專利名稱：使用電吸收調(diào)制的綠激光器系統(tǒng)的彩色圖像投影裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及通過在投影彩色二維圖像期間使用電吸收綠激光器系統(tǒng)來進(jìn)行這種圖像投影以便實(shí)現(xiàn)低功耗、高分辨率以及小型化緊湊的尺寸和重量。

背景技術(shù)：
眾所周知，基于在相互正交的方向上振動(dòng)以使從紅、藍(lán)和綠激光器系統(tǒng)獲得的激光束在光柵圖案上進(jìn)行掃描的一對(duì)掃描反射鏡(scanmirror)，將二維彩色圖像投影在屏幕上。紅和藍(lán)激光器系統(tǒng)包括固態(tài)、半導(dǎo)體激光器，其被容易地直接調(diào)制并且以大約100MHz的頻率形成脈沖。然而，當(dāng)前可用的綠固態(tài)激光器不能以這么高的頻率形成脈沖。結(jié)果，綠激光器系統(tǒng)包括其輸出光束具有大約1060nm的波長(zhǎng)的紅外二極管泵浦YAG激光器以及非線性倍頻晶體，優(yōu)選地將非線性倍頻晶體包括在激光器腔中，以使綠激光器發(fā)射具有大約530nm的波長(zhǎng)的光束。使用外部聲光調(diào)制器來使發(fā)射的綠光束脈沖化。
盡管通常滿足了其期望目的，但是已知的倍頻、二極管泵浦、固態(tài)、外部調(diào)制綠激光器系統(tǒng)占用了用于投影彩色圖像的裝置的尺寸、重量、成本和電功耗的大約一半，從而使得這種已知的圖像投影裝置不能實(shí)際用于小型化、手持、電池操作的應(yīng)用中，在這些應(yīng)用中，必須使物理尺寸、重量、成本和功耗保持最小。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一般目的在于使彩色圖像投影裝置的功耗、物理尺寸、重量和成本最小化。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于彩色圖像投影裝置中的交替綠激光器系統(tǒng)。
其它目的在于提供一種小型化、緊湊、重量輕、能量高效且便攜的、可用于具有不同外形因素的許多設(shè)備(特別是手持設(shè)備)中的彩色圖像投影裝置。
與這些目的和在下文中將變得清楚的其它目的一致，本發(fā)明的一個(gè)特征在于，簡(jiǎn)而言之，一種用于投影二維彩色圖像的圖像投影裝置。該裝置包括支撐部件；多個(gè)紅、藍(lán)和綠激光器，用于分別發(fā)射紅、藍(lán)和綠激光束；掃描器，用于在與支撐部件相距工作距離處在空間中(in space)掃射掃描線圖案，每個(gè)掃描線都具有多個(gè)象素；以及控制器，用于使所選象素被激光束照亮并使其可見以產(chǎn)生彩色圖像。
在優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)組件被設(shè)置在激光器和掃描器之間的支持部件上，以便光學(xué)聚焦和共線放置(collinearly arrange)激光束以形成指向掃描器的復(fù)合光束。掃描器包括一對(duì)可振蕩的掃描反射鏡，用于沿著一般相互正交的方向以不同的掃描速率和不同的掃描角度掃射復(fù)合光束。至少一個(gè)掃描速率超過音頻，例如，大于18kHz，以降低噪聲。至少一個(gè)掃描反射鏡由內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)以最小化功耗。圖像分辨率優(yōu)選地超過VGA質(zhì)量的1/4，但是通常等于或超過VGA質(zhì)量。優(yōu)選地，支撐部件、激光器、掃描器、控制器和光學(xué)組件占用小于30立方厘米的體積。
該裝置可互換地安裝在具有不同外形因素的外殼內(nèi)，該外殼包括，但不限于，筆形、槍形或手電筒形的儀器、個(gè)人數(shù)字助理、掛件、表、計(jì)算機(jī)和簡(jiǎn)而言之，由于其緊湊且小型化的尺寸而可放入的任何形狀。投影圖像可用于廣告或發(fā)信號(hào)的目的，或者用于電視或計(jì)算機(jī)監(jiān)視器屏幕，并且簡(jiǎn)而言之，用于希望顯示某樣?xùn)|西的任何目的。
