專利名稱：使用可調(diào)液態(tài)透鏡的斑點(diǎn)減弱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在投影系統(tǒng)中激光的使用使得可以產(chǎn)生具有大范圍顏色覆蓋的明快圖像，而采用傳統(tǒng)(非激光)光源是很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。然而，激光圖像投影的一個(gè)顯著障礙是斑點(diǎn)現(xiàn) 象。當(dāng)具有有限孔徑(例如，瞳孔)的強(qiáng)度檢測(cè)器(例如，人眼)檢測(cè)到從粗糙表面(如， 屏幕)散射的相干光時(shí)，出現(xiàn)斑點(diǎn)。有限孔徑使得將檢測(cè)到的圖像量化成由點(diǎn)構(gòu)成的馬賽 克。如果從屏幕上的點(diǎn)散射的光在孔徑處造成相消干涉，則在感知到的圖像中該點(diǎn)表現(xiàn)為 相對(duì)暗的點(diǎn)。另一方面，如果從點(diǎn)散射的光在孔徑處造成相長(zhǎng)干涉，則在感知到的圖像中該 點(diǎn)表現(xiàn)為相對(duì)亮的點(diǎn)。這種甚至在激光器均勻地照亮屏幕時(shí)也可見(jiàn)的明顯點(diǎn)到點(diǎn)強(qiáng)度變化 稱作斑點(diǎn)。由于斑點(diǎn)在感知到的圖像上疊加了粒狀結(jié)構(gòu)，這既使得圖像銳度變差又使用戶 煩惱，所以非常需要斑點(diǎn)減弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的典型實(shí)施例提供了一種具有激光源的投影系統(tǒng)，所述激光源并入了可調(diào) 液態(tài)透鏡和空間光調(diào)制器，所述空間光調(diào)制器適于對(duì)激光源產(chǎn)生的光進(jìn)行調(diào)制以在觀看屏 上投影圖像。該系統(tǒng)適于改變焦距、準(zhǔn)直、光漫射能力和/或可調(diào)液態(tài)透鏡的光偏振特性， 以弱化所投影的圖像中的斑點(diǎn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種設(shè)備包括㈧光源，具有可調(diào)液態(tài)透鏡；以及⑶空間光調(diào) 制器(SLM)，適于對(duì)光源產(chǎn)生的光進(jìn)行調(diào)制，使得調(diào)制后的光在成像表面上投影圖像?？烧{(diào) 液態(tài)透鏡適于改變透鏡特性中的至少一個(gè)特性，以弱化所透射的圖像中的斑點(diǎn)。根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明減弱斑點(diǎn)的方法包括以下步驟(A)利用具有可調(diào)液態(tài) 透鏡的光源所產(chǎn)生的光來(lái)照射空間光調(diào)制器(SLM) ； (B)利用SLM來(lái)調(diào)制所述光，使得調(diào)制 后的光將圖像投影到成像表面上；以及(C)改變至少一個(gè)透鏡特性，以弱化所投影的圖像 中的斑點(diǎn)。


根據(jù)以下詳細(xì)描述、所附的權(quán)利要求以及附圖，本發(fā)明的其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將 變得更完全顯而易見(jiàn)，附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的投影系統(tǒng)的框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可以用在圖1所示投影系統(tǒng)中的光源；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可以用在圖2所示光源中的可調(diào)液態(tài)透鏡的 側(cè)橫截面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可以用在圖3所示透鏡中的電極的配置；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的可以用在圖3所示透鏡中的電極的配置；以及圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可以用在圖1所示投影系統(tǒng)中的可調(diào)激光
