專利名稱：激光掃描投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影設(shè)備，其包括至少 一 個激光光源以及被設(shè)置用于利 用從所述激光光源發(fā)射的激光東掃描投影區(qū)域的掃描單元。這樣的激光 掃描投影設(shè)備主要用于圖像投影，但是也可以被設(shè)計用于例如光學感測 表面輪廓或表面模式。
背景技術(shù)：
應(yīng)用0D光閥(即一次一個像素的調(diào)制器)的也稱為激光投影儀的激 光掃描投影設(shè)備與激光束的2D掃描相結(jié)合，通常稱為飛點系統(tǒng)。在這些 系統(tǒng)中，典型地發(fā)射紅(R)、綠(G)和藍(B)光的三個激光源組合
成單個激光束，其然后在投影屏幕的區(qū)域上掃描。通常在組合成單個激 光束并且定向到掃描單元之前，首先對所述三基色(RGB)激光器的激 光束準直并且.使得其會聚，所述掃描單元包括一個或多個掃描反射鏡。 由于激光束的會聚，在投影屏幕上形成小的斑點，從而允許實現(xiàn)希望的 圖像分辨率。
依照屏幕上應(yīng)用所需的光量，必須施加高功率水平的激光束。例如， 對于屏幕上的每25流明(RGB),需要大約100mW的激光功率(RGB )。
這樣高水年的激光功率會對進入投影系統(tǒng)的掃描錐內(nèi)并且偶然直視激 光束的個人的眼睛產(chǎn)生損害。盡管投影的圖像的亮度僅取決于屏幕上平
均的總激光功率，但是對于眼睛的風險水平以復雜的方式取決于系統(tǒng)和 激光參數(shù)，例如激光功率和曝光的持續(xù)時間。
US2005/0035943A1公開了 一種激光掃描投影設(shè)備，其包括用于檢測 投影設(shè)備與投影屏幕之間侵入目標的存在或不存在的檢測裝置。當檢測 裝置檢測到這種侵入時，將激光束的輸出降低5"沒有損害的功率水平。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的9的是提供一種投影設(shè)備，其當個人進入該投影設(shè)備的掃 描錐內(nèi)并且偶然直視激光束時降低損害眼睛的風險并且其不需要任何 才全測系統(tǒng)。該目的是利用依照權(quán)利要求l的投影設(shè)備來實現(xiàn)的。該投影設(shè)備的 有利實施例是從屬權(quán)利要求的主題或者在說明書的后續(xù)部分中加以公 開。
所提出的投影設(shè)備包括至少 一 個激光光源以及被設(shè)置用于利用從 所述激光光源發(fā)射的激光束掃描投影區(qū)域的掃描單元。該提出的設(shè)備的 激光束適于至少當離開掃描單元時發(fā)散并且重新聚焦光學元件設(shè)置在 所述掃描單元之后的激光束方向上，其在投影設(shè)備之外的投影區(qū)域處將 發(fā)散束聚焦或準直成希望的束直徑。
利用發(fā)散掃描束和掃描單元之后的重新聚焦光學元件的這種組合， 掃描單元上的激光斑在沿著掃描單元的方向直視激光束的人眼看來4皮 放大了 。這如下面所解釋的那樣降低了損害眼睛的風險。
當個人觀看激光投影儀的掃描束時，可能發(fā)生兩種情形。如果眼睛 調(diào)焦到無窮遠，那么在視網(wǎng)膜上形成最小斑點，其跨視網(wǎng)膜掃描，形成 直線。因此，激光束的功率由于掃描運動而在該直線上散布，這降低了 損害的風險。在對于用戶的最危險的情形中，眼睛調(diào)焦到掃描元件的位 置。在這種情況下，進入眼睛的激光束成像到視網(wǎng)膜上的靜止斑點上。
該斑點的尺寸取決于掃描元件上的束斑的尺寸,，由于該斑點不在網(wǎng)膜 上移動，因而眼睛會受到損害..