根據(jù)本發(fā)明，綠激光器包括邊緣發(fā)射紅外激光二極管，用于發(fā)射具有大約1060nm的波長(zhǎng)的紅外光束；電吸收調(diào)制器，用于調(diào)制紅外光束；以及第二諧波發(fā)生器，用于將調(diào)制的紅外光束轉(zhuǎn)換成具有大約530nm的波長(zhǎng)的綠激光束。優(yōu)選地，紅外二極管是分布反饋激光二極管，其與調(diào)制器一起被制造在公共的半導(dǎo)體芯片上。優(yōu)選地，第二諧波發(fā)生器是周期性極化波導(dǎo)。
綠激光器是能量高效的且消耗比其它綠激光器系統(tǒng)少得多的功率。同樣，該綠激光器比其它綠激光器系統(tǒng)重量更輕且尺寸更小。該綠激光器使得圖像投影儀更緊湊且可用于更多得應(yīng)用，特別是手持設(shè)備。



圖1表示將圖像投影到與其相距工作距離之處的手持型設(shè)備的透視圖； 圖2表示安裝在如圖1所示的設(shè)備中的圖像投影裝置的放大總體透視圖； 圖3表示如圖2所示的裝置的頂視圖； 圖4表示用于如圖2所示的裝置中的慣性驅(qū)動(dòng)器的前透視圖； 圖5表示如圖4所示的慣性驅(qū)動(dòng)器的后透視圖； 圖6表示如圖2所示的裝置的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的透視圖； 圖7表示用于描述如圖2所示的裝置的操作的電示意框圖； 圖8表示根據(jù)本發(fā)明的可替換綠激光器系統(tǒng)的細(xì)節(jié)的透視圖；以及 圖9表示用于如圖2所示的裝置的可替換綠激光器系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施例方式 圖1中的附圖標(biāo)記10通常表示安裝有如圖2所示的重量輕且小型的圖像投影裝置20且用于將二維彩色圖像投影到距該設(shè)備可變距離之處的手持型設(shè)備，例如，個(gè)人數(shù)字助理。例如，使圖像18位于相對(duì)設(shè)備10的工作距離范圍內(nèi)。
如圖1所示，圖像18遍布沿圖像的水平方向伸展的光水平掃描角A和沿圖像的垂直方向伸展的光垂直掃描角B。如后面描述的，圖像由裝置20中掃描器掃出的掃描線的光柵圖上照亮和未照亮的像素組成。
設(shè)備10的平行六面體形狀表示其中可實(shí)現(xiàn)裝置20的外殼的僅一個(gè)外形因素。該設(shè)備可形如筆、蜂窩電話、蛤殼或手表，例如，如美國(guó)專利No.6,832,724中所示的那樣，該專利美國(guó)專利No.6,832,724被轉(zhuǎn)讓給了與臨時(shí)申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給的相同的受讓人，并且通過引用合并于此。
在優(yōu)選實(shí)施例中，裝置20的體積小于約30立方厘米。該小型尺寸允許將裝置20安裝在許多不同形狀、大或小、便攜式或不動(dòng)式的外殼中，包括具有板上顯示器12、鍵盤14和通過其投影圖像的窗口16的外殼中。
參照?qǐng)D2和3，裝置20包括固態(tài)，優(yōu)選的，半導(dǎo)體激光器22，當(dāng)給半導(dǎo)體激光器22通電時(shí)，它發(fā)出約635-655納米的明亮紅激光束。透鏡24是具有正焦距的雙邊非球面(biaspheric)凸透鏡，其用于收集紅光束中的幾乎所有能量并生成衍射極限光束。透鏡26是具有負(fù)焦距的凹透鏡。透鏡24，26由設(shè)備10內(nèi)部的支撐部件(出于說明清楚的目的，在圖2中并未示出)上分開設(shè)置的各個(gè)透鏡夾持器所夾持。透鏡24，26在工作距離內(nèi)使紅光束束剖面成形。
在支撐部件上安置有另一固態(tài)半導(dǎo)體激光器28，當(dāng)給激光器28通電時(shí)，它發(fā)出約475-505納米的衍射極限藍(lán)激光束。按照類似于透鏡24，26的方式，采用另一雙邊非球面凸透鏡30和凹透鏡32使藍(lán)光束束剖面成形。