具體實(shí)施例方式本文中，斑點(diǎn)減弱典型地包括對(duì)檢測(cè)器(如，人眼)的空間和/或時(shí)間分辨率內(nèi)的 兩個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立斑點(diǎn)配置求平均。對(duì)于人眼，平均時(shí)間與稱作閃光融合閾值或閃光融合 速率的生理參數(shù)有關(guān)。更具體地，以低于閃光融合速率的速率進(jìn)行脈動(dòng)的光被人感知為閃 爍的。相反，以高于閃光融合速率的速率進(jìn)行脈動(dòng)的光被感知為穩(wěn)定的。閃光融合速率因 人而異，并且還依賴于個(gè)人的疲勞水平、光源的強(qiáng)度以及用于觀察光源的視網(wǎng)膜區(qū)域。很少 有人以高于大約75Hz的速率來(lái)感知閃光。在電影或電視中，通常使用在20到60Hz之間的 幀傳遞速率。對(duì)于絕大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，這些速率高于他們的閃光融合速率。可以使用照射激光束的傳播角、偏振、相位和/或波長(zhǎng)的分集化來(lái)產(chǎn)生獨(dú)立的斑 點(diǎn)配置。實(shí)現(xiàn)角分集的一種方法是使用時(shí)變(例如，振動(dòng)的)漫射器，所述漫射器使得投影 光學(xué)元件以高于閃光融合速率的速率來(lái)順序地照射檢測(cè)器分辨率點(diǎn)內(nèi)部的子分辨率區(qū)域。 順序照射有效地破壞了分辨率點(diǎn)中的子分辨率區(qū)域之間的空間相干性，這抑制了分辨率點(diǎn) 中的干涉效應(yīng)并減弱了斑點(diǎn)對(duì)比度。例如可以使用呈現(xiàn)良好去偏振特性的投影屏幕來(lái)實(shí)現(xiàn) 偏振分集(diversity)。入射在去偏振表面上的偏振激光束因多重光散射而經(jīng)歷去偏振。得 到的斑點(diǎn)圖案可以被分解成與兩個(gè)正交的偏振狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)圖案。由于正交的偏振狀 態(tài)彼此獨(dú)立，所以出現(xiàn)相應(yīng)的斑點(diǎn)對(duì)比度減弱。因?yàn)榘唿c(diǎn)是依賴于照射光的波長(zhǎng)和相位的 干涉現(xiàn)象，所以波長(zhǎng)和/或相位分集減弱了斑點(diǎn)對(duì)比度。例如，如果使用兩個(gè)激光器來(lái)產(chǎn)生 圖像，這兩個(gè)激光器的波長(zhǎng)相差人眼不可區(qū)分的量，則圖像具有兩個(gè)獨(dú)立斑點(diǎn)配置的疊加， 并且總體斑點(diǎn)對(duì)比度相應(yīng)地減弱而不改變圖像的顏色感知。因?yàn)榻嵌?、偏振、相位和波長(zhǎng)分 集彼此獨(dú)立，所以斑點(diǎn)減弱技術(shù)依賴于可以同時(shí)和/或互補(bǔ)地組合和使用的獨(dú)立分集。得 到的累積斑點(diǎn)對(duì)比度減弱因子可以與斑點(diǎn)減弱技術(shù)所采用的獨(dú)立分集的獨(dú)立斑點(diǎn)對(duì)比度 減弱因子的乘積一樣大。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的投影系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100具有光源 102，光源102具有激光器110和透鏡120。激光器110通過(guò)透鏡120來(lái)照射空間光調(diào)制器 (SLM) 130。利用空間調(diào)制圖形132來(lái)配置SLM 130，所述空間調(diào)制圖形132對(duì)要投影的圖 像進(jìn)行編碼。例如，圖形132可以是表示圖像的強(qiáng)度調(diào)制圖形。將SLM 130空間調(diào)制后的 光投影到屏幕140上，以產(chǎn)生與圖案132相對(duì)應(yīng)的圖像142?？刂破?50產(chǎn)生控制信號(hào)152 以基于圖像數(shù)據(jù)148利用圖案132來(lái)配置SLM 130。在不同實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以包括在序列號(hào)為11/681，376 (Aksyuk 46-80-11-13) ,11/713, 207 (Giles 81-13-15)和 11/713，155 (Aksyuk 45-10-12-14)的共 有的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開的不同特征和元件，這些美國(guó)專利申請(qǐng)的全部公開一并在此作為 參考。例如，序列號(hào)為 11/713，207 (Giles 81-13-15)和 11/713，155 (Aksyuk 45-10-12-14) 的美國(guó)專利申請(qǐng)中公開的特定SLM可以用作SLM 130。這些專利申請(qǐng)還可以包括可以應(yīng)用 于系統(tǒng)100的代表性操作過(guò)程的公開。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)100可以產(chǎn)生被感知為多顏色的圖像。