專利名稱：具有發(fā)散束的掃描激光束圖像投影的系統(tǒng)和相應(yīng)方法
具有發(fā)散束的掃描激光束圖像投影 的系統(tǒng)和相應(yīng)方法本發(fā)明涉及圖像投影領(lǐng)域，且更具體地，涉及一種掃描激光束圖 像投影的系統(tǒng)和方法。隨著扶術(shù)的發(fā)展，掃描激光束圖像投影儀越來(lái)越變得小型化且因 而便于攜帶。與此同時(shí)，這些掃描激光束圖像投影儀也變得更加不昂 貴。作為這些趨勢(shì)的結(jié)果，可以預(yù)料，掃描激光束圖像投影儀的數(shù)量 以及這些設(shè)備的用途都將迅速增大。例如，小型掃描激光束圖像投影 儀可以合并到便攜式數(shù)據(jù)處理和/或通信設(shè)備(例如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、便攜式MP3音樂播放器)、組合通信/數(shù)據(jù)處理設(shè)備 等中，或者與之集成。隨著這些設(shè)備快速增加，需要關(guān)心安全性。具體地說(shuō)，照射到人 的眼睛上的雜散激光具有傷害其視力的潛在可能。隨著這些小型、便 攜的掃描激光束圖像投影儀變得更加普遍，激光非故意地射進(jìn)人的眼 睛里的事件自然將有所增加。因此，需要提供用于減小將人非故意地 暴露在有害激光中的可能性的方法和設(shè)備。美國(guó)專利6002505和歐洲專利申請(qǐng)EP1513008各自描述了一種掃 描激光束圖像投影儀，所述掃描激光束圖像投影儀包括用于檢測(cè)何時(shí) 有人進(jìn)入或者即將進(jìn)入光源和投影屏之間的光路的傳感器。在美國(guó)專 利6002505中公開的系統(tǒng)中，當(dāng)有人進(jìn)入或者即將進(jìn)入激光投影儀和 顯示屏之間的光路時(shí)，提供給激光器的電流供應(yīng)被斷開，或者與之不 同的是，當(dāng)激光掃描其中檢測(cè)到人的區(qū)域時(shí)激光被消隱。在歐洲專利 申請(qǐng)EP1513008所公開的系統(tǒng)中，當(dāng)有人進(jìn)入或即將進(jìn)入光源和投影 屏之間的光路時(shí)，光束的強(qiáng)度被減小或斷開。然而，這些裝置具有一些缺陷。首先，它們要求附加的傳感器和 其他元件，其導(dǎo)致成本上升且投影儀的尺寸增大.而且，這些解決方 案比起便攜式操作環(huán)境更適用于固定安裝。還有，該系統(tǒng)易于由錯(cuò)誤 警報(bào)(如可能進(jìn)入傳感區(qū)域的無(wú)生命物體)而關(guān)閉。因此，希望提供減小將人非故意地暴露在有害激光等級(jí)中的可能
性的掃描激光束圖像投影儀。還希望提供減小將人非故意地暴露在有 害的激光中的可能性的使用激光源投影圖像的方法。本發(fā)明旨在解決 一個(gè)或多個(gè)上述有關(guān)的問題。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，圖像投影設(shè)備包括適用于分別產(chǎn)生第 一到第三光束的第一、第二和第三激光器；適用于使用圖像數(shù)據(jù)調(diào)制 第一到第三光束的調(diào)制器；適用于將第一到第三光束掃描到顯示表面 上以顯示圖像的掃描器；和至少一個(gè)透鏡，所述透鏡適用于發(fā)散第一 到第三光束，使得每個(gè)被發(fā)散的光束的束寬度被增加以便近似地與圖 像的一個(gè)像素的寬度相等。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一種顯示圖像的方法包括產(chǎn)生第一 激光束；使用圖像數(shù)據(jù)調(diào)制第一激光束；將笫一激光束掃描到顯示表 面上以顯示圖像；以及發(fā)散第一激光束，使得被發(fā)散的第一激光束的 束寬度近似地與圖像的一個(gè)像素的寬度相等。按照本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一種圖像投影設(shè)備包括適用于產(chǎn)生 第一光束的第一激光器，適用于使用圖像數(shù)據(jù)調(diào)制第一光束的調(diào)制 器；適用于掃描第一光束以顯示圖像的掃描器；和適用于發(fā)散笫一光 束，從而增加所述第一光束的束寬度的第一發(fā)散器。附

