專利名稱：：提供斑紋減少的投影顯示表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明大體上涉及數(shù)字圖像投影，且更特定來說，本發(fā)明涉及一種激光投影機(jī)，其具有含熒光材料以減少所顯示圖像中的斑紋噪聲的投影屏幕。激光照明展現(xiàn)出能夠改進(jìn)色域及實(shí)現(xiàn)數(shù)字投影設(shè)備(包含能夠提供影院質(zhì)量成像的數(shù)字投影機(jī)及提供可攜式投影以使圖像更易共享的微型投影機(jī))所需的亮度水平的一些前景。然而，使用窄帶光源的投影系統(tǒng)的一個公認(rèn)問題是與斑紋有關(guān)。斑紋為由光學(xué)表面的隨機(jī)粗糙度(約為光的波長)導(dǎo)致的小尺度空間變動強(qiáng)度波動。激光器的增加相干性對投影系統(tǒng)引入重大影響，其中粗糙度產(chǎn)生干涉在一起的隨機(jī)相控次波源。此隨機(jī)強(qiáng)度波動降低圖像的有效質(zhì)量，尤其在較高頻率時(shí)本質(zhì)上產(chǎn)生遮掩小細(xì)節(jié)的“閃光效應(yīng)”且還產(chǎn)生實(shí)際上為假影的強(qiáng)度清晰度。許多研究者已詳細(xì)研究了斑紋現(xiàn)象，且約瑟夫·古德曼(JosephGoodman)已于“光學(xué)中的斑紋現(xiàn)象、理論及應(yīng)用(SpecklePhenomenainOptics,TheoryandApplication)”(羅伯茨(Roberts)及公司出版社,格林伍德村，CO,2007年)的書中公布了知識的綜合摘要。古德曼(Goodman)建議全幀顯示器應(yīng)具有斑紋水平，其中強(qiáng)度變動的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于調(diào)制裝置的強(qiáng)度分辨率的最低有效位的量值。對于數(shù)字電影應(yīng)用，強(qiáng)度分辨率一般為12位且對比率一般約為2000I。其它電影標(biāo)準(zhǔn)傾向于不同準(zhǔn)則，從而指示斑紋“應(yīng)不可見”，這可在數(shù)量上假定使斑紋水平等效于白光投影機(jī)在普通屏幕上的斑紋水平。斑紋噪聲可量化為斑紋對比度C(以百分比為單位)其中Istd是相對于平均強(qiáng)度Inrean的強(qiáng)度波動的標(biāo)準(zhǔn)偏差。全展開斑紋的斑紋對比度為100%。斑紋使成像系統(tǒng)解析小空間細(xì)節(jié)的能力降低并導(dǎo)致看上去很讓人厭煩的圖像的噪聲水平。更糟的情況是，由于無某一形式的校正，斑紋可能會令人很不適以呈現(xiàn)不適于顯示目的的相干照明。已存在用于降低成像顯示器中的斑紋效應(yīng)的可見度的許多方法。減少斑紋的常規(guī)策略包含修改照明的空間或時(shí)間相關(guān)性、將許多無關(guān)聯(lián)的斑紋圖案疊加到彼此上或修改斑紋的偏光態(tài)。一種方法提供顯示屏幕的振動或振蕩運(yùn)動。如果振蕩高于閾值速度，那么可明顯減少感知斑紋。其它方法包含通過使用靜態(tài)及振蕩漫射器或振蕩光纖或通過沿照明或成像光的路徑振動各種光學(xué)組件而加寬激光照明的光譜線寬及減少空間相關(guān)性。古德曼(Goodman)已特征化一些常用方法以減少顯示應(yīng)用中的斑紋I.引入偏光分集；2.引入移動屏幕；3.引入使斑紋的產(chǎn)生最小化的經(jīng)特殊設(shè)計(jì)屏幕；
背景技術(shù)：
：4.對于各色彩，加寬源的光譜或使用頻率略微不同的多個激光器，由此實(shí)現(xiàn)照明的波長分集；5.對于各色彩，使用空間上分離的多個獨(dú)立激光器，由此實(shí)現(xiàn)照明的角度分集；6.相較于眼睛的分辨率而超規(guī)格設(shè)計(jì)投影光學(xué)裝置；7.使具有隨機(jī)相格的變化漫射器成像到屏幕上；及8.使具有確定或正交相位碼的變化漫射器成像到屏幕上。此些方法的各者有利有弊。其一些很適合于高端數(shù)字電影投影，而其它者卻不是。另外，在許多情況中，單一方法可能無法足夠有效地將斑紋減少到可接受閾值以下。例如，偏光分集在許多情況下并不令人滿意，因?yàn)樾枰庖哉{(diào)制光或產(chǎn)生立體成像的任何投影機(jī)都無法允許不純態(tài)影響到觀看者。實(shí)現(xiàn)屏幕搖動的經(jīng)特殊設(shè)計(jì)屏幕可為有效，然而，其需要顯著修改不符合要求的會場。為實(shí)現(xiàn)屏幕搖動而修改大屏幕尤其困難，因?yàn)樵O(shè)備大且昂蟲貝ο光源的光譜加寬可實(shí)質(zhì)上降低斑紋的水平，然而，此在激光制造時(shí)可能難以控制，因?yàn)楫a(chǎn)生期望用于顯示應(yīng)用的可見固態(tài)源的許多方法使用將波長控制在約I納米左右的頻率雙晶體。多個獨(dú)立激光器可為非常好的方法，但取決于用以控制斑紋的元件的數(shù)量。此對從低亮度到高亮度的投影系統(tǒng)的整個范圍作用不明顯，因?yàn)?000流明的投影機(jī)需要與10000流明的投影機(jī)一樣無斑紋,但源的數(shù)量可高達(dá)10倍。例如，莫拉迪恩(Mooradian)等人揭示使用文章“高功率擴(kuò)展垂直腔面發(fā)射二極管激光器及陣列及其應(yīng)用(Highpowerextendedverticalcavitysurfaceemittingdiodelasersandarraysandtheirapplications)”(2005年日本東京的微型光學(xué)會議)中的樂法諾擴(kuò)展腔面發(fā)射激光器(NECSELS)來改進(jìn)斑紋性能。在此情況中，30到40個獨(dú)立(彼此不相干)發(fā)射體將斑紋減少到數(shù)個百分比。