在這樣的實(shí)施例中，光源102使用不同顏色(例如，紅、綠和藍(lán))的光束的時(shí)間序列來(lái)照射SLM 130。為了產(chǎn)生 不同光顏色的時(shí)間序列，光源102可以并入三個(gè)或更多個(gè)合適的集成激光源(圖1中未明 確示出)，每個(gè)激光源具有固定的波長(zhǎng)。備選地，激光器110可以是可調(diào)激光器，例如，能夠 順序地產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)光束。圖像數(shù)據(jù)148利用兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)圖像數(shù)據(jù)子集來(lái)指定多 顏色圖像，每個(gè)子集指定相應(yīng)的單色子圖像。當(dāng)以高于閃光融合速率的速率將獨(dú)立的單色 子圖像順序地投影到屏幕140上時(shí)，觀察者的眼睛對(duì)單色子圖像序列進(jìn)行融合，以形成相 應(yīng)的感知多顏色圖像。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可以被用作光源102的光源202。光源202 具有激光器210和可調(diào)液態(tài)透鏡220。激光器210產(chǎn)生光束212并將其定向至透鏡220。 在通過(guò)透鏡220之后，光束212被轉(zhuǎn)換成可以定向至例如SLM 130(圖1)的輸出光束222。 在不同實(shí)施例中，液態(tài)透鏡220具有以下特性中的一個(gè)或更多個(gè)(i)可變焦距，(ii)與激 光器210的可變準(zhǔn)直，(iii)可變光漫射特性，以及(iv)可變光偏振特性。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡220還通過(guò)改變其形狀來(lái)改變其焦距。如果使用光源202 作為光源102，則可以使用透鏡220的焦距變化來(lái)例如以如下方式弱化斑點(diǎn)。透鏡220被配 置為以高于閃光融合速率的速率在第一值和第二值f2之間改變其焦距。選擇和f2的 值，使得對(duì)于4和4之間的焦距，圖像142保持基本聚焦。例如當(dāng)|f\-f2| <<f1;f2時(shí)，后 者是真實(shí)的。由于每個(gè)焦距在屏幕140上產(chǎn)生相應(yīng)的準(zhǔn)獨(dú)立斑點(diǎn)配置，所以焦距變化產(chǎn)生 了準(zhǔn)獨(dú)立斑點(diǎn)配置序列。然后，通過(guò)人眼對(duì)該序列求平均導(dǎo)致相應(yīng)的斑點(diǎn)對(duì)比度減弱。由 于透鏡220的焦距改變相對(duì)小的量，所以在圖像142的感知到的銳度不變差的情況下實(shí)質(zhì) 上實(shí)現(xiàn)了斑點(diǎn)對(duì)比度減弱。在另一實(shí)施例中，透鏡220適于改變其與激光器210的準(zhǔn)直以及質(zhì)心相對(duì)于激光 器的位置。本文中，術(shù)語(yǔ)“準(zhǔn)直”指的是透鏡220的軸相對(duì)于激光器210所產(chǎn)生的光束的軸 的相對(duì)方位。術(shù)語(yǔ)“位置”指的是透鏡220的質(zhì)心的三個(gè)空間(X、Y和Z)坐標(biāo)。如果光源202被用作光源102，則透鏡220的位置變化可以用于例如以如下方式來(lái) 弱化斑點(diǎn)。透鏡220被配置為在與光束212正交的平面內(nèi)平移，使得光束的中心軸在透鏡表 面上的位置以高于閃光融合速率的速率周期地或非周期地移位在光束波長(zhǎng)的量級(jí)上的距 離。這種運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了屏幕140上圖像142的移動(dòng)，這在屏幕上產(chǎn)生了準(zhǔn)獨(dú)立斑點(diǎn)配置序列。 然后通過(guò)人眼對(duì)該序列求平均導(dǎo)致相應(yīng)的斑點(diǎn)對(duì)比度減弱。由于圖像142的移動(dòng)幅度相對(duì) 小，所以在圖像的感知到的銳度不顯著變差的情況下實(shí)現(xiàn)了斑點(diǎn)對(duì)比度減弱。通常，任何斑 點(diǎn)弱化技術(shù)都在實(shí)現(xiàn)所需水平的斑點(diǎn)對(duì)比度減弱與避免顯著的分辨率損失之間尋求折中。 只要圖像的感知到的銳度沒(méi)有顯著地受到有害影響，就可以典型地容忍一些分辨率損失。備選地或此外，透鏡220可以以高于閃光融合速率的速率相對(duì)于光束212的中心 軸周期地或非周期地傾斜相對(duì)小的角度。這種運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了屏幕140上圖像142的移動(dòng)，這 在屏幕上產(chǎn)生了準(zhǔn)獨(dú)立斑點(diǎn)配置序列。