專利名稱：用來降低顯示器系統(tǒng)里散斑效應(yīng)的裝置的制作方法
用來降低顯示器系統(tǒng)里散斑效應(yīng)的裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一個(gè)投影數(shù)字圖像的裝置，特別涉及一種去散斑(de-speckling) 裝置和方法，其能夠降低或去除激光投影儀形成圖像里的散斑(speckle)。
背景技術(shù)：
我們總是在接收視覺信息，如看電影。如今，由于消費(fèi)電子如數(shù)碼相機(jī)的易用性， 產(chǎn)生了大量的視覺信息。類似地，對(duì)于我們從中接收視覺信息的顯示器，也有大量的需求。顯示器技術(shù)的發(fā)展異常迅速，而且出現(xiàn)越來越多的顯示圖像的不同方法，如陰極射線管 (CRT)顯示器、液晶裝置(LCD)顯示器、發(fā)光二極管(LED)顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED) 顯示器、平視顯示器(HUD)、激光掃描投影(LSP)顯示器和投影儀。在本發(fā)明里，無論何時(shí)提到圖像，同樣也適用于被稱為視頻的動(dòng)態(tài)圖像。人類視覺對(duì)噪聲很敏感，因而一個(gè)無噪聲的高質(zhì)量圖像是非常令人期待的。有一種噪聲被稱為散斑(speckle)，對(duì)具有相干光源(coherent lightsource)的顯示器，如在使用激光的顯示器中，如HUD、或LSP顯示器，這類型的散斑噪聲是很常見的。例如，在激光為光源的投影儀的例子里，投影到屏幕上的圖像里將出現(xiàn)散斑，因?yàn)榧す獗蝗鐖D1所示的屏幕表面反射。當(dāng)與可視光波長比較時(shí)，任何屏幕的表面都可以看作是粗糙的，因此發(fā)生散射。從屏幕表面上的各個(gè)獨(dú)立散射區(qū)域到達(dá)觀察者眼睛的反射光線有相對(duì)相位差 (relative phase difference)，并互相干擾，產(chǎn)生顆粒狀亮暗圖案，稱為散斑。已經(jīng)有多種方法通過破壞激光束的相干性以降低散斑。如果破壞了激光束的相干性，散斑被平均，因?yàn)樯咝?yīng)不再有關(guān)。對(duì)N個(gè)獨(dú)立的散斑，降低系數(shù)可以通過以下等式 ⑴來計(jì)算R = ^N(1)這些方法包括提供角度分集、波長分集、偏振分集或基于屏幕的解決方案。如 Joseph W. Goodman 在“光學(xué)散斑現(xiàn)象理論和應(yīng)用”(Englewood，Colo. =Roberts & Co., 02007)里所討論的，之前已經(jīng)嘗試提供各種去斑的解決方案。在業(yè)界，一些方法已經(jīng)成為習(xí)慣做法，如(1)使用幾個(gè)激光作為照明光源；(2)從不同角度照明光源；(3)照明時(shí)產(chǎn)生波長分集；(4)使用不同偏振狀態(tài)的激光；(5)使用一個(gè)專門設(shè)計(jì)的屏幕來最小化產(chǎn)生散斑，如活動(dòng)屏幕；和(6)使用一個(gè)旋轉(zhuǎn)漫射器。這些用來降低散斑的解決方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)。有些需要額外部件，如將在系統(tǒng)里提供一個(gè)漫射器，這會(huì)使系統(tǒng)小型化面臨挑戰(zhàn)，例如，為了減少散斑，漫射器將引導(dǎo)漫射的激光到一個(gè)擺動(dòng)鏡，如在美國專利4，155，630標(biāo)題為“通過隨機(jī)空間相位調(diào)制來消除散斑” 里所述，或者如在美國專利5，313，479標(biāo)題為“使用相干光線的無散斑顯示器系統(tǒng)”里所述的一個(gè)旋轉(zhuǎn)漫射器。使用額外部件還可能進(jìn)一步加大將散斑降低方案集成到現(xiàn)有系統(tǒng)的難度，而且有些甚至需要外部的致動(dòng)器，這會(huì)產(chǎn)生額外的能耗。例如，歐洲專利申請(qǐng)EP1，949，166描述使用致動(dòng)器電極(actuator pad)朝向這些致動(dòng)器電極方向來驅(qū)動(dòng)一個(gè)鋁涂敷的微加工薄膜； 鋁涂敷的微加工薄膜使一個(gè)平面鏡發(fā)生變形，其使光發(fā)生散射以降低散斑。這個(gè)致動(dòng)機(jī)制也限制了平面鏡朝著一個(gè)單方向變形。還有一些解決方案，需要一個(gè)活動(dòng)屏幕，這不僅使圖像不能顯示在任何靜止的屏幕上，而且當(dāng)屏幕尺寸增大時(shí)很難找到一個(gè)合適的裝置來移動(dòng)屏幕。例如，在美國專利 5，272，473標(biāo)題為“降低散斑的顯示器系統(tǒng)”里所描述的換能器(transducer)將很難用于一個(gè)大型屏幕，其中換能器需要連接到一個(gè)顯示屏幕以產(chǎn)生橫過顯示屏幕的表面聲波。