操作扫描激光投影仪以减少斑点和图像闪烁的方法

专利名称：操作扫描激光投影仪以减少斑点和图像闪烁的方法
技术领域：
本说明书一般涉及减少图像中的斑点的方法，尤其涉及减少利用激光源投影的图像中的斑点的方法。
背景技术：
激光斑点导致与使用一般的相干照明源且具体是基于激光的投影系统相关联的·不期望的效果。激光斑点是由眼睛或其它检测系统察觉到的不期望的随机强度变化。当相干光源用来照亮例如屏幕、墙壁或产生漫反射或透射的任何其它物体的粗糙表面时，斑点可能产生。具体地，屏幕或其它反射物体的许多小面积将光散射成许多反射光束，这些反射光束具有不同的始发点和不同的传播方向。在观察点，例如观察者的眼睛或者诸如相机的传感器之类的光学检测器，这些光束相长地干涉来形成亮点，或者相消地干涉来形成暗点，产生随机的粒状的强度图案，称作斑点。可见斑点量的标准定量度量是斑点对比度。斑点对比度被定义为眼睛或另一个光学检测器检测到的强度的标准差与平均强度之比。当斑点对比度是100%时，该斑点被视为“完全形成”，这产生对于观察者和/或光学检测器而言的最低图像质量。取决于若干变量，包括投影的光的波长和照明的亮度以及不同个体间在感知上的差异，人眼可检测到低至5%甚至是1%的对比度等级的斑点。对基于相干激光源而不是非相干灯或LED非常感兴趣。这是因为激光源有可能提供紧凑性、功率效率、亮度、彩色饱和及其它特性。由于人眼能够检测到投影图像中的斑点，所以即使少量的斑点也会使观察者分散注意力并降低投影图像的感知质量。因此，需要用于操作扫描激光投影仪以减少利用扫描激光投影仪投影的图像中的斑点量的替换方法。

发明内容
根据一个实施例，一种用于操作扫描激光投影仪的光源的方法包括利用扫描激光投影仪的光源以扫描激光投影仪的帧率投影包括多个帧的图像。光源的偏振、波长或入射角中的至少一个被改变以形成包括多个斑点图案的斑点减少序列。当光源的强度被调制以产生图像时，利用该光源投影斑点减少序列。斑点减少序列小于约0. 04秒或从约0. 07秒至约0. 13秒。在另一个实施例中，一种用于操作扫描激光投影仪的光源的方法包括利用该扫描激光投影仪的光源投影包括多个帧的图像。同时利用扫描激光投影仪的光源投影斑点减少序列。斑点减少序列包括不相关的斑点图案和部分相关的斑点图案。通过改变扫描激光投影仪的光源的输出束的性质以产生不相关的斑点图案和相关的斑点图案来投影斑点减少序列。斑点减少序列的持续时间可从约O. 07秒至约O. 13秒。斑点减少序列中的不相关的斑点图案的数量k可以是大于3的整数。斑点减少序列中的部分相关的斑点图案的数量I也可以是大于3的整数。将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点在某种程度上对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图的本文所述的实施例可认识到。应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者描述各个实施例，且旨在提供用于理解所要求保护主题的本质和特性的概观或框架。所包括的附图用于提供对各实施例的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出本发明所描述的各个实施例，并与本描述一起用于说明所要求保护主题的原理和操作。


图I示意性地示出与用于操作本文描述的扫描激光投影仪的光源的方法的一个或多个实施例结合使用的扫描激光投影仪的一个实施例；图2示意性地描绘用作扫描激光投影仪中的光源的DBR激光器的一个实施例；图3示意性地描绘用作扫描激光投影仪中的光源的波长经转换的光源的一个实施例；图4示意性地描绘用于波长经转换光源的波长转换器件的实施例；图5示意性地描绘用于波长经转换光源的波长转换器件的实施例；图6示意性描绘与用于操作本文描述的扫描激光投影仪的方法的一个或多个实施例结合使用的扫描激光投影仪的另一实施例；图7描绘根据一个或多个实施例的在无限焦深模式下操作的激光投影系统的示意图；图8描绘根据一个或多个实施例的在斑点减少模式下的激光投影系统的示意图；图9描绘根据一个或多个实施例的投影面上的表面束斑尺寸半最大值全宽度和像素尺寸与投影距离D的关系图；图10描绘根据一个或多个实施例的斑点对比度与Ι/e2输出束直径之间的关系图；以及图11描绘根据一个或多个实施例的斑点减少漫射面与输出束的三个聚焦点的示意图。
具体实施例方式现在将具体参照附图详细描述用于操作扫描激光投影仪的光源以减少斑点和图像闪烁的方法的实施例。该方法一般包括利用扫描激光投影仪的光源投影图像。与投影图像同时地改变光源的输出束的性质以投影包括不相关的斑点图案和部分相关的斑点图案的斑点减少序列，从而减少所投影的图像中的斑点。在足以减少图像中的闪烁的时间间隔期间投影斑点减少序列。在本文中将更详细地描述用于减少斑点和图像闪烁的方法的各实施例。在描述用于减少斑点和图像闪烁的方法的各实施例时，对不相关的斑点图案和部分相关的斑点图案进行引用。术语“斑点图案”指的是利用光源投影的分立图像且具有该特定分立图像特有的斑点特性。术语“不相关的斑点图案”和“部分相关的斑点图案”指的是两个图像之间的相关函数CF的定量评估。具体地，每个斑点图案是包括像素元素的矩阵的图像Ix。两个图像I1和I2之间的相关的函数CF可定义为
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其中I1是表示第一图像的像素矩阵；I2是表示第二图像的像素矩阵；I1Avg矩阵I1中像素的平均强度；I2Avg矩阵I2中像素的平均强度；Wi是矩阵I1中像素强度的标准差，其中W1—U2 ;以及是矩阵I2中像素强度的标准差,其中W2 = τ/Χ(/2 - 1IAvg)2 c当相关因子的绝对值(S卩，|cf| )等于ι时两个图像完全相关。利用相同的关系，当相关因子CF的绝对值等于O时，两个图像完全不相关。然而，当相关函数的绝对值低于O. I时，两个图像被视为不相关。为了描述本发明的目的，当特定斑点图案Ix和斑点减少序列中的任意其它斑点图案之间的相关因子CF的绝对值从约O至约O. I时，在包括In斑点图案的斑点减少序列中的特定斑点图案Ix是不相关的斑点图案。此外，当特定斑点图案IjP斑点减少序列中的至少一个其它斑点图案之间的相关因子CF的绝对值从约O. 4至约O. 6时，在包括In斑点图案的斑点减少序列中的特定斑点图案Ix是部分相关的斑点图案。图I示意性地描绘可与用于操作激光扫描投影仪扫描系统的光源的方法结合使用以减少本文所述的斑点和图像闪烁的扫描激光投影仪系统。扫描激光投影仪系统100 —般包括复合光源102和扫描反射镜104。在一个实施例中，如图I所不，扫描激光投影仪系统100还可包括偏振旋转器106。扫描激光投影仪系统100被编程为扫描由复合光源102产生的输出束110以在投影面300上形成二维图像。例如，投影面300可以是墙壁或投影仪屏幕。在图I所示的实施例中，来自复合光源102的输出束110通过第一扫描反射镜104改向到投影面300上，并且沿图I所示的坐标轴的χ方向和y方向在投影面300上扫描以在投影面300上形成图像。扫描激光投影仪系统100可用于显示静态图像(例如，文本)、移动图像(例如，视频)或静态图像和移动图像的组合。在一个实施例中，该系统可以是紧凑的，使得它可被合并到相对较小的设备中，诸如手持投影仪、蜂窝电话、个人数据助理、笔记本计算机或其它类似设备。然而，在其它实施例中，该系统可以是用于投影大格式图像的标准尺寸的投影仪系统。