圖1示出了激光束在顯示表面上的掃描投影； 附圖2示出了激光束在顯示表面上的掃描投影，在所述顯示表面 上所述光束被發(fā)散；附圖3是掃描激光束圖像投影儀的一個(gè)實(shí)施例的功能方框圖。附圖1示出了激光束3在顯示表面5上的掃描投影。如附圖1所 示，激光源2在顯示表面5上的光柵區(qū)域7掃描激光束3以產(chǎn)生圖像9。 所述激光束3跨越水平角0和豎直角(p進(jìn)行掃描以便覆蓋所述光柵區(qū) 域7。所述圖像9包含多個(gè)像素11，這些像素設(shè)置了圖像9的分辨率。 例如， 一種標(biāo)準(zhǔn)高分辨率圖像格式可能每條水平線包括480個(gè)像素 11，以及每幅圖像9包括360行像素11，這種圖像格式稱為480 x 360 圖像格式。具有更大的分辨率(例如640 x 480， 800 x 600等)的其他 顯示格式也是可能的，但是對(duì)于包含在移動(dòng)電話、PDA等中的價(jià)格低廉 的便攜式掃描激光束圖像投影儀而言，較低的分辨率格式可能更加普 遍。像在本文中所使用的，像素被定義為或者在顯示屏上或者存儲(chǔ)在 存儲(chǔ)器中的圖像的最小可分辨的區(qū)域。單色圖像中的每個(gè)像素都具有自己的亮度，例如從對(duì)應(yīng)黑色的0到對(duì)應(yīng)白色的最大值(例如針對(duì)8 比特像素的255 )。在彩色圖像中，每個(gè)像素都具有自己的亮度和顏色， 通常表示為紅、綠、藍(lán)(RGB)強(qiáng)度的三元組。可以將像素11的角寬度w表示為e/H，其中H是每行的像素?cái)?shù)。 類似地，可以將像素11的角高度v表示為(p/L，其中L是每幅圖像的 行數(shù)。 一旦確定了激光源2和顯示表面5之間的距離d，那么就能夠如 下確定顯示表面5上的每個(gè)像素11的寬度W:W=2d*tan(e/2H) (1) 類似地，得到顯示表面5上的每個(gè)像素11的高度H: H-2d*tan((p/2L) ( 2 )為了進(jìn)行說(shuō)明，考慮一個(gè)例子，其中H二480, L=360， d=l米，0=60° , (p=45° 。在這種情況下，得到顯示表面5上的圖像9的大小大約為1. 05m x 0. 79m，并且W-Hw 2. 2mm。同時(shí)，典型的激光束的角束寬度(即1/e束寬度)可能在0.5mrad - 0. 02865度的范圍內(nèi)，以致于在距離d為一米處，束寬度為O. 5mm。 因此，在這種情況下可以發(fā)現(xiàn)，激光束3的束寬度小于顯示在顯 示表面5上的圖像9的像素11的大小。因此，所述激光束3的光學(xué)能 量密度大于用全分辨率再現(xiàn)圖像9所需的強(qiáng)度。相應(yīng)地，通過增加激 光束3的束寬度，可以增加激光束3的光學(xué)安全性而不造成圖像分辨 率的任何損失。有利地，當(dāng)使所述激光束3的束寬度近似地(+/-10%， 優(yōu)選地+/-5%)與一個(gè)像素11的寬度相等時(shí)，就可以針對(duì)期望的圖像分辨率來(lái)優(yōu)化光學(xué)安全性。附圖2示出了激光束3在顯示表面5上的掃描投影，其中所述激 光束3被透鏡25發(fā)散。有利地，所述透鏡25發(fā)散所述激光束3以致 于在顯示表面5處的圖像平面中的束寬度近似地(+/-10%，優(yōu)選地 +/-5%)與被顯示圖像9的一個(gè)像素11的寬度相等。相應(yīng)地，所述激 光束3的光學(xué)能量的密度也被減小，并且甚至成比例地隨著激光束3 越來(lái)越遠(yuǎn)離激光源2而更加減少.相應(yīng)地，如果光束發(fā)生偏移并且非 故意地照射到人的瞳孔時(shí)，那么較低密度的光照射到人眼的視網(wǎng)膜 上。 一旦所述束寬度變得大于人的瞳孔的大小，使得一部分光線不對(duì) 眼睛造成傷害，那么這種效果會(huì)特別有益。