在美國專利6，122，023標(biāo)題為“無散斑的液晶投影顯示器”里，有另一種類型的活動(dòng)顯示器， 其在顯示器屏幕上提供一層液晶分子，在高于60Hz的頻率上輕微振動(dòng)?，F(xiàn)有技術(shù)里，仍有需要降低顯示時(shí)的散斑。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)鏡和一個(gè)照明源，其使用一個(gè)簡單的光學(xué)系統(tǒng)能夠有效地抑制散斑噪聲。本發(fā)明提供一個(gè)MEMS (微電機(jī)械系統(tǒng))裝置，其有一個(gè)活動(dòng)板連接到固定框架?；顒?dòng)板有一個(gè)區(qū)域能夠發(fā)散入射激光束。在運(yùn)行期間，活動(dòng)板在各個(gè)方向上發(fā)生振動(dòng)，該振動(dòng)使得入射激光束周期性地以不同入射角射于活動(dòng)板，因此，這些激光束從活動(dòng)板不同時(shí)間地以不同反射角反射。接著， 這些時(shí)間不相干的反射激光束可以被用作為一個(gè)具有抑制激光散斑效應(yīng)的光源。本發(fā)明提供的MEMS裝置可以批量制造，這樣能夠降低單位制造成本。MEMS制造工藝產(chǎn)生一個(gè)小型裝置外觀，這在許多便攜式電子產(chǎn)品里是極度受歡迎的。此外，依照本發(fā)明，通過使用MEMS裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)高光效，無需任何漫射器，并且本發(fā)明MEMS裝置所提供的反射表面特性是可控的。由于不需要外部的活動(dòng)致動(dòng)器或漫射器，本發(fā)明具有較低的能耗。本發(fā)明的MEMS裝置允許一個(gè)可控的振幅或頻率，從而可以進(jìn)行參數(shù)微調(diào)以獲得一個(gè)優(yōu)化的激光去斑效應(yīng)。振幅是通過改變MEMS裝置的輸入驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行調(diào)整的，而振動(dòng)頻率是通過設(shè)計(jì)MEMS裝置致動(dòng)部件的尺寸進(jìn)行微調(diào)的，例如，通過改變扭桿尺寸。本發(fā)明提供一個(gè)強(qiáng)健結(jié)構(gòu)，與MEMS掃描鏡制作有類似工藝流程，從而使去斑裝置能夠集成在MEMS 掃描鏡內(nèi)。本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一個(gè)MEMS裝置來降低激光掃描投影顯示器里的散斑效應(yīng)，其包括一個(gè)活動(dòng)板，活動(dòng)板可圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，也可圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，第一旋轉(zhuǎn)軸垂直于第二旋轉(zhuǎn)軸；一個(gè)或多個(gè)第一致動(dòng)器，其用來沿著至少第一方向移動(dòng)活動(dòng)板； 以及一個(gè)或多個(gè)第二致動(dòng)器，其用來沿著至少第二方向移動(dòng)活動(dòng)板。第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器能夠移動(dòng)活動(dòng)板，活動(dòng)板的垂直、橫向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組合使得在不同時(shí)間使用活動(dòng)板的不同區(qū)域，得以不同角度反射激光束。在不同方向上的運(yùn)動(dòng)組合使入射激光束以不同角度射于掃描活動(dòng)板鏡，從而形成一個(gè)入射點(diǎn)的圓軌跡。一個(gè)致動(dòng)器的實(shí)施例是一個(gè)靜電梳狀結(jié)構(gòu)、一個(gè)磁致動(dòng)器、和一個(gè)壓電致動(dòng)器。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是制造一個(gè)雙軸掃描鏡，其能夠沿著活動(dòng)板上的兩個(gè)垂直軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。依照另一個(gè)方面，在活動(dòng)板頂部上的雙軸掃描鏡被涂敷一發(fā)散層，并且發(fā)散層的表面被涂敷一反射涂層。另外，發(fā)散層的表面被粗化，是一個(gè)被圖案化的絕緣膜，或在其表面有一個(gè)聚合物結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一個(gè)反射涂層在雙軸掃描鏡頂部和發(fā)散層之間。在此例子里，發(fā)散層是由一種不均勻的相變聚合物構(gòu)成。