在图I所示的扫描激光投影仪系统100的实施例中，复合光源102包括一个或多个独立的光源108a、108b、108c，它们用于以不同波长发射相干光束109a、109b、109c。例如，图I所示的复合光源102包括三个独立的光源108a、108b、108c，它们能够分别发射具有可见光谱的绿色、蓝色和红色部分中的波长的相干光束。由每个独立的光源108a、108b、108c发射的相干输出束109a、109b、109c可利用诸如透镜、反射镜之类的各种光学组件(未示出)组合并准直，以产生包括来自各个独立的光源108a、108b、108c的相干输出束109a、109b、109c的经准直的输出束110。在其它实施例中(未示出)，复合光源102可利用更多或更少的独立光源。例如，复合光源可包括一个独立的光源、两个独立的光源或三个或更多个独立的光源。还应理解，独立光源可发射除可见光谱的红色、蓝色或绿色部分中的波长以外的波长的相干光束。在一个实施例中，独立的光源108a、108b、108c是DBR激光器，诸如图2示意性示出的DBR激光器120。DBR激光器120 —般可包括具有波长选择部分128、相位匹配部分130以及增益部分132的半导体激光器。也可称为分布式布拉格反射器或DBR部分的波长选择部分128通常包括定位在激光腔的有源区外部的第一阶或第二阶布拉格光栅。该部分提供波长选择，因为光栅起到其反射系数取决于波长的反射镜作用。可通过改变在电线122处注入到波长选择部分128中的电流来调节由DBR激光器发射的输出束109的波长。例如，在一个实施例中，注入DBR激光器120的波长选择部分128的电流可用于通过改变激光器的操作性质来控制从DBR激光器120的输出面134发射的相干输出束109的波长。更具体地，所注入的电流可用于控制波长选择部分128的温度和/或波长选择部分128的折射率。因此，通过调节注入到波长选择部分的电流量，可改变激光源发射的相干输出束109的波长。或者，注入到相位匹配部分130或增益部分132的电流可类似地用于控制由DBR激光器发射的相干输出束109的波长。当在本文中将独立的光源108a、108b、108c描述为DBR激光器时，应理解可使用其它类型的激光源。例如，独立的激光源108a、108b、108c可包括一个或多个单波长激光器，诸如分布式反馈(DFB)激光器、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、二极管泵浦固态激光器(DPSS)、原生绿色激光器、垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)或法布里-帕罗(Fabry-Perot)激光器。在另一个实施例中，激光投影系统的独立的光源可以是波长经转换的光源，诸如图3所示的波长经转换的光源121。波长经转换的光源121 —般包括光学耦合到波长转换器件136的半导体激光器，诸如DBR激光器120或类似的激光器件。波长转换器件136将 DBR激光器的相干束138转换成较高次谐波并输出波长与DBR激光器120的相干束138的波长不同的相干输出束109。这种类型的波长经转换的光源尤其可用于从较长波长的半导体激光器生成较短波长的激光束，并且可用作例如激光投影系统的可见激光源。现在参考图4，以横截面示意性地描绘在波长经转换的光源中使用的波长转换器件136的一个实施例。波长转换器件136 —般包括诸如MgO掺杂的铌酸锂的体晶材料142，其具有在输入面140与输出面146之间延伸的波导部分144。在一个实施例中，该波导部分144是周期性极化的铌酸锂(PPLN)晶体。当具有第一波长λ ι的相干束138 (诸如DBR激光器120的相干束138)被引导到波长转换器件136的波导部分144时，相干束138沿波长转换器件136的波导部分144传播，其中相干束138被转换成第二波长λ 2。波长转换器件136从输出面133发射波长经转换的相干输出束109。例如，在一个实施例中，由DBR激光器120发射并被引导至波长转换器件136的波导部分144内的相干束138具有约530nm(例如该相干束138是红外光束)的波长。在该实施例中，波长转换器件136将红外光束转换成可见光并发射具有约530nm波长(例如可见绿光)的波长经转换的相干输出束109。在图4所示的波长转换器件136的实施例中，可利用各种技术来调节由波长转换器件136发射的相干输出束109的波长。例如，可通过将电场施加到波长转换器件136进而导致相干输出束109的波长变化来调节波长转换器件136的相干输出束109的波长。在又一个实施例中，可通过加热波长转换器件13 6和/或波长转换器件的波导部分进而导致相干输出束109的波长变化来调节波长转换器件136的相干输出束109的波长。现在参考图5，以横截面示意性地描绘在波长经转换的光源中使用的波长转换器件136的另一个实施例。在该实施例中，波长转换器件136具有与图4所示的波长转换器件136类似的构造。然而，在该实施例中，波长转换器件136包括第一波导部分144a、第二波导部分144b以及第三波导部分144c，每个波导部分在波长转换器件147的输入面140和输出面146之间延伸。波导144a、144b、144c中的每一个被调谐以产生具有与其它波导不同波长的输出束。在该实施例中，光学耦合到波长转换器件136的半导体激光器(未示出)可机械耦合到执行器，该执行器可用于通过调节半导体激光器的位置来将半导体激光器光学耦合到不同的波导。对于每个波导144a、144b、144c，半导体激光器的波长被调谐至使得波长转换器件136发射具有期望波长的相干输出束109的波导。因此，可通过将DBR激光器耦合到波长转换器件的不同的波导部分来调节波长经转换的光源的波长。再次参考图I，在本文所述的实施例中，利用如上所述的第一扫描反射镜104使复合光源102的输出束110在投影面300上扫描。第一扫描反射镜104定位在输出束110的光路中，并将输出束110向投影面300反射。扫描反射镜114可包括耦合到执行器的反射镜，该执行器用于关于至少两个轴112、114调节该反射镜的方向。例如，在一个实施例中，执行器是稱合到反射镜的微机电系统(MEMS)。MEMS器件操作用于关于第一轴112和第二轴114旋转反射镜，由此在投影面300上沿Y方向和X方向扫描经反射的输出束110以形成图像。在图I所示的扫描激光投影仪系统100的实施例中，该系统还包括偏振旋转器106。偏振旋转器定位在复合光源102的光路上，使得复合光源102的输出束110在到达第一扫描反射镜104之前穿过偏振旋转器106。偏振旋转器106用于将输出束110的偏振从第一偏振调节到第二偏振。第二偏振可以与第一偏振正交。或者，第二偏振可以是不与第一偏振正交的中间偏振。在一个实施例中，偏振旋转器106可以是液晶偏振旋转器或适用于旋转光束的偏振的类似器件。尽管图I所示的扫描激光投影仪系统100的实施例包括偏振旋转器，然而应理解在其它实施例中扫描激光投影仪系统可被构造成不具有偏振旋转器。扫描激光投影仪系统100被编程为执行本文所述的减少斑点和图像闪烁的方法。具体地，扫描激光投影仪系统100可包括一个或多个系统控制器107，诸如微控制器、可编程逻辑控制器等，它们通信耦合到复合光源102、第一扫描反射镜104和偏振旋转器106。系统控制器107被编程为控制复合光源102、第一扫描反射镜104和偏振旋转器106以生成并投影单色或多色图像并且同时减少所投影的图像中的斑点和图像闪烁。系统控制器107连同本领域中已知的图像投影软件和相关联的电子器件可向复合光源102提供具有携带经编码的图像数据的一个或多个图像数据信号(例如，激光驱动电流)。