用於調製雷射的聲光調製器的電調整的製作方法
2023-05-08 19:04:16
專利名稱：用於調製雷射的聲光調製器的電調整的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及電子顯示器，尤其涉及多色彩雷射投影顯示器(LPD)。
背景技術：
通過使用基於光柵的掃描系統，已經實現了單色彩或單色LPD。基於光柵的LPD使用雷射器和振蕩鏡，它們在水平和垂直方向上移動以便使雷射按光柵圖案在觀察屏上掃描。通過用鏡子的移動在時間上可控地調製雷射，便可以產生二維的圖像。事實上，通過按10到100MHz範圍內的頻率來調製鏡子，LPD可以產生高質量圖像，比如，VGA或更高的解析度。
然而，單色顯示器具有有限的應用，而全色彩顯示器則應用廣泛並且被一般公眾所要求和接受。通過可控地組合紅、藍和綠色雷射以產生很寬的色彩譜，便可以產生全色彩LPD。通常，紅、藍和綠色雷射器都可以買到，但都不具有小形狀的因素，比如半導體雷射二極體。事實上，儘管發出紅和藍波長的半導體雷射二極體是可以買到的並且可以進行直接調製，但是沒有可以買到的發出綠光波長的半導體雷射器。因為擁有紅、綠和藍波長能夠實現真正的全色彩顯示，所以使用綠色雷射器是有好處的。此外，人類視覺對綠色更為敏感。由此，對於相同的發射雷射功率，如果包括了綠色雷射則會觀察到更為明亮的顯示。
本發明涉及克服或至少減小上述一個或多個問題所帶來的影響。
發明內容
在本發明的一個方面，提供了一種調製雷射的方法。該方法包括以某一角度將雷射傳遞到光調製器上，該入射角度一般是相對於光調製器的布拉格角；並且調節該光調製器的操作以至少部分補償該雷射與布拉格角的偏差。
在本發明的另一個方面，提供了一種調製雷射的方法。該方法包括以某一角度將雷射傳遞到光調製器上，該入射角度一般是相對於光調製器的布拉格角；並且調節該光調製器以便在至少一個衍射級次上產生所期望的雷射特徵。
在本發明的另一個方面，提供了一種調製雷射的裝置。該裝置包括雷射源、光調製器、傳感器和控制器。光調製器被安排成接收以某一角度入射的雷射，該角度一般是相對於光調製器的布拉格角。該傳感器被調整成在至少一個衍射級次上測量該光調製器所產生的雷射特徵。控制器被調整成調節光調製器的操作以至少部分補償雷射與布拉格角的偏差。
可以結合附圖參照下文來理解本發明，其中相同的標號標識相同的元件，並且其中圖1是本發明一個實施例的頂視圖的風格方框圖；圖2是圖1所示的觀察表面的風格圖；圖3A和3B描繪了掃描設備在其操作期間各個時間的頂視圖；以及圖4描繪了一種調整裝置的一個實施例，該調整裝置使用光電二極體來測量衍射雷射束中的功率並使用該光電二極體信號來調諧RF頻率。
儘管本發明易受各種修改和可替換形式的影響，其特定的實施例是作為附圖中的示例而示出的，並且在本文中進行了詳細描述。然而，應該理解，特定實施例的描述並不打算將本發明限定於所揭示的特定形式，而是相反，本發明要涵蓋所有這些修改、等價方案和替換方案，只要它們落在所附權利要求書定義的本發明的精神和範圍之內。
具體實施例方式
下文描述本發明的示例性實施例。為了清晰，在本說明書中沒有描述實際實現方式的所有特徵。應該理解，在任何實際實施例的開發過程中，為實現開發者特定的目標，必須做出許多針對實現過程的決定，比如與相關於系統的限制和相關於商業的限制的兼容性，這將隨實現過程的不同而變化。此外，應該理解，對於從本說明書中獲益的那些本領域技術人員而言，這種開發努力可能是複雜且耗時的，但是不管怎樣將會是例行的任務。
下面這些共同待批的申請以其整體內容被包括在本文中作為參考MikStern等人的「Method and Apparatus for Aligning a Plurality of Lasers in anElectronic Display Device」；Mik Stern等人的「Method and Apparatus forControllably Reducing Power Delivered by a Laser Projection Display」；NarayanNambudiri等人的「Method and apparatus for Displaying Information inAutomotive Applications Using a Laser Projection Display」；Narayan Nambudiri等人的「Method and Apparatus for Providing an Interface Between a LiquidCrystal Display Controller and a Laser Projection Display」；Paul Dvorkis等人的「A Color