本發(fā)明基于以下事實激光源的更大的尺寸，在這種情況下掃描元 件上的激光表H徑的尺寸，在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生激光源的更大的圖像。這在 視網(wǎng)膜的更大區(qū)域上分布所施加的激光功率并且從而通過降低視網(wǎng)膜 上的功率密度而降低了危險水平，所述功率密度與曝光時間相結(jié)合，是 用于設(shè)置損害的最關(guān)鍵的參數(shù),，通常，掃描元件(特別是掃描反射鏡) 上更大的斑點可以通過增大定向到掃描單元的準直激光束的直徑來實 現(xiàn)。然而，掃描反射鏡的實際尺寸由于掃描所需的快速運動(在10和 100kHz之間的范圍內(nèi))的原因而受到限制。因此，本發(fā)明通過光學裝置 增大掃描元件和激光源(即掃描元件上的束斑)的有效尺寸。由于該光 學裝置的原因，用戶觀看激光束并且聚焦到激光源的最小像時看見的激 光源的表觀尺寸增大并且從而對眼睛不那么有害。這增加了投影設(shè)備的 安全性。另一方面，在恒定的安全水平下，本發(fā)明的應(yīng)用允許實現(xiàn)更高 的激光功率和更亮的圖像。
對于沿著掃描元件的方向觀看激光束的個人的掃描元件的表觀尺幵掃描單元時發(fā)散并且通過引入另外 的光學元件以便將該束重新聚焦到投影屏幕上來實現(xiàn)。
激光束的發(fā)散可以通過不同的措施來實現(xiàn)。通常，激光束由激光光 源以一定發(fā)散度發(fā)射。在本發(fā)明的一個實施例中，該發(fā)散束在撞擊到掃 描單元上之前未被光學元件準直或會聚。因此，該激光束作為發(fā)散束離 開掃描單元。
在另一個實施例中，光束形成元件，特別是一個或多個透4竟或彎曲 反射鏡，設(shè)置在所述一個或多個激光光源與掃描單元之間。這些光束形 成元件適于形成定向到掃描單元的發(fā)散束。這可以例如利用被設(shè)計成不 完全準直激光源發(fā)射的激光束的準直光學器件來實現(xiàn)。這也可以例如利 用公共的準直光學器件以及在定向到掃描單元之前發(fā)散準直的激光束 的附加光學元件來實現(xiàn)。
在另 --個實施例中，將可以包括一個或多個掃描反射鏡的掃描單元 的掃描反射鏡中的至少--個，優(yōu)選地在激光束方向上的最后 一 個設(shè)計成 具有在反射時發(fā)散到來的激光東的凸形，取決于該反射鏡的凸度，到來 的激光束，即來自所述一個或多個激光光源的激光束可以被準直、會聚 或者已經(jīng)稍微發(fā)散,，
所提出的投影設(shè)備的掃描單元可以是以已知的方式構(gòu)造的1 D或2D 掃描單元并且可以包括一個或多個掃描反射鏡或者其他掃描元件。該掃 描單元可以包括例如用于一個掃描方向的旋轉(zhuǎn)多邊形反射鏡輪以及用 于另 --掃描方向的連續(xù)可傾斜掃描反射鏡或者在兩個掃描方向上可傾 斜的掃描反射鏡。
在優(yōu)選的實施f列之-一中，在掃描單元之后，即在掃描單元與投影設(shè) 備之外的投影區(qū)域之間的重新聚焦光學元件為凹反射鏡。與重新聚焦透 鏡相比，凹反射鏡不產(chǎn)生色差。
所提出的投影設(shè)備可以制成手持式設(shè)備并且也可以包含在像智能 電話或PDA (個人教字助理)那樣的其他手持式設(shè)備中。然而，本發(fā)明 并不限于手抖式設(shè)備.對于閨像投影應(yīng)用而言，該設(shè)備優(yōu)選地包括發(fā)射 紅(R)、綠(G)和藍(B)光的至少三個激光光源。然后，從這些激 光光源發(fā)射的激光束以已知的方式組合成單個激光束并且定向到掃描 單元。
本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)下面描述的實施例將是清楚明白的，
5并且將參照這些實施例進行闡述。


下面，通過實例結(jié)合附圖描述所提出的投影設(shè)備，附圖沒有限制權(quán)
利要求限定的保護范圍。這些附圖示出
圖l 所提出的投影設(shè)備的實例的示意圖2 示出所提出的投影設(shè)備實例的光線追跡的示意圖3 示出所提出的投影設(shè)備實例的光學細節(jié)的示意圖；以及
圖4 示出用于形成離開掃描反射鏡的發(fā)散激光束的三個示例性實施例。
具體實施例方式
