專利名稱：采用散斑減小激光源的圖像投影儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像投影儀，且更特定來說但非排他性地，涉及采用散斑減小激光源的圖像投影儀。
背景技術：
此部分介紹可幫助促進對本發(fā)明的更好理解的方面。因此，此部分的陳述應鑒于此來閱讀且不應理解為關于什么在現(xiàn)有技術中或什么不在現(xiàn)有技術中的承認。投影儀是集成有光源、光學器件、電子器件及光調(diào)制元件的裝置，其目的是將圖像或圖像序列(例如)從計算機或視頻輸入投射到墻壁或屏幕上以用于大圖像觀看。市場上可購得許多投影儀，且其在其大小、分辨率、性能及其它特征上不同。一些投影儀采用激光光源，因為使用激光使得能夠形成可能通過其它(非激光)光源難以實現(xiàn)的具有廣泛色彩覆蓋范圍的振動圖像。然而，激光圖像投射的一個顯著障礙是往往將粒狀結(jié)構(gòu)疊加于所察覺圖像上的散斑現(xiàn)象。由于散斑不僅使圖像清晰度降低而且還使觀看者煩惱，因此高度期望減小散斑。

發(fā)明內(nèi)容
本文中揭示一種具有一個或一個以上寬帶激光器的圖像投影儀的各種實施例，所述圖像投影儀經(jīng)設計以經(jīng)由波長多樣化來減小所投射圖像中的散斑的外觀。在一個實施例中，寬帶激光器具有有源光學元件及非線性光學元件，兩者均位于激光器腔內(nèi)部。所述寬帶激光器產(chǎn)生一輸出光譜，所述輸出光譜的特征在于約IOnm的光譜擴展且具有對應于所述腔的不同空間模式的多個光譜線。不同的個別光譜線有效地產(chǎn)生獨立的散斑配置，所述獨立的散斑配置在所述所投射圖像中變成強度疊加的，借此導致對應的散斑襯比減小。根據(jù)一個實施例，提供一種用于投射圖像的光學裝置。所述光學裝置具有(i)第一激光器，其包含激光器腔且適于產(chǎn)生第一光束；及(ii)空間光調(diào)制器(SLM)，其配置成使用所述第一光束來照射。所述SLM適于使用由多個像素產(chǎn)生的空間圖案來調(diào)制所接收的照射光以形成所述圖像。所述第一光束具有包含多個光譜線的光譜，所述多個光譜線對應于所述激光器腔的多個不同空間模式。所述光學裝置使用具有所述光譜的光來投射所述圖像。根據(jù)另一實施例，提供一種投射圖像的方法。所述方法具有以下步驟用第一激光器產(chǎn)生第一光束；引導所述第一光束以照射SLM;及用由多個像素產(chǎn)生的空間圖案來調(diào)制由所述SLM接收的照射光以形成所述圖像。所述第一激光器包含激光器腔。所述第一光束具有包含多個光譜線的光譜，所述多個光譜線對應于所述激光器腔的多個不同空間模式。 所述方法進一步具有使用具有所述光譜的光來投射所述圖像的步驟。根據(jù)又一實施例，提供一種用于投射圖像的光學裝置。所述光學裝置具有第一激光器，所述第一激光器適于產(chǎn)生具有一光譜的第一光束，所述光譜的特征在于大于約2nm 但小于約20nm的光譜擴展。所述光學裝置進一步具有SLM，所述SLM配置成使用所述第一光束來照射，其中所述SLM適于使用由多個像素產(chǎn)生的空間圖案來調(diào)制所接收的照射光以形成所述圖像。所述光學裝置使用具有所述光譜的光來投射所述圖像。根據(jù)再一實施例，提供一種激光器，其具有激光器腔及適于以光學方式對所述激光器腔進行泵激的光學泵。所述激光器適于產(chǎn)生特征在于寬帶光譜的光束。所述光譜包含對應于所述激光器腔的多個不同空間模式的多個光譜線。


借助實例，依據(jù)以下詳細說明及附圖，本發(fā)明的各種實施例的其它方面、特征及益處將變得更完全顯而易見，附圖中圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的投影儀的框圖；圖2展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可在圖1的投影儀中使用的激光器的框圖；圖3A到圖;3B以圖示方式展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖2中所示的激光器的代表性光譜特性。