Laser Projection Display」；Chinh Tan等人的「Method and Apparatusfor Capturing Images Using A Color Laser Projection Display」；Ron Goldman等人的「A Laser Projection Display」；Carl Wittenberg等人的「Method and Apparatusfor Controllably Compensating for Distortions in a Laser Projection Display」；以及Dmitriy Yavid等人的「Method and Apparatus for Controllably Modulating aLaser in a Laser Projection Display」。
現在回到這些附圖，參照圖1，示出了根據本發明一實施例的雷射投影顯示器(LPD)100的風格方框圖。在所示的實施例中，LPD 100包括三個雷射器102、104、106，每一個雷射器能夠發出一束光108、110、112，這三束光分別包括唯一的顏色，比如紅色、綠色或藍色。本領域的技術人員應該意識到，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，雷射器的數目和它們所發出的光的顏色都可以有所變化。
雷射器102、104、106排列在公共的平面114中，其光束108、110、112彼此之間留有一定角度以便落在第一掃描設備(比如，第一掃描鏡118)上基本上相同的位置116處，從那裡這些光束被反射成光束120、122、124。在所示的實施例中，第一掃描鏡118在軸120上以相對高的速率(例如，約20-30KHz)振動。第一掃描鏡118的旋轉或振動使光束108、110、112移動。即，隨著第一掃描鏡118的角位置的變化，來自第一掃描鏡118的反射光束120、122、124的反射角也變化。因此，隨著鏡子的振動，反射光束120、122、124進行掃描，以產生光束120、122、124沿二維顯示的一個維度分量移動。
二維顯示的第二個維度分量由第二掃描設備(比如，鏡子126)產生。在所示的實施例中，第二個鏡子126在樞軸點130處耦合到馬達128以便產生繞軸的旋轉或振動，該旋轉或振動所繞的軸基本上與第一個鏡子118的旋轉軸正交。光束120、122、124被第二個鏡子126反射，變為光束132、134、136，並被引導至觀察表面138。，觀察表面138可以採用任何形式都不背離本發明的精神和範圍。例如，觀察表面138可以是固定屏幕，該固定屏幕可以由雷射器102、104、106進行前面照亮或背面照亮，並且該觀察表面138可以被包含在與LPD 100共用的一個外殼(未示出)中，或者，觀察表面138可以採用與LPD 100分隔開的任何方便的平面，比如牆壁或屏幕。
與第一個鏡子118的速率相比，第二個鏡子126以相對緩慢的速率振動或旋轉(例如，約60Hz)。因此，應該意識到，如圖2所示，光束132、134、136一般遵循顯示表面138上的路徑140。本領域的技術人員應該理解，路徑140在形狀和概念方面與陰極射線管電視機和計算機監視器中所使用的光柵掃描很相似。
儘管描述本發明時參照了使用分開的第一和第二掃描鏡118、126這樣一個實施例，但是本領域的那些技術人員將會理解，通過使用單個鏡子也可以產生相似的路徑140。單個鏡子將能夠繞兩個旋轉軸移動，以產生沿兩個相互正交的軸的快和慢的振動。
如圖1所示，因為雷射器102、104、106具有各自的角位置，所以即使雷射器102、104、106已經排列成在機械方面和光學方面使光束108、110、112處於相同的平面114內和(鏡子118上旋轉軸120的)相同的點處，但是每一個光束仍然具有不同的反射角，這使光束120、122、124發散。提供一個控制器142，以便可控地給雷射器102、104、106加電壓，從而有效地使光束120、122、124共線，使得它們被第二個鏡子126反射併到達觀察表面138上相同的點處，並且不依賴於觀察表面138到第二個鏡子126的距離。
現在返回到圖3A和3B，已經討論了控制器142使光束120、122、124共線的操作過程。為了簡化該討論，圖3隻示出了兩個雷射器102和104，但本領域的技術人員應該理解，本文所討論的概念可以在不背離本發明的精神和範圍的情況下擴展到三個或更多的雷射器。如圖3A所示，如果給雷射器102、104同時加電壓，則反射光束120、122發散。然而，如圖3B所示，如果在稍微不同的時刻給雷射器102、104加電壓，則可以使光束120、122沿單一的、公共的路徑(即，光束120、122共線)形成。例如，如果在第一時刻t1給雷射器102加電壓，則鏡子118將在圖中由實線表示的第一位置處，並且光束108將被鏡子118反射，成為光束120。接下來，如果在第二時刻t2給雷射器104加電壓，則鏡子118將位於虛線所表示的第二位置處，並且光束110將被鏡子118反射，成為光束122。通過精確控制時刻t2，鏡子118將位於某一位置，以精確地使反射光束122沿與光束120基本上相同的路徑。