具有大約530納米波長(zhǎng)的綠激光束并非是由半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的，而是由具有其輸出光束為1060納米的紅外二極管泵浦YAG晶體激光器的綠光模塊34產(chǎn)生。在兩個(gè)激光器反射鏡之間的紅外激光器腔中包含有非線性倍頻晶體。由于在腔內(nèi)部的紅外激光功率遠(yuǎn)大于腔外耦接的功率，所以倍頻器在腔內(nèi)部生成倍頻綠光方面更有效。激光器的輸出反射鏡將1060nm(納米)紅外輻射反射，并透射出倍頻的530nm綠激光束。由于固態(tài)激光器和倍頻器的正確操作要求對(duì)溫度進(jìn)行精確控制，從而使用依賴Peltier效應(yīng)的半導(dǎo)體設(shè)備對(duì)綠激光器模塊的溫度進(jìn)行控制。熱電冷卻器可根據(jù)所施加電流的極性對(duì)設(shè)備進(jìn)行加熱或冷卻。熱敏電阻作為綠激光器模塊的部件以便對(duì)其溫度進(jìn)行監(jiān)控。來自熱敏電阻的輸出被饋送到控制器，控制器因此對(duì)到熱電冷卻器的控制電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。
如后面描述的，使激光器在操作中以大約100MHz的頻率脈動(dòng)(pulsed)。可使紅和藍(lán)半導(dǎo)體激光器22，28以這樣高的頻率脈動(dòng)，但是目前可獲得的綠固態(tài)激光器則不能。從而，通過聲光調(diào)制器36使從綠光模塊34出來的綠激光束脈動(dòng)，聲光調(diào)制器36在用于衍射綠光束的晶體內(nèi)部生成聲駐波。然而，聲光調(diào)制器36生成零階、非衍射光束38和一階脈沖衍射光束40。光束38，40彼此分離，并且為了將它們分開以消除不期望的零階光束38，將光束38，40沿具有折疊反射鏡42的較長(zhǎng)折疊路徑路由?；蛘撸稍趦?nèi)部將聲光調(diào)制器用于綠激光器模塊，以便使綠激光束脈動(dòng)。用于調(diào)制綠激光束的其它可能方式包括如以下所述的電吸收調(diào)制，或Mach-Zender干涉儀。
通過正和負(fù)透鏡44，46路由光束38，40。然而，僅允許衍射綠光束40對(duì)于折疊反射鏡48的入射和反射。非衍射光束38由吸收器50(最好安裝在反射鏡48上)吸收。
裝置包括一對(duì)二色性濾波器52，54，用于使綠、藍(lán)和紅光束在到達(dá)掃描組件60之前盡可能地共線。濾波器52允許綠光束40通過，但來自藍(lán)激光器28的藍(lán)光束56由于干涉效應(yīng)被反射。濾波器54允許綠和藍(lán)光束40，56由其通過，但來自紅激光器22的紅光束58由于干涉效應(yīng)被反射。
近似共線的光束40，56，58被引導(dǎo)到固定反彈(bounce)反射鏡62并被反射鏡62反射。掃描組件60包括，第一掃描反射鏡64，可由慣性驅(qū)動(dòng)器66(在圖4-5中分開示出)以第一掃描速率進(jìn)行振動(dòng)，以便在第一水平掃描角A內(nèi)掃動(dòng)反彈反射鏡62反射的激光束；以及第二掃描反射鏡68，可由電磁驅(qū)動(dòng)器70以第二掃描速率進(jìn)行振動(dòng)，以便在第二垂直掃描角B內(nèi)掃動(dòng)第一掃描反射鏡64反射的激光束。在不同結(jié)構(gòu)中，掃描反射鏡64，68可被單個(gè)二軸反射鏡替換。
慣性驅(qū)動(dòng)器66是高速、低電能消耗的組件。慣性驅(qū)動(dòng)器的細(xì)節(jié)可參看美國(guó)專利申請(qǐng)序列No.10/387,878(于2003年3月13日提交)，其被轉(zhuǎn)讓給與臨時(shí)申請(qǐng)轉(zhuǎn)讓給的相同的受讓人，在此將其引作參考。慣性驅(qū)動(dòng)器的使用將掃描組件60的功率消耗降低至不足1瓦，并且在投影彩色圖像的情形中，如下面所述，降至不足10瓦。