具體實施例方式在激光圖像投影儀中，散斑減小通常是基于將檢測器(例如，人眼)的空間及/或時間分辨率內(nèi)的兩個或兩個以上獨立散斑配置平均化。對于人眼，可從稱為閃爍融合閾值或閃爍融合速率的生理學參數(shù)推斷出平均化時間。更特定來說，以低于閃爍融合速率的速率顫動的光由人類察覺為閃爍。相比之下，以高于閃爍融合速率的速率顫動的光被察覺為在時間上恒定。閃爍融合速率在人與人之間不同且還取決于個人的疲勞水平、光源的亮度及正用來觀察光源的視網(wǎng)膜區(qū)域。然而，非常少的人察覺到高于約75Hz的速率的閃爍。實際上，在電影及電視中，幀遞送速率介于20Hz與60Hz之間，且30Hz為常用。對于壓倒性的大多數(shù)人，這些速率高于其閃爍融合速率?？墒褂谜丈浼す馐南辔?、角度、偏振及/或波長的多樣化來產(chǎn)生獨立散斑配置。 用以實現(xiàn)相位及角度分集的一種方法是使用時變(例如，振動)散射器。例如，可通過使用展現(xiàn)良好去偏振特性的投射屏幕來實現(xiàn)偏振分集。波長分集減小散斑，因為散斑是取決于照射光的波長的干涉現(xiàn)象。由于相位、角度、偏振及波長分集為照射激光束的獨立特性，因此可組合且同時及/或互補地使用不同的多樣化技術。下文參照示范性圖像投影儀來解釋根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的波長多樣化?？稍?(例如)共同擁有的第7，502，160號美國專利及第12/017，440號美國專利申請案中找到數(shù)種額外圖像投影儀的說明，也可在其中實踐本發(fā)明的各種實施例，所述專利中的每一者以整體引用的方式并入本文中。所屬領域的技術人員將容易地理解如何在這些圖像投影儀中以及在已經(jīng)知道或?qū)黹_發(fā)的其它圖像投影儀中使用下文所描述的波長-多樣化技術及/ 或裝置。圖1展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的投影儀100的框圖。投影儀100具有光源 110，光源110適于將多色光(例如，紅色、綠色及藍色)饋送到調(diào)制器區(qū)段150中。調(diào)制器區(qū)段150產(chǎn)生在空間上經(jīng)強度調(diào)制的光束170，光束170在穿過投射透鏡160之后在屏幕 190上形成多色圖像。盡管在圖1中將投射透鏡160說明性地展示為具有三個透鏡160a到 160c的復合透鏡，但可類似地使用其它類型的投射透鏡。
光源110具有一組三個激光器112r、112g及112b，其每一者分別適于產(chǎn)生指定色彩(例如，紅色、綠色及藍色)的脈動光。在一個實施例中，激光器112r、112g及112b中的每一者產(chǎn)生具有相對大光譜擴展的光。如本文中所使用，應將術語“光譜擴展”解釋為指代以下各項中的一者或兩者(i)由激光器產(chǎn)生的輸出發(fā)射帶的光譜寬度(以所述發(fā)射帶為基數(shù)所測量)；及( )所述發(fā)射帶的半高全寬(FWHM)。在各種實施例中，所述光譜擴展大于約lnm，或大于約2nm，或大于約5nm，或大于約7nm，或甚至大于約lOnm。同時，激光器112r、112g及112b中的每一者的所要光譜擴展通常具有對應于閾值的上限，高于所述閾值由所述激光器產(chǎn)生的輸出光束被察覺為具有不飽和或不純凈的色彩，而非被察覺為具有飽和且實質(zhì)純凈的色彩。舉例來說，激光器112r 的光譜擴展經(jīng)選擇以使得由所述激光器產(chǎn)生的輸出光由人眼察覺為在色彩上為大體紅色。 類似地，激光器112g的光譜擴展經(jīng)選擇以使得由所述激光器產(chǎn)生的輸出光由人眼察覺為在色彩上為大體綠色，且激光器112b的光譜擴展經(jīng)選擇以使得由所述激光器產(chǎn)生的輸出光由人眼察覺為在色彩上為大體藍色。對所述光譜擴展的代表性上限為約20nm，且對于一些色彩可為約15nm。激光器112r、112g及112b的這些光譜特性幫助由于上述波長多樣化而減小由投影儀100投射的圖像中的散斑的外觀。