因此，通過控制器142的操作，光束120、122基本上共線，但在時間上稍有間隔。即，光束120、122現在會被投影到顯示表面138上基本上相同的點上，但時間稍有不同。然而，因為人眼的(視覺)持續性，所以該時間變化是不可察覺的。即，對於圖1所描述的三個雷射系統，雷射器102、104、106中的每一個將在相對短的時間窗口內可控地把顏色和強度都單一的雷射發送到觀察表面132上基本上相同的點處。人眼將不會察覺到三種單獨的顏色，但會察覺到三個光束的混合，使得在觀察表面上的那個點處出現調和的且要求的色調。本領域的技術人員應該理解，沿路徑140可能多次重複該過程以在觀察表面132上產生圖像。
如上所述，發出紅和藍波長的半導體雷射二極體可以買到並且可以直接用作雷射器102、104，以便在上述基於光柵的系統中產生紅和藍色雷射束。能夠產生綠色雷射束的小形狀因素雷射器至今仍是一般情況下買不到的。通過使Nd:YAG或Nd:YVO4紅外固態雷射器倍頻，已經產生了連續波(CW)綠色雷射；然而，對於一些雷射顯示應用而言，這種固態雷射器的弛豫壽命可能太慢。即，這些倍頻雷射可能無法進行足夠快的調製以產生高解析度顯示。然而，本發明證明了有可能調製紅外半導體雷射二極體以產生紅、綠或藍色的顯示。
圖4示出了被安排成產生綠色雷射的雷射器106的一個實施例的方框圖。通常，聲光調製器(AOM)400可以被配置成調製CW雷射束，使得可以產生綠色雷射。
雷射束可能被安排一般以布拉格角入射到AOM 400上。在AOM 400中，RF頻率所產生的聲波與雷射束的相互作用產生了多個衍射級次。該衍射後的雷射束是經調製過的。例如，當AOM 400正產生聲音信號並調製雷射束時，產生了各種衍射級次。然而，當AOM 400沒有調製雷射束時(例如，不存在聲音信號時)，各種衍射級次也不存在(除了第零級除外)。即，各種衍射級可以被「打開和關閉」，從而產生了調製後的雷射束。本領域的技術人員應該理解，儘管任何衍射級都可以被利用，但是第一衍射級通常包含最大能量，由此，第一衍射級通常是該系統所利用的衍射級。
下面的表達式給出了布拉格關係θBragg＝λfc/2Va其中θBragg是布拉格角並且通常是1度的量級，λ是雷射波長，fc是產生聲波的RF頻率，Va是聲波在AOM介質中的速度。
為了保證高衍射效率，AOM通常可以被調整到布拉格角的約1/10th或0.1度或更小。能夠達到這種精度級別的機械調整系統可能很難在消費類顯示產品中實現並保持。至少，機械調整裝置會使產品增添尺寸和成本。此外，調整的效果可能隨時間而變化，甚至隨溫度和/或溼度而變化。在任何情況下，這種機械系統都很可能被證明是相當脆弱的，從而將其應用限制在實驗室類型的環境中。
作為用AOM 400對雷射束進行機械地細調的替代，通過改變RF頻率(該RF頻率在AOM 400內產生了聲波)，有可能將所要求的布拉格角調諧成與雷射器/AOM組件的現存調整方式相匹配。即，通過細調施加到AOM 400上的RF頻率，可以調節AOM 400的操作以補償AOM 400和雷射束之間的任何失調。布拉格角隨RF頻率線性地變化，從上面的表達式中可明顯看出這一點。
圖4示出了一種調整裝置的一個實施例，該實施例使用光電二極體402測量衍射雷射束中的功率。光電二極體信號被耦合到RF頻率發生器404，預設該發生器以產生要求的RF頻率信號。該光電二極體信號用來細調RF頻率以補償布拉格角中的任何變化。可以用各種已知的結構來調諧該RF頻率，比如，電容或電感調諧或電壓受控式振蕩器。光電二極體402可以定位成接收由AOM400所產生的一個或多個級次的光束。如果光電二極體402定位成捕獲零級光束(如圖所示)的信號(該信號是入射雷射束沿其傳播路徑的調製後的版本)，則控制環被配置成當光電二極體402測得最小功率時就停止對RF頻率發生器404進行細調。如果光電二極體定位成捕獲第一級衍射光束(該光束通常被用於顯示)，則當光電二極體402測得最大功率時控制環就停止調節該RF頻率發生器404。
由此，布拉格角的電調諧可以最佳地減少或消除細微的機械調整。至少，它為調整步驟提供了附加的調整。
除非另外說明，或者如同從討論中所表明，術語「處理」或「計算(computing)」或「計算(calculating)」或「確定」或「顯示」等是指計算機系統或相似的電子計算設備的動作和處理過程，它們操縱和轉換在計算機系統的寄存器和存儲器內表示為物理量、電量的數據，成為在計算機系統的存儲器或寄存器內或其它這種信息存儲、傳輸或顯示設備內的同樣表示為物理量的其它數據。