附圖3是掃描激光束圖像投影儀300的一個(gè)實(shí)施例的功能方框 圖。掃描激光束圖像投影儀300包括笫一到笫三激光源310， 312和 314、調(diào)制器320、組合裝置330、掃描器340以及第一到第三發(fā)散器 350， 352和354。有利地，第一到笫三激光源310， 312和314包括紅光源、藍(lán)光源 和綠光源。然而，其他顏色設(shè)置是可能的，并且針對(duì)不止三種顏色(例 如紅、藍(lán)、綠1和綠2)可以使用不止三種激光源。有利地，調(diào)制器320按照待顯示的圖像來(lái)控制提供給激光源310， 312和314的電流以便調(diào)制從中產(chǎn)生的光的強(qiáng)度。其他調(diào)制設(shè)置也可以 被使用。有利地，組合裝置330包括"通常的，，鏡子332以及第一和笫二 二向色鏡334和336。其他利用光學(xué)耦合器(例如波導(dǎo))的設(shè)置也是可 能的。有利地，掃描器340包括掃描(偏轉(zhuǎn))鏡。有利地，第一到笫三發(fā)散器350, "2， "4中的每一個(gè)都包括適 用于發(fā)散來(lái)自各自激光源310， 312, 314的激光束的束寬度的光學(xué)透 鏡。這些透鏡可以是簡(jiǎn)單的凸透鏡，或者可以包括更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例 如圓錐透鏡。散射體、孔徑或上述所有的組合都可以用于笫一到笫三 發(fā)散器350， 352和354，以替代單個(gè)光學(xué)透鏡?，F(xiàn)在將解釋所述掃描激光束圖像投影儀300的操作。調(diào)制器320接收包括圖像數(shù)據(jù)的視頻信號(hào)150，并按照所述圖像數(shù)據(jù)調(diào)制來(lái)自第一 到第三激光源310， 312和314的光。來(lái)自第一到第三激光源310， 和314中的每個(gè)激光源的光通過第一到第三發(fā)散器350， 352和中 的相應(yīng)發(fā)散器。第一到第三發(fā)散器350， 352和"4中的每個(gè)發(fā)散器都 增加從該發(fā)散器通過的相應(yīng)激光束的角束寬度。有利地，笫一到笫三 發(fā)散器350， 352和354中的每個(gè)發(fā)散器都發(fā)散對(duì)應(yīng)的激光束，使得在 圖像要投影其上的顯示表面處，圖像平面中的所述對(duì)應(yīng)激光束的束寬 度近似地(+/-10%，優(yōu)選地+/-5%)與被顯示圖像的一個(gè)像素的寬度大小相等。
組合裝置300組合來(lái)自第一到第三激光源310， 312和314的激光 束，并將所組合的光束傳送給掃描器340。例如，在組合裝置330包括 鏡子332以及笫一和笫二二向色鏡334和336的情況下，來(lái)自笫一激 光源310的第一激光束通過第一發(fā)散器350并被鏡子332反射到第一 二向色鏡334。笫一二向色鏡334適用于通過第一激光束，并反射來(lái)自 第二激光源312的笫二激光束，因此組合了第一和第二激光束并將已 組合的第一和第二激光束導(dǎo)向第二二向色鏡326。第二二向色鏡326 適用于通過來(lái)自笫三激光源314的笫三激光束，并反射已組合的第一 和第二激光束，因此組合了笫一、笫二和笫三激光束，并將已組合的 第一、第二和第三激光束導(dǎo)向掃描器340。相應(yīng)地，所述激光束的光學(xué)能量密度被笫一到笫三發(fā)散器350， 352， 354所減小，并且甚至成比例地隨著激光束越來(lái)越遠(yuǎn)離掃描激光 束圖像投影儀300而更加減少。由于這種較低的密度，如果光束發(fā)生 偏離并且非故意地照射到人的瞳孔時(shí)，那么較低密度的光就照射到人 眼的視網(wǎng)膜上。 一旦所述束寬度變得大于人的瞳孔的大小，那么這種 效果是極為有利的。可選地，在一個(gè)不同的實(shí)施例中，可以使用僅僅一個(gè)激光源310 和一個(gè)發(fā)散器350來(lái)顯示單色圖像。