下文參照圖2及圖3A到圖:3B更詳細地描述可用以實施激光器112r、112g及112b中的每一者的激光器的數(shù)個實施例。由激光器112r、112g及11 產(chǎn)生的光學光束中的每一者為由置于激光器前面的對應透鏡114準直的發(fā)散光束。所得經(jīng)準直光學光束實質(zhì)位于平行于XY平面的平面中，如圖1中所指示。激光器112r、112g及112b同步，使得調(diào)制器區(qū)段150接收光的周期性脈沖鏈。舉例來說，每一照射周期可具有三個或三個以上不同色彩的順序脈沖，其中所述脈沖以選定重復速率(例如，約60Hz)出現(xiàn)。色彩組合器(也常常稱作X立方體)118朝向一光學布置(重新)引導從透鏡 114r、114g及114b接收的經(jīng)準直光學光束，所述光學布置由第一光學散射器122、準直/聚光透鏡1 及第二光學散射器130組成，下文更詳細地描述其相應光學功能。在圖1中， 將光源110展示為具有位于透鏡1 下游的光學散射器130。在替代實施例中，光學散射器130可被置于透鏡1 上游。光源110可進一步并入有偏振器或其它折射元件(未明確展示)，其用以在必要的情況下調(diào)整輸出光束132的偏振以使得能夠恰當操作調(diào)制器區(qū)段 150。調(diào)制器區(qū)段150具有以光學方式耦合到偏振分束器(PBQ 152的硅上液晶(LCOS) 空間光調(diào)制器(SLM) 156及四分之一波(λ /4)板154。可用作SLM 156的代表性LC0SSLM 描述于(例如)M. G.魯賓遜(M. G. Robinson)、J.陳(J. Chen)、G. D.夏普(G. D. Sharp)、 威立(Wiley)的 “LCD 投射的偏振工程設計(Polarization Engineering for LCD Projection)，，(奇切斯特(英國)，2005年，第11章，第257到275頁)中，其教示以整體引用的方式并入本文中。可適于用作SLM 156的LCOS SLM還揭示于(例如)第7，沈8，852 號、第6，940，577號及第6，797，983號美國專利中，所有這些專利以全文引用的方式并入本文中?？捎米鱏LM 156的合適的LCOS SLM由JVC公司制造且作為JVC投影儀型號DLA-HDI 的部分可在市場上購得。PBS 152相對于光束132的偏振定向，以便朝向SLM 156重新引導所述光束的實質(zhì)所有光。四分之一波板1 為折射板，其產(chǎn)生通常穿過其的光學光束的兩個正交線性偏振分量之間的波長的約四分之一的延遲。通常，橫越四分之一波板1 兩次致使光被引導到SLM 156且接著從SLM(從處于接通狀態(tài)的像素)反射，以獲得需要由PBS 152透射的偏振。也就是說，此經(jīng)反射光的偏振使得PBS 152在不實質(zhì)朝向光源110反射回此光的情況下透射所述光。在透射通過PBS 152之后，從SLM 156反射且由透鏡160整形的空間上經(jīng)調(diào)制光形成輸出光束170。由SLM 156的接通狀態(tài)像素顯示的每一反射圖案表示待投射到屏幕190上的圖像，且所述SLM可針對光的每一突發(fā)顯示新反射圖案。實際上，投射透鏡160使由SLM 156 顯示的反射圖案成像到屏幕190上。如果突發(fā)重復速率足夠高(例如，大于閃爍融合速率)， 那么對應于三個不同色彩的圖像由人眼融合，借此形成所察覺多色圖像。光學散射器122適于充當光束整形器。激光器112通常發(fā)射具有大體圓形或橢圓形橫截面的光錐，而SLM 156通常具有適合于顯示矩形圖像的大體矩形有源區(qū)域(S卩，含有可重新配置像素的區(qū)域)。因此，光學散射器122將具有大體圓形或橢圓形橫截面的光束變換成對應于SLM 156的有源區(qū)域的形狀的形狀的具有大體矩形橫截面的光束。以全文引用的方式并入本文中的第7，307，786號美國專利揭示如何制作及使用可充當光學散射器122的光學散射器。在各種實施例中，選自可從美國紐約羅徹斯特的RPC光子公司(RPC Photonics, Inc.)