当输出光束110包括多个独立光源108a、108b、108c时，系统控制器107可独立地控制由独立光源108a、108b、108c发射的相干输出束109a、109b、109c中的每一个的波长、增益和/或强度。例如，经编码的图像数据导致独立光源108a、108b、108c的输出束109a、109b、109c中的一个或多个的增益或强度变化，进而导致复合光源102的输出束110中的相应增益或强度变化。当利用第一扫描反射镜104使输出束在投影面300上扫描时，输出束110的所得增益或强度变化形成图像。仍参考图I，现在将参考复合光源102的光源108a描述操作扫描激光投影仪系统的光源的方法。然而，应理解，可将相同的控制方法施加到其它光源108b和108c，以便减少斑点和图像闪烁。用于操作扫描激光投影仪系统100的光源108a的方法包括利用光源108a投影包括多个帧的图像。为了形成图像，系统控制器107向光源108a提供图像数据信号，该图像数据信号产生由如上所述的光源108a发射的输出束109a中的增益或强度变化。输出束109a 可与不同波长的一个或多个其它输出束(即，输出束109b、109c)组合以形成被改向到投影面300的输出束110。第一扫描反射镜104快速地在投影面300上扫描输出束110以产生多个帧，该多个帧在被检测器(诸如人眼)整合时形成以提供给光源108a的图像数据信号编码的图像。一般而言，扫描激光投影仪以60帧/秒(即60Hz)的速率投影独立的帧。每个帧中的每一个像素(即投影面300上的束斑的每个分立位置)被照明约20纳秒。当光源108a的强度或增益随着图像数据信号改变以产生图像时，相应输出束109a的物理性质同时改变以减少所投影的图像中的斑点。更具体地，输出束109a的物理性质被改变使得在利用光源108a投影图像的同时利用光源108a的输出束109a投影斑点减少序列。斑点减少序列可包括多个斑点图案In，其中η是序列中斑点图案的总数。在本文所述的实施例中，斑点减少序列中的斑点图案的总数η至少是8。一般而言，可通过随时间改变所投影的图像中叠加的斑点图案来减少斑点。如果斑点图案改变足够快(即，比人眼的整合时间快)，则通过人眼对所投影的斑点图案取平均并且获得斑点对比度减小的印象。例如，如果命中屏幕的光的偏振从第一线性偏振S改变成第二线性偏振P，则生成两个不相关的斑点图案(即，一个具有第一偏振而一个具有第二偏振)。通过比人眼的整合时间更快地使偏振状态从S切换到P，表面斑点对比度减少2的平方根。在诸如图I所示的激光扫描投影仪中，光束保留在给定的位置非常短的时间段(约为20nS)，称为像素持续时间。结果是除非斑点图案可被修改为比像素持续时间更快，否则不同斑点图案被投影的最快速度等于帧率，即对于大多数投影系统通常为60Hz。当例如通过在S和P偏振状态之间切换来投影仅两个不相关的斑点图案时，仍然会使斑点减少2的平方根，因为30Hz仍然比人对于诸如斑点之类的高空间频率特征的响应时间快。斑点的2的平方根减少通常不足以将斑点减少到可接受的水平，且需要更多的不相关的斑点图案来进一步减少所感知的斑点对比度。然而，通过例如以帧率投影4个不相关的斑点图案，4个图像的序列(A，B，C，D/A，B，C，D/···)被投影。因为投影这些图像的频率(15Hz)比人眼的响应时间慢，导致图像闪烁。减少图像闪烁的一种方法包括投影较长的斑点减少序列(S卩，以较慢频率投影斑点减少序列)。因为可限制不相关的斑点图案的数量，所以可从一系列不相关和相关的斑点图案形成较长的斑点减少序列。实验表明当使用以IOHz以及更慢的斑点减少序列时，图像闪烁减少且观察者可看到斑点随时间缓慢移动。然而，对斑点减少序列的持续时间可增加多少有限制。事实上，当序列太慢时，增加附加的不相关的斑点图案不会进一步改进图像的质量。实验表明，在诸如斑点之类的高空间频率噪声的情况下，斑点减少序列的持续时间应保持低于O. 13秒(7. 5Hz)，因为超过该极限，图像改进量消失。在一个实施例中，斑点减少序列可具有大于约O. 07秒至约O. 13秒的持续时间(即，斑点减少序列具有从约7. 5Hz至约15Hz的重复率)。在另一个实施例中，斑点减少序列可具有大于约O. I秒(即，斑点减少序列具有小于IOHz的重复率)但不超过约O. 13秒(7. 5Hz)的持续时间。具体地，已经确定具有大于O. 07秒的持续时间的斑点减少序列显著减少以该斑点减少序列同时投影的图像中的图像闪烁，并且提高所感知的投影图像的质 量。因此，具有大于约O. 07秒的持续时间的斑点减少序列可用于减少投影图像中所感知到的斑点量并减少投影图像中的图像闪烁。在通过例如在两个不同偏振状态之间进行切换并将光源的波长调节至具有充分间隔的三个不同波长以产生不相关的斑点图案来产生至少6个不相关的斑点图案(B卩，不相关的斑点图案的数量k=6)的实施例中，通过顺序地调节偏振和波长以产生部分相关和不相关的斑点减少图案的序列，可容易地实现以小于IOHz产生斑点减少序列。在仅4个不相关的斑点图案可用的实施例中，一种可能是通过在不相关的斑点图案之间插入中间部分相关的图案来增加斑点减少序列的持续时间，使得斑点减少序列包括多个不相关的斑点图案和多个部分相关的斑点图案。例如，当斑点减少序列中的斑点图案的总数η至少是8时，斑点减少序列中的不相关的斑点图案的数量k是大于3的整数，同时斑点减少序列中的部分相关的斑点图案的数量I是大于3的整数。如上所述，当斑点减少序列中的独立斑点图案Ix和任意其它斑点图案之间的相关 因子CF从约O至约O. I时，斑点减少序列中的独立斑点图案Ix是不相关的斑点图案。此夕卜，当斑点减少序列中的独立斑点图案Ix和至少一个其它斑点图案之间的相关因子CF从约O. 4至约O. 6时，斑点减少序列中的独立斑点图案Ix是部分相关的斑点图案。在一个实施例中，在斑点减少序列中，各个不相关的斑点图案与各个部分相关的斑点减少图案交替。例如，可投影单个不相关的斑点图案，随后是单个部分相关的斑点图案等。在可选实施例中，斑点减少序列包括与一个或多个连续的部分相关的斑点图案交替的多个连续的不相关的斑点图案。例如，可依次投影两个部分相关的斑点图案，然后是依次投影的两个不相关的斑点图案，然后是依次投影的两个部分相关的斑点图案等等。在又一个可选实施例中，斑点减少序列包括与一个或多个连续的不相关的斑点图案交替的多个连续的部分相关的斑点图案。例如，可依次投影两个部分相关的斑点图案，然后是单个不相关的斑点图案，然后是依次投影的两个部分相关的斑点图案等等。通过改变光源108a的输出束109a的物理性质来形成斑点减少序列中的每个斑点图案(不相关或部分相关)。在本文所述的实施例中，物理性质可以是输出束109a的波长、输出束109a的偏振、输出束109a相对于投影面300的入射角或波长、偏振和/或入射角的各种组合。例如，在光源108a包括如上所述的DBR激光器的实施例中，通过调节由通信耦合到DBR激光器的系统控制器107施加到DBR激光器的波长选择部分的电流来改变光源108a的输出束109a的波长。在光源108a是包括光学耦合到图2所示的波长转换器件的半导体激光器的频率经转换的光源的实施例中，可通过加热波长转换器件的波导部分来改变由光源108a发射的输出束109a 的波长。或者，可通过向波长转换器件施加电场来改变由光源108a发射的输出束109a的波长。可由系统控制器107控制加热波长转换器件的波导部分或向波长转换器件施加电场，以便实现波长以适当的时间间隔的期望改变。在光源108a的输出束109a的波长被改变以产生不同的不相关的斑点图案和/或部分相关的斑点图案的实施例中，不相关的斑点图案之间的波长变化至少是O. 