圖1為依照本發(fā)明的投影設(shè)備1的實例的示意圖。在該設(shè)備1中， 包括了發(fā)射紅(R)、綠(G)和藍.(B)激光光束的三個激光光源2。 激光光源2可以例如為激光二極管,由這些激光光源2發(fā)射的發(fā)散激光 束被準直光學器件3準直并且組合以形成一個單個激光束10。該組合通 過電介質(zhì)反射鏡4, 5、 6實現(xiàn),電介質(zhì)反射鏡4被設(shè)計成反射紅色波長 區(qū)中的光,'電介質(zhì)反射鏡5在綠色波長區(qū)中反射并且在紅色波長區(qū)中是 透明的，而電介質(zhì)反射鏡6在藍色波長區(qū)中反射并且在紅色和綠色波長 區(qū)中是透明的.，組合的單個激光束IO被定向到2D掃描單元7，其包含 至少--個掃描反射鏡8。在圖！中，僅僅出于說明的目的繪出了一個掃 描反射鏡8,其可在箭頭的方向上傾斜.，掃描反射鏡8利用離開掃描單 元7的激光束1 1掃描設(shè)備I之外的投影屏幕12。在掃描單元7之后的 激光束方向上，設(shè)置了重新聚焦光學元件9，其對離開掃描單元7的發(fā) 散激光束進行聚焦或準直。
利用這種投影設(shè)備1，可以通過根據(jù)掃描單元7的掃描反射鏡的掃 描運動適當?shù)乜刂萍す夤庠?的紅色、綠色和藍色輻射的強度來將彩色 二維圖像投影到投影屏幕12上。
在圖2所示的實施例中，通過凸形掃描反射鏡8使得準直的激光束 發(fā)散。在由掃描反射鏡8重定向之后，激光束11被凹反射鏡13反射并 聚焦到投影屏幕！2上。該實施例的投影設(shè)備的另外的部件未示出。它 們可以像圖1的示意圖中那樣設(shè)置。所述撞擊到掃描反射鏡8上的單個準直的激光束被定向到凹反射鏡 13，該凹反射鏡將掃描光束11反射到屏幕。僅僅出于說明的目的，示 出了依照掃描反射鏡的四個不同掃描位置的四個不同光路。由該圖也可
以認識到，由于該凹反射鏡13的聚焦特性的原因，掃描激光束ll在凹 反射鏡13處比在投影屏幕12處具有更大的束直徑。
圖3示出了具有圖2的所述四個不同掃描位置的該實施例的細節(jié)。 掃描反射鏡8具有凸形。因此，到來的準直激光束10如圖所示被掃描 反射鏡8發(fā)散。該發(fā)散的激光束11被定向到凹反射鏡13，該凹反射鏡 13朝投影屏幕12反射和重新聚焦該激光束。
沿著凹反射鏡13的方向觀看掃描激光束11的個人看見放大的束斑 14,其相對于掃描反射鏡8上的束斑被放大，如后向延長的虛光束16 示意性所示。例如，為了給出有關(guān)可能的維度的印象，利用掃描反射鏡 8的大約60mm的曲率半徑和凹反射《竟13的大約120mm的平均半徑以 及掃描反射鏡8與凹反射鏡13之間的大約25mm的距離，可以實現(xiàn)該 束斑的大約2的放大倍率，這種放大倍率顯著地降低了觀看激光束時損 害眼睛的風險..
觀看掃描激光束并il.聚焦在掃描反射鏡或凹反射鏡的像處的個人 看見激光源的放大的像，導致視網(wǎng)膜上的降低的功率密度。表觀源此外 相對于觀察者W陷。源到眼睛的更大的距離也增加了安全性。投影設(shè)備 的出口處激光束的掃描錐的區(qū)域比沒有附加的凹反射鏡13的情況大得 多。該放大的掃描區(qū)域降低了可能由眼睛收集的激光功率量。
在圖2和圖3的實施例中，凹反射鏡13和掃描反射鏡8在垂直于 附圖平面的方向上根據(jù)彼此移位.，以便允許到來的激光束10通過凹反 射鏡13。然而，也可以提供其他的構(gòu)造，例如在凹反射鏡13中具有小 孔，通過該小孔，到來的激光束K)可以到達掃描反射鏡8。
獨立于激光束的發(fā)散特性，激光源2與掃描單元7之間的光學元件 優(yōu)選地被設(shè)置和設(shè)計成在掃描單元7處實現(xiàn)盡可能大以用于所述設(shè)備的 可靠操作的激光束直徑。
圖4示出了實現(xiàn)離開掃描單元7的發(fā)散激光束U的三種不同的可 能性。 --種可能性是調(diào)節(jié)準直光學器件3,使得激光源2發(fā)射的激光束 不完全被準直，而是保持發(fā)散。該發(fā)散束然后被定向到掃描單元7。另 一種可能性是對激光源2發(fā)射的激光束準直并且添加發(fā)散光學元件15
7(特別是發(fā)散透鏡或反射鏡)，以便形成定向到掃描單元7的發(fā)散激光 束。作為圖4中示出的第三種可能性，掃描單元7的掃描反射鏡具有凸
形。激光源2發(fā)射的激光束利用準直光學器件3來準直并且準直或會聚 的激光束被定向到掃描單元7。由于掃描反射鏡的凸形的原因，掃描單 元7以希望的方式發(fā)散該激光束。
