用於散斑減少的系統和方法

2023-05-19 01:51:21

專利名稱：用於散斑減少的系統和方法
用於散斑減少的系統和方法優先權本申請要求2008年8月29日提交的題為「用於散斑減少的系統和方法(Systems and Methods for Speckle Reduction) 」 的美國專利申請 No.12/200,963 的優先權。相關申請的交叉引用本申請要求2008年1月30日提交的題為「用於散斑減少的系統和方法(Systems and Methods for Speckle Reduction) 」 的美國臨時專利申請 S/N61/024,802 的權益。本申 請還與共同待審和共同轉讓的2008年2月26日提交的題為「用於光學信號的偏振調製的 系統禾口方法(Systems and Methods for Polarization Modulation of an Optical Signal) 」 的美國 專利申請S/N12/072,426相關，但不要求其優先權。
背景技術：
本發明的實施例涉及用於光學信號調製的系統和方法。更具體地，本發明的實 施例涉及用於減少雷射投影圖像中可見的散斑存在的雷射源和雷射投影系統的設計和操 作方法。只要使用相干光源來照射例如屏幕的粗糙表面或產生漫反射或透射的任何其他 物體，就會產生散斑。具體地，屏幕或其他反射對象的大量小區域將光散射成起點不同且傳播方向不 同的大量反射光束。在觀測點，例如在觀測者眼中或在攝像機的傳感器處，這些光束建 設性地幹涉以形成亮斑或破壞性地幹涉以形成暗斑，從而產生稱為散斑的隨機顆粒強度 圖案。散斑可通過粒度和對比度來表徵，對比度通常被定義為觀測面中的標準差與平均 光強之比。對於足夠大的被照射區域和足夠小的個體散射點大小，該散斑將是「完全顯 影的」，具有100%的亮度標準差。如果利用雷射束在屏幕上形成圖像，則此類顆粒結構 將呈現噪聲或圖像質量的嚴重降級。
發明概要根據本發明的一個實施例，提供了一種操作雷射源的方法。根據該方法，產生 了傳輸普通投影數據的定義光學模式的多個子束。通過使雷射源按順序連續通過多個正 交光學模式以控制子束的相位，利用雷射源投影的圖像中的散斑對比度得以降低。附圖簡述本發明的特定實施例的以下詳細描述可在結合以下附圖閱讀時被最好地理解， 在附圖中相同的結構使用相同的附圖標記指示，而且在附圖中

圖1是根據本發明的一個或多個實施例的雷射投影系統的示圖；圖2是根據本發明的一個或多個實施例的分束和延遲單元的示圖；圖3是根據本發明的一個或多個實施例的分束和延遲單元的示圖；圖4是根據本發明的一個或多個實施例的分束和延遲單元的示圖；圖5是根據本發明的一個或多個實施例的分束和延遲單元的示圖；圖6是根據本發明的一個或多個實施例的分束和延遲單元的示圖；圖7a是根據本發明的一個或多個實施例的分束和延遲單元的示圖7b是根據本發明的一個或多個實施例的分束和延遲單元的實現方式的示圖；圖7c是根據本發明的一個或多個實施例的分束和延遲單元的實現方式的示圖；圖7d是根據本發明的一個或多個實施例的分束和延遲單元的實現方式的示圖；圖8是根據本發明的一個或多個實施例的在一區域上掃描的兩個子束的示圖； 以及圖9是根據本發明的一個或多個實施例的在一區域上掃描的三個子束的示圖。詳細描述首先參照圖1，本發明的具體實施例可在雷射投影系統100的背景下進行描述， 該雷射投影系統100包括雷射器30、雷射驅動電路20、雷射投影光學裝置40、系統控制 器10以及投影像面50。雷射器30可包括半導體雷射器、光泵浦固態雷射器、光纖雷射 器或能進行小波長調製的任何其他類型的雷射器。圖1示出雷射投影系統100被配置成 作為掃描投影儀工作的特殊情況，其中雷射器30通過頻率轉換產生例如綠色雷射束的一 個或多個光束，和/或原始來自半導體雷射器的例如紅色和藍色雷射束的一個或多個光 束ο通過使雷射源產生的光信號按順序通過多個正交光學模式，雷射投影系統所產 生的圖像中存在的散斑對比度可被降低。