然后，通過(guò)人眼對(duì)該序列求平均導(dǎo)致了相應(yīng)的斑點(diǎn) 對(duì)比度減弱。在另一實(shí)施例中，透鏡220具有可變的、漫射光的能力。本文中，術(shù)語(yǔ)“漫射光的 能力”指的是將光射線轉(zhuǎn)換成發(fā)散光錐的能力，所述光錐在光錐內(nèi)的光強(qiáng)度分布方面可以 是或可以不是軸對(duì)稱的。準(zhǔn)直光束(如，光束212)通?？梢员豢醋魇怯啥鄺l平行的射線組 成，每條射線可以獨(dú)立地被光漫射對(duì)象(如，透鏡220)所漫射。每條射線被漫射的方式典型地對(duì)于不同射線而言是不同的，并且是由光漫射對(duì)象的沿著該對(duì)象內(nèi)射線傳播路徑的局 部光漫射特性來(lái)確定的。如果光源202被用作光源102，則透鏡220的漫射光的能力的變化可以用于例如 以如下方式弱化斑點(diǎn)。透鏡220執(zhí)行兩個(gè)功能(i)常規(guī)透鏡的功能和(ii)光漫射器的功 能。光漫射器的功能用于實(shí)現(xiàn)斑點(diǎn)弱化。更具體地，起到光漫射器作用的透鏡220引入波 前失真，這有效地將光束222分成彼此準(zhǔn)不相干的光學(xué)子光束。如果透鏡220被配置為將 其能力變成以高于閃光融合速率的速率采用周期或非周期方式來(lái)漫射光時(shí)，將光束222劃 分為子光束的方式相應(yīng)地改變，以產(chǎn)生準(zhǔn)獨(dú)立斑點(diǎn)配置序列。通過(guò)人眼對(duì)該序列求平均導(dǎo) 致相應(yīng)的的斑點(diǎn)對(duì)比度減弱。在另一實(shí)施例中，透鏡220具有可變的旋轉(zhuǎn)光偏振能力。如果光源202被用作光 源102，則透鏡220的可變的旋轉(zhuǎn)光偏振能力可以用于例如以如下方式弱化斑點(diǎn)。透鏡220 執(zhí)行兩個(gè)功能(i)常規(guī)透鏡的功能和(ii)偏振旋轉(zhuǎn)器的功能。偏振旋轉(zhuǎn)器的功能用于實(shí) 現(xiàn)斑點(diǎn)弱化。更具體地，起到偏振旋轉(zhuǎn)器作用的透鏡220對(duì)光束222的偏振進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其中 旋轉(zhuǎn)的量以高于閃光融合速率的速率采用周期或非周期的方式來(lái)變化。改變光束222的偏 振產(chǎn)生了偏振分集，并且產(chǎn)生了相應(yīng)的準(zhǔn)獨(dú)立斑點(diǎn)配置序列。然后通過(guò)人眼對(duì)該序列求平 均導(dǎo)致相應(yīng)的斑點(diǎn)對(duì)比度減弱。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可以被用作可調(diào)液態(tài)透鏡220的可調(diào)液態(tài)透 鏡320的橫截面圖。透鏡320具有布置在電介質(zhì)光學(xué)透明層314上的微滴(droplet) 312， 該電介質(zhì)光學(xué)透明層314具有例如疏水含氟聚合物(如，Cytop)的相對(duì)薄的涂層313。在不 同實(shí)施例中，微滴312包含以下一項(xiàng)或更多項(xiàng)(i)導(dǎo)電流體，(ii)粒子的懸浮液，和(iii) 液晶材料。例如，導(dǎo)電流體可以是溶于水的酒精、電解鹽(例如，氯化鉀)溶液或熔鹽；粒 子的懸浮液可以包括毫微粒子、量子點(diǎn)、或亞微米到幾微米大小的聚苯乙烯球；液晶材料可 以是向列的或鐵電性的液晶，該液晶的光學(xué)雙折射可以由外部電場(chǎng)來(lái)控制。優(yōu)選地，涂層 313為微滴312提供所需的接觸角以及提供低接觸角滯后。例如，可以在Krupenkin等在 Langmuir, 2004, vol. 20，pp. 3824-3827中公開的期刊文獻(xiàn)中找到關(guān)于接觸角控制的更多細(xì) 節(jié)，其教義一并在此作為參考。層314具有相對(duì)高的電介質(zhì)擊穿點(diǎn)，該電介質(zhì)擊穿點(diǎn)適于在 控制電壓的預(yù)期應(yīng)用(參見(jiàn)以下描述)期間避免這樣的擊穿。在不同實(shí)施例中，由層316、 314和313形成的光學(xué)透明基板可以根據(jù)需要是平坦的或彎曲的，以便于適當(dāng)?shù)貙⑽⒌?12 定位在其表面上。透鏡320還具有多個(gè)光學(xué)透明橫向電極306以及中央電極308。在圖3所示的橫 截面中只有兩個(gè)電極306 (即，電極306i和306j)是可見(jiàn)的。電極306通過(guò)層314與微滴 312電隔離，并且還彼此電隔離。中央電極308與微滴312電接觸。