本領域的技術人員應該理解，本文的各種實施例中所示出的各種系統層、例程、或模塊可能都是可執行的控制單元。這些控制單元可以包括微處理器、微控制器、數位訊號處理器、處理器卡(包括一種或多種微處理器和控制器)、或其它控制或計算設備。本文中所提到的存儲設備可以包括用於存儲數據和指令的一種或多種機器可讀的存儲介質。該存儲介質可以包括不同形式的存儲器，其中包括半導體存儲器，比如，動態或靜態的隨機存取存儲器(DRAM或SRAM)，可編程只讀存儲器(EPROM)，可電擦除並可編程的只讀存儲器(EEPROM)，以及快閃記憶體；磁碟，比如硬碟、軟盤、可換式磁碟；其它磁介質，包括磁帶；以及光學介質，比如光碟(CD)或數位化視頻光碟(DVD)。用來構成各種系統中的各種軟體層、例程或模塊的指令可以被存儲在各個存儲設備中。當被控制單元執行時，這些指令使相應的系統執行編好程的行動。
上文所揭示的特定實施例只是示例性的，因為對於從本文中獲益的本領域技術人員而言，很明顯本發明可以按照不同但等價的方式來修改並實現。此外，除了權利要求書所描述的以外，對本文所示的結構或設計的細節不作任何限制。結果，從本發明中獲益的本領域技術人員應該理解，實現並使用上述系統所必需的處理電路可能被實現在專用集成電路、軟體驅動式處理電路、固件、可編程邏輯器件、硬體、分立元件或上述元件的裝置之中。因此，很明顯可以對本文所揭示的特定實施例進行變動或修改，並且所有這些變化都被視為落在本發明的精神和範圍之內。相應地，本文所尋求的保護是如權利要求書所闡明的那樣。
權利要求
1.一種調製雷射的方法，包括以某一角度將雷射傳遞到光調製器上，所述入射角一般是相對於所述光調製器的布拉格角；並且調節所述光調製器的操作，以至少部分補償所述雷射入射角與所述布拉格角的偏差。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述光調製器是一種被調整成根據射頻信號來產生聲波的聲光調製器，並且其中調節所述光調製器的操作以至少部分補償雷射入射角與布拉格角的偏差這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射的特徵；並且根據測得的特徵來調節所述射頻信號。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射特徵並根據測得的特徵來調節射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射強度；並且根據測得的雷射強度來調節所述射頻信號。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射強度並根據測得的強度來調節射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少第一衍射級上測量雷射強度；並且根據測得的強度來調節所述射頻信號。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少第一衍射級上測量雷射強度並根據測得的強度來調節射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少第一衍射級上測量雷射強度；並且調節所述射頻信號以使測得的強度充分地最大化。
6.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射強度並根據測得的強度來調節射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少第零衍射級上測量雷射強度；並且根據測得的強度來調節所述射頻信號。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少第零衍射級上測量雷射強度並根據測得的雷射強度來調節射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少第零衍射級上測量雷射強度；並且調節所述射頻信號以使測得的強度充分地最小化。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述光調製器是可調的，以改變由此產生的至少一個衍射級的強度，並且其中調節所述光調製器的操作以至少部分補償雷射入射角與布拉格角之間的偏差這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射強度；並且調節所述光調製器，以便在至少一個衍射級上產生要求的雷射強度。