光學模式可被定義為具有幾乎相同波長和特定 相對光學相位的兩個或多個平行子束的集合。子束被投影到投影表面上，在該處它們產 生排列成特定圖案的光斑(對於平行光束，光斑將共線排列，即連接光斑中心的直線為 直線)。肉眼分辨元被定義為屏幕上的強度變化細節無法被給定觀測距離處的肉眼或照 相機分辨的面積。為了獲得良好感知的圖像質量，通常選擇圖像中的像素數量和圖像大 小以使單個像素大小與肉眼分辨面積可比擬或比肉眼分辨面積小。為了本發明的最優操 作，需要多個光斑的組合面積小於肉眼分辨元的面積，從而使肉眼或照相機將所有光斑 視作僅一個光斑。因此，光斑的組合面積通常也將小於單個像素的面積。散斑減少通過 時間平均來實現。因為每個正交模式產生自身的統計無關散斑圖案，如果模式定序在比 肉眼的存留時間或照相機的積分時間更長的時間段內完成，則眼睛或照相機將平均化兩 個或多個統計無關的散斑圖案，從而散斑看起來將較不明顯。根據本發明，可利用波長調製、分束以及光延遲使雷射源在多個正交模式中循 環，以減少光柵掃描系統中的散斑而不會降低束質量。如下文詳細討論，如果光信號被 分束成多個平行的子束，這些子束之間具有光程長差1，且該雷射源被調製以使光信號 在間距為波長差△ λ的多個波長之間迅速切換或振蕩，則可產生具有固定光相差的多個 平行子束。具有一個固定光相差的多個子束在此被定義為單個光學模式。在子束為靜 態(即未在屏幕上掃描或移動)，且使雷射源按順序通過多個正交模式的情況下，可實現
的散斑對比度減少，其中S是由子束在屏幕上產生的總光斑數量。然而，在其它 實施例中，可在屏幕上掃描這些子束以照射像素內的k照射區域。照射區域可被定義為 靜態平行子束所產生的一組光斑，或通過在時間上的固定時刻掃描子束所產生的一組光 斑。這些子束循環在被掃描或移動至下一照射區域之前在每個照射區域處循環每個正交 模式。在該非靜態實施例中，可實現的散斑對比度降低。引入如本文中所描述的波長調製顯著減少了必需的光程長差1，從而能使用緊湊 投影系統100封裝。在不引入波長調製的情況下，例如，超過相干長度所需的延遲量(導致子束之間的隨機相差從而導致投影到屏幕上的光學模式的隨機排序)可能需要向緊湊 封裝中納入過大的光程。本發明可非常緊湊，且可在光信號強度無顯著改變的情況下實 現散斑對比度降低。因此，引入微型光柵掃描雷射投影儀是合適的。此外，在頻率與掃 描雷射圖像的像素率可比擬或更大時，可極快地執行波長調製。同樣，本發明與其它較 慢的散斑對比度降低方法相容，且可與其它此類方法結合使用。再次參照圖1，雷射器30和雷射投影光學裝置40協作，以利用雷射源的原始光 信號或通過頻率轉換(例如通過使用倍頻晶體)產生的信號在投影屏或投影像面50上產 生二維掃描雷射圖像。雷射投影光學裝置40可包括但不限於掃描反射鏡。例如倍頻半導 體雷射器的雷射器30可發射光信號101。如圖1所示，一些實施例可使用分束和延遲單 元110來將該光信號分束成多個子束，並在每兩個毗鄰子束之間創建光程長差1。為了最 優圖像質量和散斑減少的目的，子束通常應當平行。一旦進入分束和延遲單元110，光信 號101就可被分離成至少兩個平行子束(例如子束A和子束B)。在此使用兩個平行子束 僅為了說明目的，因為可產生任意數量的子束。子束A和子束B在分束和延遲單元110 中行進兩個不同的路徑，以使這兩個子束之間存在光程長差1。雷射器30發射的光信號 101可被調製成在兩個或多個波長之間交替或連續掃頻，這些波長相距波長差△ λ。根 據一些實施例，在子束A和子束B離開分束和延遲單元110之後，子束A和子束B由掃 描反射鏡40重導向和掃描。這些子束然後被導向至投影像面50。分束和延遲單元110的具體設計選擇對於本發明正確起作用並不重要，只要兩 個或多個平行子束產生並行進不同的路徑以獲得光程長差1。存在將光信號101有效地分 束成兩個或多個平行子束以及將這些子束中的一個或多個延遲的許多種分束和延遲單元 110配置。