電極306和308每個(gè)都 耦合至可變電壓源(圖3中未示出)，所述可變電壓源被配置為將相應(yīng)的電壓Vi-Vj施加到 電極306，將電壓V。施加到中央電極308。電極306和308以及層314由基板316來(lái)支撐。 在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)透明的電極306是由銦錫氧化物形成的。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡320具有附著到基板316的光學(xué)壓電聲換能器。換能器318適于通過(guò)基板316、電極306以及層314將聲音(例如，超聲)能量發(fā)送至微滴312中，以激 勵(lì)微滴312中包含的粒子(如果存在的話)。在一個(gè)實(shí)施例中，換能器318具有環(huán)形形狀， 該環(huán)形形狀使得換能器可以通過(guò)其中間部分透射光。在另一實(shí)施例中，一個(gè)或更多個(gè)電極306和308可以被用作一種類型的聲換能器。如果微滴312包括粒子的懸浮液，則換能器318可以用于激勵(lì)這些粒子并改變這 些粒子在微滴內(nèi)的分布。備選地或此外，可以向電極306施加ac電壓，以產(chǎn)生或輔助粒子 激勵(lì)。這樣的ac電壓可以產(chǎn)生或輔助粒子激勵(lì)，因?yàn)椴灰?guī)則形狀的粒子趨向于將它們自己 定向?yàn)槭沟昧Ｗ拥拈L(zhǎng)軸實(shí)質(zhì)上與本地電場(chǎng)矢量平行。因此而導(dǎo)致的微滴312內(nèi)所述粒子的 分布的變化對(duì)透鏡320所產(chǎn)生的光漫射的量進(jìn)行調(diào)制。注意，光漫射是一種提供角分集的 方法。在一個(gè)實(shí)施例中，微粒312中包含的粒子大小在大約IOOnm到大約1 μ m的范圍內(nèi)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可以用在透鏡300中的電極306的配置400。 更具體地，圖4示出了電極306的頂視圖，其中微滴312由虛線來(lái)指示。配置400具有分別 適于接收電壓Va-Vd的四個(gè)橫向電極306a-d。中央電極308(圖4中未示出)位于坐標(biāo)軸X 和Y的原點(diǎn)(交叉)處。如果微滴312包括導(dǎo)電流體，則配置400可以用于例如以如下方 式相對(duì)于外部光學(xué)元件來(lái)改變透鏡320的焦距以及透鏡的質(zhì)心位置。如果不將電壓或?qū)⑾嗟鹊碾妷?即，Va = Vb = V。= Vd = V0)施加到電極306a_d 和308，則例如如圖4所示相對(duì)于電極306將微滴312置于中心。如果將相等的電壓施加到 電極306a-306d并且將另一不同的電壓施加到電極308 (即，Va = Vb = Vc = Vd ^ V0)，則微 滴312均勻地?cái)U(kuò)散在象限I至IV內(nèi)，從而改變微滴的形狀。微滴312的擴(kuò)散減小了其曲率 并相應(yīng)地增大了透鏡320的焦距?？梢允褂秒姌O306a_d和308的差分偏置來(lái)改變沿著X和Y軸的微滴312的橫向 位置。例如，通過(guò)施加以下示例形式的電壓Va = V。= Vtl < Vd < vb，則在第二象限中微滴 312向更高電壓的電極306b移動(dòng)。通過(guò)向電極施加不同形式的電壓，微滴312可以被轉(zhuǎn)向 象限I至IV內(nèi)的不同位置。微滴312的位置的變化導(dǎo)致透鏡320焦點(diǎn)的相應(yīng)移動(dòng)。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可以用在透鏡300中的電極306的布置500。 更具體地，圖5示出了電極306的頂視圖，其中微滴312由虛線來(lái)指示。配置500具有分別 適于接收電壓V1-V12的十二個(gè)電極306^306^如果微滴312包括向列相液晶材料，則配置 500可以用于例如以如下方式來(lái)改變透鏡320的光偏振特性。如果將電壓V1 = -V7分別施加到電極306i和3067，并將零電壓施加到其余的電極 306，則微滴312內(nèi)的電場(chǎng)線主要與連接兩個(gè)活動(dòng)電極并經(jīng)過(guò)坐標(biāo)軸X和Y的原點(diǎn)的線相平 行。該電場(chǎng)與微滴312的向列液晶材料交互以沿著這些電場(chǎng)線排列其分子。排列后的分子 用作偏振旋轉(zhuǎn)器，所述偏振旋轉(zhuǎn)器對(duì)通過(guò)微滴312而定向的光(例如，圖2的光束212)的 偏振進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以根據(jù)分子排列方向來(lái)定向該偏振。例如，通過(guò)將上述電壓形式施加到電極 306的不同選擇，可以改變電場(chǎng)方向以及從而改變排列方向。