本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，其使用一個(gè)具有如上所述活動(dòng)板的MEMS 裝置，其包括一個(gè)發(fā)出一個(gè)或多個(gè)激光束的照明源，一個(gè)或多個(gè)激光束被射到MEMS裝置的活動(dòng)板上，從而發(fā)生反射；以及一個(gè)雙軸MEMS鏡，其接收由MEMS裝置反射的激光束，并以掃描方式反射激光以產(chǎn)生一個(gè)圖像在屏幕上。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，其使用具有如上所述活動(dòng)板的MEMS 裝置，其包括一個(gè)發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激光束的照明源，一個(gè)或多個(gè)激光束被射到MEMS裝置的活動(dòng)板上，從而發(fā)生反射；至少一個(gè)額外的MEMS裝置被安置以接收和反射由MEMS裝置反射的激光束；以及一個(gè)雙軸MEMS鏡，其接收由額外MEMS裝置反射的激光束，并以掃描方式反射激光束以產(chǎn)生一個(gè)圖像在屏幕上。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，其使用具有如上所述活動(dòng)板的MEMS 裝置，其中活動(dòng)板的頂部制作有一個(gè)雙軸MEMS鏡，其包括一個(gè)發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激光束的照明源，一個(gè)或多個(gè)激光束被射到MEMS裝置的活動(dòng)板上，從而發(fā)生反射；以及至少一個(gè)額外 MEMS裝置，其被安置以使用雙軸MEMS鏡來接收并以掃描方式反射來自MEMS裝置的反射激光束，從而產(chǎn)生一個(gè)圖像在屏幕上。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，其使用具有如上所述活動(dòng)板的MEMS 裝置，其中活動(dòng)板的頂部有一個(gè)雙軸MEMS鏡，其包括一個(gè)發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激光束的照明源，一個(gè)或多個(gè)激光束被射到MEMS裝置的雙軸MEMS鏡上，從而以掃描方式被反射以產(chǎn)生一個(gè)圖像在屏幕上。同樣，本發(fā)明的其它方面通過以下實(shí)施例進(jìn)行披露。
以下將參照附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的目的、方面和實(shí)施例，其中圖1顯示一個(gè)激光束在一個(gè)表面上的發(fā)散。圖2顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)能夠旋轉(zhuǎn)的活動(dòng)板。圖3顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)活動(dòng)板，其一個(gè)或多個(gè)邊緣上有梳齒。圖如顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)活動(dòng)板的垂直振動(dòng)。圖4b顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)活動(dòng)板的橫向振動(dòng)。圖如顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)活動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。圖4d顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)三角形活動(dòng)板。圖如顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例三角形活動(dòng)板的梳狀結(jié)構(gòu)的放大示意圖。圖4f顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例通過三角形活動(dòng)板的一個(gè)激光投影。圖fe顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在一個(gè)活動(dòng)板頂部上的一個(gè)粗化發(fā)散層。