參照圖2-6，分束和延遲單元110將進入光信號101分束成具有幾乎相等功率 的至少兩個子束。分束和延遲單元110可包括一個或多個分束器，分束器可用於將光信 號101分束成兩個或多個子束。如圖2所示，分束和延遲單元110可包括諸如50/50分束器的分束器102，以及 諸如全反射鏡的反射表面104。進入光信號101的一部分從分束器102反射以形成第一子 束Α。進入光信號101的一部分通過分束器102透射，並從全反射鏡104反射以形成第 二子束B。因為子束B行進的光程比子束A行進的光程長，所以在這兩個子束之間存在 光程長差1。根據該示例性實施例，通過調節進入光束的入射角來調節兩個子束之間的間 距是可能的。圖3示出利用平面平行板106作為分束和延遲單元110的示例性實施例。平面 平行板106可提供多個平行子束(子束A-E)。進入光信號101入射到平面平行板106的 分束面108上，其中進入光信號101的一部分被反射以形成子束Α。進入光信號101的 一部分也透過分束面108，然後從反射後壁107反射。該反射子束的一部分透過分束面 108以形成子束B。因為子束B行進的距離比子束A更長，所以在這兩個子束之間存在 光程長差1。如圖3中所示，沿平面平行板106重複該過程，其中另外的子束以相同方式 形成(子束C、D以及Ε)。在每個毗鄰子束之間存在光程長差1(例如子束A與子束B 之間、子束B與子束C之間等)。圖4示出示例性的分束和延遲單元110，該分束和延遲單元110包括梯形橫截面 稜鏡115和三角形橫截面稜鏡119。三角形橫截面稜鏡119的兩個朝外側塗有抗反射層，而梯形橫截面稜鏡115的兩個側壁114和116塗有全反射層。在分束表面112處相互毗 鄰的三角形橫截面稜鏡119和梯形橫截面稜鏡115的側面被塗覆成使光信號101束功率的 一部分被反射，且光信號101束功率的一部分透射。圖4中所示的示例性實施例的許多 其他變型是可能的。例如，三角形橫截面稜鏡119是不需要的，且可由分束表面112上 的具有部分束反射性質的薄膜塗層替代。梯形橫截面稜鏡115也可以不是梯形，而是允 許光束在返回分束表面112之前反射兩次的任何形狀。如圖4中所示的示例性分束和延遲單元110所示，進入光信號101可在位置113a 處入射到分束表面112上，以使兩個子束中的至少一個將在稜鏡115內行進至少一個來回 行程。當光信號101到達分束表面112時，光信號101的一部分在點113a處被反射以形 成第一子束A。光信號101的一部分也透過分束表面112，並行進第一來回行程部分，該 第一來回行程部分由點113b處的反射側壁114、點113c處的反射側壁116以及向點113d 處的分束表面112的返回所定義。這裡，第一透射部分的一部分在點113d處透過分束表 面112以形成第二子束B。因此，子束B包括在行進第一來回行程部分之後在點113a處 透過分束表面112的光信號101的一部分。接著，在第一來回行程之後，光信號101的另一部分在點113d處從分束表面112 反射，並行進第二來回行程，該第二來回行程由點113e處側壁114的反射、點113f處側 壁116的反射以及點113a處向分束表面112的返回所限定。該信號的一部分然後透過分 束表面加入子束A。這些反射重複，以使子束A包括光信號101的反射部分和多個第二 來回行程部分，且子束B包括多個第一來回行程部分。通過將分束和延遲單元115向上 平移或向下平移以使入射點113a的位置沿分束表面112變化，可調節子束A與子束B之 間的間距。可計算並修改每個子束的功率。在點113a處的第一次反射時，光信號101的功 率的一部分(通過X表示)將被反射到子束A中。在第一來回行程之後，(I-X) (I-X)部 分將透射到子束B中，且在第二來回行程之後，x(l-x) (1-x)部分將被透射到子束A中， 等等。假定在橫截面稜鏡115中的反射或傳輸上無損耗，且所有子束同相相加，則子束 A中的總功率將可定義為j = X(l + (l-X)2(l + X2+X4+X6 + …))=x 1+ -~-