9.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，調節所述光調製器以便在至少一個衍射級上產生要求的雷射強度這一步驟還包括調節所述光調製器，以便在至少一個衍射級上使要求的雷射強度充分地最大化。
10.一種調製雷射的方法，它包括以某一角度將雷射傳遞到光調製器上，所述入射角一般是相對於所述光調製器的布拉格角；並且調節所述光調製器，以便在至少一個衍射級上產生要求的雷射特徵。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述光調製器是一種聲光調製器，被調整成根據射頻信號來產生聲波，並且其中調節所述光調製器以便在至少一個衍射級上產生要求的雷射特徵這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射的特徵；並且根據測得的特徵來調節所述射頻信號。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射的特徵並根據測得的特徵來調節射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射的強度；並且根據測得的強度來調節所述射頻信號。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射的強度並根據測得的強度來調節射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少第一衍射級上測量雷射的強度；並且根據測得的強度來調節所述射頻信號。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少第一衍射級上測量雷射的強度並根據測得的強度來調節射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少第一衍射級上測量雷射的強度；並且調節所述射頻信號以使測得的強度充分地最大化。
15.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射的強度並根據測得的強度來調節射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少第零衍射級上測量雷射的強度；並且根據測得的強度來調節所述射頻信號。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於，在所述光調製器所產生的至少第零衍射級上測量雷射的強度並根據測得的強度來調節所述射頻信號這一步驟還包括在所述光調製器所產生的至少第零衍射級上測量雷射的強度；並且調節所述射頻信號以使測得的強度充分地最小化。
17.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，調節所述光調製器以便在至少一個衍射級上產生要求的雷射強度這一步驟還包括調節所述光調製器，以便使至少一個衍射級上的要求的雷射強度充分地最大化。
18.一種調製雷射的裝置，它包括用於將雷射傳遞到光調製器上的裝置，所述入射角一般是相對於所述光調製器的布拉格角；以及用於調節所述光調製器的操作以便至少部分補償雷射入射角與布拉格角之間的偏差的裝置。
19.一種調製雷射的裝置，它包括雷射光源；光調製器，被安排成接收一般以相對於所述光調製器的布拉格角入射的雷射；以及用於調節所述光調製器的操作以便至少部分補償雷射入射角與布拉格角之間的偏差的裝置。
20.一種調製雷射的裝置，它包括雷射光源；光調製器，被安排成接收以相對於所述光調製器的布拉格角入射的雷射；傳感器，被調整成在所述光調製器所產生的至少一個衍射級上測量雷射的特徵；控制器，被調整成調節所述光調製器的操作以便至少部分補償雷射入射角與布拉格角之間的偏差。
全文摘要
提供了一種方法和裝置來調製雷射束。聲光調製器(AOM400)定位成以一個接近布拉格角的角度來接收連續波(CW)雷射。然後使用對該調製的細調來補償實際的角度與布拉格角的任何差異。光電二極體(402)提供了反饋信號，該信號可被用來調整或調節AOM的運行。光電二極體定位成接收一級或零級衍射雷射並提供一個表示AOM所產生的一級或零級衍射雷射大小的信號。該光電二極體信號被耦合到RF頻率發生器，使得可以調節RF頻率以改變AOM中的聲波從而補償布拉格角的任何變化。
文檔編號H04N9/31GK1910505SQ200580002653
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月7日 優先權日2004年1月20日
發明者C·譚, C·威滕伯格 申請人:訊寶科技公司