圖恥顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在一個(gè)活動(dòng)板頂部上的一個(gè)圖案化發(fā)散層。圖5c顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在一個(gè)活動(dòng)板頂部上的一個(gè)不均勻材料發(fā)散層。圖5d顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在一個(gè)活動(dòng)板頂部上的一個(gè)聚合物結(jié)構(gòu)發(fā)散層。圖6顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例去斑效應(yīng)的示意圖。圖7a顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的模塊示意圖，其使用一個(gè)具有雙軸 MEMS裝置的活動(dòng)板。圖7b顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的模塊示意圖，其使用一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)板。圖7c顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的模塊示意圖，其使用一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)板以及一個(gè)獨(dú)立雙軸MEMS鏡。
發(fā)明詳述圖2描述本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)激光去斑裝置200。去斑裝置200包括活動(dòng)板 230，其通過支撐彈簧235由支撐框架240支撐。支撐彈簧235也可以是扭桿(torsional bar)。這種扭桿或支撐彈簧可以被設(shè)計(jì)成各種尺寸以符合活動(dòng)板230的振蕩頻率?；顒?dòng)板 230能夠在活動(dòng)板平面的方向上振動(dòng)，也可以在垂直于活動(dòng)板平面的方向上振動(dòng)?；顒?dòng)板 230的振動(dòng)是周期性的，因此，入射到任何由活動(dòng)板支撐的裝置上的光根據(jù)入射時(shí)間以不同入射角到達(dá)。所以，一個(gè)入射激光束由活動(dòng)板支撐的裝置反射和/或發(fā)散，具有時(shí)變特征 (temporally varied properties)，降低了相干性。被反射的激光束形成一個(gè)具有降低激光散斑效應(yīng)的照明源。對(duì)同樣需要激光掃描的降低的激光散斑的應(yīng)用(如顯示器、投影儀)，該激光去斑裝置可以包括一個(gè)掃描裝置，其安置在振動(dòng)活動(dòng)板230里。從而，一個(gè)簡單、小型外觀的元件能夠同時(shí)提供掃描和去斑。在圖2的實(shí)施例里，一個(gè)活動(dòng)板230有一個(gè)集成在內(nèi)的雙軸MEMS鏡(也被稱為雙軸0D)MEMS鏡)。在該示范實(shí)施例里，使用的是雙軸MEMS鏡，但是，在本發(fā)明的活動(dòng)板里可以使用任何鏡。由于雙軸MEMS鏡在活動(dòng)板230振動(dòng)時(shí)進(jìn)行掃描，圖2裝置提供相干性降低的掃描光束。雙軸MEMS鏡包括中心鏡210和環(huán)繞周圍的平衡環(huán)220 (gimbal)。因此，活動(dòng)板230變成平衡環(huán)220的支撐框架。鏡210通過一對(duì)扭桿215繞鏡軸旋轉(zhuǎn)。平衡環(huán)220通過一對(duì)扭桿225繞平衡環(huán)軸旋轉(zhuǎn)。鏡210和平衡環(huán)220分別是圓形的。平衡環(huán)軸和鏡軸幾乎是相互垂直的。在鏡210和平衡環(huán)220的外緣，制作梳齒式轉(zhuǎn)子252。在平衡環(huán)220和框架230的內(nèi)緣，制作梳齒式定子251。梳齒式定子251和梳齒式轉(zhuǎn)子252是垂直式靜電梳齒 (verticalelectrostatic combs)0鏡210的旋轉(zhuǎn)是由垂直式靜電梳齒驅(qū)動(dòng)的，圍繞鏡軸的旋轉(zhuǎn)表示為x-方向旋轉(zhuǎn)。 平衡環(huán)220的旋轉(zhuǎn)也是由垂直式靜電梳齒驅(qū)動(dòng)的，圍繞平衡環(huán)軸的旋轉(zhuǎn)表示為y_方向旋轉(zhuǎn)。鏡軸在平衡環(huán)的平面上，使得鏡軸順從平衡環(huán)的旋轉(zhuǎn)。從而通過一個(gè)平衡環(huán)結(jié)構(gòu)，使鏡 210能夠在χ-和y_方向上發(fā)生離面旋轉(zhuǎn)(out-of-plane rotation)。在一個(gè)實(shí)施例里，活動(dòng)板230是一個(gè)長方形。活動(dòng)板的四個(gè)角通過支撐彈簧235 被連接到支撐框架240上。在另一個(gè)實(shí)施例里，長方形活動(dòng)板，標(biāo)記為310，在其一個(gè)或多個(gè)外緣上制作有致動(dòng)器，如圖3所示的可動(dòng)梳齒340。支撐框架320的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)緣上制作