雖然使用較大數(shù)量的發(fā)射體來減少斑紋，但并非總是減少到數(shù)字電影嚴(yán)格要求所需的白光水平。在名稱為“投影顯示器設(shè)備、系統(tǒng)及方法(Projectiondisplayapparatus,system,andmethod)”的莫拉迪恩(Mooradian)等人的第7，296,897號美國專利中，揭示類似于古德曼(Goodman)所述的個別及組合技術(shù)以減少激光斑紋。第一，增加彼此實(shí)質(zhì)上不相關(guān)的激光器的數(shù)量。第二，可使用激光器的光譜加寬(曼妮(Manni)等人的第6，975，294號美國專利中也描述此技術(shù))。第三，成陣列的個別激光器可經(jīng)設(shè)計(jì)以與多個頻率、相位及方向(角度)分布一起操作。最后，光學(xué)元件可用以攪亂方向、相位及偏光信息。如前所述，增加激光器的數(shù)量可有效減少斑紋，但效果不完全。所述的額外方法大體上難以實(shí)施、昂貴或光學(xué)上不合意。名稱為“激光照明的投影顯示器(Laserilluminatedprojectiondisplays)”的戈沃羅夫(Govorkov)等人的第7，244，028號美國專利描述使用傳遞到掃描構(gòu)件的至少一個激光，所述掃描構(gòu)件暫時(shí)增大進(jìn)入透鏡的激光束散度，所述透鏡將光傳遞到照射空間光調(diào)制器的光束均勻器。當(dāng)與具有至少一個特征以進(jìn)一步減少斑紋的屏幕組合時(shí)，此將激光斑紋減少到可接受水平。暫時(shí)變動激光束散度大體上為減少斑紋的有效方式，但其也需要修改屏幕以完成斑紋減少。此對于一般投影用途來說不合意。名稱為“使用激光的用于減少顯示器中圖像質(zhì)量衰退的裝置(Deviceforreducingdeteriorationofimagequalityindisplayusinglaser)，，的季(Ji)等人的第7，116，017號美國專利描述由激光與屏幕之間的光路徑中的振動鏡組成的特定裝置。僅憑此無法將斑紋減少到可接受水平。名稱為“使用多波長多普勒偏移光束的斑紋抑制激光投影系統(tǒng)(Specklesuppressedlaserprojectionsystemusingamulti-wavelengthDopplershiftedbeam)”的羅迪(Roddy)等人的共同轉(zhuǎn)讓的第6，445,487號美國專利描述使用激光調(diào)頻結(jié)合及時(shí)偏轉(zhuǎn)光束的角度的裝置的方法。此方法需要對全部激光源并非均實(shí)用或可行的激光調(diào)制。類似地，應(yīng)用集中于使用聲光調(diào)制器來偏轉(zhuǎn)角度。這些裝置非常昂貴且僅可處理某些激光器類型及大小。現(xiàn)有技術(shù)中已描述減少斑紋的許多方法。名稱為“用于減少激光斑紋的方法、設(shè)備及漫射器(Method,apparatus,anddiffuserforreducinglaserspeckle)”的特里斯那迪(Trisnadi)等人的第6，747，781號美國專利揭示移動定位在中間圖像平面處的漫射元件，所述漫射元件將圖像像素細(xì)分成具有不同時(shí)間相位的更小單元。庫爾茲(Kurtz)等人的名稱為“激光投影顯示系統(tǒng)(Laserprojectiondisplaysystem)”的共同轉(zhuǎn)讓的第6，577，429號美國專利揭示使用電子可控降斑調(diào)制器來提供具有線性SLM的可控局部隨機(jī)化相變。特里斯那迪(Trisnadi)等人的名稱為“用于減少激光斑紋的方法及設(shè)備(Methodandapparatusforreducinglaserspeckle)”的第6，323，984號美國專利揭不使用圖像平面中的波前調(diào)制器來減少斑紋。弗洛倫斯(Florence)的名稱為“使用相干光的無斑紋顯不系統(tǒng)(Speckle-freedisplaysystemusingcoherentlight)”的第5，313，479號美國專利揭示光閥通過旋轉(zhuǎn)漫射器的照明。名稱為“全息顯微術(shù)的斑紋抑制(Specklesuppressionofholograghicmicroscopy)”的布里奧內(nèi)斯(Briones)的第4,256,363號美國專利及名稱為“后投影屏幕系統(tǒng)(Rearprojectionscreensystem)”的羅森(Rawson)的第4，143，943號美國專利各揭示通過移動投影路徑內(nèi)的漫射組件而減少斑紋的設(shè)備。名稱為“使用空間及時(shí)間混合的均勻減少斑紋的激光投影機(jī)(Uniformspecklereducedlaserprojectionusingspatialandtemporalmixing)，，的希爾斯坦(Silverstein)等人的共同轉(zhuǎn)讓的第2009/0284713號美國專利申請公開案教示使用光學(xué)路徑中的時(shí)變光學(xué)相移裝置來減少數(shù)字電影系統(tǒng)中的斑紋。雖然斑紋減少的常規(guī)方法對基于激光的投影系統(tǒng)具有一定適用性，但這些方法存在約束圖像質(zhì)量及減小總對比度以及增加投影設(shè)備的成本及復(fù)雜性的缺點(diǎn)。例如，成像路徑中的組件的任何類型修改均可能需要明顯重新設(shè)計(jì)、會使組件封裝復(fù)雜化及存在將噪聲或振動引入到投影機(jī)組件的光學(xué)及信號路徑中的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)椴煌愋偷目臻g光調(diào)制器(SLM)正用于數(shù)字投影，所以斑紋減少的問題進(jìn)一步復(fù)雜化。實(shí)際使用三種類型的SLM:點(diǎn)掃描、線掃描及逐幀。