購得的光學散射器的各種光學散射器可用作光學散射器122。當執(zhí)行光束整形時，光學散射器122更改透射通過其的光學光束的角發(fā)散。更特定來說，光學散射器122將從色彩組合器118接收的實質(zhì)經(jīng)準直光束轉(zhuǎn)換成發(fā)散光束，例如，如圖1中的對應虛線所指示。透鏡1 經(jīng)配置以實質(zhì)重新準直所述發(fā)散光束且朝向光學散射器130引導所得經(jīng)準直光束。光學散射器130適于執(zhí)行至少兩個光學功能(1)充當空間強度均化器；及(2)將指定角分布施加到從透鏡126接收的經(jīng)準直光束上。參照光學散射器130的第一功能，施加到光學散射器130的光通常具有各種強度不均勻性，主要因為由激光器112發(fā)射的光的光束具有不均勻強度分布，例如亮點及/或各種形狀的條紋，其中聚集于光束的中心軸附近的光比其周界附近多。然而，通常在將SLM 156置于其有源區(qū)域上的大體均勻照射或?qū)嵸|(zhì)均勻強度分布下的情況下獲得高質(zhì)量的所投射圖像。因此，光學散射器130將不均勻光強度分布變換成實質(zhì)均勻光強度分布。參照光學散射器130的第二功能，在一個實施例中，所述光學散射器包含具有相對復雜的微結(jié)構(gòu)化表面的光學透明板。如果經(jīng)準直光束撞擊到光學散射器130上，那么所述表面的不同部分將所述經(jīng)準直光束的對應部分的傳播方向改變相應的不同的量，借此在由所述光學散射器產(chǎn)生的光束中形成對應角分布。此角分布界定SLM 156的每一像素以其來從光源110接收光且在所述SLM處產(chǎn)生入射角度分集的角度范圍。在各種實施例中，光學散射器130可經(jīng)設計以產(chǎn)生范圍從約2度到約10度的角分布寬度。以全文引用的方式并入本文中的第20020034710號美國專利申請公開案揭示如何制作及使用可充當光學散射器130的光學散射器。在各種實施例中，選自可從美國紐約羅徹斯特的RPC光子公司購得的光學散射器的各種光學散射器可用作光學散射器130。當投影儀100中的光學元件在時間上靜止(不相對于彼此移動)時，SLM 156的像素接收特征在于具有不同入射角度的光線之間的某一相位關系的照射。然而，此相位關系依據(jù)像素相對于光學散射器130的位置而改變。投影儀100經(jīng)設計以利用此相對相位變化來產(chǎn)生所投射圖像中的散斑減小。在一個實施例中，光學散射器130適于沿如圖1中的雙頭箭頭所指示的X軸移動 (例如，振蕩)。在SLM 156的給定像素處，光學散射器130的此運動對具有不同入射角度的光線的相對相位施加振蕩時間調(diào)制，而不實質(zhì)改變以其來在所述像素處接收光的角度范圍。如果此振蕩調(diào)制的頻率足夠高(例如，高于閃爍融合速率)，那么可進一步減小所投射圖像中的散斑的外觀，因為所述調(diào)制能夠減小(或優(yōu)選地破壞)在所述像素處接收的光的空間相干性且抑制導致散斑的干涉效應。圖2展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可用作激光器112的激光器200的框圖。激光器200具有光學泵210 (例如，發(fā)光二極管)，其經(jīng)由耦合透鏡212以光學方式對激光器腔220進行泵激。激光器腔220由后耦合器222及前耦合器2 界定。后耦合器222讓由光學泵210產(chǎn)生的泵光進入激光器腔220，但充當用于在所述腔內(nèi)部產(chǎn)生的光的具高度反射性的反射鏡。在激光器腔220內(nèi)部產(chǎn)生的光經(jīng)由前耦合器2 泄漏出所述腔，前耦合器 228具有足夠反射率以致使在所述腔內(nèi)傳播的光子在可泄漏出之前在所述前耦合器與后耦合器222之間重復反射相對很多次。激光器腔220進一步具有有源光學元件2 及非線性光學(NLO)元件226。有源光學元件2M吸收由光學泵210供應的泵光且發(fā)射形成相對寬的發(fā)射帶的光。