7有致動(dòng)器，如固定梳齒330?；顒?dòng)板310通過多個(gè)支撐桿325由支撐框架320支撐。如圖如所述，在固定梳齒330和可動(dòng)梳齒340之間的靜電作用使活動(dòng)板310相對(duì)支撐框架320垂直振動(dòng)。如圖4b所述，在固定梳齒330和可動(dòng)梳齒340之間的靜電作用也使活動(dòng)板310相對(duì)支撐框架320橫向振動(dòng)。如圖如所述，在固定梳齒330和可動(dòng)梳齒340 之間的靜電作用也使活動(dòng)板310相對(duì)支撐框架320旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。固定梳齒330及其對(duì)應(yīng)的可動(dòng)梳340被看作是一個(gè)梳狀組件。每個(gè)振動(dòng)類型可以是由活動(dòng)板310 —側(cè)上的一個(gè)梳狀組件與活動(dòng)板310相對(duì)側(cè)上的另一個(gè)梳狀組件一起產(chǎn)生。在活動(dòng)板310的相對(duì)兩側(cè)上的這兩個(gè)梳狀組件構(gòu)成一組梳狀組件。長方形活動(dòng)板310有兩組梳狀組件，其中一組垂直于另一組。因此，這兩組梳狀組件能夠使活動(dòng)板310在兩個(gè)相互垂直的方向上橫向運(yùn)動(dòng)。換言之，如果活動(dòng)板310的四個(gè)側(cè)邊被順序標(biāo)記為第一、第二、第三和第四側(cè)邊的話，第一和第三側(cè)邊上的可動(dòng)梳齒提供一個(gè)方向上的橫向運(yùn)動(dòng)，而第二和第四側(cè)邊上的可動(dòng)梳齒提供一個(gè)垂直方向上的橫向運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)正交方向上的橫向運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立。類似地，對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩組梳狀組建可以使活動(dòng)板310圍繞兩個(gè)互相垂直的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。換言之，如果活動(dòng)板310的四個(gè)側(cè)邊被順序標(biāo)記為第一、第二、第三和第四側(cè)邊，第一和第三側(cè)邊上的可動(dòng)梳齒提供一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)，而第二和第四側(cè)邊上的可動(dòng)梳齒提供一個(gè)垂直方向上的旋轉(zhuǎn)。這兩個(gè)正交方向的旋轉(zhuǎn)相互獨(dú)立。在其它實(shí)施例里，靜電驅(qū)動(dòng)可以由其它致動(dòng)類型代替或協(xié)助，如磁致動(dòng)或壓電致動(dòng)?；顒?dòng)板有一個(gè)規(guī)則形狀。在另一個(gè)實(shí)施例里，活動(dòng)板310的形狀是不規(guī)則的。除了上述的長方形形狀，任何多邊形形狀都適用于活動(dòng)板310。例如，在圖4d里，活動(dòng)板310 的形狀是三角形。有一個(gè)扭桿415、425和435，從三角形活動(dòng)板400的每個(gè)角延伸出來。三角形活動(dòng)板400的每個(gè)側(cè)邊有一個(gè)梳狀結(jié)構(gòu)410、420和430。作為致動(dòng)器的梳狀結(jié)構(gòu)410在圖如里被放大。扭桿的形狀和尺寸被設(shè)計(jì)以調(diào)整三角形活動(dòng)板400的振動(dòng)頻率，從而優(yōu)化去斑效果。每個(gè)梳狀結(jié)構(gòu)的齒的排列、形狀和尺寸也被設(shè)計(jì)以調(diào)整三角形活動(dòng)板400的振動(dòng)頻率，從而優(yōu)化去斑效果。關(guān)于梳狀結(jié)構(gòu)，可以改變各種參數(shù)，如齒數(shù)目、齒長度、齒寬度和齒間間隙。多個(gè)致動(dòng)器，在此為示例的梳狀結(jié)構(gòu)，被排列在三角形活動(dòng)板400邊界的周圍。沿著三角形活動(dòng)板400的第一側(cè)邊，梳狀結(jié)構(gòu)410由一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)V1驅(qū)動(dòng)。沿著三角形活動(dòng)板400的第二側(cè)邊，梳狀結(jié)構(gòu)420由一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)V2驅(qū)動(dòng)。