3nm。例如，如果输出束109a具有530nm的第一波长(S卩，第一波长是可见光谱的绿色部分)，则输出束109a的第一波长可改变至少±0. 3nm至530. 15nm或529. 85nm的第二波长。在该示例中，以530nm、530. 15nm和529. 85nm波长产生的斑点图案彼此不相关。然而，对于具有特定偏振的输出束109a，小于O. 3nm的波长变化导致部分相关的斑点图案。更具体地，如果输出束109a具有固定偏振且输出束的波长可在相隔至少±0. 3nm的第一波长和第二波长之间的范围上改变，则输出束109a的波长可改变到第一波长和第二波长之间的中间波长以产生相对于在第一波长或第二波长下形成的斑点图案的部分相关的斑点图案。例如，如果光源108a的输出束109a的波长可在第一波长529. 85nm和第二波长530. 15nm之间改变，则输出束109a的波长可变化到中间波长530nm，以产生与在第一波长或第二波长下产生的斑点图案部分相关的斑点图案(假设，输出束的偏振在第一波长、第二波长和中间波长下保持相同)。尽管在530nm下产生的斑点图案仅相对于在530. 15nm和529. 85nm下产生的斑点图案部分相关，然而应理解，在530. 15nm和529. 85nm下产生的斑点图案彼此不相关(即，波长差至少为O. 3nm)。仍参考图I，还可通过利用偏振旋转器106改变由光源108a发射的输出束109a的偏振来形成不同相关和不相关的斑点图案。例如，对于具有固定波长的输出束，输出束的偏振可从第一偏振改变到与第一偏振正交的第二偏振。在该实例中，利用第一偏振的输出束产生的斑点图案与利用具有第二偏振的输出束产生的斑点图案不相关。然而，如果输出束109a的偏振从第一偏振改变到不与第一偏振和第二偏振正交的中间偏振,则利用第一偏振的输出束产生的斑点图案和利用中间偏振的输出束产生的斑点图案部分相关。应理解，正交的第一和第二偏振之间的多个中间偏振可用于形成多个部分相关的斑点图案。例如，中间偏振的数量可以是2 (即第一中间偏振和第二中间偏振)或更多，每个中间偏振不与第一和第二偏振正交。现在参考图6，在另一个实施例中，还可通过改变复合光源102的输出束入射在投影面300上的角度Θ来形成不同的相关和不相关的斑点图案。已经确定当将诸如纸或涂漆面之类的材料用于屏幕时，当从观察者到屏幕的距离约为半米时，约I. 5mRd的屏幕上输出束的入射角变化足以形成不相关的斑点图案。例如，在图6所示的扫描激光投影仪系统200的实施例中，扫描激光投影仪系统200包括如上所述的复合光源102、偏振旋转器106和第一扫描反射镜104。然而,在该实施例中，扫描激光投影仪系统200还包括第二扫描反射镜224。该第二扫描反射镜具有与上述的第一扫描反射镜104类似的结构。具体地，第二扫描反射镜204可包括耦合到诸如MEMS执行器或类似执行器之类的执行器的反射镜，使得反射镜的方向关于至少两个轴222、223可调。第一扫描反射镜104定位在复合光源102的输出束的光路中且定向成使复合光源102的输出束110 (包括光源108a的输出束109a)改向到第二扫描反射镜224并沿两个方向在第二扫描反射镜的表面上扫描输出束110。第二扫描反射镜224被定位成将输出束110改向到投影面300。此外，第二扫描反射镜224的方向可关于第一扫描轴222和第二扫描轴223调节以改变投影面上输出束的入射角Θ。在该实施例中，由输出束 产生的两个斑点图案之间的相关因子随着输出束的入射角Θ改变。可通过在连续的斑点减少图案之间使输出束的入射角改变至少± I. 5mRad，来利用输出束形成不相关的斑点图案。例如，如果输出束HO具有第一入射角G1，则输出束110的第一入射角Θ i可改变至少I. 5mRad成为第入射角Θ 2。在该示例中，利用具有第一入射角Θ!的输出束产生的斑点图案和利用具有第一入射角Θ 2的输出束产生的斑点图案是彼此不相关的斑点图案(即，入射角的变化至少是I. 5mRad)。然而，如果输出束具有固定偏振和波长且第一入射角Θ工改变小于I. 5mRad,则通过改变入射角形成的斑点图案将产生仅与由第一入射角Θ i形成的斑点图案部分相关的斑点图案。更具体地，如果输出束110具有固定偏振和波长且输出束110的入射角可在间隔至少I. 5mRad的第一入射角Θ 和第二入射角Θ 2之间的范围上变化，则输出束的第一入射角Q1可变化到第一入射角Q1和第二入射角θ2之间的中间入射角θΙη，以产生相对于在第一入射角Q1或第二入射角θ2下形成的斑点图案部分相关的斑点图案。例如，如果光源108a的输出束110的入射角可在第一入射角Q1和第二入射角θ2之间变化，则输出束的入射角91可变化至01和θ2之间的中间入射角θΙη以产生与在第一入射角Q1或第二入射角Θ2下产生的斑点图案部分相关的斑点图案(假设输出束的偏振在第一入射角Q1、第二入射角θ2和中间入射角Θ1η下保持相同)。尽管在中间入射角θΙη下产生的斑点团仅相对于在第一入射角Q1或第二入射角02下产生的斑点图案部分相关，但应理解在第一入射角Q1或第二入射角02下产生的斑点图案彼此不相关(即入射角之差至少为I. 5mRad)。再次参考图1，在一个实施例中，光源108a操作用于发射输出束109a并在相隔至少O. 3nm的第一波长A和第二波长B之间的范围上改变输出束109a的波长。例如，第一波长A可以在从约529. 85nm至约530. 15nm的范围中。然而，应理解，取决于光源108a的特定特性，还可使用不同的波长范围(即，除529. 85nm-530. 15nm以外)。还应理解波长范围的端点足够接近，使得当波长改变时没有可感知到的输出束的颜色差别。系统控制器107可操作用于将光源108a的输出束109a的波长从第一波长A或第二波长B改变到第一波长A和第二波长B之间的中间波长AB。例如，在一个实施例中，中间波长AB与第一波长A或第二波长B之差可约为O. 15nm。然而，应理解中间波长AB不需要在第一波长A和第二波长B之间居中。在该实施例中，系统控制器107可操作用于控制偏振旋转器106以使输出束的偏振在第一偏振Pl和与第一偏振Pl正交的第二偏振P2之间的范围上变化。更具体地，系统控制器107可操作用于将光源108a的输出束109a的偏振从第一偏振Pl或第二偏振P2改变到不与第一偏振Pl或第二偏振P2正交的第一中间偏振P12。在该实施例中，系统控制器107可用于改变光源108a的输出束109a的波长以产生以下In斑点减少图案的斑点减少序列 Api-Api2-Ap2-ABp2-Bp2-Bpi2-Bpi-ABpi2,其中n=8，不相关的斑点图案的数量k是4且部分相关的斑点图案的数量I是4。在该实施例中，Api、AP2、Bp2和Bpi是不相关的斑点图案，而AP12、ABP2、BP12和ABpi2是部分相关的斑点图案。该斑点减少序列具有从约O. 07秒至约O. 13秒的周期。在另一个实施例中，光源108a操作用于发射输出束109a并使输出束109a的波长从第一波长A改变到相隔至少O. 3nm的第二波长B。例如，第一波长A可以约为529. 85nm而第二波长B可以约为530. 15nm。如上所述，系统控制器107可操作用于将光源108a的输出束109a的波长从第一波长A改变到第二波长B。在该实施例中，系统控制器107可操作用于控制偏振旋转器106以使输出束109a的偏振在第一偏振Pl和第二偏振P2之间的范围上改变,其中第一偏振Pl与第二偏振P2正交。系统控制器107可操作用于将光源108a的输出束109a的偏振从第一偏振Pl或第二偏振P2改变到第一中间偏振P12或第二中间偏振P21。