专利名称：激光信号调变方法
技术领域：
本发明有关一种激光信号调变方法，尤指一种采用PWM(脉波宽度调变， Pulseffidth Modulation)及PAM(脉波振幅调变，Pulse Amplitude Modulation)混合架构的激光信号调变方法，适用于显像系统或以激光用于光碟片写录的光学储存系统。
背景技术：
随着科技发展，近年来各种可携式电子装置也越来越普及，虽然有功能多样化且携带方便的优点，但这些小型电子装置上并无足够空间来设置大荧幕。透过内建的小荧幕， 使用者在浏览画面时相当辛苦，更别说是用来阅读电子书或欣赏影片。因此，具有低耗能、 体积小和低成本等优点的微型投影技术逐渐地受到瞩目。除了自身的内建小荧幕外，小型可携式电子装置可透过微型投影技术将小影像呈现在任何可投射影像的平面，并不需要一固定的荧幕，因此能让使用者轻松地观赏放大影像。其应用范围涵盖汽车/航空器抬头显示器(Head Up Display，HUD)、卫星导航系统、智能型手机、个人电脑、玩具和其它消费性电丁寸。微型投影技术基本上可区分为两类，第一类技术以发光二极管(light emittingdiode, LED)或激光为背光源，通过数字光源处理技术(digital light processing, DLP)、液晶H示(liquid crystal display, LCD)、光ft (grating)或娃基液晶(liquid crystal onsilicon, LCoS)等显示技术来决定影像，再经透镜将此小影像扩大于投影屏幕，让观赏者轻松地检视较大影像。第二类技术则是激光扫描投影，首先对红光/绿光/蓝光三原色的激光光束进行信号调变，接着利用微机电系统(Micro Electro MechanicalSystems, MEMS)的旋转镜面，透过上下左右的偏转角度和高速转动来改变入射激光光束反射后的方向，将调变后的红/绿/蓝三色激光光束在屏幕上快速扫描，藉由人眼视觉暂留来成像。相对应于第一类投影技术，激光扫描投影技术的光能消耗较低，约为第一类投影技术的四分之一至五分之一左右。此外，激光投影技术并非利用聚焦成像机制，因此可在不平整的平面显示影样，在显像时亦不需调整影像焦距。另一方面，激光扫描投影技术的架构较为简单，在微型化与生产成本上都比第一类投影技术占优势。在人类视觉暂留时间(约0. 05秒)内，在某一个空间内所发射/反射/漫射的光总能量正比于此空间所对应的色阶。对于激光扫描投影技术的技术而言，某个像素所漫射的特定基本色光(R、G、B)的光总能量正比于投射在此像素的基本色激光的总光能量，亦即正比于在像素周期Tpim内激光的光功率总合，像素周期(pixelperiod)Tpim代表激光光束投射在某一个像素上的总时间。一般会在像素周期Tpim内对激光光束的红蓝绿三色激光进行调变，藉由个别改变此三原色的色阶(colorlevel)，经三原色激光的加总，便可达成像素所欲呈现的颜色。参考图1，其是现有技术中一种直流激光信号调变技术示意图，其横轴为时间，纵轴为输出功率，像素周期Tpim代表激光光束投射在某一个像素上的总时间。在直流激光信号调变技术中，激光可依据像素欲显示的色阶来提供不同输出功率，然而在每一像素周期Tpixel内，激光功率维持一特定值，此特定值即对于像素欲显示的色阶。因此，在直流激光信号调变技术中一特定像素周期Tpim内，激光的输出能量和激光功率的输出值成正比。在现有技术的直流激光信号调变技术中，激光光束以一预定方向依序扫描邻近像素，因此两相邻像素在边界容易产生颜色混杂。另一方面，当使用激光做为影像光源时，若投影荧幕包含粗燥表面，当高同调性 (coherent)的激光光束照射在粗操投影平面上时，反射波会因细微高度变化时而产生散射，使得投射到屏幕的激光相位随机地调变。当这些反射波到达影像接收器(人眼)时会形成干涉现象，随机地加强或减弱影像光点而产生明暗光斑。此种情形称为激光光斑(laser speckle)，会影响投影画面的品质。当环境温度变异时，固定电流下的半导体激光功量输出将随之变异，影响激光输出功率的准确度，容易造成色彩和亮度偏离预定值，降低显示画面的对比度(contrast ratio)。