沿著三角形活動(dòng)板400的第三側(cè)邊，梳狀結(jié)構(gòu)430由一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)V3驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)V1J2和V3相互有相位差。三角形活動(dòng)板400以這樣方式被驅(qū)動(dòng)，即三角形活動(dòng)板400在不同時(shí)間朝不同方向傾斜(tilt)，從而三角形活動(dòng)板400產(chǎn)生一個(gè)球形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得入射激光束以不同角度(如θ” θ2)投射在雙軸掃描鏡上，從而形成入射點(diǎn)的一個(gè)圓形軌跡，如圖4f所示。在該示范實(shí)施例里，使用了雙軸掃描，但是，可以使用任何鏡在本發(fā)明的三角形活動(dòng)板400里。當(dāng)激光源450的激光被三角形活動(dòng)板400里的一個(gè)鏡反射時(shí)，被投影到屏幕470上的圖案將是一個(gè)圓形，如圖 4f所示。在一個(gè)示范實(shí)施例里，每兩個(gè)相鄰梳狀結(jié)構(gòu)之間的相位差是60度。如果調(diào)整信號(hào)電壓\、\和V3的振幅，將改變投影到屏幕470上的圓直徑。這有助于模糊單光斑，從而降低投影到屏幕470上2D圖像圖案的散斑效應(yīng)。信號(hào)電壓被設(shè)置為40V，三角形活動(dòng)板400 的驅(qū)動(dòng)頻率被設(shè)置成200Hz到1600Hz的范圍。對(duì)三角形活動(dòng)板400，扭桿435的厚度是 20 μ m，齒數(shù)目是200，齒長度是100 μ m,齒寬度是5 μ m,齒間間隙是5 μ m。在運(yùn)行期間，活動(dòng)板310可以在垂直方向和橫向方向的組合上發(fā)生振動(dòng)。這種振動(dòng)與雙軸MEMS鏡裝置的偏轉(zhuǎn)重疊。不同振動(dòng)的組合使每個(gè)入射激光束以周期性不同入射角射于雙軸MEMS鏡，或在另一個(gè)實(shí)施例里，在活動(dòng)板上沒有雙軸MEMS鏡時(shí)，以周期性不同入射角射于活動(dòng)板區(qū)域。因此，每個(gè)激光束被鏡210以不同時(shí)間上的不同反射角反射。不同于被反射成一個(gè)單光斑610在屏幕上，或在其它實(shí)施例里，另一個(gè)活動(dòng)板310、一個(gè)反射鏡或一個(gè)雙軸MEMS鏡，每個(gè)被反射的激光束產(chǎn)生一個(gè)更大的光斑630，其是在不同時(shí)間被反射到屏幕不同位置上的幾個(gè)初始較小光斑620的平均，如圖6所示。更大的光斑630產(chǎn)生得足夠快，使得觀看屏幕上圖像的觀察者僅能夠感覺到較大的光斑630。在該示范實(shí)施例里，使用了雙軸MEMS鏡，但是可以使用任何鏡在本發(fā)明的活動(dòng)板310里。在一個(gè)實(shí)施例里，一發(fā)散層被應(yīng)用到活動(dòng)板上的鏡的頂部，以提高反射角的時(shí)間區(qū)別性(temporal distinctiveness)。除了僅涂敷一發(fā)散層在活動(dòng)板530頂部的鏡上，在一些實(shí)施例里發(fā)散層520的表面被粗化或被拋光，并有一反射涂層510被涂敷在發(fā)散層520 的拋光表面上，如圖fe所示。反射涂層510的一些例子包括鋁和金。作為應(yīng)用一發(fā)散層 520的一個(gè)替代方案，通過拋光活動(dòng)板530頂部上的鏡，可以獲得粗糙表面，接著，在其上應(yīng)用一反射涂層510以使活動(dòng)板530頂部上的鏡具有反射性。依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，如圖恥所述，發(fā)散層520是一圖案化的絕緣膜，如氧化硅SiA和氮化硅Si3N4，其有一反射涂層510涂敷在發(fā)散層520的圖案化表面上。作為應(yīng)用一發(fā)散層520的另一個(gè)替代方案，通過將活動(dòng)板530頂部的鏡圖案化，可以獲得圖案化的表面，接著，在其上應(yīng)用一反射涂層510以使活動(dòng)板530的頂部具有反射性。依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，如圖5c所述，一反射涂層510涂敷在活動(dòng)板530頂部的鏡上，接著，一不均勻相變聚合物的發(fā)散層520如液晶被應(yīng)用到反射涂層510的頂部上。依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，如圖5d所述，聚合物結(jié)構(gòu)的發(fā)散層520被應(yīng)用到活動(dòng)板530頂部上的鏡，并在發(fā)散層520的聚合物結(jié)構(gòu)上涂敷一反射涂層510。