第一中间偏振P12或第二中间偏振P21均不与第一偏振Pl和第二偏振P2正交。在该实施例中，系统控制器107可操作用于改变光源108a的输出束109a的波长以产生以下In斑点减少图案的斑点减少序列Api — Api2-Ap21—Ap2—Bpi —Bpi 2—Bp21—Bp2其中η=8，不相关的斑点图案的数量k是4且部分相关的斑点图案的数量I是4。在该实施例中，Api、AP2、Bp2和Bpi是不相关的斑点图案，而AP12、ABP21、BP12和Bp21是部分相关的斑点图案。该斑点减少序列具有从约O. 07秒至约O. 13秒的周期。给定斑点减少序列相关的周期，上述用于减少斑点的技术可被称为慢斑点减少技术。在另一个实施例中，可使用斑点减少技术的组合。例如，如上所述的一个慢斑点减少技术的组合可与比像素持续时间快的其它斑点减少方法一起使用。在一个实施例中，上述的慢斑点减少技术可与在比人眼的整合时间快(即比约O. 04秒快)的周期上投影的斑点减少序列结合使用。在该情况下，斑点减少序列可包括以30Hz投影的连续斑点图案(A，B/A, BA··)，使得每个单个帧的斑点对比度低于完全形成的斑点。
例如，现在参考图7，示出激光投影系统400的一个实施例的示意图，其可用于以快于人眼的整合时间的速率生成斑点图案。示例性激光投影系统400被配置成扫描激光投影系统，该扫描激光投影系统被编程为二维地扫描光源410生成的并且由光学扫描组件426反射的(或发射的)输出束420以在诸如墙壁或投影仪屏幕之类的给定投影面430处形成二维图像。如下更详细地描述地，一些实施例可包括偏振扰频器件429。激光投影系统400可用于显示静态图像(例如，文本)、移动图像(例如，视频)或两者。该系统可以是紧凑的，使得它可被合并到相对较小的设备中，诸如手持投影仪、蜂窝电话、个人数据助理、笔记本计算机或其它类似设备。光源410可包括一个或多个激光器。图7和8所示的实施例包括操作用于在不同的波长下发射相干光束的三个激光器411a、411b和411c。例如可使用反射镜和分色镜来将三个发射束414a、414b和414c组合成单个发射束420。例如，光源410可包括能够分别发射红色、蓝色和绿色波长的三个激光器。根据一些实施例中，输出束420由近似准直的绿色、红色和蓝色束构成。例如，第一激光器411a可发射具有绿色光谱范围内的波长的束414a，第二激光器411b可发射具有红色光谱范围内的波长的束414b，第三激光器411c可发射具有蓝色光谱范围内的波长的束414c。其它实施例可利用发射更多或更少准直激光束的光源410和/或除绿色、红色或蓝色以外的波长的束。例如，输出束420可以是具有绿色光谱范围内的波长的单个输出束。例如，光源410可包括一个或多个单波长激光器，诸如分布式反馈(DFB)激光器、分布式布拉格反射器(DBR)激光器、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、二极管泵浦固态激光器(DPSS)、原生绿色激光器、垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)或法布里-帕罗(Fabry-Perot)激光器。另外，为了生成绿色光束，一些实施例的光源410还可包括波长转换器件(未示出)，诸如二次谐波发生(SHG)晶体或更高次谐波发生晶体，以使具有处于红外频带的原生波长的激光束频率翻倍。例如，诸如MgO掺杂的周期性极化铌酸锂(PPLN)之类的SHG晶体可用于通过将1060nm波长的DBR或DFB激光转换成530nm来生成绿光。光源410还可包括除单波长激光器外的激光器，诸如能够发射多个波长的激光器。在其它实施例中，光源410可包括能够在不使用波长转换器件的情况下发射原生绿色激光的激光器。光源410还可包括定位在由激光器411a_411c产生的每个光束的光路中 的光源透镜412a-412c。光源透镜可提供离开光源410的近准直光束414a_414c。在其它实施例中，光源410可不包括光源透镜，且一个或多个光束可按非准直状态离开光源410。在一个实施例中，激光投影系统400还包括反射表面416a_416c,该反射表面416a_416c被定位且配置成将由激光器411a-411c产生的三个光束414a_414c反射并组合成输出束420。输出束420可以是包括激光束414a-414c的单个束，或者它可以是包括激光束414a_414c的三个束。例如，激光束414a-414c可以是空间分离的且不被组合成单个输出束420。在仅利用一个激光器的实施例中，激光投影系统400可不利用反射表面。此外，应理解可使用其它光束组合器件。激光投影系统400可被编程为执行本文公开的很多控制功能。可按多种方式编程系统400，包括常规的或未开发的编程方法。编程本文讨论的系统400的方法不旨在将实施例限于任何特定的编程方式。在一些实施例中，激光投影系统400可包括诸如微控制器之类的一个或多个系统控制器(未示出)，它们被编程以控制光源410以生成单色或多色的图像数据流。系统控制器连同本领域中已知的图像投影软件和相关联的电子器件可向该光源提供具有携带图像数据的一个或多个图像数据信号(例如，激光驱动电流)。为了形成期望的图像，光源410然后可发射输出束420的增益或强度变化形式的经编码的图像数据。然而，一些实施例可利用其它控制器或编程装置以生成经扫描的激光图像。聚焦光学组件422可定位在输出束420的光路中，使得输出束420首先穿过聚焦光学组件422。斑点减少扩散表面428可在聚焦光学组件之后光学扫描组件426之前被选择地引入到输出束420的光路。聚焦光学组件422具有在激光投影系统400内部的位置LI处产生输出束420的第一焦点(即，束414a-414c的单个输出束或三个焦点)的焦距。源自LI的由输出束420提供的光423然后经由准直组件424和光学扫描组件426重新成像在投影面430上的位置L2处的第二焦点上作为会聚束421。当漫射面被插入光路中时，它优选地位于第一焦点LI附近。光学扫描组件426被定位在聚焦组件422之后的输出束420的光路中。光学扫描组件426可包括一个或多个可控且可移动的微光机电系统(MOEMS)或微机电系统(MEMS),其配置成向投影面430 二维扫描输出束420以照射多个像素以在图像帧速率下形成图像帧。还可使用诸如旋转棱镜、谐振反射镜或电流计反射镜之类的扫描组件。在图7和8中将经扫描的输出束示为会聚输出束421。连续的图像帧构成经扫描的激光图像。还应构想到MOEMS或MEMS可操作地耦合到配置成相应地改向输出束420的反射镜或棱镜。聚焦组件422将输出束420聚焦到光学扫描组件426上。图7示出工作在无限焦深模式下的系统400 (即非斑点减少模式)。聚焦光学组件422和准直组件424的光学特性使命中投影 面的会聚输出束421的会聚角足够小，使得不管投影距离如何且不需要任何激光投影系统400内的任何聚焦调节，出现在投影面上的图像均保持清晰。此外，聚焦光学组件422和准直组件424的光学特性使投影面430上的束斑尺寸足够小以满足图像分辨率要求。通常，投影面430上的束斑尺寸应与图像像素尺寸近似地相等。如图7所示，当操作在无限焦深模式时，斑点减少漫射面428未被引入到输出束420的光路中。当激光投影系统400操作在无限焦深模式时，焦深非常大因此不需要聚焦调节来实现投影面430上的聚焦扫描激光图像。为了满足该条件，会聚输出束421的会聚角应相对较小，因此导致在光学扫描组件426上的光束的相对较小的光束直径。然而，小会聚角的结果是没有很多斑点减少。图8示出操作在斑点减少模式下的激光投影系统400。