因此，对激光扫描投影系统来说，为了提高显示品质和降低生产成本，在设计时存在提高激光功率输出值的精确度、增加像素内光强度的均勻度及减少激光光斑的需要，而本发明即针对上述需要提出有效的解决方巽。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种激光信号调变方法，为一种采用PWM(脉波宽度调变 Pulse Width Modulation)及 PAM(脉波振幅调变，Pulse Amplitude Modulation)混合架构的激光信号调变方法，其将一激光的活动周期分为N个时间单位，以使激光能在一第η 个时间单位的时间内输出能量，其中η为介于1和N之间的整数；同时，将激光的最大有效输出功率分为M个功率单位，使激光能提供包含m个功率单位的有效输出功率，其中m为介于0和M之间的整数；更将激光在一活动周期的总输出功率分为MXN个光能量单位方块， 并依据显示一第R色阶所需的总能量来决定该m和η的值，其中R为介于1和MXN之间的整数；最后，加总每一光能量单位方块内的输出能量以提供显示第R色阶所需的总能量；藉此，达成提高激光功率输出值的精确度、降低频宽要求、增加像素内光强度的均勻度及减少激光光斑的功效。本发明的再一目的是提供一种激光信号调变方法，其中当该激光应用于扫描投影显像时，更包含当激光扫描至临近二像素之间时，停止该激光的能量输出，即当激光的扫描位置未接近一像素的边界点时，该激光于一活动周期内输出能量以扫描一像素；其中当该激光的扫描位置接近一像素的边界点时，该激光即停止输出能量。更言之，以像素周期 TpimR表激光光束投射在某一个像素上的总时间，激光扫描投影技术应用于影像时，由于每个像素欲表现的颜色不尽相同，为了避免同一激光光束跨越邻近两个像素时在边界产生颜色混杂，因此激光光束在像素周期Tpim内并非一直开启，而会在像素边界点附近将激光光束关闭一段时间，此段关闭时间以激光关闭周期(laser off period)Tqff表示。在每一个像素周期Tpim内，激光关闭周期Ttw之外的时间则定义为激光活动周期(laser acting period) Tono本发明进一步在激光关闭周期Ttw停止输出以改善像素边界的颜色混杂，同时采用光能量方块的架构来控制激光活动周期Tw内的激光输出。为了达到上述目的，本发明提供了一种激光信号调变方法，包含将一激光的活动周期分为N个时间单位，使该激光能在一第η个时间单位的时间内输出能量，其中η为介于1和N之间的整数；将该激光的最大有效输出功率分为M个功率单位，使该激光能提供包含m个功率单位的有效输出功率，其中m为介于0和M之间的整数；将该激光在该活动周期的总输出功率分为MXN个光能量单位方块，其中该激光在每一光能量单位方块内所提供的输出能量由一相对应时间单位的长度和一相对应功率单位的大小来决定；依据显示一第R色阶所需的总能量来决定m和η的值，并依此驱动该激光以在相对应时间单位的时间内提供相对应数目的光能量单位方块，其中R为介于1和MXN之间的整数；以及加总每一光能量单位方块内的输出能量以提供显示该第R色阶所需的总能量。实施时，该N个时间单位中每一时间单位的长度相等。实施时，该M个功率单位中每一功率单位的大小相等。实施时，本发明所述的激光信号调变方法，更包含提供一电流源以驱动该激光，其中该电流源的频宽足以驱动该激光在N个时间单位的各时间单位内提供m个功率单位的有效输出功率，其中m为介于0和M之间的整数。实施时，本发明所述的激光信号调变方法，更包含提供一第一电流源，其中该第一电流源的频宽足以驱动该激光同时在N个时间单位的各时间单位内提供m个功率单位的有效输出功率，其中m为介于0和M之间的整数；提供一第二电流源，其中该第二电流源的频宽足以驱动该激光在一时间单位内提供1组有效输出功率值，其中该组有效输出功率包含1个功率单位；以及该第一和第二电流源依据显示该第R色阶所需的总能量来驱动该激光。实施时，本发明所述的激光信号调变方法，另包含提供多组电流源，该多组电流源中一第i组电流源的频宽足以驱动该激光以在Ai 个时间单位的时间内输出Bi个功率单位的方式来输出Si组Ai XBi个光能量单位方块，其中Ai为介于0和M之间的整数，而N/Bi为整数；依据显示该第R色阶所需的总能量来开启该多组电流源中一特定数目的电流源； 以及加总该特定数目的电流源所提供的驱动电流以驱动该激光。实施时，该多组电流源的输出信号为同步。实施时，该多组电流源的输出信号非完全同步，使该多组电流源之间的输出信号互有不同的时间延迟。实施时，本发明所述的激光信号调变方法，更包含驱动该激光以使该活动周期的起始部份和终止部份所包含的光能量单位方块数目多于该活动周期的中央部份所包含的光能量单位方块数目。实施时，本发明所述的激光信号调变方法，更包含驱动该激光以使该活动周期中两相邻时间单位所包含的光能量单位方块数目的