一些聚合物結(jié)構(gòu)的例子包括聚二甲硅氧烷(PDMS)、聚對(duì)二甲苯基聚合材料、SU-8光阻和各種其它光阻。圖7a顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)使用一個(gè)具有雙軸MEMS裝置的活動(dòng)板的光學(xué)系統(tǒng)的模塊示意圖。雙軸MEMS鏡被集成制作在活動(dòng)板里，并順從活動(dòng)板的各種振動(dòng)模式以在反射來自照明源710的激光時(shí)降低散斑效應(yīng)?；顒?dòng)板720上的雙軸MEMS鏡利用其圍繞兩個(gè)正交軸的旋轉(zhuǎn)掃描激光以產(chǎn)生一個(gè)圖像在屏幕730上。光學(xué)系統(tǒng)還可以包括各種部件， 如在激光行進(jìn)路徑各個(gè)點(diǎn)上的反射鏡和透鏡。在該示范實(shí)施例里，使用了雙軸MEMS鏡，但是，可以使用任何鏡在本發(fā)明的活動(dòng)板里。圖7b顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)使用一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)板的光學(xué)系統(tǒng)的模塊示意圖。為了進(jìn)一步提高激光的反射角區(qū)別性和相位差，提供一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)板(沒有雙軸 MEMS鏡裝置)，使得一個(gè)較大的激光光斑被反射到另一個(gè)活動(dòng)板上，它又產(chǎn)生一個(gè)比之前更大的激光光斑在其它表面之上。在激光路徑上的第一活動(dòng)板被看作是主活動(dòng)板740，而其它被看作是次活動(dòng)板750。除了光學(xué)系統(tǒng)里的其它透鏡和鏡，有一個(gè)雙軸掃描MEMS鏡760以掃描方式反射激光，其圍繞兩個(gè)垂直軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，來自照明源710的激光到達(dá)屏幕730時(shí)，降低了散斑效應(yīng)。圖7c顯示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例一個(gè)使用一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)板和一個(gè)獨(dú)立雙軸MEMS鏡的光學(xué)系統(tǒng)的模塊示意圖。不同于有一個(gè)單獨(dú)的雙軸MEMS鏡用于激光掃描，該雙軸MEMS 鏡被制作在活動(dòng)板770內(nèi)。一個(gè)照明源710的激光束在由一個(gè)主活動(dòng)板740反射之后，將被散開成一個(gè)更大的激光光斑，主活動(dòng)板740在垂直和橫向方向上有不同振動(dòng)。這個(gè)更大的激光光斑將射到雙軸MEMS鏡上，其以掃描方式反射以產(chǎn)生一個(gè)圖像在屏幕730上。由于雙軸MEMS鏡隨著次活動(dòng)板振動(dòng)，雙軸MEMS鏡的掃描與次活動(dòng)板產(chǎn)生的散斑降低效應(yīng)結(jié)合在一起。在一個(gè)實(shí)施例里，在活動(dòng)板上制作有一個(gè)掃描鏡。設(shè)計(jì)和制作這個(gè)掃描鏡的例子如在 Yick Chuen CHAN 等的"Design and Fabrication of aMEMS Scanning Mirror with and without Comb Offet" (Proceedings of the2010 5th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered andMolecular Systems, January 20-23 2010, Xiamen, China)里所述，在此，其通過引用結(jié)合到本文。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的特別實(shí)施例，但應(yīng)該明白，本發(fā)明不受限于在此所述的精確構(gòu)造，從以上的描述，各種修改、變化和改變是顯而易見的。并且，這些修改、變化和改變被看作是如以下權(quán)利要求所闡述的本發(fā)明范圍的一部分。
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權(quán)利要求