點(diǎn)掃描投影機(jī)通過一次光柵掃描單一像素而顯示圖像。許多投影機(jī)使用光柵光閥(GLV)或光柵機(jī)電系統(tǒng)(GEMS)，其使用具有經(jīng)可變致動以形成圖像的微小機(jī)械部件的衍射光柵來產(chǎn)生圖像。將來自此裝置的圖像一次單一線地掃描到顯示表面上。這些調(diào)制器具有簡單及成本方面的優(yōu)勢，因此可期望用在消費(fèi)型裝置(例如微型投影機(jī))中。然而，其存在由可傳遞的能量密度所致的問題，能量密度限制可安全投影的光的數(shù)量。其它投影機(jī)采用反射或透射液晶裝置(LCD)。這些SLM一次投影完整圖像幀。另外其它投影設(shè)備使用數(shù)字微鏡裝置及二維陣列的微機(jī)電反射器，例如來自得克薩斯州達(dá)拉斯市的德州儀器(TexasInstruments)公司的數(shù)字光處理器(DLP)。類似地，DLP裝置一次形成完整圖像幀。這些面積型裝置具有將更少能量密度傳遞到屏幕從而提供更安全操作的優(yōu)勢。因?yàn)槭褂眠@些不同SLM及投影技術(shù)以不同方式形成圖像，所以用一種類型的SLM來補(bǔ)償斑紋的解決方案在用在使用不同類型的SLM來形成圖像的投影機(jī)中時(shí)可能無效。已提出使用經(jīng)特殊設(shè)計(jì)屏幕來減少斑紋的許多不同方法。名稱為“無斑紋液晶投影顯不器(Non-speckleliquidcrystalprojectiondisplay)”的陳(Chen)等人的第6，122，023號美國專利揭示包含液晶材料的投影屏幕。當(dāng)用AC電壓驅(qū)動時(shí)，液晶材料略微振動以使得斑紋圖案快速改變，進(jìn)而使得觀看者所觀察的斑紋噪聲減少。名稱為“具有經(jīng)減少的斑紋噪聲的圖像投影(ImageProjectionwithReducedSpeckleNoise)”的亞維德(Yavid)及斯特恩(Stern)的第7，304,795號美國專利揭示包含多個光學(xué)共振腔的投影屏幕，所述光學(xué)共振腔在大于相干時(shí)間的時(shí)間內(nèi)捕捉入射激光及用于產(chǎn)生其中斑紋噪聲被減少的時(shí)變干涉圖案。名稱為“具有晶狀體前表面的前投影屏幕(Frontprojectionscreenwithlenticularfrontsurface)”的馬戈(Magocs)及貝克(Baker)的第5，473，469號美國專利揭示與激光投影機(jī)一起使用的前投影屏幕，所述激光投影機(jī)包含所述屏幕的正面上的雙凸透鏡陣列(所述屏幕并入有光散射粒子以形成漫射區(qū))及所述屏幕的背面上的反射器。因?yàn)槿肷涔饩€沿不同方向穿越所述漫射區(qū)的不同部分(這增加光線將并入有散射粒子的可能性)，所以斑紋噪聲被減少。以下技術(shù)中描述并入有變色材料的投影屏幕的使用。名稱為“用于可控制地產(chǎn)生激光顯不的方法及設(shè)備(MethodandApparatusforControllablyProducingaLaserDisplay)”的亞維德(Yavid)等人的第7，414，621號美國專利揭示用于將圖像投影到在屏幕上并入有至少一個磷光體的屏幕上的光柵掃描式激光顯示器，所述磷光體用于反射具有不同于入射激光束(其發(fā)射光譜的紫外光或IR波長區(qū)內(nèi)的光)的波長的波長的光。磷光體需要完全吸收激光束以完全利用此方法。名稱為“投影屏幕(ProjectionScreen)”的皮耶(Piehl)的第6，987，610號美國專利揭示包括襯底的投影屏幕，所述襯底上具有一個或一個以上熒光材料，其發(fā)射可見光，其中入射一個或一個以上范圍的可見光，并吸收不包含在所述一個或一個以上范圍內(nèi)的至少一個其它波長范圍內(nèi)的可見光；及一個或一個以上吸收材料，其安置于所述襯底與所述一個或一個以上熒光材料之間，所述一個或一個以上熒光材料反射所述一個或一個以上范圍內(nèi)的光的波長并吸收不包含在所述至少一個其它范圍內(nèi)及所述一個或一個以上范圍內(nèi)的光的波長。名稱為“具有量子點(diǎn)屏幕的單一激光多色彩投影顯示器(Singlelasermulti-colorprojectiondisplaywithquantumdotscreen)，，的斯基普(Skipor)等人的第2008/0172197號美國專利申請公開案揭示包括無源屏幕的顯示器，所述無源屏幕印刷有通過將單一UV激光束光柵掃描在所述屏幕上而激發(fā)的不同色彩量子點(diǎn)的圖案。名稱為“發(fā)射可見彩色光的使用可激發(fā)紫外線的磷光體的激光顯示器(LaserDisplaysusingUV-ExcitablePhosphorsEmittingVisibleColoredLight)”的哈力口(Hajjar)等人的第7，474，286號美國專利揭示一種顯示系統(tǒng)，其使用至少一個掃描激光束來激發(fā)屏幕上的呈發(fā)光以形成圖像的平行磷光條形式的一個或一個以上熒光材料。還需要對準(zhǔn)驗(yàn)證傳感器以驗(yàn)證激光調(diào)制時(shí)序在將激光光柵掃描在屏幕表面上期間恰好與磷光條對準(zhǔn)。在相關(guān)的揭示內(nèi)容中，名稱為“具有有光學(xué)熒光材料的屏幕的顯示系統(tǒng)(DisplaySystemsHavingScreenswithOpticalFluorescentMaterials)”的肯特(Kent)等人的第2008/0291140號美國專利申請公開案進(jìn)一步教示熒光材料可包含磷光體材料或量子名稱為“經(jīng)配置用于波長轉(zhuǎn)換的顯示器及顯示器屏幕(Displayanddisplayscreenconfiguredforwavelengthconversion)”的鮑威爾(Powell)等人的第2008/0048936號美國專利申請公開案揭示一種顯示屏幕，其包含含有波長轉(zhuǎn)換材料的耦聯(lián)體陣列。