[發明專利]使散斑噪聲減小的圖像投影

無效

• 申請號: 200680019938.1
• 申請日: 2006-04-20
• 公開（公告）號: CN101189549A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 迪米特利·亞維德;米克羅斯·斯特恩
• 申請（專利權）人: 訊寶科技公司
• 主分類號: G03B21/56
• 分類號: G03B21/56;G03B21/60
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李穎

技術領域

本發明涉及使散斑噪聲減小地將2維圖像投影在顯示屏幕上的技術。

背景技術

根據一對在相互正交的方向上振蕩的掃描鏡將2維圖像投影到顯示屏幕上以在光柵圖案上掃描激光束是眾所周知的。然而，已知的圖像投影系統投影分辨率有限(典型的是分辨率小于640×480像素的視頻圖形陣列(VGA)質量的四分之一)而且具有散斑噪聲的圖像。因而，已知的投影系統和顯示屏幕在通用性上受到限制。

散斑噪聲是基于激光的投影系統的固有問題，使得圖像質量有相當大的下降。單色(紅、藍或綠)激光器發射具有相同頻率的相干波并具有空間相干性的激光束，也就是說，這些波在空間和時間上相互具有固定的相位關系。在光束入射到漫射屏幕上時，這些波由于從屏幕反射和/或透射而被散射。散射波具有隨機的相位延遲，沿不同的方向傳播，但都具有相同的頻率。這樣的一些散射波在碰到例如人眼的視網膜時就會產生靜態分布的建設性和破壞性干擾，即產生也稱為散斑噪聲的干涉圖案。積分時間(integration?time)在數十毫秒數量級的人眼將這種散斑噪聲看作質量降低了的圖像。如果激光束沒有完全相干的波，則其相位延遲會在散射波與屏幕進行協商期間顯著改變，結果，散斑噪聲圖案在人眼的積分時間內也改變，從而降低散斑對比度(contrast)。

激光束的每個相干波與其本身是相干的，這種特性稱為時間相干性。如果波與它本身的經延遲的拷貝組合在一起，如在Michelson干涉計中那樣，產生干涉的延遲時長就稱為波的相干時間。稱為相干長度的相應特性可以通過將相干時間乘以光速計算。激光器的相干時間與它的帶寬成反比。真正的單色波具有無限的相干時間和無限的相干長度。然而，實際上沒有波是真正單色的，因為這要求波的持續時間無限長。例如，經穩定的氦氖激光器可以產生相干長度超過5米的激光束，而相干時間為幾個納秒的數量級。于是，激光的相干時間通常在納秒的范圍內，而激光束從顯示屏幕反射和/或穿過只要幾個皮秒。

發明內容

因此，本發明的總體目的是提供一種將散斑噪聲(speckle?noise)減小、清晰、清楚的2維圖像投影到顯示屏幕上的圖像投影系統。

本發明的另一個目的是減小投影圖像上的散斑噪聲。

本發明的又一個目的是修正顯示屏幕本身，以減小投影到它上面的圖像的散斑噪聲。

與這些目的和在下面將看到的其他目的一致，簡要地說，本發明的一個特征是提供了一種使散斑噪聲減小地投影2維圖像的設備和方法，這種設備包括：顯示屏幕；發射具有相同頻率以及相干時間的相干波的激光束的激光器；圖像投影組件或模塊，用來引導光束入射到屏幕上、使光束作為掃描線(每個掃描線具有若干像素)的圖案掃過屏幕、以及使所選擇的像素被照亮并成為可見的，以在屏幕上產生圖像；以及用來修正屏幕、將入射到屏幕上的光束捕獲一段不少于相干時間的時間和產生散斑噪聲得到減小的時變干涉圖案的裝置。

按照本發明的一個特征，修正裝置包括多個將光束捕獲一段相當于或超過相干時間的時間的光諧振器。因此，所捕獲的光束在幾個皮秒的時間內不從屏幕反射和/或穿過屏幕，而是保持一段為納秒數量級的較長時間。這些散射波產生比人眼的積分時間快的時變干涉圖案。于是，眼睛看不到單個斑點，而是感覺到平均的更為均勻的照亮。

顯示屏幕本身適應于支持光諧振器。在優選實施例中，光諧振器為嵌入屏幕的光子晶體(photonic?crystal)的小顆粒。每個顆粒的大小都小于像素。優選的是，每個晶體是周期性的電介質結構，例如為硅，具有防止預定頻率范圍內的光傳播的帶隙。由于光被捕獲，因此形成了諧振腔。

優選的是，顯示屏幕由可模壓的材料諸如塑料或橡膠構成，將光子晶體與處在液態的可模壓的材料混合。可模壓的材料凝結(set)后，這些晶體就隨機地分布在屏幕中。每個由晶體形成的諧振腔具有很高的Q因子(超過10,000)。這些諧振腔捕獲光的時間常數大致等于光在晶體內的往返時間乘以Q因子，等于或超過激光器的相干時間。

本發明的另一個特征是給屏幕增添附加物，也是將入射光束捕獲一段時間，優選的是這段時間超過相干時間。屏幕本身的材料可以選擇成具有這種捕獲特性。屏幕可以包括可流動的材料，諸如液體或氣體，其原子或分子以足以捕獲和延遲入射光的速度運動。

還有一個途徑是不修正屏幕而是增大激光器的帶寬。這可以減小相干時間，并且光也被延遲。

附圖說明

圖1為按照本發明所設計的設備將圖像投影到一個顯示屏幕上的透視圖；