當(dāng)所述掃描激光束圖像投影儀合 并到便攜式MP3音樂播放器中或者與便攜式MP3音樂播放器集成時(shí)， 在顯示文本(例如瀏覽MP3文件列表)時(shí)可以使用這樣的設(shè)置。其他的變化也是可能的。例如，代替使用三個(gè)獨(dú)立的發(fā)散器，可 以在第一、第二和第三激光束被組合之后的光路中提供一個(gè)單獨(dú)的發(fā) 散器350 (例如單個(gè)透鏡)，以便增加已組合的第一、笫二和笫三激光 束的束寬度。雖然本文公開了一些優(yōu)選的實(shí)施例，許多變化是可能的，其仍然 在本發(fā)明的概念和范圍內(nèi)。在查閱了本文說(shuō)明書、附圖和權(quán)利要求之 后，這樣的變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是清楚的。因
權(quán)利要求
1.一種圖像投影設(shè)備(300)，包含第一(310)、第二(312)和第三(314)激光器，這些激光器適用于分別產(chǎn)生第一到第三光束；調(diào)制器(320)，適用于使用圖像數(shù)據(jù)調(diào)制第一到第三光束；掃描器(340)，適用于掃描第一到第三光束到顯示表面(5)上以顯示圖像；和至少一個(gè)透鏡(350)，適用于發(fā)散第一到第三光束，使得每個(gè)被發(fā)散的光束的束寬度被增加，以便近似等于所述圖像的一個(gè)像素的寬度。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備(300 )，進(jìn)一步包含用于組合第一、 第二和第三光束的組合裝置(HO)。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備(300 )，其中所述組合裝置(330 ) 包含兩個(gè)二向色鏡(334， 336 )。
4. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備(300 )，其中所述至少一個(gè)透鏡(350 ) 包括三個(gè)透鏡(350， 352， 354 )，所述三個(gè)透鏡(350， 352, 354 )中的每個(gè)透鏡都適用于發(fā)散來(lái)自第一、第二和笫三激光器(no， 312,314)中相應(yīng)激光器的第一到第三光束中的相應(yīng)光束。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備(300)，其中所述三個(gè)透鏡(350， 352， 354 )中的每個(gè)透鏡都被設(shè)置在第一、第二和第三激光器(310, 312， 314)中的相應(yīng)激光器與組合裝置(330 )之間的光路中。
6. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)透鏡(350 )包 含三個(gè)透鏡(350， 352， 354 )，所述三個(gè)透鏡(350， 352， 354 )中 的每個(gè)透鏡都適用于發(fā)散來(lái)自笫一、笫二和第三激光器(H0， 312， 314 )中相應(yīng)的一個(gè)激光器的笫一到笫三光束中相應(yīng)的一個(gè)光束'
7. —種顯示圖像的方法，包含 產(chǎn)生第一激光束；使用圖像數(shù)據(jù)調(diào)制所述第一激光束； 掃描所述第一激光束到顯示表面上以顯示圖像；和 發(fā)散所述笫一激光束，使得被發(fā)散的第 一激光束的束寬度近似等于 所述圖像的一個(gè)像素的寬度。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包含 產(chǎn)生第二和第三激光束；使用圖像數(shù)據(jù)調(diào)制所述第二和第三激光束； 掃描所述第二和第三激光束到所述顯示表面上以顯示所述圖像；和發(fā)散所述第二和第三激光束，使得每個(gè)被發(fā)散的激光束的束寬度 近似等于所述閨像的一個(gè)像素的寬度。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包含組合所述第一、第二和 第三激光束。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中發(fā)散所述第一、第二和第三 激光束包括將所述第一、第二和第三激光束分別通過第一到第三透 鏡。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述發(fā)散第一、笫二和笫三 激光束的步驟在組合所述第一、第二和第三激光束之前發(fā)生。
12. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中發(fā)散所述第一激光束包含將 所述第一激光束通過透鏡。
13. —種圖像投影設(shè)備(300)，包含 第一激光器(310)，適用于產(chǎn)生第一光束；調(diào)制器(320 )，適用于使用圖像數(shù)據(jù)調(diào)制所述笫一光束； 掃描器(340 )，適用于掃描所述笫一光束以顯示圖像；和 笫一發(fā)散器(350 )，適用于發(fā)散所述第一光束，使得所述笫一光束的束寬度增加。
14. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備(300 )，其中所述第一發(fā)散器(350 )適用于增加所述第一光束的束寬度，使得它近似等于所述圖像的一個(gè) 像素的寬度.
15. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備(300 )，其中所述發(fā)散器(350 ) 包含透鏡。
16. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備(300 )，進(jìn)一步包含第二 (312)和第三(n4)激光器，適用于產(chǎn)生第二和笫三光束；和第二 ( 352 )和笫三(354 )發(fā)散器，適用于分別發(fā)散所述第二和 第三光束，使得第二和第三光束中的每個(gè)的束寬度被增加， 其中所述調(diào)制器(320 )適用于使用圖像數(shù)據(jù)調(diào)制'第二和第三光 束，和其中所述掃描器(340 )適用于掃描所述第二和第三光束到所述顯 示表面上以顯示所述圖像。
17. 如權(quán)利要求16所述的設(shè)備(300 ),其中所述第一(350 )、 第二 ( 352 )和第三(354 )發(fā)散器分別適用于增加所述第一、第二和 第三光束的束寬度，使得所述第一、第二和第三光束中每一個(gè)的束寬 度近似等于所述圖像的 一個(gè)像素的寬度。
18. 如權(quán)利要求16所述的設(shè)備(300 )，其中所述第一 (350 )、 第二 ( 352 )和第三(354 )發(fā)散器中的每一個(gè)都包含透鏡。
19. 如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，進(jìn)一步包含組合裝置(330 )， 用于組合所述第一、第二和第三光束，所述組合器包括兩個(gè)二向色鏡(334, 336 )。
全文摘要
一種投影儀(300)包含產(chǎn)生光束的激光器(310)、使用圖像數(shù)據(jù)調(diào)制所述光束的調(diào)制器(320)、掃描所述光束以顯示圖像的掃描器(340)和發(fā)散所述光束以增加其束寬度的發(fā)散器(350)(例如透鏡)?？梢栽黾铀龉馐氖鴮挾龋沟盟频扔谒鰣D像的一個(gè)像素的寬度。一種三色投影儀(300)包含產(chǎn)生第二和第三光束的第二和第三激光器(312，314)、發(fā)散所述第二和第三光束以增加其束寬度的第二和第三發(fā)散器(352，354)以及用于組合所述三個(gè)光束的裝置(330)。
文檔編號(hào)H04N9/31GK101213844SQ200680023699
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者A·J·S·M·德瓦恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司