盡管在附圖和前面的說明中詳細地圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣 的圖示和描述應(yīng)當被認為是說明性或示例性的，而不是限制性的，本發(fā) 明并不限于所公開的實施例。上面描述的以及權(quán)利要求書中的不同實施 例也可以加以組合。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施要求保護的本發(fā)明時，根據(jù) 對于所述附圖、本公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求書的研究，應(yīng)當能夠理解并 實現(xiàn)所公開的實施例的其他變型。例如，盡管在這些實施例中描述的所 提出的投影設(shè)備具有發(fā)射紅、綠和藍光的三個激光源，但是該投影設(shè)備 也可以包括多于三個或者少于三個激光源。它也可以例如由僅1文 一 個激 光源形成，其因而在屏幕上產(chǎn)生單色圖像。
在權(quán)利要求+;中，措詞"包括/包含"并沒有排除其他的元件或步驟， 并且不定冠詞"--"并沒有排除復數(shù)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中陳 述若千技術(shù)措施這—-事實并不意味著這些技術(shù)措施的組合不可以加以 利用。權(quán)利要求中的任何附圖標記都不應(yīng)當被視為對這些權(quán)利要求的范 圍的限制.
附圖標記列表
1 投影設(shè)備
2 激光光源
3 準Il光學器件
4 電介質(zhì)反射鏡
5 電介質(zhì)反射鏡
6 電介質(zhì)反射鏡
7 掃描單元
8 掃描反射鏡
9 重新聚焦光學元件
10 到束的單個激光束
11 掃描激光束12 投影屏幕
13 凹反射鏡
14 放大的有效斑點
15 發(fā)散光學元件
6 后向延長的虛光束
9
權(quán)利要求
1.一種投影設(shè)備，包括至少一個激光光源(2)以及被設(shè)置用于利用從所述激光源(2)發(fā)射的激光束掃描投影區(qū)域的掃描單元(7)，其中所述激光束適于至少當離開掃描單元(7)時發(fā)散并且其中用于聚焦或準直該發(fā)散的激光束的重新聚焦光學元件(9，13)設(shè)置在所述掃描單元(7)之后的激光束方向上。
2. 依照權(quán)利要求l的投影設(shè)備，其中重新聚焦光學元件(9， 13)為凹反射鏡U3)。
3. 依照權(quán)利要求1或2的投影設(shè)備， 其中掃描單元(7)包括具有凸形的掃描反射鏡(8)。
4. 依照權(quán)利要求1或2的投影設(shè)備，其中光束形成元件(3)設(shè)置在所述激光源(2)與掃描單元(7) 之間，所述光束形成元件(3)被設(shè)計和設(shè)置成形成定向到所述掃描單 元(7)的發(fā)散激光束。
5. 依照權(quán)利要求1或2的投影設(shè)備，其中在該設(shè)備中包括三個激光源(2)，其發(fā)射不同波長的三個激光 束，所述三個激光表被紹合成定向到掃描單元(7)的單個激光束。 .
6.依照權(quán)fj要求i或2的投影設(shè)備，其中離開掃描牟元(7 )的激光束的發(fā)散以及重新聚焦光學元件(9, 13)適于使得掃描單元(7)的掃描反射鏡(8)上的激光束的束斑在沿 著重新聚焦光學元件(9, B)的方向觀看激光束的個人看來放大了至 少.3倍,.
7.依照權(quán)+.')要求6的投影設(shè)備，其中離開掃描單元(7 )的激光束的發(fā)散以及重新聚焦光學元件(9, 13)適于使得掃描單元(7)的掃描反射鏡(8)上的激光束的束斑在沿 著重新聚焦光學元件(9， 13)的方向觀看激光束的個人看來放大了至 少1.5倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種投影設(shè)備，其包括至少一個激光光源(2)以及被設(shè)置用于利用從所述激光源(2)發(fā)射的激光束掃描投影區(qū)域的掃描單元(7)。所述激光束適于至少當離開掃描單元(7)時發(fā)散并且用于聚焦或準直該發(fā)散的激光束的重新聚焦光學元件(9，13)設(shè)置在所述掃描單元(7)之后的激光束方向上。利用所提出的投影設(shè)備，降低了觀看投影束時損害眼睛的風險。
文檔編號H04N9/31GK101690244SQ200880022095
公開日2010年3月31日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者A·里茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司