驅(qū)動(dòng)器66包括可移動(dòng)框架74，框架74通過樞紐支撐掃描反射鏡64，樞紐包括沿樞軸延伸且連接在掃描反射鏡64的相對(duì)區(qū)域與框架的相對(duì)區(qū)域之間的一對(duì)共線樞紐部件76，78?？蚣?4無需圍繞掃描反射鏡64，如圖所示。
框架、樞紐部件和掃描反射鏡由厚度近似為150μ的一片(通常是平面的)硅基片制成。對(duì)硅進(jìn)行蝕刻，以形成Ω形槽，該槽具有上平行槽部分，下平行槽部分和U形中央槽部分。掃描反射鏡64最好為橢圓形，并能夠在槽部分中自由移動(dòng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，沿橢圓形掃描反射鏡的軸的尺寸為749μ×1600μ。每個(gè)樞紐部件的寬度為27μ，長(zhǎng)度為1130μ。框架是寬度為3100μ、長(zhǎng)度為4600μ的矩形。
慣性驅(qū)動(dòng)器安裝在一般為平面的印刷電路板80上，并可用于直接移動(dòng)框架，并且通過慣性，用于間接使掃描反射鏡64圍繞樞軸振動(dòng)。慣性驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例包括沿垂直于板80的方向延伸的一對(duì)壓電換能器82，84，該對(duì)壓電換能器82，84在樞紐部件76的任一側(cè)處與框架74間隔開的部分相接觸。粘合劑可用于確保使每個(gè)換能器一端與每個(gè)框架部件之間的持久接觸。每個(gè)換能器的相對(duì)端從板80的后面凸出，并通過導(dǎo)線86，88與周期性交替的電壓信號(hào)(未示出)電連接。
在使用時(shí)，周期性信號(hào)對(duì)每個(gè)換能器施加周期性驅(qū)動(dòng)電壓，并使得各個(gè)換能器的長(zhǎng)度交替延伸和收縮。當(dāng)換能器82延伸時(shí)，換能器84收縮，反之亦然，從而同時(shí)推和拉間隔開的框架部件，并使得框架圍繞樞軸扭曲。驅(qū)動(dòng)電壓具有與掃描反射鏡的諧振頻率相對(duì)應(yīng)的頻率。使掃描反射鏡由其最初休止位置移動(dòng)，直至其還以諧振頻率在樞軸周圍振動(dòng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，框架和掃描反射鏡厚度約150μ，并且掃描反射鏡具有較高的Q因子。每個(gè)換能器大約1μ的移動(dòng)可導(dǎo)致掃描反射鏡以超過20kHz的掃描速率振動(dòng)。
另一對(duì)壓電換能器90，92沿垂直于板80的方向延伸，并在樞紐部件78的任一側(cè)處與框架74間隔開的部分持久接觸。換能器90，92用作為反饋設(shè)備，用于監(jiān)控框架的振動(dòng)移動(dòng)，以及用于生成電反饋信號(hào)并沿導(dǎo)線94，96將電反饋信號(hào)傳導(dǎo)到反饋控制電路(未示出)。
或者，不用壓電換能器90，92進(jìn)行反饋，可使用磁反饋，其中將磁鐵安裝在高速反射鏡的后面，外部線圈用于拾取振動(dòng)磁鐵生成的變化磁場(chǎng)。
盡管光可從掃描反射鏡的外表面反射，不過，期望在反射鏡64的表面涂上由金、銀、鋁制成的鏡面涂層，或特別設(shè)計(jì)的高反射介質(zhì)涂層。
電磁驅(qū)動(dòng)器70包括共同安裝在第二掃描反射鏡68上并處在第二掃描反射鏡68后面的永久磁鐵，和用于響應(yīng)于接收到周期性驅(qū)動(dòng)信號(hào)而生成周期性磁場(chǎng)的電磁線圈72。線圈72與磁鐵相鄰，以便周期性場(chǎng)與磁鐵的永久場(chǎng)相互磁作用，并導(dǎo)致磁鐵以及進(jìn)而導(dǎo)致第二掃描反射鏡68發(fā)生振動(dòng)。
慣性驅(qū)動(dòng)器66使掃描反射鏡64以最好大于5kHz，尤其是在大約18kHz或更高的掃描速率，高速振動(dòng)。該高掃描速率是處在聽不到的頻率處，從而，使噪聲和振動(dòng)最小。電磁驅(qū)動(dòng)器70以大約40Hz的更低掃描速率振動(dòng)掃描反射鏡68，該掃描速率快到足以允許圖像繼續(xù)保留在人眼視網(wǎng)膜上，而不會(huì)過于閃爍。
