[發明專利]圖像產生單元和使用圖像產生單元的方法

無效

• 申請號: 200680021242.2
• 申請日: 2006-06-14
• 公開（公告）號: CN101238735A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: M·卡姆;O·里波爾
• 申請（專利權）人: 索尼德國有限責任公司
• 主分類號: H04N9/31
• 分類號: H04N9/31;G02B27/48
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳;魏軍

技術領域

本發明涉及一種圖像產生單元和使用圖像產生單元的方法。本發明尤其涉及提供波束整形和散斑減少能力的激光照明裝置，和使用該裝置的圖像顯示引擎。

背景技術

在電子設備和客戶設備中顯示設備變得越來越重要。因此，技術發展也集中在照明、圖像生成和投影的設備以及工藝。眾所周知的問題是，照明設備和相應的光源不僅在相應的通道會產生具有相應輪廓和分布的光，而且往往固有地產生一些寄生噪聲。這些噪聲在激光光源領域中被稱為散斑。

在投影系統中經常采用透鏡陣列(形式通常為蠅眼透鏡或集成板)，以便均勻地照亮圖像調制器。

如今激光投影儀普遍采用對應于每個顏色或顏色通道R、G、B的單個激光束在屏幕上逐行掃描(二維掃描投影儀)來實現。通過與行頻同步地調制光束強度在屏幕上產生圖像。為了光束的水平和垂直移動，采用了兩個掃描鏡。因為萬一掃描鏡發生故障，高強度的靜態激光束就投射到屏幕上，所以這類具有單掃描光束的激光投影儀對于觀眾來說是潛在的安全風險。

另一種在投影儀中使用激光的方式由GLV(棚狀式光閥)技術實現。在這種設備中激光束被擴展以形成一條垂直線，該垂直線被投影到一維圖像調制器(GLV芯片)上。該GLV芯片調制反射光的強度以產生垂直的圖像線。反射光被投影到屏幕且-通過使用一個水平掃描鏡-在屏幕上對其進行掃描。通過與水平掃描鏡同步地改變GLV芯片的圖像內容產生完整的圖像。

通常通過在光路中的圖像形成裝置之前激光聚焦的點上或光學系統中形成圖像的平面上設置移動隨機擴散器或隨機相位延遲器來減少激光散斑(參見Trisnadi?in?Proc?SPIE?4657，2002)。

現在的投影儀(數據和視頻投影儀)普遍使用弧光燈作為光源。這些燈具有幾個缺點：由于這些燈發射白光，該光必須使用濾光器來分離成基本顏色(R，G，B)，這將給投影系統增加尺寸，重量和成本。此外，損耗了不在基本顏色的光譜范圍內的光，因此降低了系統的效率。

另一個缺點是IR和UV輻射的發射。IR輻射產生熱而UV輻射在老化期間會導致有機成分的降解。

包含弧光燈電極的玻璃燈泡的工作溫度接近于1000攝氏度，因此必須由強勁的氣流控制并冷卻，這將引起惱人的噪聲。

由高壓弧光燈發出的光是非極化的，當與極化圖像調制器如LCD(液晶顯示器)或LCoS(硅上液晶)組合使用時，這是一個缺點。

在投影儀的設計中一個重要的量是光學徑角性(etendue)(光學擴展量)。簡述之，光學徑角性可以定義為在某一位置處光束的橫截面面積與該光束的光束發散角度的乘積。如果光束被光學元件修改，如果光學元件被很好地校正則光學徑角性被保持，或如果光學元件沒有被很好地校正則光學徑角性增加。不可能通過任何種類的光學轉換減少光束的光學徑角性，除非部分光束被簡單地切割且光丟失的情況下。換句話說，圖像的亮度永遠不會超過光源的亮度。這對于設計投影儀很重要，因為在投影儀中光學元件具有有限的尺寸(這限制著光束橫截面)和/或有限的接受角度(這限制著光束的發散角度)。例如投影透鏡具有一定的限制光束發散角度的f/#。此外，圖像調制器也受到尺寸(成本)和光束發散角度的限制；光束的光束發散角度越大，所調制的圖像的對比度越低。因此，光源的光學徑角性必須比投影儀中最受限制的光學元件的光學徑角性小。為了實現具有良好圖像質量(對比度，亮度)的緊湊的投影儀，光源的光學徑角性應該盡可能地小。

理想的具有零光學徑角性的投影燈一方面是點光源(零橫截面，但高光束發散)而另一方面是沒有發散的準直光束(任何橫截面但零光束發散)。事實上，弧光燈的光學徑角性取決于弧的大小。最小可能的弧長度由于電極的熱應力而被限制，其嚴重影響了燈的壽命。作為折衷，如今普遍使用的弧光燈具有稍小于1mm的弧長度以及2000到6000小時之間的壽命(取決于功率)。

在投影儀中作為光源的LED或發光二極管可以克眼上述提到的弧光燈的許多缺點。

LED

-固有地發射基本顏色(R，G，B)的波長范圍的光。

-不發射UV或IR輻射。

-可被動冷卻或至少用低氣流冷卻而不會產生風扇噪聲。

-具有潛在地長壽命。

-可采用脈沖模式驅動用于順序的顏色產生。

但其也有一些缺點。

-LED發射非極化光，當與極化圖像調制器(LCD，LCOS)組合使用時這是一個缺點。

-LED具有顯著的光學徑角性(發射具有高發散角度的光，通常類似于朗伯發射器)。