差值大于一预定值。实施时，当该激光应用于扫描投影显像时，所述激光信号调变方法更包含当激光扫描至临近二像素之间时，停止该激光的能量输出，其中以像素周期Tpim代表激光光束投射在一像素上的总时间，当激光光束在一像素周期Tpim内开启但会在该像素边界点附近将激光光束关闭一段时间以激光关闭周期Ttw表示，而在每一个像素周期 Tpixel内激光关闭周期Ttw之外的时间以激光活动周期Ton表示，使激光在激光关闭周期Ttw 停止输出以改善像素边界的颜色混杂。实施时，该时间单位是一脉冲。与现有技术相比，本发明所述的激光信号调变方法，可减少激光功率的阶段数，因而减少对该激光功率输出值精密度的要求。本发明亦可减少在像素周期Tpim中所需的信号变化次数，因此减少对激光的频宽要求。在本发明的PWM/PAM激光信号调变方法中，每一像素周期Tpim中可弹性调整激光功率大小或脉波宽度，透过改变在像素周期Tpim中的总光功率来达成目标的色阶。
图1为现有技术中一直流激光信号调变技术示意图；图2为本发明的成像示意图；图3为本发明中采用PAM的激光信号调变方法示意图；图4为本发明中采用PWM的激光信号调变方法示意图；图5为本发明中一种使用P匪的激光信号调变方法示意图；图6为本发明中采用PWM/PAM架构的激光信号调变方法示意图；图7A-图7B为本发明的PWM/PAM激光信号调变方法显示特定色阶示意图；图8为本发明的第一实施例示意图；图9A-图9C为本发明第二实施例示意图；图10为本发明第三实施例示意图；图IlA-图IlD为本发明第三实施例显示特定色阶示意图；图12为本发明第四实施例示意图；图13为本发明第五实施例示意图；图14为本发明第六实施例示意图；图15为本发明采用脉冲形式示意图；图16为本发明第七实施例示意图。附图标记说明ΤΡ·-像素周期激光关闭周期；Trar激光活动周期；Pmax-最大有效输出功率；TP-最大激光活动周期。
具体实施例方式参考图2，其系利用本发明激光信号调变方法的成像时示意图，其横轴为时间，纵轴为输出功率。在不考虑激光的输出大小的情况下，像素周期TpimR表激光光束投射在某一个像素上的总时间。激光扫描投影技术应用于显示影像时，由于每个像素欲表现的颜色不尽相同，为了避免同一激光光束跨越邻近两个像素时在边界产生颜色混杂，因此激光光束在像素周期Tpim内并非一直开启，而会在像素边界点附近将激光光束关闭一段时间，此段关闭时间由激光关闭周期(laser off period)Tqff来表示。在每一个像素周期Tpi■内， 激光关闭周期Ttw之外的时间则定义为激光活动周期(laser acting period) Tono本发明在激光关闭周期Ttw停止输出以改善像素边界的颜色混杂，同时采用光能量方块的架构来控制激光活动周期TON内的激光输出。图3为本发明中采用PAM(Pulse Amplitude Modulation，脉波振幅调变)的激光信号调变方法示意图；其中，激光可依据像素欲显示的色阶来提供不同输出功率，然而在每一激光活动周期Tw内，激光功率维持一特定值，此特定值即对于像素欲显示的色阶。另一方面，每一激光活动周期Tm的长度固定，不会随像素的色阶而改变。因此，本发明的PAM激光信号调变方法中，在一特定激光活动周期Tm内，激光的输出光能量和激光功率的输出值成正比。图4为本发明中采用PWM(Pulse Width Modulation，脉波宽度调变)的激光信号调变方法示意图；其中，所有激光活动周期Tw内激光功率皆为一固定值，不会随像素的色阶而改变。另一方面，在每一激光活动周期Tm的脉波宽度则由像素欲显示的色阶来决定。 