例如，可以順序地激活各個(gè)相 對(duì)電極對(duì)(即，電極306k和306k+6，其中k = 1,2,... ,6),以實(shí)質(zhì)上旋轉(zhuǎn)排列方向并從而旋 轉(zhuǎn)輸出光束的偏振。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，不同的電極激活序列將根據(jù)輸出光束施加 不同的時(shí)間偏振。配置400和500是示例配置，各種其他合適的配置可以類似地用于控制微滴的位 置、形狀、光漫射特性和/或光偏振特性。盡管參考包含導(dǎo)電流體和液晶材料的微滴312 分別描述了配置400和500，然而每個(gè)配置還可以與其他微滴成分一起使用。圖4中引用 的導(dǎo)電流體不與圖5中引用的液晶材料相排斥。在特定實(shí)施例中，例如，微滴312的相同 化學(xué)成分可以同時(shí)用作導(dǎo)電流體和液晶材料。在一個(gè)實(shí)施例中，微滴312可以包含以下各項(xiàng)中的每一項(xiàng)(i)導(dǎo)電流體，( )粒子的懸浮液，以及(iii)液晶材料。例如在序列號(hào)為 6，014，259,6, 538，823,6, 545，815,6, 545，816 和 6，936，196 的美國(guó)專利以及 Krupenkin 等 在Applied PhysicsLetters, 2003, vol. 82,pp. 316-318中公開的期刊文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)與適 于實(shí)現(xiàn)透鏡320的各種可調(diào)液態(tài)透鏡的電極配置、制造和操作有關(guān)的附加細(xì)節(jié)，其全部公 開一并在此作為參考。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可以用作激光器110的可調(diào)激光器610。激 光器610具有與模式選擇濾波器(MSF) 640光耦合的光學(xué)增益模塊630。MSF 640具有可調(diào) 液態(tài)透鏡646和可變間隔(pitch)光柵648。在一個(gè)實(shí)施例中，可調(diào)液態(tài)透鏡646類似于可 調(diào)液態(tài)透鏡320 (圖3)，并且具有布置在支撐結(jié)構(gòu)644的表面上的微滴642。支撐結(jié)構(gòu)644 包括適當(dāng)?shù)碾姌O(在圖6中未明確示出)并且可以是平坦的或彎曲的。例如，可以如參考 圖4所描述的來(lái)改變支撐結(jié)構(gòu)644上的微滴642的位置。例如，微滴642適于實(shí)質(zhì)上沿著 X軸在支撐結(jié)構(gòu)644的表面上移動(dòng)。光柵648的間隔隨著沿X軸的移動(dòng)而改變。光柵648可以具有平坦或彎曲表面面 對(duì)透鏡646。透鏡646將從增益模塊630背面出射的光定向至光柵648。微滴642相對(duì)于 增益模塊的位置控制光沖擊光柵的位置。光柵648根據(jù)光波長(zhǎng)組成和該位置處的光柵間隔 來(lái)有角度地對(duì)光進(jìn)行分散，使得僅特定波長(zhǎng)的光通過(guò)增益模塊630的背面耦合回到增益模 塊630。從而，在增益模塊630中選擇并放大具有該波長(zhǎng)的激光模式，以產(chǎn)生輸出光束628。 因此，可以通過(guò)沿著X軸移動(dòng)微滴642來(lái)調(diào)節(jié)輸出光束628的波形。在激光器610的典型配置中，選擇微滴642的運(yùn)動(dòng)幅度以產(chǎn)生導(dǎo)致人眼不可區(qū)分 的顏色變化的波長(zhǎng)變化，微滴642以高于閃光融合速率的速率采用周期或非周期方式來(lái)進(jìn) 行移動(dòng)。微滴642的變化的位置產(chǎn)生了波長(zhǎng)分集并且產(chǎn)生了相應(yīng)的準(zhǔn)獨(dú)立斑點(diǎn)配置序列。 然后通過(guò)人眼對(duì)該序列求平均導(dǎo)致相應(yīng)的斑點(diǎn)對(duì)比度減弱。例如，在編號(hào)為6，647，029的美國(guó)專利和J. A. Coldren等在J. Lightwave Technol.，2004，v. 22，No. 1，pp. 193-202 公開的標(biāo)題為 “Tunable Semiconductor Lasers A Tutorial”的文獻(xiàn)中可以找到與具有功能與MSF 640相類似的模式選擇濾波器的可調(diào)激 光器的設(shè)計(jì)和操作有關(guān)的附加細(xì)節(jié)，其教義一并在此作為參考。適于用作光柵648的可變 間隔光柵在商業(yè)上例如是來(lái)自Sunnyvale，CA的OEpic，Inc.。