[发明专利]投影光的去斑系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月18日提交的、题目为“Despeckling Device for Modifying Projected Image Light”的美国临时申请序列号62/117,756的优先权，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开一般而言涉及光学系统，并且更具体地但不排他地涉及降低在相干或部分相干光投影到目标表面期间发生的斑点伪影的可见性。

背景技术

激光投影技术正在从激光源的高成本和高复杂性(特别是在绿色和蓝色光谱带中)快速发展成为用于图像显示的成熟且具有成本竞争力的选项。正在不断地实现从激光投影预期的潜在好处，这些好处包括更大的色域空间，更生动、饱和且明亮的颜色，高对比度以及低成本的光学件。

但是激光伪影的存在是一个持续的问题，激光斑点伪影是在从屏幕反射中相干光的干扰引起的，其是迅速变化的空间强度波动。尤其是，在具有斑点的情况下，入射的相干光与任意粗糙的光学表面以光的波长的数量级进行交互。当光线反射时，这种粗糙性产生一起干扰的随机定相的子源。所产生的随机强度波动是斑点噪声，其降低了图像的有效质量，特别是在较高频率处，本质上产生可能分散注意力并降低投影仪有效分辨率的“闪烁效应”。虽然在使用激光以外的光源时也可能会出现斑点，但由于其高度的相干性，激光可能会产生最显著的效果。

在电影院的情况下，斑点源自屏幕表面上光散射特征干扰多方向反射。用于减少斑点的策略包括修改照明的空间或时间相干性，将多个不相关的斑点图案彼此叠加，或修改其偏振状态。一种方法提供了显示屏的振动或振荡运动；并且通过高于阈值速度的振荡，可以显著减少感觉到的斑点。其他方法包括通过使用静态和振荡扩散器或振荡纤维，或通过振动照明或成像光的路径中的各种光学部件，来拓宽激光照明的光谱线宽度并减小空间相干性。减少斑点噪声的一些方法包括增加极化分集，增加波长分集，提供增加的角度分集(例如，通过使用移动扩散器)，或通过提供增加的空间分集(例如通过屏幕抖动)。通常，组合使用多种技术以实现可接受地减少的斑点可见性。

例如，Thompson等人的题目为“Reduced-Speckle Display System”的美国专利5,272,473提供了一种相干光投影系统，其中换能器耦合到显示屏以提供具有声波的屏幕振动。由于屏幕振动通过在散射体间进行时间平均来减少斑点可见性，所以屏幕张力随时间、温度和位置的变化可能使斑点减少质量发生变化。

作为另一例子，Ji等人的题目为“Device for reducing deterioration of image quality in display using laser”的美国专利7,116,017提供了位于激光和屏幕之间的光路中的轴向振动镜装置。当镜子轴向振动时，光向屏幕的入射位置发生变化，并增加了空间分集以减少斑点可见性，从而提高了图像质量。然而，图像跨屏幕的运动也会产生降低图像分辨率的图像抖动。

用于增加入射到显示表面的光的空间或角度分集以减少斑点可见性的典型解决方案还会导致显著的图像分辨率损失。由于在激光投影系统中斑点呈现出反复出现的问题，所以仍然需要改进的斑点补偿机制，其显著降低斑点可见性，但还限制了伴随的图像质量的降低。

发明内容

在一个例子中，提供了一种用于减少斑点伪影的系统。所述系统包括光源、透镜和具有光轴的偏转器子系统。所述光源被配置为发出至少部分相干的光。所述透镜被配置为朝向目标表面上的位置输出所述光，以作为会聚光束。所述偏转器子系统可位于透镜和目标表面之间。所述偏转器子系统包括光学元件，所述光学元件可围绕光轴旋转以在时间上且有角度地通过角度定向使会聚光束朝向目标表面上的位置偏转。

在另一例子中，提供了一种用于减少斑点伪影的设备。所述设备包括至少一个光学板、壳体和致动器。所述光学板具有内表面和外表面，通过所述内表面和外表面传输光。所述内表面和所述外表面通过楔角彼此不平行。所述致动器被配置为围绕平行于所述光轴的轴以旋转速度旋转光学板，以有角度地且暂时偏转光束，所述光束入射到所述内表面且从所述外表面出射并被定向到显示表面上的给定位置。