因此，本发明的M激光信号调变方法中，在一特定激光活动周期Tw内，激光的输出能量和脉波宽度成正比。图5为本发明中采用脉波数量调变(P匪，Pulse Number Modulation)的激光信号调变方法示意图；其中，每一激光活动周期Tw内可产生输出功率值和脉波宽度皆相等的脉波，而脉波数目则根据像素欲显示的色阶来决定。因此，本发明的PNM激光信号调变方法中，在一特定激光活动周期Tm内，激光的光输出能量和脉波数目成正比。为了降低系统频宽要求、增加像素内光强度的均勻度，以及减少激光光斑，本发明采用光能量方块的架构来控制激光活动周期Tw内的激光输出驱动激光。参考图6，其为本发明中一采用PWM/PAM混合架构的激光信号调变方法示意图，其显示在激光的激光活动周期Tw内光功率-时间的特性图，其中，纵轴代表激光的输出功率，共分为M个基本功率单位，可提供M组不同输出功率值，其中第m组输出功率包含m个基本功率单位(m为介于0 和M之间的整数)，而包含M个基本功率单位的最大有效输出功率以Pmax表示。横轴代表周期，共分为N个基本时间单位。激光可在一特定输出周期内提供一特定输出功率值，此特定输出周期的长度和η个基本时间单位的加总长度相等(η为介于1和N之间的整数)，此特定输出功率值为m个基本功率单位的总合，而激光活动周期Tm的长度以Tp表示。因此， 在激光活动周期Tw中的光功率-时间的特性图可由R个基本单位方块所组成的矩阵来描述，其中R为介于0和(MXN)之间的整数，代表像素所需达成的色阶数。在图6所示的实施例中，每一基本功率单位的值皆为Pmax/M，每一基本时间单位的长度皆为Tp/N，因此每个基本光能量方块皆对应于相同的光能量，在此激光活动周期Tw中光能量单位方块的数量总合即对应于此像素所欲呈现的色阶。为了说明方便，在说明书后续内容会以类似图6 中所示的格状功率分布图来说明本发明的实施例。将图6所示的PWM/PAM混合激光信号调变方式应用在一 256色阶显示系统时，第 1个色阶相当于在整个激光活动周期Ton中激光皆为零光功率输出，第R个色阶则相当于在整个激光活动周期TON中输出(R-I)个光能量单位方块。以M = 8，N = 32的256色阶系统为例，第32个色阶可由任何占据格状功率分布图中31个光能量单位方块的激光输出信号来呈现，例如图7A和图7B所示，由于N正比于信号调变方式的激光与驱动电路所需达成的频宽，N的需求频宽必须小于激光与驱动电路所能操作的频宽。同时，在要求的色阶数为 R的情状下，选择较大的N则可降低M，而使得激光功率各阶层的差Tp/M变大，因而降低在
8色阶控制时对激光功率精准的要求，因此能扩大此投影系统的有效操作温度范围。本发明可采用不同电路架构来实现图6中所示的格状功率分布图。参考图8，其为本发明采用PWM/PAM混合架构的激光信号调变方法第一实施例示意图。本第一实施例使用单一电流源来驱动激光，此电流源的频宽能使激光在长度Tp/N的时间内提供0 Pmax 的输出功率，其最大扫描电流(swe印current)为Imax(当激光功率输出为Pmax时的驱动电流)。透过改变电流源的扫描电流值，激光在每一输出周期Tp/N的时间内能提供的M组不同输出功率(m/M) XPmax以达到不同数量的光能量单位方块，其中m为介于0和M之间的整数。以M = 8，N = 32的256色阶系统为例，第134个色阶可由占据格状功率分布图中 133个光能量单位方块的激光信号输出来呈现如图8所示。参考图9A-9C，其分别为本发明采用PWM/PAM混合架构的激光信号调变方法第二实施例示意图。本第二实施例使用二电流源来驱动激光其中第一组电流源的扫描电流可随时间而变，其频宽能使激光在长度Tp的时间内能输出M组不同输出功率(m/M) XPmax以提供不同数量的光能量单位方块，其中m为介于0和(M-I)之间的整数。其中第二组电流源的扫描电流不随时间而变，其频宽能使激光在长度Tp/N的时间内输出固定值Pmax/M的光功率以提供不同数量的光能量单位方块。以M = 8和N = 32的256色阶系统为例，在实现第134个色阶时需产生133个基本光能量方块，其中虹32个基本光能量方块可由第一组电流源驱动所产生，其光功率-时间特性图如图9A所示；另外5个基本光能量方块则由第二组电流源所产生，其光功率-时间特性图如图9B所示。