例如，在編號(hào)為4，012, 843的 美國(guó)專利中公開了具有彎曲表面的可變間隔光柵的制造，其全部公開一并在此作為參考。在一個(gè)實(shí)施例中，激光器610可以用作激光器210 (圖2)。在該實(shí)施例中，光源202 具有兩個(gè)可調(diào)液態(tài)透鏡，即，透鏡220和透鏡646。在另一實(shí)施例中，激光器610可以用于利 用作為常規(guī)(固態(tài))透鏡的透鏡120來(lái)替換透鏡110。在不同實(shí)施例中，本發(fā)明的光源可以 被設(shè)計(jì)為或操作用于產(chǎn)生以下分集中一個(gè)或更多個(gè)分集的任意組合角分集、偏振分集、相 位分集以及波長(zhǎng)分集。如上所述，例如可以通過(guò)以下方式來(lái)產(chǎn)生角分集(1)在層314的表 面上橫向移動(dòng)微滴312和/或(2)激勵(lì)在微滴中包含的粒子(參見(jiàn)圖3-4)。例如，如以上 參考圖5所描述的，可以通過(guò)在微滴312中具有液晶材料并改變液晶材料的分子的排列方 向，來(lái)產(chǎn)生偏振分集。例如，如參考圖4所描述的，可以通過(guò)改變透鏡320的焦距來(lái)產(chǎn)生相 位分集。例如，如參考圖6所描述的，可以通過(guò)在支撐結(jié)構(gòu)644的表面上橫向移動(dòng)微滴642 來(lái)產(chǎn)生波長(zhǎng)分集。盡管參考說(shuō)明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而這種描述并不旨在起到限制作用。盡管參考投影系統(tǒng)(100)(圖1)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，然而還可以以其他合適的投影 系統(tǒng)，例如采用LCD技術(shù)的投影系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。可以使用任何合適的成像表面，包括 眼睛的視網(wǎng)膜來(lái)代替屏幕140。本發(fā)明的斑點(diǎn)減弱方法可以可以單獨(dú)地或根據(jù)需要與其他 斑點(diǎn)減弱方法一起使用。出于本申請(qǐng)的目的，術(shù)語(yǔ)“空間光調(diào)制器”包括能夠?qū)?qiáng)度和/或 相位調(diào)制圖形施加到光束上的任何設(shè)備或?qū)ο?。本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的對(duì)于所 描述的實(shí)施例的各種修改以及本發(fā)明的其他實(shí)施例將落在權(quán)利要求所表達(dá)的本發(fā)明的原 理和范圍之內(nèi)。除非明確陳述，否則本文中的每個(gè)數(shù)值和范圍應(yīng)當(dāng)被解釋為相當(dāng)于在該值或范圍 前面具有詞語(yǔ)“大約”或“近似”。還將理解，在不脫離權(quán)利要求所表達(dá)的本發(fā)明的范圍的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以對(duì)為了說(shuō)明本發(fā)明的特征而描述和說(shuō)明的部分的細(xì)節(jié)、材料和布置進(jìn)行各種改變。應(yīng)理解，本文所闡述的示例方法的步驟不必須要以所描述的順序來(lái)執(zhí)行，這樣的 方法的步驟的順序應(yīng)當(dāng)被理解為僅僅是示例性的。同樣，在這樣的方法中可以包含附加步 驟，并且在符合本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的方法中可以省略或組合特定的步驟。這里對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“一種實(shí)施例”的引用意味著與實(shí)施例相結(jié)合而描述的特 定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。在說(shuō)明書中多個(gè)地方短語(yǔ)“一 個(gè)實(shí)施例”的出現(xiàn)并不一定全都指的是相同的實(shí)施例，也不一定都指的是與其他實(shí)施例彼 此排斥的單獨(dú)的或備選的實(shí)施例。這同樣適用于術(shù)語(yǔ)“實(shí)現(xiàn)方式”。詳細(xì)說(shuō)明書全文、并非按實(shí)際大小繪制的附圖僅僅是說(shuō)明性的，并且用于說(shuō)明而 非限制本發(fā)明。此外，出于本說(shuō)明書的目的，術(shù)語(yǔ)“耦合”、“連接”指的是現(xiàn)有技術(shù)已知或未來(lái)開發(fā) 的任何方式，采用這種方式，允許在兩個(gè)或更多個(gè)元件之間傳遞能量，并且預(yù)期一個(gè)或更多 個(gè)附加元件的插入，盡管不需要如此。相反，術(shù)語(yǔ)“直接耦合”、“直接連接”等意味著不存在 這樣的附加元件。