ν U + ^yy 1 +叉，⑴根據相同的假定，子束B中的總功率可定義為5 = (1 —x)2(l + x +X6+...)= ( 一 = j—
1 + (2)為實現最大散斑對比度降低，所感知的每個子束的強度應當相等。可求解這兩 個方程以確保子束A和子束B具有相等功率(即，如果該實施例將光信號101分束成兩 個子束，則等於原始光信號101功率的約一半)。根據圖4中所示的示例性實施例，反射 功率χ應當為1/3或33.3%，且因此應當相應地配置分束表面112。為適應分束和延遲 單元110中存在的任何損耗，可稍微調節最優第一反射強度以在兩個子束中產生相等功 率。在本實施例中，因為子束在不同於空氣的材料中行進，所以在每次連續來回行程和 反射之後離開的子束A與子束B之間的光程長差1等於梯形橫截面稜鏡內的來回行程的物理長度1乘以稜鏡材料的折射率n，因此1 = 1Χη。其他實施例可包括產生兩個以上平行子束的分束和延遲單元110。圖5中所示的 示例性實施例是包括稜鏡120的分束和延遲單元110，其中光信號101通過分束表面123 和反射表面122透射和反射，分束表面123和反射表面122被定位和配置成產生平行子 束A、B以及C。圖6的示例性實施例包括三角形橫截面124稜鏡和半矩形橫截面稜鏡 125。光信號101的一部分從分束表面126反射以形成子束A，同時光信號的一部分透過 分束表面126並在到達分束表面之前從塗有反射塗層的側壁128、130以及132反射。該 束的一部分透過分束表面126以形成子束B，同時該束的一部分從分束表面126反射並從 塗有反射塗層的側壁128、130以及132反射。然後光信號的該部分離開該單元作為子束 C。圖5和6的實施例可通過將分束和延遲單元110相對於光信號101向左或向右平 移來產生更多或更少子束。通過在分束和延遲單元110的各表面上使用可變強度的反射 塗層，可實現子束A、B以及C的子束強度相等。例如，如果在圖5和6的示例性分束 和延遲單元中未使用可變強度塗層，則該信號的38.2%首先從分束表面反射，子束A、B 以及C將分別具有原始束功率的0.382、0.382以及0.236。雷射投影系統可能需要允許一個或多個光信號(即輸入光束)被分束、延遲以及 重新組合成一對或多對平行偏移光束的分束和延遲單元，這一對或多對平行偏移光束具 有小於子束所產生的束斑的直徑的間距，諸如在離射束腰部一些距離的擴展束下工作的 雷射投影系統。圖7a的實施例示出了偏振分束和延遲單元110，該單元110利用兩個稜 鏡160、166來創建第一和第二分束表面162、164。第一分束表面162將具有一種偏振 狀態(例如S偏振狀態)的光信號101的一部分反射和延遲，並透射具有另一種偏振狀態 (例如P偏振狀態)的光信號的一部分。被反射和延遲的子束B然後被反射，並與透過 第二分束表面164的子束A重新組合。輸入偏振應當在偏振狀態之間提供相等功率。只 要該屏幕是去偏振的，子束的偏振狀態就可以不同甚至正交，而不會影響散斑減少。該偏振分束和延遲單元可包括兩個反射鏡表面168和169，這些反射鏡表面168 和169可被偏置以在P和S子束離開分束和延遲單元110時在它們之間提供橫向偏移。 更具體地，兩個反射鏡表面168和169從可提供兩個束以完美中心對準進行重新組合的位 置偏移。還可根據子束之間的所需偏移來修改反射鏡的偏移。此外，可在能與束直徑比 擬的任何大小的偏移下實現該重新組合。本實施例允許這些束被投影和聚焦，以使它們 可在投影表面處分離，且本實施例還提供良好的幾何形狀和任意小的偏移，而不會阻擋 任何束。該偏振分離和延遲單元110可用於產生兩個以上子束。例如，圖7b示出偏振分 離和延遲單元110的實現方式，其中兩個光信號IOla和IOlb入射到偏振分離和延遲單元 110上。