将二电流源加总则可利用133个基本光能量方块来实现第134个色阶，加总后的光功率-时间特性图如图9C所示。本发明第二实施例所需的频宽与扫描电流的乘积最大仅为(N/Tp) X (Imax/M)，因此费用较低。参考图10，其为本发明采用PWM/PAM混合架构的激光信号调变方法第三实施例示意图，本第三实施例系使用多组电流源来驱动激光，每一组电流源的频宽各不相同。以使用S组电流源为例，第i组电流源的频宽足以使激光在(N/Bi)/Tp的时间长度内产生0 (Ai/M)Pmax的光功率，其中i为介于1至S之间的任意整数，Ai为介于0至M之间的任意整数，而Bi为能使N/Bi为整数的任意整数，因此(N/Bi)/Tp的值可小于基本单位频宽N/Tp 的值。每一组电流源的扫描电流不随时间变化，但其最大扫描电流各不相同，其中第i组电流源的扫描电流可使激光输出达到(Ai/M)PmaX的光功率，其中Ai为介于0至M之间的任意整数。若所有电流源皆以最大扫描电流来驱动，加总的输出功率至少会大于激光适宜输出的最大光功率Pmax，亦即Σ Si = l(Ai/M) Pmax ^Pmax0因此，本发明第三实施例利用开关来控制每一电流源的输出，亦即将S组电流源的加总输出功率Σ Si = l(siXAi/M)Pmax 的值控制在0至Pmax之间当Si = 1时，第i组电流源会被开启；当si = 0时，第i组电流源会被关闭。因此，第i组电流源能产生整数组(N/Bi组)AiXBi个基本光能量方块，本发明第三实施例利用开关来控制S组电流源的输出(Si = 1或Si=0)。当应用在一MXN色阶系统时，依据像素欲显示的色阶来决定输出几组Ai XBi个基本光能量方块，使得S组电流源输出基本光能量方块的加总数目Σ Si = Iai X Ai XBi为0至(MXN-I)的任意整数，其中ai 为介于0至N/Bi之间的任意整数，因此能利用此S组电流源的电流总合来实现所需的任何色阶。以256色阶系统来说明，假设选择M = 8和N = 32，每一基本功率单位的值为Pmax/8， 每一基本时间单位的值为Tp/32，因此每一基本光能量方块的能量为(PmaxXTp)/256。本发明第三实施例使用S组电流源中其中三组电流源来驱动激光，同时选择(Al，Bi) = (4， 4)，(A2，B2) = (3,2)且(A3，B3) = (1，1)。换言之，第一组电流源的扫描电流能使激光产生(1/2) XPmax的光功率，其频宽为8/Tp，亦即输出周期为Τρ/8 ；第二组电流源的扫描电流能使激光产生(3/8) XPmax的光功率，其频宽为16/Τρ，亦即输出周期为Τρ/16 ；第三组电流源的扫描电流能使激光产生(1/8) XPmax的光功率，其频宽为32/Τρ，亦即输出周期为Τρ/32。另一方面，第一组电流源可在8个输出周期(长度Τρ/8)内分别提供0或16个基本光能量方块数，第二组电流源可在16个输出周期(长度Τρ/16)内分别提供0或6个基本光能量方块数，第三组电流源可在32个输出周期(长度Τρ/3》内分别提供0或1个基本光能量方块数，一电流源在一输出周期内所能提供的最大基本光能量方块数皆由图10 中的粗体线来标示。在一激光活动周期Tw中，假设第一组电流源共输出al组16个基本光能量方块数(al为介于0至8之间的任意整数)，第二组电流源共输出a2组6个基本光能量方块数(a2为介于0至16之间的任意整数)，而第三组电流源共输出a3个基本光能量方块数(a3为介于0至32之间的任意整数)，透过加总这三组电流源可在像素周期Tpim内输出(16al+6a2+a;3)个基本光能量方块数。透过选择适当al、a2与a3，此三组电流源的总合即可在像素周期Tpim中建构0个基本光能量方块至255个单位光能量方块，因此便可在激光活动周期Ton中呈现256个色阶。参考图11A-11D，其分别为本发明第三实施例中一显示特定色阶示意图。再次以一 256色阶系统来说明，同样选择M = 8和N = 32，且使用三组电流源来驱动激光。