如图8所示，斑点减少漫射面428在接近第一焦点LI的位置的位置处被引入聚焦输出束420的光路中。例如，斑点减少漫射面428可通过执行器机械移动进入和离开光路。源自位置LI处的第一焦点的光423'在已经被斑点减少漫射面428传送之后经由准直组件424和光学扫描组件426重新成像在投影面430上的位置L2处的第二焦点上。会聚输出束421'照射位置L2处的第二焦点。因为第一焦点成像在投影面上的位置L2处的第二焦点上，所以在投影面430上的会聚输出束421的幅度分布未被显著修改，也就是束斑尺寸相对于先前图7中描述和示出的投影仪配置未改变。换言之，由于斑点减少漫射面428定位在光学扫描组件426之前且接近第一焦点LI，该第一焦点LI被重新成像在投影面430上的第二焦点位置L2，所以引入斑点减少漫射面428不影响投影面430上的清晰图像。现在，由于斑点减少扩散面428被成像在投影面430上，电场相位的一些高空间频率调制被加到投影面430上的束斑中。由于光学扫描组件426扫描会聚输出束421',当通过光学扫描组件426快速扫描输出束时，由斑点减少漫射面428提供的相位调制的位置跟随该输出束，由此导致相对于投影面430快速移动的相位调制。结果是对于观察者的斑点出现减少。此外，在该实施例中，投影面430上的斑点漫射面428的图像以比像素持续时间快的速率改变(即，快于20ns)，同样，斑点以比产生单个图像所需的持续时间快的速度减少。结果，每个投影帧的斑点对比度被衰减且可减少总的斑点印象，而不产生任何图像闪烁。其中利用斑点减少漫射面的这类斑点减少在本文中称为即时斑点减少。图8还示出在插入斑点减少漫射面428的情况下，源自第一焦点LI的位置的输出束的发散增加，这导致会聚输出束421'的会聚角相应增加。因此，取决于会聚角，可能不能独立于从激光投影系统400至投影面430的距离维持清晰图像。因此，取决于会聚角，可利用一种或多种聚焦机制以确保会聚输出束421，聚焦在投影面430上。在一个实施例中，准直组件424可沿Z轴平移以针对很多投影距离将斑点减少漫射面428适当地成像在投影面430上。在另一个实施例中，斑点减少漫射面428关于X轴倾斜，使得斑点减少漫射面428相对于Y轴成角度。可通过沿Y轴平移斑点减少漫射面428来提供聚焦调节。由于斑点减少漫射面428的倾斜，沿Y轴的运动导致沿Z轴移动斑点减少漫射面428的有效面(S卩，斑点减少漫射面428的被输出束照射的部分)，这等价于改变激光投影系统400的焦点。应该理解，本文描述的各轴仅出于说明性目的，且不旨在对方向进行特定限制。激光投影系统的参数应被优化以实现适当的图像分辨率以及图7所示的非斑点减少模式下的无限焦深和图8所示的斑点减少模式下的期望的斑点减少。可通过假设激光束近似高斯并根据常规的高斯束传播规律传播到投影面430来分析无限焦深。为了示出如何实现无限焦深，假设在一个方向上的图像分辨率是沿图像的一个方向800像素(S卩，扫描激光图像的图像线包括800像素)且扫描装置在该相同方向上的偏转角是40度。在第一近似中，投影面上的图像像素尺寸可由下式给出像素=2*D*tg ( Θ /2) /R,等式(I)，其中像素是像素尺寸，D是投影距离，·Θ是激光投影系统的投影角(40度)，以及R是激光投影系统沿一个方向的原生分辨率(800像素)。因为像素尺寸等于O. 9E-3乘以投影距离，所以O. 9mRd的角可与像素相关联，它被称为像素的角延伸。为了实现800像素的分辨率，可示出由准直输出束照明的投影面上的束斑尺寸(半最大值全宽度(FWHM))应大致等于图像像素尺寸以获得在投影距离D的最宽范围上的最高分辨率。然后可应用高斯束传播规则以计算因变于投影距离D的束斑尺寸。图9示出表面束斑FWHM尺寸和像素尺寸(y轴)与投影距离D (x轴)之间的关系的图440。曲线442表示因变于投影距离D的图像像素的尺寸。曲线444示出表面束斑尺寸，假设上述光学组件已经被配置成离开激光投影系统O. 4米形成非常小的束。如从曲线440所看到的，表面束斑尺寸比像素尺寸扩张得更快，且在约I米以后，束变得比图像像素更大，导致图像分辨率劣化。对于由曲线448描述的情形，束会聚被设置得非常低，导致远离激光投影系统400mm形成较大的束尺寸。在这种情况下，仅对于大于O. 7米的距离实现适当的图像分辨率。曲线446更接近高斯束的会聚角被设置成等于像素角延伸的理想情形。如图440所示，高斯束的会聚角被设置成等于像素角延伸的情形提供实现图像分辨率的投影距离的最宽范围(即，表面束斑尺寸小于图像像素尺寸)。在上述多个示例中，这对应于光扫描组件上的束直径约O. 4-0. 5mm量级(FWHM)。可示出可实现的斑点减少水平取决于很多参数。本发明人已经认识到，当投影面是体散射面时，可利用入射到光学扫描组件(即，MEMS扫描反射镜)上的小于6_的输出束直径来实现斑点衰减。体散射投影面是其中光穿透进入投影面的材料并且在一定距离上展开而不是在表面上散射的投影面。体散射投影面材料可包括但不限于纸、涂漆面、纸板和编织物。当使用这些类型的屏幕材料时，本发明人认识到斑点可显著减少而不需要将非常大尺寸用于扫描组件。由于光学扫描组件上的输出束直径相对较小，所以光学扫描组件可足够快地旋转以生成经扫描的激光图像，且可提高焦深。为了关于真实投影仪材料量化光学扫描组件上的束尺寸对斑点对比度的影响，构造由大、慢MEMS扫描反射镜构成的实验装置。以下的示例仅用于说明目的而不是限制。因变于入射在MEMS扫描反射镜上的输出束直径测量斑点。假设投影距离被设置为O. 5m，至投影面的观察者也被设置为O. 5m，且在暗室照明条件下观察者眼瞳孔直径是6_。MEMS扫描反射镜具有3. 6x3. 2mm直径，且帧率是1Hz，因此使得图像对于人眼不可见。利用眼模拟器测量所得的扫描图像，该眼模拟器具有设为I秒的整合时间以及12mRd的光收集角(例如，类似于远离屏幕O. 5米的6mm眼瞳孔)。图像线之间的距离小于表面束斑，所以图像线完全重叠。通过使用激光源的液体透镜和准直透镜来改变MEMS扫描反射镜上的束尺寸，并利用CCD相机进行测量。利用包括在投影面上形成高斯束斑并且计算投影面上的高斯束斑的每个位置的斑点图案的模型，推导理论结果。通过将因变于高斯束斑位置计算的图像强度相加来获得模型的最终图像。图像线之间的内线距离被设为等于高斯束FWHM。该模型假设投影面是具有随机粗糙面的表面散射材料，其粗糙度深度约为束的波长量级。图10示出利用粗糙金属屏幕(曲线452)作为表面散射投影面和利用纸屏幕(曲线456)作为体散射投影面，绘制从以上的实验装置得到的实验数据的曲线图450。y轴是斑点对比度，而X轴是MEMS扫描反射镜上的输出束的Ι/e2束直径。Ι/e2束直径是边缘分布上的两点之间的距离，即l/e2=0. 135乘以最大强度值。曲线454示出从斑点对比度理论模型导出的理论结果。粗糙金属屏幕紧密遵循模型预测，其指示上述模型和实验装置有效。应注意曲线454已经被修正以考虑用于测量曲线454的金属表面不对光去偏振的事实。用于 曲线454的实验数据被除以万以实现与曲线456的公平比较，在曲线456中投影面对光去极化。如图450所示，在纸墀幕上测量的斑点比理论预测(曲线454)和粗糙金属屏幕(曲线452)更快地减少。利用MEMS扫描反射镜上约2. 2mm的Ι/e2束直径，纸屏幕达到约42%的斑点对比度。相反，粗糙金属屏幕数据不会接近40%的斑点对比度。通过外推曲线472，利用大于6mm的Ι/e2束直径，可实现40%的斑点对比度。因此，当在体散射投影面上投影扫描的激光图像时，可利用更小的光学扫描组件426来实现有效斑点对比度衰减。例如，光学扫描组件426的直径可比输出束直径略大。