， 和314中的每个激光源的光通过第一到第三发散器350， 352和中 的相应发散器。第一到第三发散器350， 352和"4中的每个发散器都 增加从该发散器通过的相应激光束的角束宽度。有利地，笫一到笫三 发散器350， 352和354中的每个发散器都发散对应的激光束，使得在 图像要投影其上的显示表面处，图像平面中的所述对应激光束的束宽 度近似地(+/-10%，优选地+/-5%)与被显示图像的一个像素的宽度大小相等。
组合装置300组合来自第一到第三激光源310， 312和314的激光 束，并将所组合的光束传送给扫描器340。例如，在组合装置330包括 镜子332以及笫一和笫二二向色镜334和336的情况下，来自笫一激 光源310的第一激光束通过第一发散器350并被镜子332反射到第一 二向色镜334。笫一二向色镜334适用于通过第一激光束，并反射来自 第二激光源312的笫二激光束，因此组合了第一和第二激光束并将已 组合的第一和第二激光束导向第二二向色镜326。第二二向色镜326 适用于通过来自笫三激光源314的笫三激光束，并反射已组合的第一 和第二激光束，因此组合了笫一、笫二和笫三激光束，并将已组合的 第一、第二和第三激光束导向扫描器340。相应地，所述激光束的光学能量密度被笫一到笫三发散器350， 352， 354所减小，并且甚至成比例地随着激光束越来越远离扫描激光 束图像投影仪300而更加减少。由于这种较低的密度，如果光束发生 偏离并且非故意地照射到人的瞳孔时，那么较低密度的光就照射到人 眼的视网膜上。 一旦所述束宽度变得大于人的瞳孔的大小，那么这种 效果是极为有利的。可选地，在一个不同的实施例中，可以使用仅仅一个激光源310 和一个发散器350来显示单色图像。当所述扫描激光束图像投影仪合 并到便携式MP3音乐播放器中或者与便携式MP3音乐播放器集成时， 在显示文本(例如浏览MP3文件列表)时可以使用这样的设置。其他的变化也是可能的。例如，代替使用三个独立的发散器，可 以在第一、第二和第三激光束被组合之后的光路中提供一个单独的发 散器350 (例如单个透镜)，以便增加已组合的第一、笫二和笫三激光 束的束宽度。虽然本文公开了一些优选的实施例，许多变化是可能的，其仍然 在本发明的概念和范围内。在查阅了本文说明书、附图和权利要求之 后，这样的变化对于本领域的普通技术人员而言是清楚的。因
权利要求
1.一种图像投影设备(300)，包含第一(310)、第二(312)和第三(314)激光器，这些激光器适用于分别产生第一到第三光束；调制器(320)，适用于使用图像数据调制第一到第三光束；扫描器(340)，适用于扫描第一到第三光束到显示表面(5)上以显示图像；和至少一个透镜(350)，适用于发散第一到第三光束，使得每个被发散的光束的束宽度被增加，以便近似等于所述图像的一个像素的宽度。
2. 如权利要求l所述的设备(300 )，进一步包含用于组合第一、 第二和第三光束的组合装置(HO)。
3. 如权利要求2所述的设备(300 )，其中所述组合装置(330 ) 包含两个二向色镜(334， 336 )。
4. 如权利要求2所述的设备(300 )，其中所述至少一个透镜(350 ) 包括三个透镜(350， 352， 354 )，所述三个透镜(350， 352, 354 )中的每个透镜都适用于发散来自第一、第二和笫三激光器(no， 312,314)中相应激光器的第一到第三光束中的相应光束。
5. 如权利要求4所述的设备(300)，其中所述三个透镜(350， 352， 354 )中的每个透镜都被设置在第一、第二和第三激光器(310, 312， 314)中的相应激光器与组合装置(330 )之间的光路中。
6. 如权利要求1所述的设备，其中所述至少一个透镜(350 )包 含三个透镜(350， 352， 354 )，所述三个透镜(350， 352， 354 )中 的每个透镜都适用于发散来自笫一、笫二和第三激光器(H0， 312， 314 )中相应的一个激光器的笫一到笫三光束中相应的一个光束'
7. —种显示图像的方法，包含 产生第一激光束；使用图像数据调制所述第一激光束； 扫描所述第一激光束到显示表面上以显示图像；和 发散所述笫一激光束，使得被发散的第 一激光束的束宽度近似等于 所述图像的一个像素的宽度。
8. 如权利要求7所述的方法，进一步包含 产生第二和第三激光束；使用图像数据调制所述第二和第三激光束； 扫描所述第二和第三激光束到所述显示表面上以显示所述图像；和发散所述第二和第三激光束，使得每个被发散的激光束的束宽度 近似等于所述闺像的一个像素的宽度。
9. 如权利要求8所述的方法，进一步包含组合所述第一、第二和 第三激光束。
10. 如权利要求9所述的方法，其中发散所述第一、第二和第三 激光束包括将所述第一、第二和第三激光束分别通过第一到第三透 镜。
11. 如权利要求9所述的方法，其中所述发散第一、笫二和笫三 激光束的步骤在组合所述第一、第二和第三激光束之前发生。
12. 如权利要求7所述的方法，其中发散所述第一激光束包含将 所述第一激光束通过透镜。
13. —种图像投影设备(300)，包含 第一激光器(310)，适用于产生第一光束；调制器(320 )，适用于使用图像数据调制所述笫一光束； 扫描器(340 )，适用于扫描所述笫一光束以显示图像；和 笫一发散器(350 )，适用于发散所述第一光束，使得所述笫一光束的束宽度增加。
14. 如权利要求13所述的设备(300 )，其中所述第一发散器(350 )适用于增加所述第一光束的束宽度，使得它近似等于所述图像的一个 像素的宽度.
15. 如权利要求13所述的设备(300 )，其中所述发散器(350 ) 包含透镜。
16. 如权利要求13所述的设备(300 )，进一步包含第二 (312)和第三(n4)激光器，适用于产生第二和笫三光束；和第二 ( 352 )和笫三(354 )发散器，适用于分别发散所述第二和 第三光束，使得第二和第三光束中的每个的束宽度被增加， 其中所述调制器(320 )适用于使用图像数据调制'第二和第三光 束，和其中所述扫描器(340 )适用于扫描所述第二和第三光束到所述显 示表面上以显示所述图像。
17. 如权利要求16所述的设备(300 ),其中所述第一(350 )、 第二 ( 352 )和第三(354 )发散器分别适用于增加所述第一、第二和 第三光束的束宽度，使得所述第一、第二和第三光束中每一个的束宽 度近似等于所述图像的 一个像素的宽度。
18. 如权利要求16所述的设备(300 )，其中所述第一 (350 )、 第二 ( 352 )和第三(354 )发散器中的每一个都包含透镜。
19. 如权利要求18所述的设备，进一步包含组合装置(330 )， 用于组合所述第一、第二和第三光束，所述组合器包括两个二向色镜(334, 336 )。
全文摘要
一种投影仪(300)包含产生光束的激光器(310)、使用图像数据调制所述光束的调制器(320)、扫描所述光束以显示图像的扫描器(340)和发散所述光束以增加其束宽度的发散器(350)(例如透镜)。可以增加所述光束的束宽度，使得它近似等于所述图像的一个像素的宽度。一种三色投影仪(300)包含产生第二和第三光束的第二和第三激光器(312，314)、发散所述第二和第三光束以增加其束宽度的第二和第三发散器(352，354)以及用于组合所述三个光束的装置(330)。
文档编号H04N9/31GK101213844SQ200680023699
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月26日 优先权日2005年6月29日
发明者A·J·S·M·德瓦恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司