所述耦聯(lián)體經(jīng)配置以接收第一波長處的光并沿一方向而響應(yīng)性優(yōu)先發(fā)射第二波長處的光。名稱為“光源單位及投影機(jī)(Lightsourceunitandprojector)”的奧佳華(Ogawa)的第2009/0262308號美國專利申請公開案揭示一種投影機(jī)，其包含第一及第二光源(包括發(fā)光二極管或固態(tài)發(fā)光裝置)，其用于發(fā)射兩個預(yù)定波長帶中的每一者內(nèi)的光；及第三光源，其由透射所述第一光源的光并吸收從所述第二光源發(fā)射的光的磷光體形成。在此情況中，屏幕上不存在磷光體材料。因此，應(yīng)了解斑紋呈現(xiàn)在使用激光照明時(shí)投影設(shè)備設(shè)計(jì)中必須解決的經(jīng)常性問題。常規(guī)斑紋補(bǔ)償方法增加投影機(jī)設(shè)計(jì)的成本及復(fù)雜性，且大體上降低與投影機(jī)輸出相關(guān)的圖像質(zhì)量。接著，需要可用于廣泛成像技術(shù)且不影響投影機(jī)設(shè)計(jì)的斑紋補(bǔ)償機(jī)制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的為改進(jìn)數(shù)字圖像投影的技術(shù)。就此目的來說，本發(fā)明的一個實(shí)施例的特征在于用于減少來自投影機(jī)的斑紋假影的投影顯示表面，所述投影機(jī)具有含入射可見波長帶的至少一個窄帶光源，其中所述入射可見波長帶具有入射峰值波長及入射帶寬，所述投影顯示表面包括a)襯底，其具有反射至少所述入射可見波長帶內(nèi)的入射光的反射層'及b)熒光劑，其分布在所述反射層上，其中所述熒光劑吸收所述入射可見波長帶內(nèi)的光的一部分并發(fā)射具有發(fā)射峰值波長及發(fā)射帶寬的發(fā)射可見波長帶內(nèi)的光，其中所述發(fā)射帶寬比所述入射帶寬寬且至少為5納米寬；其中當(dāng)所述入射可見波長帶內(nèi)的入射光是入射在所述投影顯示表面上時(shí)，所產(chǎn)生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述入射可見波長帶與所述發(fā)射可見波長帶兩者內(nèi)的光，由此通過光譜加寬的機(jī)制而減少斑紋假影。本發(fā)明的設(shè)備具有的優(yōu)點(diǎn)在于其與用在投影機(jī)中的圖像形成技術(shù)無關(guān)。同樣地，本發(fā)明的設(shè)備非常適合于與使用空間光調(diào)制器(其將線性圖像掃描到顯示表面上)的投影系統(tǒng)一起使用，以及適合于一次形成完全二維圖像的投影系統(tǒng)。本發(fā)明具有的額外優(yōu)點(diǎn)在于其不增加投影設(shè)備本身的任何成本或復(fù)雜性。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于其減少斑紋且對圖像質(zhì)量無明顯影響。將通過審查對優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述及所附權(quán)利要求書及參考附圖而更清楚地理解及了解本發(fā)明的這些及其它方面、目的、特征及優(yōu)點(diǎn)。圖I是使用本發(fā)明的投影顯示表面的數(shù)字投影設(shè)備的簡化框圖；圖2是展示數(shù)字投影設(shè)備中的單一色彩通道的示范性發(fā)射光譜的曲線圖；圖3是展示通過吸收入射波長帶內(nèi)的光產(chǎn)生的熒光發(fā)射波長帶的理想實(shí)例的曲線圖；圖4是展示由小斯托克斯偏移引起的理想返回光光譜的曲線圖；圖5是展示經(jīng)稀疏分布熒光劑調(diào)節(jié)的顯示表面的放大前視圖及側(cè)視圖的圖；圖6A展示未使用熒光劑而產(chǎn)生的示范性斑紋圖案的圖像；圖6B展示具有根據(jù)本發(fā)明而產(chǎn)生的減少斑紋的圖像；圖7是繪制以若丹明6G熒光劑的光學(xué)密度為函數(shù)的綠激光的測量斑紋對比度及平均代碼值的曲線圖；圖8是繪制以若丹明6G熒光劑的光學(xué)密度為函數(shù)的紅色、綠色及藍(lán)色激光的測量斑紋對比度及平均代碼值的曲線圖；圖9是入射在未經(jīng)涂覆屏幕樣品上的綠色激光的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖10是入射在具有若丹明6G熒光劑的OD=O.04涂層的屏幕樣品上的綠色激光的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖11是入射在具有若丹明6G熒光劑的OD=O.30涂層的屏幕樣品上的綠色激光的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖12是入射在未經(jīng)涂覆屏幕樣品上的紅色、綠色及藍(lán)色激光的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖13是入射在具有若丹明6G熒光劑的OD=O.04涂層的屏幕樣品上的紅色、綠色及藍(lán)色激光的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖14是入射在具有若丹明6G熒光劑的OD=O.30涂層的屏幕樣品上的紅色、綠色及藍(lán)色激光的測量光譜輻射率對波長的曲線圖；圖15展示CIE19312°配色函數(shù)的曲線圖；及圖16展示根據(jù)本發(fā)明的對數(shù)字投影系統(tǒng)進(jìn)行色彩校準(zhǔn)的流程圖。具體實(shí)施例方式對于以下詳細(xì)信息，應(yīng)了解未特定展示或描述的元件可采用所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所眾所周知的各種形式。