在通過偏振分離和延遲單元110之後，兩個輸入束IOla和IOlb分別被分離成子 束IOla'、IOla"以及IOlb'、IOlb"。光信號和子束在圖7b_d中被描繪為圓圈，它 們最終在投影表面上產生束斑。如上且如圖7a中所述，如果分束和延時單元110被實現 成掃描雷射投影系統，則該實現方式產生與掃描線方向垂直的一組垂直子束。圖7c示出偏振分束和延時單元110的另一實現方式，其中兩個光信號IOla和 IOlb入射到第一分束表面162上。在該實現方式中，兩個光信號IOla和IOlb並排地入射到偏振分束和延時單元110上，該分束和延時單元110相對於圖7a中所示的位置轉動 90°。因此，光信號IOla被分束成水平排列的兩個子束IOla'和101a"，或如果實現 成掃描雷射投影系統則被分束成與掃描線方向平行的排列。同樣，光信號IOlb也被分束 成兩個子束IOlb'和IOlb"。因此，可實現圖7c的正方形子束排列。可使用兩個偏振分束和延時單元從單個光信號101產生圖7c的四子束排列。圖 7d示出利用兩個偏振分束和延時單元110a、IlOb從單個光學信號101獲得四個束的實施 例。光信號101入射在第一偏振分束和延時單元IlOa上，在該處被分束成子束IOla和 IOlb,如圖7a中所示和所描述。子束IOla和IOlb然後入射到第二偏振分束和延時單元 IlOb上，該第二單元IlOb如圖7c所描述和說明地轉動。第二偏振分束和延時單元IlOb 將子束IOla分束成子束IOla'和IOla"，且將子束IOlb分束成子束IOlb'和IOlb"。 注意，第二偏振分束的偏振軸與第一偏振分束的偏振軸成45°。該過程可在偏振分束器 的適當安排下無限繼續，從而使每個偏振分束器處的子束數量倍增。為了產生上述散斑減少所需的正交光學模式，雷射器30的光信號101被調製成 在一組波長Xm= A0+mA λ中按順序變化，其中m是從0到M_1的正整數(M是所產 生的模式的總數)，且λ ^是所產生的一組波長的第一波長。每個波長與毗鄰波長相距波 長差Δ λ，該波長差Δ λ被選擇成使
I2
嫩，(3).在按順序的每個波長下產生新的正交光學模式。為實現最大散斑減少，以這樣 的方式產生的每個正交光學模式應當持續相等時間量，且在所產生的所有光學模式中循 環的組合時間應當小於照相機的積分時間或肉眼的存留時間。可利用不同的方法來產生所需波長調製或切換，且該方法可取決於雷射投影系 統100中所使用的雷射器30的類型。例如，系統控制器10可被編程為通過對雷射器30 施加波長調製信號來調製光信號101。例如，雷射器30可以是產生530nm(綠色)輸出的 倍頻lOeOnm 二極體雷射器，且二極體雷射器晶片可以是具有相區、DBR(或波長選擇) 區和增益區的三段式DBR設計。本發明人已經認識到，通過向此類DBR和/或調相區 施加可變偏置形式的波長調製信號同時保持增益區偏置恆定，可使此類DBR雷射器的輸 出波長連續變化，或以與自由光譜區相等的幅度變化。本發明人已經認識到，當周期性 地將雷射器增益區電流迅速重置為零再返回至工作點時，DBR雷射器隨機地選擇不同的 縱腔模，從而使雷射器在多個波長之間振蕩。波長調製信號可以是任何類型的信號，包 括但不限於方波信號、鋸齒波信號、正弦波信號以及隨機信號，以使光信號101在間距 為Δ λ的多個波長Xm之間切換或振蕩。可構想，通過在比最小範圍ΜΔ λ更大的範 圍上調製雷射器波長(即該波長可被調製ΜΔ λ的倍數)，也可實現散斑減少。 更具體地，可由系統控制器10控制的雷射器驅動電路20可被配置成向雷射器30 施加波長調製信號。例如，雷射器驅動電路20可以是被配置成產生所需波長調製信號的 電路系統。通常，向相區施加高頻AC (交流)偏置將導致輸出波長的快速連續調製(掃 頻)，其調製幅度取決於偏置電壓(或電流)。向DBR區施加AC偏置將導致雷射器30 在與腔模對應的兩個或多個分立波長之間迅速切換(已知為模式跳變的現象)，雖然該行 為可能取決於具體晶片設計。