NLO元件226 將位于所述發(fā)射帶的子帶內(nèi)的頻率倍增(例如，加倍或增至三倍)以產(chǎn)生上變頻發(fā)射帶。在一個實施例中，所述子帶具有至少約IOnm的光譜寬度。對應于激光器腔220的空間模式的所述上變頻發(fā)射帶內(nèi)的波長在所述腔中變?yōu)楣舱穹糯蟮?。所述?jīng)放大光經(jīng)由前耦合器2 泄漏出激光器腔220以形成輸出光束232。在各種實施例中，輸出光束232可為CW光束或脈動光束，其具有具有脈沖重復速率(例如，介于約IOHz與約IOOMHz之間)的脈沖鏈。在一些實施例中，激光器腔220可具有模式鎖定元件(圖2中未明確展示)，在此情況下，激光器200為模式鎖定式激光器。如果輸出光束232為CW光束或具有相對高的脈沖重復速率(例如，大于約100Hz)，那么激光器200可進一步并入有任選脈沖雕刻器M0。具有脈沖雕刻器240的一個目的是在時間上選通輸出光束232，例如，以使得光源110能夠產(chǎn)生三個不同色彩的時分多路復用脈沖鏈， 其中每一色彩的脈沖以投影儀100中所使用的幀速率(例如，約30Hz)出現(xiàn)。在產(chǎn)生具有相對高脈沖重復速率的輸出光束232的實施例中，經(jīng)選通輸出光束M2中的每一脈沖實際上為原始存在于輸出光束232中的較短脈沖的突發(fā)。相比之下，在其中輸出光束232為CW 光束的實施例中，經(jīng)選通輸出光束M2中的每一脈沖為具有由脈沖雕刻器MO的選通功能界定的脈沖形狀的連續(xù)脈沖?？刂破麟娐?50(例如)通過控制光學泵210及/或脈沖雕刻器MO以使經(jīng)選通輸出光束242適合用于光源110(圖1)中的方式來控制激光器200的操作。在各種實施例中，有源光學元件2M包含摻雜有一種或一種以上稀土元素的玻璃材料。舉例來說，在一個實施例中，有源光學元件2M包含摻雜有Nd離子的二氧化硅玻璃。 在另一實施例中，有源光學元件2 包含摻雜有％或Er離子的磷酸鹽玻璃。在又一實施例中，有源光學元件2M包含摻雜有Tm離子的玻璃陶瓷或鋁酸鹽或二氧化硅玻璃。在再一實施例中，有源光學元件2M包含摻雜有Cr離子的氧化物玻璃。所屬領域的技術人員將了解，依據(jù)由有源光學元件2M產(chǎn)生的發(fā)射帶的所要特性，可類似地使用不同的額外玻璃材料/稀土離子組合。NLO元件2 經(jīng)設計以支持由有源光學元件2M產(chǎn)生的發(fā)射帶的相對寬的子帶上的二次諧波產(chǎn)生(SHG)或三次諧波產(chǎn)生(THG)。在代表性實施例中，所述子帶的光譜寬度可為約20nm。適合用作NLO元件226的NLO元件為此項技術中已知(參見，例如，H.朱 (H. Zhu)、T.王(T. Wang)、W.鄭(W. Zheng)等人的“ 1 μ m的飛秒激光的高效二次諧波產(chǎn)生 (Efficient Second Harmonic Generation of Femtosecond Laser at lym)，，,光學快遞 (Optics Express)，2004年，第12卷，第2150到2155頁，其以整體引用的方式并入本文中) 且可(例如)從加利福尼亞州圣地牙哥的Del Mar光子公司(Del Mar Photonics, Inc.) 購得(產(chǎn)品代碼為BB0-601到BB0-612)。可使用激光器200的以下代表性實施例來產(chǎn)生不同色彩的光。對于綠色光，可使用采用以下各項的實施例(i)具有摻而或％的玻璃的有源光學元件224，其具有介于約 970nm與約IOSOnm之間的發(fā)射帶；及(ii)經(jīng)設計以用于二次諧波產(chǎn)生的NLO元件226。對于紅色光，可使用采用以下各項的實施例(i)具有摻Tm的玻璃的有源光學元件224，其具有介于約1900nm與約2000nm之間的發(fā)射帶；及(ii)經(jīng)設計以用于三次諧波產(chǎn)生的NLO元件226。對于藍色光，可使用采用以下各項的實施例(i)具有摻Cr的玻璃的有源光學元件 224，其具有介于約1400nm與約1500nm之間的發(fā)射帶；及(ii)經(jīng)設計以用于三次諧波產(chǎn)生的NLO元件226。