假设像素欲显示第134个色阶，这三组电流源在激光活动周期Tw所输出的基本光能量方块总数 16al+6a2+a3 需为 133，可透过(al，a2，a3) = (8,0,5), (4,11,3)或(3,9,31)等组合来达成。假设选择(al,a2,a3) = (3，9，31)，第一、二、三组电流源的光功率-时间特性图分别如图11A、图11B、图IlC所示，而将此三组电流源加总所造成的光功率-时间特性图如图IlD 所示，因此能在此激光活动周期TON中呈现第134个色阶。如前所述，同调性激光的干涉会造成激光光斑，当激光的光能量愈集中，激光光斑越为显著。若要减少激光光斑，其中一种方式是降低激光光束的同调性。当驱动激光的信号频率愈高时，激光内的共振条件亦快速变化，因而缩短激光的暂时同调周期(temporal coherence period)，并增加激光的频宽以抑制激光光斑。参考图12的本发明第四实施例示意图。本第四实施例和第三实施例类似，同样使用S组电流源来驱动激光，但第三实施例中各组电流源的输出信号为同步，而本第四实施例中各组电流源的输出信号并非完全同步，亦即各电流源间可互有不同的时间延迟。同样以一 256色阶系统来说明，选择M = 8和N = 32，且使用三组电流源来驱动激光以显示第134个色阶；在不考虑时间延迟时，单一电流源的光功率-时间特性图分别如图IlA 图 IlC所示。然而，在本第四实施例的三组电流源中，假设第二组电流源的输出落后于第一组电流源的输出有Tp/(3xN)的时间，第三组电流源的输出落后于第二组电流源的输出有Tp/ (3xN)的时间，则将三组电流源加总后驱动激光所得的光功率-时间特性图如图12所示。 相较于图IlD所示的激光活动周期Tm，图12所示的激光活动周期Tw多了 0χΤρ)/(3χΝ)的时间长度，只要激光活动周期Tm仍小于像素周期TPim，则像素周期Tpim内的总光能量并不会因各组电流源的非同步而改变，因此不会影响对色阶的控制。另一方面，图12所示的激光驱动频率三倍于图IlD所示的激光驱动频率，因此能降低激光光束的同调性，减少激光光斑。参考图13的本发明第五实施例示意图。同样以一 256色阶系统来说明，选择M = 8和N= 32，图13是显示第134个色阶所需的光功率-时间特性图。本第五实施例使用高频率信号来驱动激光，使激光输出功率具高随机性，因此能有效地减少激光光斑。本第五实施例可采用第一实施例的架构，利用单一电流源在相邻输出周期(长度Tp/N)内提供变化极大的驱动电流，以使激光输出功率的特性如图13所示。另外，本第五实施例亦可采用第三实施例的架构，在适当选择电流源数目和各项参数后，利用多组电流源在相邻输出周期 (长度Tp/N)内提供变化极大的驱动电流，以使激光输出功率-时间的特性如图13所示。同一像素内不同位置被激光光束扫描的时间各有不同，以图3上方所示之α、β、 Y点为例，α点被投射的时间起使于一像素的激光活动周期Tw开始时，而终止于激光光束光点的左侧边缘离开α点。β点被投射的时间起使于激光光束光点的右侧边缘接触β点时，而终止于激光光束光点的左侧边缘离开β点。Y点被投射的时间起使于激光光束光点的右侧边缘接触Y点时，而终止于此像素的激光活动周期Tm关闭时，因此可知β点(像素中央)被激光光束投射的时间大于α点与Y点(像素边缘)被激光光束投射的时间。 假设激光光束的光点具同等强度，由于PAM激光信号调变方法在激光活动周期Tw的输出功率维持一固定值，因此观察者感受到一位置点的光强度将正比于激光光束投射在此位置点的时间。换言之，观察者将感受到像素中央的光强度大于像素边缘的光强度。此外，激光光点实际上在中央的光功率较强，光点边缘的光功率较弱，因此像素内光强度不均勻的现象会更为明显。若能在激光活动周期Tm的起始点与终止点附近分配较高的光功率密度，在激光活动周期Tm的中央部份分配较低的光功率密度，如此便能增加像素内光线均勻度。若能将光强度较均勻的分散在各别像素中，不但可使画面较为自然，亦可减少激光光斑的现象。参考图14的本发明第六实施例示意图。同样以一 256色阶系统来说明，选择M = 8和N = 32，图14显示第134个色阶所需的光功率-时间特性图。