提供本文中所示及所述的圖以根據(jù)本發(fā)明的若干實(shí)施例而說明主要操作原理及沿其相應(yīng)光學(xué)路徑的組件關(guān)系，且圖可不展示實(shí)際尺寸或比例?？赡鼙仨氝M(jìn)行一些放大以強(qiáng)調(diào)基本結(jié)構(gòu)關(guān)系或操作原理。本發(fā)明的若干實(shí)施例通過調(diào)適顯示屏幕或其它類型的顯示表面對來自投影機(jī)的入射窄帶光的響應(yīng)而解決斑紋減少的問題。通過將入射光能的一部分重新分布到顯示屏幕表面上的發(fā)射材料，本發(fā)明的若干實(shí)施例有效擴(kuò)展顯示圖像的光譜帶寬，由此減少斑紋假影且對亮度及色彩質(zhì)量沒有影響或無明顯影響。圖I的簡化示意圖展示具有投影透鏡20的一種類型的投影設(shè)備10，投影透鏡20投射光束22以在具有設(shè)置于襯底25上的反射層26的顯示表面30上形成圖像。在一些實(shí)施例中，襯底25是由反射材料制成。在此情況中，反射層26可為襯底的頂面。位于光束22下方的觀看者150可觀看顯示表面30上的投影圖像。取決于觀看者與屏幕的距離及其它因素，觀看者還可感知斑紋假影及其它圖像假影，例如色變失效假影。投影設(shè)備10具有三個或三個以上色彩通道，通常為紅色(R)、綠色(G)及藍(lán)色(B)。各色彩通道分別具有窄帶光源16r、16g及16b及對應(yīng)空間光調(diào)制器12r、12g及12b。在優(yōu)選實(shí)施例中，空間光調(diào)制器12r、12g及12b是數(shù)字微鏡裝置，例如可從得克薩斯州達(dá)拉斯市的德州儀器公司購買的眾所周知的數(shù)字光處理器(DLP)空間光調(diào)制器。來自三個或三個以上色彩通道中的每一者的調(diào)制光是使用組合元件(例如二向色組合器14)而組合到相同光學(xué)路徑(光軸O)上。此基本模型同樣還適用于與此系統(tǒng)一起使用的LCD或其它類型的空間光調(diào)制器，且LCD調(diào)制器相對于其相干光源的定向不同。各光源16r、16g及16b是窄帶光源(例如激光光源或LED光源)，其具有以提供近處波長的小范圍內(nèi)的一定量的能量的峰值波長及帶寬為特征的可見波長帶。圖2的曲線圖說明波長帶40，其對應(yīng)于用作為數(shù)字投影機(jī)(例如圖I中所示的投影機(jī))中的照明源的代表性激光的發(fā)射光譜。在此實(shí)例中，激光是展示為綠色激光，其具有532納米的峰值波長λI但具有此中心值的各側(cè)附近的波長處的能量。波長帶40的寬度的特征為帶寬ΛλI(例如全寬半最大帶寬)。此相同的基本關(guān)系還適用于紅色及藍(lán)色激光(在其對應(yīng)波長帶內(nèi))。用在激光投影機(jī)中的典型激光帶寬是在O.05納米到O.50納米的范圍內(nèi)。光在極窄波長帶內(nèi)的此高集中度具有提供寬色域的優(yōu)點(diǎn)。然而，因?yàn)榧す饩吒呦嚓P(guān)性，所以此相同窄帶特性還為促使可感知斑紋在顯示圖像中形成的因素?？赏ㄟ^增加光能在光譜內(nèi)的擴(kuò)散而減少斑紋。本發(fā)明的方法嘗試以可控方式加寬此能量分布，且不過度損害圖像質(zhì)量。在本發(fā)明中，通過調(diào)節(jié)顯示屏幕(圖I的系統(tǒng)中的顯示表面30)對入射光的響應(yīng)而實(shí)現(xiàn)能量分布的此加寬?？梢栽S多種方式實(shí)現(xiàn)屏幕的此調(diào)節(jié)。在一個實(shí)施例中，熒光劑27(例如分布在顯示表面30的反射層26上的熒光染料)提供此光譜加寬功能，進(jìn)而補(bǔ)充反射層26的反射性。熒光染料為吸收第一波長處的光能并響應(yīng)于此吸收能量而發(fā)射從所述第一波長光譜偏移的第二波長處的光能的材料。例如，熒光染料對定位及追蹤分子成像應(yīng)用中的各種生化物質(zhì)有用。這些應(yīng)用使用稱為斯托克斯偏移的熒光染料響應(yīng)。斯托克斯偏移是關(guān)于λI處的經(jīng)透射及經(jīng)部分吸收的第一光能與λ2處的發(fā)射的第二光能之間的熒光響應(yīng)中的波長差。對于生物醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用，高選擇濾波器是用以使激發(fā)光的入射光波長與熒光波長分離。為有助于進(jìn)一步促進(jìn)此分離，研究者使用發(fā)射波長明顯高于激發(fā)波長的熒光的材料。然而，為了本發(fā)明，可期望由斯托克斯偏移所致的波長的僅略微偏移。參考圖3，展示一種類型的熒光染料的低斯托克斯偏移現(xiàn)象。熒光染料吸收具有入射峰值波長λI及入射帶寬ΛλI的入射波長帶42內(nèi)的入射可見光。接著，熒光染料發(fā)射具有發(fā)射峰值波長λ2及發(fā)射帶寬Δλ2的發(fā)射波長帶44內(nèi)的光。發(fā)射峰值波長λ2相對于入射峰值波長λI而偏移斯托克斯偏移△λS。根據(jù)本發(fā)明，入射波長帶42及發(fā)射波長帶44兩者將大體上在從約400納米延伸到約700納米的可見波長范圍內(nèi)。在低斯托克斯偏移條件(例如圖3中所表示的偏移)下，λI與λ2之間的斯托克斯偏移量△λS可低達(dá)數(shù)納米。在本發(fā)明的背景下，為加寬感知光的能量分布以減少斑紋，小于約40納米的偏移作用明顯。更優(yōu)選斯托克斯偏移可為更小值，例如小于約20納米或小于約10納米的偏移。投影圖像的觀看者無法感知所產(chǎn)生的此色偏移量。此外，因?yàn)榘l(fā)射波長帶44通常具有延伸尾部，所以光譜偏移保持較小會減少可重疊到相鄰色譜中的非需要?dú)堄喙狻５?，由于原激光與經(jīng)激發(fā)的發(fā)射光之間存在微小頻率差，所以屏幕上圖像中的斑紋假影被減少。