如果代替在M個值之間順序地改變(切換)波長能實現相同或幾乎相同的散斑減少，則該波長在包括所有波長Xm的範圍內以正弦或鋸齒方式來 回連續掃頻(振蕩)。根據本發明的雷射器30的波長調製可在納秒級別上非常迅速地執行。對於DBR 雷射器的示例，可在接近甚至超過IGHz的速率下調製DBR區或相區。作為示例而非限 制，當將本發明納入具有XVGA圖像(1024X768像素)和60Hz幀率的圖像投影系統中 時，「像素率」為47.2MHz。因此，通過應用本文中公開的本發明，在對應於單個像素 的顯示時間的時間段期間，平行子束的相位可改變若干次。雷射投影系統100所產生的 像素可形成以幀產生頻率產生的幀。波長調製也可大於或等於幀產生頻率。作為快速波 長調製的結果，本發明可與依賴於對眼睛或傳感器的響應時間取平均的用於散斑對比度 減少的其他方法組合，但以較慢的速率工作，以獲得混合的效果。例如，用於投影的激 光束的偏振狀態可周期性地改變，且去偏振屏幕可用作圖像投影表面50。當納入波長調製時，分束和延遲單元110的大小可以非常小，因此例如適合於 納入微型投影儀中。為了實現大小僅幾毫米的分束和延遲單元110，所需的Δ λ可以是 數百納米量級。如果在本申請中使用倍頻晶體，則該大小的波長調製正好在倍頻晶體的 典型光譜接受帶寬內，且因此將不會在二次諧波轉換效率與雷射器30輸出功率中引起顯 著變化。再次參照用於兩個子束示例的圖4，假定當波長為XtlCm = O)時梯形稜鏡115 內部的一個來回行程的光程長剛好等於λ ^的整數倍，且可忽略有助於子束A和第二子束 B的第一與第二來回行程長度之間的小差別，如上所述。對於λ ^，離開分束和延遲單元 110的所有來回行程部分同相，且因此子束A和子束B同相且具有相等功率。然而，當 光信號101的波長改變且等於λ ^Δ λ (即當m= 1時為X1)時，光在每個來回行程上 被延遲半波。因此，有助於子束A的所有第二來回行程部分同相地相加，有助第二子束 B的所有第一來回行程部分同樣如此。因此，子束A和子束B具有相等功率，但相互具 有^相差。圖8示出等價於投影到屏幕50上的一個像素140的區域，該區域小於肉眼分辨 元。本發明的實施例可被配置成產生兩個靜態束斑142、143的集合，這兩個靜態束斑 142、143被定位於像素140內以形成照射區域144。在其他實施例中，該組子束以掃描 線方向141在該像素上掃描，以產生與掃描線方向141垂直定位的兩個束斑142、143 (即 垂直於掃描線方向141的連接兩個束斑142、143的中心的虛線)。在這種情況下，當子 束在像素140上掃描時，第一照射區域144形成，接著包括束斑142'和143'的第二照 射區域145產生。在所示實施例中，照射區域144、145應當是肉眼分辨元的一半或更 少。當兩束橫越像素140的區域時，將產生四個獨立的散斑圖案兩個散斑圖案位於照 射區域144，其中子束首先同相然後具有相差π ；以及兩個散斑圖案位於照射區域145， 其中子束首先同相然後具有相差η。如本文所述，因為兩個或多個散斑圖案之間的變化在比肉眼的響應時間快很多 的時間級別上出現，所以對於靜態兩子束實施例，可實現約1/萬的平均散斑對比度降 低。然而，當在像素140上掃描這些子束以形成兩個照射區域(k = 2)時，兩個位置和 兩個正交光學模式等同於總計四個散斑圖案。散斑對比度減少量可表示為。因此，在圖8中所示實施例中，對比度將被降低1/2。為獲得最大的散斑對比度降低，對於離屏 幕的給定距離，平行子束照射的組合面積應當小於肉眼分辨力(諸如肉眼或傳感器的分 辨力)，從而對肉眼而言這些獨立光斑呈現為一個照射斑。為了散斑減少最大，所產生的光學模式必須是正交的。如此處所定義的正交狀 態意味著這些模式在照射屏幕上的同一區域時產生統計無關的散斑圖案。如下文所示， 正交要求形成光學模式的平行子束之間存在與子束數量相關的特定相差，並確定所需的 波長差Δ λ和相應的光程長差1。通過在適合於子束的相的組中循環，可實現的散 斑對比度減少，其中S是子束的總數或子束所產生的光斑總數。每組相組成不同的正交 光學模式。每個子束數量s(s是從1到S的整數)將在肉眼處產生武的散斑幅值，其 中^ 是模數m的子束數s的相位(m是從0到M-I的整數，其中M是模式的數量)。當 被照射的全部區域在一個像素中時——即在一個投影肉眼分辨區中時，可對來自所有子 束S的幅值求和以給出該像素的感知強度