在以上的实验中，直径大于2. 2mm的光学扫描组件可用于扫描图像。然而，直径不应大到以致减慢光学扫描组件的旋转。较小的直径(例如，在约2. 2mm和约3. 5mm之间)可使较小的光学扫描组件426的MEMS执行的反射镜以图像帧率旋转(例如，大于20Hz)而不落在图像帧率之后。因此，利用大多数现有的投影面材料，可利用诸如3. 5mm的合理光学扫描组件直径来实现诸如37%的相对较低的斑点幅度。然而，37%的斑点幅度可能不足够低以去除对于观察者而言出现的斑点，本文描述的实施例可用于与其它斑点减少技术结合，诸如光谱展宽和/或偏振扰频。作为示出如何将激光投影系统配置成满足在非斑点减少模式下的无限焦深和在斑点减少模式下的斑点减少两种情况的示例而非限制，假设光源410的激光器之一(例如，激光器41 Ia)发射具有8度发散FWHM的单模高斯束。激光准直组件424的焦距可以是2mm以产生O. 28mm FWHM准直束421。两个其它透镜(422和424)焦距可分别是4mm和7mm，以在斑点减少漫射面428未被插入光路中时，形成扫描反射镜上约O. 5mm的束直径(FWHM)并满足无限焦深情况。同样，调节准直组件424的焦点，以将束LI的束腰成像在约400mm的标称屏幕距离处。当斑点减少漫射面428被插入光路时，斑点减少漫射面上的束直径直接关联于斑点减少漫射面的漫射角sin( Θ /2)=0MEMS/2/f2,等式(2)，其中
Θ是斑点减少漫射面的漫射角，Omems是扫描组件上的输出束的直径，以及F2是准直透镜的焦距。在以上提供的多个示例中，f2约为7mm。因此，为了获得对应于37%的斑点幅度的
3.5mm的束直径，斑点减少漫射面428的漫射角约为33度(全角)。光学扫描组件的直径应至少为3. 5mm以避免束晕(beam vignetting)。在一个实施例中，斑点减少漫射面428在期望的漫射角内形成均匀角能量分布(例如在以上示例中示出的33度)。在另一个实施例中，可按输出束分布包括很多点的栅格的方式配置斑点减少漫射面428。例如这可通过利用至少一个全息分束器来实现。在又一个实施例中，由斑点减少漫射面428发射的角能量分布可以是环形的。可通过使用全息漫射体或计算机生成的全息图来获得斑点减少漫射面428。斑点减少漫射面428应被配置成使得衍射效率尽可能高(例如，大于90%)且大多数能量(例如，大于90%)在第一级衍射中被衍射，使得不会在寄生衍射级中浪费能量。为了实现高衍射效率，斑点减少漫射面428可被设置成关于入射束的特定角度，称为布拉格角。同样，斑点减少漫射面428可以是如图7和8所示的透射组件，或者还可被配置为反射漫射组件。发明人已经意识到在光源410包括多个彩色激光器(例如，激光器411a_411c)的实施例中，斑点减少漫射面428可能难以同时满足所有颜色的所有的要求，因为诸如漫射角、衍射效率和布拉格角之类的参数是激光束波长的函数。在一个实施例中，激光束414a-414c在输出束420内角分离，导致在接近聚焦组件的焦面的LI级处使这些束空间分离。参考图11，在斑点减少漫射面428的退出部分上示出激光束。通过聚焦组件422聚焦激光束，以在沿X轴分离的斑点减少漫射面428上产生三个不同的聚焦点425a、425b和425c。图11示出的斑点减少漫射面428包括三个空间分离的区域429a、429b和429c。可针对与 焦点425a-425c相关联的相应激光束的波长优化每个空间分离的区域429a_429c的漫射性质。对于特定颜色的波长，斑点对比度可能不是显著的问题。蓝色斑点例如通常对于观察者不可见，所以与蓝激光束相关联的区域(例如，空间分离的区域42%)可以是透明的，没有或几乎没有漫射。可通过例如沿X轴方向移动光源透镜412a_412c来实现激光束的空间分离，使得近准直输出束420的束不精确地指向相同的方向。还可通过使反射面416a-416c的反射角略微不对准来实现空间分离。然而，由于焦点425a-425c重新成像在投影面上，所以三种颜色也会在该投影面上空间分离，这可导致图像分辨率问题。为了补偿投影面上束斑的空间分离，激光投影系统可被编程为将时间延迟引入激光器414a-414c，使得当通过光学扫描组件426扫描输出束420时，束斑照射相同的区域以产生期望的像素。此外，尽管出现斑点观察者仍认为图像质量可接受的一般感知水平是约20%至30%的斑点对比度。为了实现20%至30%的斑点对比度，可能需要非常大的光学扫描组件，这可能不实际。因此，期望利用本文所述的实施例结合其它斑点减少技术，诸如调制输出束的偏振状态的偏振扰频器件。再次参考图8，激光投影系统400的实施例还可包括定位在斑点减少漫射面428之后的输出束的光路中的偏振扰频器件429。例如，如通过弓I用整体结合于此的美国专利No. 7，653，097中描述的偏振分裂和延迟单元可用于偏振调制以在斑点减少频率(例如，在图像帧率)下旋转输出束的偏振。偏振分裂和延迟单元可定位在准直组件424之后且光学扫描组件426之前的光路中。在另一个实施例中，偏振扰频器件429可包括偏振调制器，诸如可插入到如上参考图I描述的输出束的光路中的单个液晶单兀。偏振调制器然后可按此方式调制激光束的偏振在两个正交偏振状态(诸如S和P线性偏振或圆形左和圆形右)之间切换。偏振旋转的频率可被设置成例如使得偏振在每次投影图像帧的末端从一种状态切换到另一种状态。还可利用输出束的频谱展宽来实现斑点对比度减小。例如,绿色频谱范围中的输出束可具有大于约O. 5nm波长的频谱宽度以有效地减少斑点。可结合上述漫射体实施例使用频谱展宽和/或偏振扰频以使斑点对比度减小到低于30%。作为示例而非限制，可通过结合偏振扰频照射入射到具有斑点减少漫射面的光学扫描组件上的3. 5mm输出束直径来实现约25%的斑点对比度水平。作为另一个示例，结合偏振扰频和对于绿色输出束至少O. 6nm的输出束光谱宽度，I. 5mm的输出束直径可照射在 具有斑点减少漫射面的光学扫描组件上。在具有斑点减少漫射面428的激光投影系统400的实施例中，斑点减少漫射面可用于投影具有小于完全形成的斑点的斑点减少图案(即，具有小于30%的斑点对比度的图案)。此外，还可利用上述慢斑点减少技术来操作激光投影系统400以生成包括一系列斑点减少图案的斑点减少序列，该系列斑点减少图案具有小于人眼的整合时间的周期(即，小于O. 04 秒)。例如，在一个实施例中，由两个不相关的斑点图案A和B (S卩，k = 2)构成的斑点减少序列可利用激光投影系统400来投影。如上所述，可通过改变用于产生斑点图案的束的偏振、波长和/或入射角来产生不相关的斑点图案A和B，使得斑点图案是不相关的。当激光投影仪系统400工作在非斑点减少模式时(S卩，在不使用如图7所示的斑点减少漫射面428的情况下)，第一斑点图案A和第二斑点图案B中的每一个可具有完全形成的斑点(SP，斑点图案具有接近100%的斑点对比度)。然而，如果斑点减少漫射面428如图8所示地利用，则每个斑点图案A或斑点图案B可具有小于约30%的斑点对比度。利用斑点减少漫射面428，由交替的斑点图案A和B构成的斑点减少序列可按30Hz频率投影(即序列的周期是
O.033秒)以产生图像的每个帧具有小于完全形成的斑点的图像，由此减少图像中感知到的斑点量。现在应理解本文所述的方法可用于减少利用扫描激光投影仪系统的光源投影的图像中的斑点和图像闪烁。在一个实施例中，使用斑点减少序列，其中斑点减少序列具有约