優(yōu)選地，發(fā)射帶寬Λλ2比入射帶寬ΛλI寬且至少為5納米寬且不超過約50納米寬。較寬的帶寬有助于通過光譜加寬而提供斑紋減少?？捎糜诒景l(fā)明的示范性染料包含來自加州卡爾斯巴德市的生命技術(shù)(LifeTechnologies)公司的AlexaFluor染料。例如，對于綠色通道，AlexaFluor532染料具有532納米的吸收峰值波長λI及約555納米的發(fā)射峰值波長λ2。分布在反射層26上的熒光劑27的量可經(jīng)調(diào)整以控制入射波長帶42內(nèi)的被吸收的光的量，且熒光劑27產(chǎn)生發(fā)射波長帶內(nèi)的發(fā)射光。大體上，將期望使用相對較低量的熒光劑27以僅吸收入射光的一部分,使得來自顯不表面30的返回光含有從反射層26反射的入射波長帶42內(nèi)的光與由熒光劑27發(fā)射的發(fā)射波長帶44內(nèi)的光兩者。雖然皮耶(Piehl)(第6，987，610號美國專利)、斯基普(Skipor)等人(第2008/0172197號美國專利申請公開案)、哈加(Hajjar)等人(第7，474，286號美國專利)、肯特(Kent)等人(第2008/0291140號美國專利申請公開案)及鮑威爾(Powell)等人(第2008/0048936號美國專利申請公開案)的先前所提及參考案各教示包含熒光劑的顯示屏幕的使用，但本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)配置之間仍存在若干重要不同點(diǎn)。在這些參考案中的每一者中，熒光劑的用途為將入射光的色彩變成新色彩。在一些情況中，將不可見紫外線輻射轉(zhuǎn)換為可見光。相反，本發(fā)明的方法提供相對于入射光僅偏移小間隔的返回光。優(yōu)選地，偏移的量值足夠小，使得人類觀察者將感知的入射光及返回光具有相同色名(例如“紅色”、“綠色”或“藍(lán)色”)。此外，在現(xiàn)有技術(shù)參考案中，熒光劑經(jīng)設(shè)計(jì)以吸收幾乎全部入射激光，使得返回光僅含有發(fā)射光。相比之下，本發(fā)明中的返回光含有入射波長帶42與發(fā)射波長帶44兩者內(nèi)的光。此特征對產(chǎn)生光譜加寬以減少斑紋假影的可見度有用?，F(xiàn)有技術(shù)的投影屏幕沒有一個教示提供斑紋減少的配置。圖3的實(shí)例說明應(yīng)用本發(fā)明的方法以便為具有綠窄帶光源的綠色通道提供斑紋減少。在一些配置中，可通過使用單一熒光劑來僅給單一色彩通道(即，綠色通道或某一其它色彩通道)提供光譜加寬而實(shí)現(xiàn)斑紋假影的可見度的明顯降低。例如，一個色彩通道中的斑紋假影通常比在其它色彩通道中的更可見。因此，減少所述色彩通道中的斑紋假影可提供明顯的圖像質(zhì)量改進(jìn)，即使為其它色彩通道未提供斑紋減少。在其它配置中，通過將多個熒光劑分布在反射層上，可將相同斑紋減少原理應(yīng)用于多個色彩通道。例如，吸收紅色入射波長帶內(nèi)的光并發(fā)射對應(yīng)紅色發(fā)射波長帶內(nèi)的光的紅色熒光劑可與綠色熒光劑一起分布在反射層上。替代地，多個熒光劑27可分布在顯示表面30上以對于給定色彩通道進(jìn)行操作。例如，兩個熒光劑27(—者具有較小正斯托克斯偏移，且另一者具有較小負(fù)(反斯托克斯)偏移)可在入射波長帶42的兩側(cè)上提供光譜加寬。圖3中所示的特性響應(yīng)是理想化的且表示約等于初始激發(fā)光束的水平的水平處的受激熒光能的功率。實(shí)際上，此平衡關(guān)系并非必需；有用的是獲得足夠熒光以略微加寬色彩光的光譜分布使得斑紋假影被消除或至少減少到不可感知的水平。返回光未必具有兩個不同的峰值波長，如圖3的實(shí)例中所示。例如，圖4展示理想實(shí)例，其中入射波長帶42激勵發(fā)射波長帶44以具有較小斯托克斯偏移。另外，發(fā)射波長帶內(nèi)的返回光的功率小于入射波長帶42內(nèi)的返回光的功率。在此情況中，所得返回光波長帶46具有與入射波長帶42相同的峰值波長λ1，但具有加寬光譜及加寬帶寬ΛλΒ。此布置的優(yōu)點(diǎn)在于返回光的色偏移將明顯小于圖3的實(shí)例的色偏移。熒光劑(例如熒光染料)可以各種方式施加到投影屏幕的表面。例如，熒光染料可分散或懸浮在外加涂層內(nèi)。許多實(shí)際觀察適用于以此方式使用熒光染料(i)大體上，染料分子(納米級)將明顯小于顯示屏幕上的像素尺寸(毫米級)。因此，粒子或懸浮狀的熒光染料分子的分散使熒光染料能夠在不影響圖像分辨率的情況下以適合濃度施加到顯示屏幕表面上。(ii)在一個實(shí)施例中，針對色彩通道中的每一者(例如紅色、綠色及藍(lán)色)將一種單獨(dú)的熒光染料施加到投影屏幕表面。不同熒光染料可經(jīng)組合并施加為相同涂層的部分。替代地，不同熒光染料可施加在分離涂層中。在替代實(shí)施例中，僅針對單一色彩通道(例如綠色)施加熒光染料且不為其它色彩通道(例如藍(lán)色及紅色)提供投影屏幕的調(diào)節(jié)。應(yīng)了解可使用針對此目的的各種調(diào)節(jié)組合，包含對任何一個、任何兩個或全部三個色彩通道的處理。對于四色投影系統(tǒng)，甚至可具有更多排列組合。(iii)通常，需要較低數(shù)量的熒光染料以提供所需效應(yīng)。例如，已發(fā)現(xiàn)足以吸收入射波長帶內(nèi)的光的約10%的染料濃度提供典型配置中的實(shí)質(zhì)斑紋減少。大體上，熒光染料的濃度應(yīng)經(jīng)選擇以吸收入射波長帶內(nèi)的2%到40%之間的光。用于各色彩通道的熒光染料的最佳濃度將為許多因素(包含色彩通道的斑紋可見度及由特定熒光染料的斯托克斯偏移提供的光譜加寬的程度)的函數(shù)。(iv)當(dāng)熒光染料是施加到既有屏幕組成上時(shí)，某種額外涂層保護(hù)會對提供耐用性有用。