本第六实施例在激光活动周期Tw的起始点与终止点附近分配较密集的光能量单位方块，而在激光活动周期Tw的中央部份分配较稀疏的光能量单位方块，因此能改善因扫描时间长短差异和激光光束能量不均在像素内造成光强度不均勻的情形。本第六实施例可采用第一实施例架构，利用单一电流源在不同输出周期(长度Tp/N)内提供不同驱动电流，此时激光的光功率-时间如图 14所示。另外，本第六实施例亦可采用第三实施例架构，在适当选择电流源数目和各项参数后，利用多组电流源在不同输出周期内提供不同驱动电流，以使激光的光功率-时间的特性如图14所示。若利用非线性晶体来产生具特定波长的激光功率，则在特定光功率范围内，非线性晶体的波长转换效率正比于入射的激光功率。举绿光激光为例，若将波长约1064纳米的激光射入磷酸钛氧钾(Potassium Titanyl Phosphate, ΚΤ 0Ρ04/ΚΤΡ)或铌酸锂(Lithium Niobate)等非线性晶体后，将转换为波长约532纳米的激光。在此情形下，使用波长较窄 (约1064纳米)的脉冲激光光束，将可得到较高的波长转换效率，亦即以较少电能消耗来得到同样大小的绿光光能。另一方面，以脉冲形式来调变激光，通常可得到较大的瞬间光功率。参考图15本发明采用脉冲形式PWM/PAM混合架构的激光信号调变方法示意图，其显示以脉冲形式调变时在激光的激光活动周期Tm内光功率-时间的特性图，纵轴代表激光的输出功率，共分为M个基本功率单位，可提供M组不同输出功率值，其中第m组输出功率包含m个基本功率单位(m为介于0和M之间的整数)，而包含M个基本功率单位的最大有效输出功率以Pmax’表示。横轴代表周期，共分为N个基本脉冲单位，激光可在每一基本脉冲单位内提供一特定输出功率值，而激光活动周期Tm的长度以Tp表示。因此，在一激光活动周期Tw中的光功率-时间的特性图可由R个基本单位方块所组成的矩阵来描述，其中R 为介于0和(MXN)之间的整数，代表像素所需达成的色阶数。在图15所示的实施例中，每一基本功率单位的值皆为PmaxVM，每一基本脉冲单位具相同长度，因此每个基本光能量方块皆对应于相同的光能量，在此激光活动周期Tw中光能量单位方块的数量总合即对应于此像素所欲呈现的色阶。由于激光系以脉冲形式调变，因此图15的激光最大有效输出功率Pmax’大于图6 的激光最大有效输出功率Pmax，但透过结合前述非线性晶体的波长转换，则可以较少电能消耗来得到同样大小的激光光能。同时，以脉冲形式调变激光时需要较高的频宽，因此能降低激光光束的同调性，减少激光光斑的情形。和图6的PWM/PAM激光信号调变方法类似，图7_图14所示各实施例亦可应用在图15所示的脉冲形式PWM/PAM激光信号调变方法，在此仅举其中一例来作说明。参考图16 本发明第七实施例采用脉冲形式PWM/PAM架构的激光信号调变方法示意图。本第七实施例中能实现类似图14所示的光功率-时间特性图，除了能透过在激光活动周期Tw的不同时间点分配不同光功率密度以增加像素内光线均勻度，同时亦能透过脉冲形式调变激光以降低激光光束的同调性，减少激光光斑的情形。相较于现有技术的激光信号调变技术，本发明可减少激光功率的阶段数，因而减少对该激光功率输出值精密度的要求。本发明亦可减少在像素周期Tpim中所需的信号变化次数，因此减少对激光的频宽要求。在本发明的PWM/PAM激光信号调变方法中，每一像素周期Tpim中可弹性调整激光功率大小或脉波宽度，透过改变在像素周期Tpim中的总光功率来达成目标的色阶。以上所示仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的。 在本领域具通常智识者理解，在本发明专利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围内。
1权利要求
1.一种激光信号调变方法，其特征在于，包含将一激光的活动周期分为N个时间单位，使该激光能在一第η个时间单位的时间内输出能量，其中η为介于1和N之间的整数；将该激光的最大有效输出功率分为M个功率单位，使该激光能提供包含m个功率单位的有效输出功率，其中m为介于0和M之间的整数；将该激光在该活动周期的总输出功率分为MXN个光能量单位方块，其中该激光在每一光能量单位方块内所提供的输出能量由一相对应时间单位的长度和一相对应功率单位的大小来决定；依据显示一第R色阶所需的总能量来决定m和η的值，并依此驱动该激光以在相对应时间单位的时间内提供相对应数目的光能量单位方块，其中R为介于1和MXN之间的整数；以及加总每一光能量单位方块内的输出能量以提供显示该第R色阶所需的总能量。