O.07秒至约O. 13秒的周期，且包括不相关和部分相关的斑点图案。在另一个实施例中，使用斑点减少序列，其中斑点减少序列具有小于约O. 04秒的周期且包括不相关的斑点图案或不相关的斑点图案和部分相关的斑点图案的组合。同样，应理解，本文所使用的斑点减少序列的持续时间将具有小于约O. 04秒的周期或从约O. 07秒至约O. 13秒的周期以减少斑点并避免图像闪烁。尽管本文中已经描述了具有各种特定的不相关和部分相关的斑点图案的斑点减少序列的特定实施例，然而应理解还可使用不相关和部分相关的斑点图案的其它组合。此夕卜，尽管本文所述的斑点减少序列的特定实施例包含不相关和部分相关的斑点图案，这些图案通过改变激光源的输出束的波长和激光源的输出束的偏振来产生，然而应理解还可通过利用光源的输出束的波长变化、偏振变化和入射角变化的各种组合来实现类似的结果(即斑点和图像闪烁的减少)。还应理解，不管改变的物理特性如何，由系统控制器实现并控制输出束的物理性质的变化，以便于以适当的时间间隔系统地投影不相关的斑点图案和部分相关的斑点图案的斑点减少序列，以便利用斑点减少序列减少同时投影的图像中的斑点和图像闪烁。注意，在这里对特定实施例的组件以特定方式“编程为”、“配置”或“编程”来使特定属性具体化、或者以特定方式起作用的叙述都是结构性的叙述，而与期望用途的叙述不同。更具体地，这里组件被“编程”或“配置”的方式的引用指该组件的已有物理条件，并且同样地被作为该组件的结构特征的明确叙述。还应注意在描述特定组件或元件时使用短语“至少一个”不暗示在描述其它组件或元件时使用术语“一”不包括将一个以上用于该特定组件或元件。更具体地，尽管可利用“一”来描述组件，但不应解释为将组件限制为仅一个。对本领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对本文中所描述的实施例作出各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖本文中所描述的各·实施例的修改和变化，只要这些修改和变化落在所附权利要求及其等价方案的范围内即可。
权利要求
1.一种用于操作扫描激光投影仪的光源的方法，包括 利用扫描激光投影仪的光源以扫描激光投影仪的帧率投影包括多个帧的图像； 改变光源的偏振、波长或入射角中的至少一个以形成包括多个斑点图案的斑点减少序列，其中 当光源的强度被调制以产生图像时，利用所述光源投影所述斑点减少序列；以及 所述斑点减少序列的周期小于约O. 04秒或从约O. 07秒至约O. 13秒。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述斑点减少序列包括多个不相关的斑点图案，其中不相关的斑点图案的数量k是2且斑点减少序列的持续时间小于约O. 04秒。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述不相关的斑点图案是利用即时斑点减少技术来产生的。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述斑点减少序列包括多个不相关的斑点减少图案和多个部分相关的斑点图案，其中所述斑点减少序列中的不相关的斑点图案的数量k是大于或等于3的整数，且所述斑点减少序列中的部分相关的斑点图案的数量I是大于或等于3的整数。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述斑点减少序列包括多个不相关的斑点图案，其中不相关的斑点图案的数量k是大于或等于6的整数。
6.一种用于操作扫描激光投影仪的光源的方法，包括 利用扫描激光投影仪的光源投影包括多个帧的图像； 在投影图像时，利用扫描激光投影仪的光源投影包括不相关的斑点图案和部分相关的斑点图案的斑点减少序列，其中 通过改变扫描激光投影仪的光源的输出束的性质以产生不相关的斑点图案和部分相关的斑点图案来投影斑点减少序列； 斑点减少序列的持续时间从约O. 07秒至约O. 13秒。
斑点减少序列中的不相关斑点图案的数量k是大于3的整数；以及 斑点减少序列中的部分相关斑点图案的数量I是大于3的整数。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在斑点减少序列中，各个不相关的斑点图案与各个部分相关的斑点图案交替。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在斑点减少序列中，多个连续的不相关的斑 点图案与多个连续的部分相关的斑点图案交替。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于 部分相关的斑点图案的相关因子的绝对值在从约O. 4至约O. 6的范围中； 以及 不相关的斑点图案的相关因子的绝对值在从约O至约O. I的范围中。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于 各个不相关的斑点图案包括第一波长或第二波长中的一个波长以及第一偏振或第二偏振中的一个偏振，其中第一偏振与第二偏振正交；以及 各个部分相关的斑点图案包括中间波长和中间偏振，其中中间波长在第一波长和第二波长之间且中间偏振不与第一偏振和第二偏振正交。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，第一波长和第二波长之间的差的大小至少是O. 3nm。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，中间波长与第一波长或第二波长之间的差的大小是O. 15nm。
13.如权利要求6所述的方法，其特征在于 各个不相关的斑点图案包括第一波长或第二波长中的一个波长以及第一偏振或第二偏振中的一个偏振，其中第一偏振与第二偏振正交；以及 各个部分相关的斑点图案包括第一波长或第二波长中的一个波长以及第一中间偏振或第二中间偏振中的一个偏振，其中第一中间偏振与第二中间偏振不与第一偏振、第二偏振正交且彼此不正交。
14.如权利要求6所述的方法,其特征在于,输出束的性质选自由输出束的波长、输出束的偏振、输出束相对于投影面的入射角或其组合构成的列表。
15.如权利要求6所述的方法，其特征在于 输出束的性质是输出束的偏振；以及 利用定位在扫描激光投影仪的光源的输出束的路径中的偏振旋转器来改变输出束的偏振。
16.如权利要求6所述的方法，其特征在于 所述光源包括光耦合到波长转换器件的半导体激光器；以及 输出束的性质是输出束的波长。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，通过将电场施加到波长转换器件或加热波长转换器件来改变所述输出束的波长。
18.如权利要求6所述的方法，其特征在于，输出束的性质是输出束相对于投影面的入射角。
19.如权利要求18所述的方法,其特征在于,入射角改变至少I.5mRad。
20.如权利要求6所述的方法，其特征在于，不相关的斑点图案的数量k和部分相关的斑点图案的数量I之和大于8。
全文摘要
公开了用于操作扫描激光投影仪的光源的方法以减少所投影的图像中的斑点和图像闪烁。该方法一般包括利用扫描激光投影仪的光源投影包括多个帧的图像。同时，利用扫描激光投影仪的光源投影包括不相关的斑点图案和部分相关的斑点图案的斑点减少序列。通过改变扫描投影仪的光源的输出束的性质来投影斑点减少序列。斑点减少序列的持续时间可小于约0.04秒或从约0.07秒至约0.13秒。
文档编号H04N9/31GK102972029SQ201180032332
公开日2013年3月13日 申请日期2011年6月20日 优先权日2010年6月29日
发明者J·高里尔 申请人:康宁股份有限公司