在一個實(shí)施例中，防護(hù)層(例如聚合防護(hù)層)是提供在熒光劑27(圖I)的頂上以給熒光劑提供保護(hù)。優(yōu)選地，用于防護(hù)層的材料不應(yīng)具有可感知雙折射性。在替代實(shí)施例中，熒光劑27可懸浮在防護(hù)層內(nèi)。防護(hù)層大體上是用以保護(hù)熒光染料免受環(huán)境影響。在一些情況中，防護(hù)層還可摻雜或涂覆有紫外光阻斷劑以給熒光染料提供進(jìn)一步保護(hù)。一般來說，熒光劑發(fā)射具有低于激發(fā)能的能量(即，具有較長波長)的光。例如，此關(guān)系在圖3中加以展示。還存在使發(fā)射能具有較低波長的發(fā)熒光材料。已將此類型的響應(yīng)稱為“反斯托克斯”偏移。替代地，具有此類型響應(yīng)的材料可用于本發(fā)明的若干實(shí)施例。適合于與紅色通道中的投影光一起使用的熒光染料的實(shí)例包含表格I中所給出的熒光染料。大體上，應(yīng)選擇其中峰值吸收波長緊密匹配發(fā)射峰值波長(對于窄帶光源)的熒光染料。類似地，適合于與綠色通道一起使用的熒光染料的實(shí)例包含表格2中所給出的熒光染料，且適合于與藍(lán)色通道一起使用的熒光染料的實(shí)例包含表格3中所給出的熒光染料。表格I:與紅色通道一起使用的示范性熒光染料。權(quán)利要求1.一種投影顯示表面，其用于減少來自投影機(jī)的斑紋假影，所述投影機(jī)具有含入射可見波長帶的至少一個窄帶光源，其中所述入射可見波長帶具有入射峰值波長及入射帶寬，所述投影顯示表面包括a)襯底，其具有反射至少所述入射可見波長帶內(nèi)的入射光的反射層'及b)熒光劑，其分布在所述反射層上，其中所述熒光劑吸收所述入射可見波長帶內(nèi)的光的一部分并發(fā)射具有發(fā)射峰值波長及發(fā)射帶寬的發(fā)射可見波長帶內(nèi)的光；其中當(dāng)所述入射可見波長帶內(nèi)的入射光入射在所述投影顯示表面上時(shí)，所產(chǎn)生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述入射可見波長帶與所述發(fā)射可見波長帶兩者內(nèi)的光，由此減少圖像假影。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述經(jīng)減少圖像假影是斑紋假影或觀察者色變失效假影。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述發(fā)射帶寬比所述入射帶寬寬且至少為5納米寬。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述發(fā)射帶寬不超過50納米。5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述發(fā)射峰值波長是經(jīng)相對于所述入射峰值波長偏移。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影顯示表面，其中所述發(fā)射峰值波長是經(jīng)相對于所述入射峰值波長偏移不超過40納米。7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述熒光劑是熒光染料。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的投影顯示表面，其中所述熒光染料是若丹明6G、AlexaFluor532或BODIPY530/550。9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述熒光劑是量子點(diǎn)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影顯示表面，其中所述量子點(diǎn)是使用CdS、CdSe,ZnSe,InAs、GaAs或GaN制成。11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述熒光劑是均勻分布在所述襯底上。12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述熒光劑是稀疏地分布在所述襯底上。13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中分布在所述反射層上的所述熒光劑的量是經(jīng)調(diào)整以實(shí)質(zhì)上使斑紋可見度最小化。14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述襯底是由反射材料制成，且其中所述反射層對應(yīng)于所述襯底的頂面。15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其進(jìn)一步包含保護(hù)所述投影顯示表面的保護(hù)涂層。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的投影顯示表面，其中所述熒光劑是包含在所述保護(hù)涂層內(nèi)。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的投影顯示表面，其中所述保護(hù)涂層是施加在所述熒光劑的頂上。18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述投影顯示表面具偏光保存性使得所述返回光的偏光實(shí)質(zhì)上與所述入射光的偏光相同。19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中人類觀察者感知所述入射可見波長帶及所述發(fā)射可見波長帶內(nèi)的光具有相同色名。