1.一種MEMS裝置，用來降低激光掃描顯示器里散斑效應(yīng)，包括一個(gè)活動(dòng)板，其被設(shè)置以在活動(dòng)板的至少一個(gè)水平平面上周期性地振動(dòng)，和/或在活動(dòng)板的至少一個(gè)垂直平面上周期性地振動(dòng)；一個(gè)或多個(gè)第一致動(dòng)器，其被設(shè)置以在至少第一方向上周期性地移動(dòng)活動(dòng)板； 一個(gè)或多個(gè)第二致動(dòng)器，其被設(shè)置以在至少第二方向上周期性地移動(dòng)活動(dòng)板；和一個(gè)鏡，其被集成制作在活動(dòng)板內(nèi)，用于反射一入射激光束，使得入射激光束依照入射時(shí)間以不同角度射于該鏡，導(dǎo)致入射光束被反射和/或發(fā)散，具有時(shí)變特性，降低了被反射和/或被發(fā)散的入射光束的相干性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中 致動(dòng)器是靜電梳狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中 致動(dòng)器是磁致動(dòng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中 致動(dòng)器是壓電致動(dòng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中 活動(dòng)板是三角形形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中 所述鏡是一個(gè)雙軸掃描鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS裝置，其中第一致動(dòng)器在不同時(shí)間沿著第一方向移動(dòng)活動(dòng)板的每個(gè)側(cè)邊，使得入射激光束以不同角度射于所述鏡，從而形成一個(gè)反射激光束的圓形軌跡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中一個(gè)或多個(gè)第一梳齒沿著活動(dòng)板的一個(gè)外緣排列，并沿著活動(dòng)板的一個(gè)相對(duì)外緣排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中在活動(dòng)板頂部上的鏡的至少一部分被涂敷有一發(fā)散層。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS裝置，其中 發(fā)散層的表面被涂敷有一反射涂層。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS裝置，其中 發(fā)散層的表面被粗化。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS裝置，其中 發(fā)散層是一圖案化的絕緣膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS裝置，其中 發(fā)散層在其表面至少有一聚合物結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MEMS裝置，其中在雙軸掃描鏡頂部和發(fā)散層之間提供一反射涂層。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的MEMS裝置，其中 發(fā)散層是由不均勻的相變聚合物構(gòu)成。
16.一個(gè)使用如權(quán)利要求1所述MEMS裝置的光學(xué)系統(tǒng)，還包括一個(gè)照明源，其發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激光束，一個(gè)或多個(gè)激光束被射到MEMS裝置的鏡上， 從而以掃描方式被反射以產(chǎn)生一個(gè)圖像在顯示器上。
17. 一個(gè)使用如權(quán)利要求1所述MEMS裝置的光學(xué)系統(tǒng)，還包括 一個(gè)照明源，其發(fā)射一個(gè)或多個(gè)激光束，一個(gè)或多個(gè)激光束被射到一個(gè)MEMS裝置的周期性振動(dòng)活動(dòng)板上，從而被反射；至少一個(gè)額外的MEMS裝置，該MEMS裝置是權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其被安置以接收并以掃描方式反射從周期性振動(dòng)活動(dòng)板反射出的激光束，以產(chǎn)生一個(gè)圖像在顯示器上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于降低激光掃描顯示器里散斑噪聲的方法和裝置。特別地，提供一種MEMS裝置，其能夠重疊振動(dòng)在一個(gè)雙軸掃描鏡上以降低散斑效應(yīng)。
文檔編號(hào)G02B26/08GK102207634SQ20111005570
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者馮耀軍, 李致淳, 陳奕泉, 陳浩然 申請(qǐng)人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司