2.如权利要求1所述的激光信号调变方法，其特征在于，该N个时间单位中每一时间单位的长度相等。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该M个功率单位中每一功率单位的大小相寸。
4.如权利要求1所述的激光信号调变方法，其特征在于，其更包含提供一电流源以驱动该激光，其中该电流源的频宽足以驱动该激光在N个时间单位的各时间单位内提供m个功率单位的有效输出功率，其中m为介于0和M之间的整数。
5.如权利要求1所述的激光信号调变方法，其特征在于，其更包含提供一第一电流源，其中该第一电流源的频宽足以驱动该激光同时在N个时间单位的各时间单位内提供m个功率单位的有效输出功率，其中m为介于0和M之间的整数；提供一第二电流源，其中该第二电流源的频宽足以驱动该激光在一时间单位内提供1 组有效输出功率值，其中该组有效输出功率包含1个功率单位；以及该第一和第二电流源依据显示该第R色阶所需的总能量来驱动该激光。
6.如权利要求1所述的激光信号调变方法，其特征在于，其另包含提供多组电流源，该多组电流源中一第i组电流源的频宽足以驱动该激光以在Ai个时间单位的时间内输出Bi个功率单位的方式来输出Si组Ai XBi个光能量单位方块，其中Ai 为介于0和M之间的整数，而N/Bi为整数；依据显示该第R色阶所需的总能量来开启该多组电流源中一特定数目的电流源；以及加总该特定数目的电流源所提供的驱动电流以驱动该激光。
7.如权利要求6所述的激光信号调变方法，其特征在于，该多组电流源的输出信号为同步。
8.如权利要求6所述的激光信号调变方法，其特征在于，该多组电流源的输出信号非完全同步，使该多组电流源之间的输出信号互有不同的时间延迟。
9.如权利要求1所述的激光信号调变方法，其特征在于，其更包含驱动该激光以使该活动周期的起始部份和终止部份所包含的光能量单位方块数目多于该活动周期的中央部份所包含的光能量单位方块数目。
10.如权利要求1所述的激光信号调变方法，其特征在于，其更包含驱动该激光以使该活动周期中两相邻时间单位所包含的光能量单位方块数目的差值大于一预定值。
11.如权利要求1所述的激光信号调变方法，其特征在于，当该激光应用于扫描投影显像时，所述激光信号调变方法更包含当激光扫描至临近二像素之间时，停止该激光的能量输出，其中以像素周期Tpim代表激光光束投射在一像素上的总时间，当激光光束在一像素周期Tpim内开启但会在该像素边界点附近将激光光束关闭一段时间以激光关闭周期Ttw表示，而在每一个像素周期TpimR 激光关闭周期Ttw之外的时间以激光活动周期Ton表示，使激光在激光关闭周期Ttw停止输出以改善像素边界的颜色混杂。
12.如权利要求1所述的激光信号调变方法，其特征在于，该时间单位是一脉冲。
全文摘要
本发明提供了一种激光信号调变方法，为一种采用PWM(脉波宽度调变，PulseWidth Modulation)及PAM(脉波振幅调变，Pulse Amplitude Modulation)混合架构之激光信号调变方法，其先将一激光的活动周期分为N个时间单位，使得激光能在一第n个时间单位的时间内输出能量，其中n为介于1和N之间的整数。同时，将激光的最大有效输出功率分为M个功率单位，使得激光能提供包含m个功率单位的有效输出功率，其中m为介于0和M之间的整数。接着，将激光在活动周期的总输出功率分为M×N个光能量单位方块，并依据显示一第R色阶所需的总能量来决定m和n的值，其中R为介于1和M×N之间的整数。最后，加总每一光能量单位方块内的输出能量以提供显示第R色阶所需的总能量。
文档编号G03B21/20GK102314055SQ20101021530
公开日2012年1月11日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者张聪贤, 陈致晓 申请人:宏瞻科技股份有限公司