20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述入射可見波長帶內(nèi)的光的由所述熒光劑吸收的所述部分在2%與40%之間。21.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述斑紋假影是通過光譜加寬的機(jī)制而減少。22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其中所述發(fā)射峰值波長比所述入射峰值波長長，且所述投影顯示表面進(jìn)一步包含分布在所述反射層上的第二熒光劑，其中所述第二熒光劑吸收所述入射可見波長帶內(nèi)的光的一部分并發(fā)射具有第二發(fā)射峰值波長及第二發(fā)射帶寬的第二發(fā)射可見波長帶內(nèi)的光，所述第二發(fā)射峰值波長比所述入射峰值波長短。23.根據(jù)權(quán)利要求I所述的投影顯示表面，其進(jìn)一步包含分布在所述反射層上的一種或一種以上光吸收劑，所述光吸收劑吸收與所述入射可見波長帶或所述發(fā)射可見波長帶實(shí)質(zhì)上不重疊的一個或一個以上波長帶內(nèi)的環(huán)境光。24.一種投影顯示表面，其用于減少來自彩色投影機(jī)的斑紋假影，所述彩色投影機(jī)具有分別含第一、第二及第三入射可見波長帶的至少三個窄帶光源，其中各入射可見波長帶具有相關(guān)聯(lián)入射峰值波長及相關(guān)聯(lián)入射帶寬，所述投影顯示表面包括a)襯底，其具有反射至少所述第一、第二及第三入射可見波長帶內(nèi)的入射光的反射層；及b)第一突光劑，其分布在所述反射層上，其中所述第一突光劑吸收所述第一入射可見波長帶內(nèi)的光的一部分并發(fā)射具有第一發(fā)射峰值波長及第一發(fā)射帶寬的第一發(fā)射可見波長帶內(nèi)的光；其中當(dāng)所述第一入射可見波長帶內(nèi)的入射光入射在所述投影顯示表面上時(shí)，所產(chǎn)生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述第一入射可見波長帶與所述第一發(fā)射可見波長帶兩者內(nèi)的光，由此減少斑紋假影。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的投影顯示表面，其中所述發(fā)射帶寬比所述入射帶寬寬且至少為五納米寬。26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的投影顯示表面，其中所述第一發(fā)射峰值波長相對于所述第一入射峰值波長比相對于所述第二或第三入射峰值波長接近。27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的投影顯示表面，其中所述第一發(fā)射可見波長帶延伸以與所述第二或第三入射峰值波長相隔不小于30納米。28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的投影顯示表面，其中所述第一入射可見波長帶內(nèi)的光的由所述第一熒光劑吸收的所述部分在2%與40%之間且所述第二及第三入射可見波長帶內(nèi)的光的由所述第一熒光劑吸收的所述部分可忽略。29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的投影顯示表面，其進(jìn)一步包含c)第二熒光劑，其分布在所述反射層上，其中所述第二熒光劑吸收所述第二入射可見波長帶內(nèi)的光的一部分并發(fā)射具有第二發(fā)射峰值波長及第二發(fā)射帶寬的第二發(fā)射可見波長帶內(nèi)的光；其中當(dāng)所述第二入射可見波長帶內(nèi)的入射光入射在所述投影顯示表面上時(shí)，所產(chǎn)生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述第二入射可見波長帶與所述第二發(fā)射可見波長帶兩者內(nèi)的光。30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的投影顯示表面，其進(jìn)一步包含d)第三熒光劑，其分布在所述反射層上，其中所述第三熒光劑吸收所述第三入射可見波長帶內(nèi)的光的一部分并發(fā)射具有第三發(fā)射峰值波長及第三發(fā)射帶寬的第三發(fā)射可見波長帶內(nèi)的光；其中當(dāng)所述第三入射可見波長帶內(nèi)的入射光入射在所述投影顯示表面上時(shí)，所產(chǎn)生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述第三入射可見波長帶與所述第三發(fā)射可見波長帶兩者內(nèi)的光。全文摘要本發(fā)明揭示一種投影顯示表面，其用于減少來自投影機(jī)的斑紋假影，所述投影機(jī)具有含入射可見波長帶的至少一個窄帶光源，其中所述入射可見波長帶具有入射峰值波長及入射帶寬，所述投影顯示表面包括襯底，其具有反射至少所述入射可見波長帶內(nèi)的入射光的反射層；及熒光劑，其分布在所述反射層上，其中所述熒光劑吸收所述入射可見波長帶內(nèi)的光的一部分并發(fā)出具有發(fā)射峰值波長及發(fā)射帶寬的發(fā)射可見波長帶內(nèi)的光；其中當(dāng)所述入射可見波長帶內(nèi)的入射光入射在所述投影顯示表面上時(shí)，所產(chǎn)生的來自所述投影顯示表面的返回光含有所述入射可見波長帶與所述發(fā)射可見波長帶兩者內(nèi)的光，由此減少斑紋假影。文檔編號H04N9/31GK102934448SQ201180027891公開日2013年2月13日申請日期2011年6月13日優(yōu)先權(quán)日2010年6月16日發(fā)明者巴里·D·西爾弗施泰因,邁克爾·艾倫·馬庫斯,安德魯·F·庫爾茨申請人:柯達(dá)公司