權利要求
1.一種操作雷射源的方法，所述方法包括產生限定光學模式的多個子束，其中所述多個子束傳輸共同的投影數據；以及 控制所述子束中選定的數個子束的相位，以使所述雷射源按順序連續通過多個正交 光學模式，從而降低利用所述雷射源投影的圖像中的散斑對比度。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述多個子束被投影以在公共像場像素中 產生多個相應的束斑，所述公共像場像素的面積小於或等於肉眼分辨元。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於 一組所述多個束斑在公共像場像素中形成照射區；以掃描方向在所述公共像場像素上掃描所述多個子束，從而產生多個照射區；以及 在每個照射區使所述雷射源按順序通過所述多個正交光學模式。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述多個束斑垂直於所述掃描方向排列。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述雷射器按順序通過的所述正交光學模 式的數量等於針對每個模式所產生的子束數量。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，光學模式m下的選定子束s的相位被控制成
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述雷射源包括被配置成產生光信號的激 光器，且所述多個正交光學模式通過以下步驟產生將所述光信號分束成多個子束， 在各個子束之間產生光程長差1，以及在包括λ^mA λ的一組調製波長上調製所述光信號的波長，其中 λ C1是所述光信號的原始波長，m是從0到M-I的正整數，其中M是正交光學模式的總數，以及 Δ λ是每個調製波長之間的波長差。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述光信號在所述調製波長處離散地交替 發射，或在所述調製波長上來回連續掃頻。
9.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述波長差Δλ由下式確定
10.如權利要求7所述的方法，其特徵在於以圖像像素率在多個圖像像素上掃描所述多個子束；將所述多個圖像像素安排成限定以圖像幀率在投影表面上出現的圖像幀；以及以大於或等於圖像幀率除以模式數量M的商的頻率調製所述光信號的波長，以使用 不同模式投影每個連續幀。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，以大於或等於圖像像素率乘以模式數 量M的積的頻率調製所述光信號的波長，以使所述光信號在每個像素中在M個模式中變 化。
12.如權利要求7所述的方法，其特徵在於所述雷射器包括相控區、波長選擇區以及增益區；以及通過向所述雷射器的相控區或波長選擇區施加波長調製信號來調製所述光信號的波長。
13.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述雷射源包括 雷射器，被配置成產生至少一個光信號；以及至少一個分束和延遲單元，被配置成將所述光信號分束成多個子束，並在各個子束 之間產生光程長差1。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述光程長差1由IXn限定，其中1是 所述分束和延遲單元中的一個來回行程的物理長度，且η是所述分束和延遲單元的折射率。