另外，可使用采用以下各項的實施例來產(chǎn)生藍色光(i)具有摻Nd的玻璃的有源光學元件224，其具有介于約910nm與約950nm之間的發(fā)射帶；及(ii)經(jīng)設計以用于二次諧波產(chǎn)生的NLO元件226。所屬領域的技術人員將了解，在不背離本發(fā)明的范圍及原理的情況下也可針對有源光學元件2M及NLO元件2 采用不同的額外材料組合。圖3A到圖;3B以圖示方式展示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的激光器200的代表性光譜特性。更特定來說，圖3A以圖示方式展示有源光學元件224的發(fā)射帶。圖:3B以圖示方式展示輸出光束232的光譜特性。圖3A到圖;3B中所示的光譜特性對應于激光器200的一實施例，所述實施例采用(i)有源光學元件2 中的摻Nd的玻璃；及(ii)NLO元件226中的部分氘化KDP (即，磷酸二氫鉀)。參照圖3A，摻Nd的玻璃的發(fā)射帶具有峰值302，其最大值位于約1065nm處。所述發(fā)射帶的基數(shù)具有約IOOnm的光譜寬度且從約1030nm延伸到約1130nm。峰值302具有約 20nm 的 FWHM。圖;3B展示由激光器200的上述實施例產(chǎn)生的輸出光束232的代表性光譜310。光譜310具有光譜包絡312，光譜包絡312的特征在于⑴約8nm的光譜基數(shù)寬度；(ii)約 6nm的FWHM ； (iii)位于約528nm處的最大值；及(iv)約530nm的中值波長。光譜包絡312 的確切形狀大體由NLO元件226的增益光譜及其SHG相位匹配窗決定。光譜310進一步具有多個相對窄(例如，約O.Olnm寬)的光譜線，每一光譜線對應于激光器腔220的不同空間(例如，費比-裴洛(Fabry-Perot))模式。光譜310的線之間的光譜分離大體由激光器腔220的長度(即，后耦合器222與前耦合器2 之間的距離)決定。舉例來說，約Icm 的腔長度產(chǎn)生鄰近線之間的約0. 025nm的光譜分離。因此，光譜310通常具有相對大數(shù)目 (例如，約100個以上)個個別光譜線。在一些操作條件下，由于各種線增寬效應而不能很好地解析光譜310的光譜線，此可導致(i)不同光譜線部分地重疊且接合；及/或(ii)光譜310相對無尖峰及/或平滑且連續(xù)。當在投影儀100中使用激光器200時，所述投影儀使用具有光譜310的光在屏幕190上投射多色圖像。注意，光譜310為對應于短于約1微秒的獲得時間的實質(zhì)瞬時光譜。換句話說，不通過將相對長的時間周期(例如，長于約1秒)內(nèi)的輸出光束232的光譜特性平均化來獲得光譜310。所屬領域的技術人員將了解，光譜310可(例如)由于激光器腔220內(nèi)的各種光學不穩(wěn)定性及/或由光學泵210供應的光學泵光束中的波動而隨時間改變。此外，在某些實施例中，控制器電路250可使用控制信號252來配置光學泵210以隨時間改變施加到激光器腔220的泵光束的一個或一個以上特性，以便積極地引發(fā)輸出光束232的光譜的所要時間改變(例如，經(jīng)由模式跳變)。然而，這些時間改變不使光譜的量化外觀從圖3B中所指示的光譜的量化外觀顯著改變。盡管光譜310對應于綠色光，但所屬領域的技術人員將了解，經(jīng)設計以產(chǎn)生其它色彩的光的激光器200的其它實施例將產(chǎn)生一輸出光束232，輸出光束232具有在質(zhì)量上類似于上文參照光譜310所描述的那些光譜及時間特性的光譜及時間特性。更特定來說， 經(jīng)設計以產(chǎn)生紅色光的激光器200的實施例將產(chǎn)生一輸出光束232，輸出光束232的光譜具有(i)位于可見光譜的紅色部分中的光譜包絡；及(ii)所述光譜包絡內(nèi)所含有的動態(tài)地改變的多個光譜線，其中每一光譜線對應于激光器腔220的不同空間模式。