權(quán)利要求
一種設(shè)備，包括光源，具有可調(diào)液態(tài)透鏡；以及空間光調(diào)制器(SLM)，適于對(duì)光源所產(chǎn)生的光進(jìn)行調(diào)制，使得調(diào)制后的光將圖像投影到成像表面上，其中可調(diào)液態(tài)透鏡適于改變至少一個(gè)透鏡特性，以弱化所投影的圖像中的斑點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中光源包括適于將光定向通過(guò)可調(diào)液態(tài)透鏡的激光器； 激光器所產(chǎn)生的輸出光束用于照射SLM ；以及所述至少一個(gè)透鏡特性包括以下項(xiàng)目中的一項(xiàng)或更多項(xiàng)(i)焦距，(ii)相對(duì)于激光 器的準(zhǔn)直或位置，(iii)漫射光的能力，以及(iv)偏振旋轉(zhuǎn)角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)透鏡特性包括以下項(xiàng)目中的任何 兩項(xiàng)或更多項(xiàng)(i)焦距，(ii)所述準(zhǔn)直或位置，(iii)漫射光的能力，以及(iv)偏振旋轉(zhuǎn)角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)透鏡特性包括以下項(xiàng)目中的任何 三項(xiàng)或更多項(xiàng)(i)焦距，(ii)所述準(zhǔn)直或位置，(iii)漫射光的能力，以及(iv)偏振旋轉(zhuǎn)角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中光源包括經(jīng)由可調(diào)液態(tài)透鏡與可變間隔光柵光耦合的光學(xué)增益模塊，其中可調(diào)液態(tài)透 鏡相對(duì)于光學(xué)增益模塊和可變間隔光柵的準(zhǔn)直或位置控制光學(xué)增益模塊所產(chǎn)生的光的波 長(zhǎng)，所述光照射SLM;以及所述至少一個(gè)透鏡特性包括所述準(zhǔn)直或位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，可調(diào)液態(tài)透鏡包括被布置在支撐結(jié)構(gòu)的表面上 的微滴。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中 微滴包括導(dǎo)電流體；以及可調(diào)液態(tài)透鏡還包括多個(gè)電極，所述多個(gè)電極適于被電偏置以控制以下項(xiàng)目中的至少 一項(xiàng)(i)微滴的形狀，以及(ii)支撐結(jié)構(gòu)上微滴的橫向位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中 微滴包括粒子的懸浮液；以及可調(diào)液態(tài)透鏡還包括換能器，所述換能器適于激勵(lì)微滴內(nèi)的粒子以改變懸浮液的光漫 射特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中 微滴包括液晶材料；以及可調(diào)液態(tài)透鏡還包括多個(gè)電極，所述多個(gè)電極適于改變由液晶材料引起的偏振旋轉(zhuǎn)。
10.一種減弱斑點(diǎn)的方法，包括利用具有可調(diào)液態(tài)透鏡的光源所產(chǎn)生的光來(lái)照射空間光調(diào)制器(SLM)； 利用SLM對(duì)所述光進(jìn)行調(diào)制，使得調(diào)制后的光將圖像投影到成像表面上；以及 改變至少一個(gè)透鏡特性，以弱化所投影的圖像中的斑點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明的典型實(shí)施例提供了一種投影系統(tǒng)(100)，該投影系統(tǒng)具有激光源(110)，所述激光源并入了可調(diào)液態(tài)透鏡(120)和空間光調(diào)制器(130)，所述空間光調(diào)制器適于對(duì)激光源所產(chǎn)生的光進(jìn)行調(diào)制以將圖像(142)投影到觀看屏幕(140)上。可調(diào)液態(tài)透鏡適于改變焦距、相對(duì)于透鏡外部光學(xué)元件的準(zhǔn)直或位置、漫射光的能力、和/或偏振旋轉(zhuǎn)角。
文檔編號(hào)G02B3/14GK101828132SQ200880111793
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月16日
發(fā)明者奧馬爾·丹尼爾·洛佩茲, 羅伯特·尤金·弗拉姆 申請(qǐng)人:朗訊科技公司