15.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步包括，通過調節光信號 入射在分束表面上的位置或角度來調節毗鄰子束之間的間距。
16.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述分束和延遲單元包括至少一個分束 器和至少一個反射表面，以使所述光信號的一部分從所述分束器反射，且所述光信號的 一部分透過所述分束器並從所述反射表面反射。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於所述至少一個分束器包括第一和第二偏振分束表面，該第一和第二偏振分束表面被 配置成透射具有第一偏振狀態的光信號的一部分，且反射具有第二偏振狀態的光信號的 一部分；所述至少一個反射表面包括第一和第二反射鏡；所述反射部分由第一偏振分束表面、第一和第二反射鏡以及第二偏振分束表面反 射；以及將所述第一和第二反射鏡偏移，以使所述光信號的透射和反射部分離開所述分束和 延時單元成為之間具有間距的兩個平行子束。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述間距小於所述兩個平行子束的直徑。
19.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述分束和延遲單元包括平面平行板。
20.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述分束和延遲單元包括具有至少一個 分束表面和多個反射稜鏡壁的一個或多個分束稜鏡。
21.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述分束和延遲單元進一步被配置成梯 形橫截面稜鏡，該稜鏡包括被配置用於部分反射的分束表面和被配置用於全反射的至少 兩個稜鏡壁。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述多個子束包括從所述分束表面反射的光信號的一部分，以及在所述分束和延遲單元中行進多個來回行程的光信號的部分。
23.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述分束和延遲單元進一步包括毗鄰分 束表面定位的三角形橫截面稜鏡。
24.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，所述分束和延遲單元進一步包括所述分 束表面上的薄膜塗層。
25.—種包括雷射源和系統控制器的雷射投影系統，其特徵在於所述雷射源包括產生限定光學模式的多個子束的雷射器，其中所述多個子束傳輸共 同的投影數據；以及所述系統控制器被編程為控制所述子束中選定的數個子束的相位，以使所述雷射源 按順序連續通過多個正交光學模式，從而降低利用所述雷射源投影的圖像中的散斑對比
全文摘要
提供了一種操作雷射源的方法。該方法通過產生多個統計無關的散斑圖案來減少所投影圖像中的散斑對比度。該方法包括產生限定光學模式的多個子束。該方法進一步包括控制選定子束的相位，以使雷射源按順序連續通過多個正交光學模式。多個正交模式產生相應數量的統計無關散斑圖案，從而通過時間取平均降低利用雷射源投影的圖像中的散斑對比度。
文檔編號G06F3/038GK102016763SQ200980115734
公開日2011年4月13日 申請日期2009年8月28日 優先權日2008年8月29日
發明者D·V·庫克森考弗, M·亨普斯特德 申請人:康寧股份有限公司