類似地，經(jīng)設計以產(chǎn)生藍色光的激光器200的實施例將產(chǎn)生一輸出光束232，輸出光束232的光譜具有 (i)位于可見光譜的藍色部分中的光譜包絡；及(ii)所述光譜包絡內(nèi)所含有的動態(tài)地改變的多個光譜線。當在投影儀100中用作激光器112(圖1)時，激光器200可有利地經(jīng)由上述波長多樣化機制減小所投射圖像中的散斑的外觀。更特定來說，輸出光束232的不同的個別光譜線有效地產(chǎn)生對應的獨立散斑配置，所述對應的獨立散斑配置在所述所投射圖像中變成彼此疊加的，借此導致對應的散斑襯比減小。此外，輸出光束232的光譜中的時間波動在時間標度上比閃爍融合速率更快速地發(fā)生產(chǎn)生額外的獨立散斑配置。這些額外的獨立散斑配置由人眼平均化，借此導致額外的所察覺散斑襯比減小。所屬領域的技術人員將了解，可以類似方式在投影儀100中使用不同于激光器 200的其它類型的激光器，只要特定類型的激光器產(chǎn)生具有合適的光譜及/或時間特性的輸出光束。舉例來說，相關光譜特性為相對大的光譜擴展(例如，介于約2nm與約20nm之間)。相關時間特性可為改變的光譜內(nèi)容，其中所述改變在時間標度上比閃爍融合速率更快速地發(fā)生(例如，快于約30ms)。雖然已參照說明性實施例對本發(fā)明進行了描述，但此說明并非打算解釋為限制意義。所描述實施例的各種修改以及本發(fā)明相關的領域中的技術人員顯而易見的本發(fā)明其它實施例歸屬于以上權利要求書中所陳述的本發(fā)明原理及范圍內(nèi)。除非另有明確陳述，否則每一數(shù)值及范圍應解釋為近似的，好像詞“約(about) ”或 “大約(approximately) ”在所述值或范圍的值之前。將進一步理解，所屬領域的技術人員可在不背離以上權利要求書中所陳述的本發(fā)明范圍的情況下做出為解釋本發(fā)明的性質(zhì)而已描述及圖解說明的部件的細節(jié)、材料及布置的各種改變。盡管以上方法權利要求書(如果有的話)中的元素是以具有對應標簽的特定序列加以敘述，但除非權利要求書敘述另外暗示用于實施這些元素中的一些或全部的特定序列，否則這些元素未必既定限于以所述特定序列來實施。本文中提及“一個實施例(one embodiment) ”或“一實施例(an embodiment) ”意指結(jié)合所述實施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可包括于本發(fā)明的至少一個實施例中。 在本說明書的各個地方出現(xiàn)短語“在一個實施例中(in one embodiment) ”未必全部是指同一實施例，單獨或替代實施例也未必與其它實施例相互排斥。相同情形適用于術語“實施方案(implementation) ”。此外，出于本說明的目的，術語“耦合(couple) ”、“耦合(coupling) ”、“耦合 (coupled)”、“連接(connect)”、“連接(connecting) ” 或“連接(connected) ” 是指此項技術中已知或稍后開發(fā)的允許能量在兩個或兩個以上元件之間傳送的任一方式，且涵蓋一個或一個以上額外元件的間置，但并非所需的。相反，術語“直接耦合(directly coupled)”、 “直接連接(directly connected) ”等暗示不存在此些額外元件。所述說明及圖式僅圖解說明本發(fā)明的原理。因此，將了解，所屬領域的技術人員將能夠設計出盡管本文中未明確描述或展示但體現(xiàn)本發(fā)明的原理且包括在其精神及范圍內(nèi)的各種布置。此外，本文中所敘述的所有實例主要地明確地既定僅用于教示目的以幫助讀者理解本發(fā)明的原理及發(fā)明人推動此項技術所貢獻的概念，且應解釋為不限于此些具體敘述的實例及條件。此外，本文中敘述本發(fā)明的原理、方面及實施例以及其特定實例的所有陳述既定囊括其等效內(nèi)容。
權利要求
1.一種用于投射圖像的光學裝置，其包含第一激光器，其包含激光器腔且適于產(chǎn)生第一光束；及空間光調(diào)制器SLM，其配置成使用所述第一光束來照射，其中所述SLM適于使用由多個像素產(chǎn)生的空間圖案來調(diào)制所接收的照射光以形成所述圖像；所述第一光束具有包含多個光譜線的光譜，所述多個光譜線對應于所述激光器腔的多個不同空間模式；且所述光學裝置使用具有所述光譜的光來投射所述圖像。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)明，其中所述第一光束的特征在于大于約2nm但小于約20nm的光譜擴展；且所述光譜的特征在于一光譜包絡，所述光譜包絡具有對應于光的紅色、綠色或藍色色彩的中值波長。
3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)明，其中所述多個光譜線包含約100個以上光譜線。
4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)明，其中所述第一激光器進一步包含控制器，所述控制器適于積極地引發(fā)所述激光器腔中的模式跳變以導致所述第一光束的所述光譜的時間改變。
5.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)明，其中所述第一激光器進一步包含適于以光學方式對所述激光器腔進行泵激的光學泵； 所述激光器腔包含有源光學元件及非線性光學NLO元件； 所述有源光學元件適于吸收由所述光學泵供應的光且發(fā)射形成發(fā)射帶的光；且所述NLO元件適于將對應于所述發(fā)射帶的子帶的頻率倍增以致使所述第一激光器產(chǎn)生所述第一光束。
6.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)明，其中所述NLO元件適于使所述頻率加倍或增至三倍； 所述子帶具有至少約IOnm的光譜寬度；且所述有源光學元件包含摻雜有稀土離子的玻璃材料。
7.根據(jù)權利要求5所述的發(fā)明，其中所述第一激光器進一步包含控制器電路，所述控制器電路適于配置所述光學泵以積極地導致所述第一光束的所述光譜的時間改變。
8.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)明，其進一步包含 第二激光器，其適于產(chǎn)生第二光束；及第三激光器，其適于產(chǎn)生第三光束，其中所述SLM配置成使用所述第二及第三光束來照射；所述第一、第二及第三光束具有相應的不同色彩的光以致使所述圖像被察覺為多色的；且所述第二及第三光束中的至少一者的特征在于大于約2nm但小于約20nm的光譜擴展。
9.一種投射圖像的方法，所述方法包含 用第一激光器產(chǎn)生第一光束；引導所述第一光束以照射空間光調(diào)制器SLM ；用由多個像素產(chǎn)生的空間圖案來調(diào)制由所述SLM接收的照射光以形成所述圖像，其中所述第一激光器包含激光器腔；且所述第一光束具有包含多個光譜線的光譜，所述多個光譜線對應于所述激光器腔的多個不同空間模式；及使用具有所述光譜的光來投射所述圖像。
10. 一種激光器，其包含 激光器腔；及光學泵，其適于以光學方式對所述激光器腔進行泵激，其中所述激光器適于產(chǎn)生特征在于寬帶光譜的光束；且所述光譜包含對應于所述激光器腔的多個不同空間模式的多個光譜線。
全文摘要
一種具有一個或一個以上寬帶激光器的圖像投影儀，其經(jīng)設計以經(jīng)由波長多樣化來減小所投射圖像中的散斑的外觀。在一個實施例中，寬帶激光器具有有源光學元件及非線性光學元件，兩者均位于激光器腔內(nèi)部。所述寬帶激光器產(chǎn)生一輸出光譜，所述輸出光譜的特征在于約10nm的光譜擴展且具有對應于所述腔的不同空間模式的多個光譜線。不同的個別光譜線有效地產(chǎn)生獨立的散斑配置，所述獨立的散斑配置在所述所投射圖像中變成強度疊加的，借此導致對應的散斑襯比減小。
文檔編號G03B21/20GK102422221SQ201080020989
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權日2009年5月15日
發(fā)明者羅蘭·里夫, 陳剛 申請人:阿爾卡特朗訊