更快速的反射鏡64掃出水平掃描線，而更慢速的反射鏡68垂直地掃出水平掃描線，從而生成光柵圖案，該圖案是用于構(gòu)建圖像的大致平行的掃描線的柵格或序列。每個(gè)掃描線具有許多像素。圖像分辨率最好為1024×768像素的XGA質(zhì)量。在有限工作范圍內(nèi)，可顯示出高清晰電視標(biāo)準(zhǔn)，其被表示為720p，1270×720像素。在某些應(yīng)用中，320×480像素的一半VGA質(zhì)量，或320×240像素的四分之一VGA質(zhì)量足夠用。最小需要160×160像素的分辨率。
反射鏡64，68的角色可顛倒，以便反射鏡68更快，而反射鏡64更慢。還可將反射鏡64設(shè)計(jì)成掃出垂直掃描線，在此情形，反射鏡68將掃出水平掃描線。此外，慣性驅(qū)動(dòng)器可用于驅(qū)動(dòng)反射鏡68。的確，可通過電動(dòng)機(jī)械、電、機(jī)械、靜電、磁，或電磁驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)任一反射鏡。
慢反射鏡工作在顯示圖像時(shí)的恒定速度掃動(dòng)模式中。在反射鏡返回期間，將反射鏡以其自然頻率回掃到最初位置，自然頻率高得多。在反射鏡回程期間，關(guān)閉激光器，以降低設(shè)備功耗。
圖6表示出與如圖2所示相同的透視圖中的裝置20的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。上述組件安裝在包括頂蓋100和支撐板102的支撐部件上。夾持器104、106、108、110、112分別夾持相互對(duì)準(zhǔn)的折疊反射鏡42，48、濾波器52，54和反彈反射鏡62。每個(gè)夾持器具有多個(gè)定位槽，用于容納固定安裝在支撐部件上的定位柱。從而，使反射鏡和濾波器正確定位。如所示，具有三個(gè)柱，從而允許進(jìn)行兩個(gè)角度調(diào)整和一個(gè)橫向調(diào)整?？蓪⒚總€(gè)夾持器粘合在其最終位置上。
通過對(duì)一個(gè)或多個(gè)掃描線中的像素進(jìn)行有選擇照亮來構(gòu)建圖像。如下面參照?qǐng)D7更詳細(xì)地描述的那樣，控制器114使得光柵圖案中所選像素被三個(gè)激光束照亮，并得以呈現(xiàn)。例如，紅、藍(lán)和綠功率控制器116，118，120分別對(duì)紅、藍(lán)和綠激光器22，28，34導(dǎo)通電流，以便對(duì)后者加電以在每個(gè)所選像素處發(fā)出各自光束，并且對(duì)紅、藍(lán)和綠激光器不導(dǎo)通電流，以便不對(duì)后者加電以便不對(duì)其它未選中像素照亮。照亮和不照亮像素的最終圖案包括圖像，它可為人或機(jī)器可讀的信息或圖形的任何顯示。
參照?qǐng)D1，在放大視圖中顯示出光柵圖案。激光束開始于端點(diǎn)處，通過慣性驅(qū)動(dòng)器沿水平方向以水平掃描速率掃到相對(duì)端點(diǎn)以形成掃描線。于是，通過電磁驅(qū)動(dòng)器70沿垂直方向以垂直掃描速率將激光束掃到另一端點(diǎn)，以形成第二掃描線。以同樣方式形成連續(xù)掃描線。
在微處理器114或控制電路的控制下，通過功率控制器116，118，120的操作，在所選時(shí)間調(diào)制激光器開關(guān)或使其脈動(dòng)，在光柵圖案中創(chuàng)建圖像。激光器生成可見光且僅在需要看到預(yù)期圖像中的像素時(shí)將其打開。每個(gè)像素的顏色通過一個(gè)或多個(gè)光束的顏色確定。可見光譜中的任何顏色可通過紅、藍(lán)和綠激光中的一個(gè)或多個(gè)的有選擇疊加形成。光柵圖案是由每個(gè)線以及多個(gè)線上的多個(gè)像素組成的柵格。圖像為所選像素的位圖。每個(gè)字母或數(shù)字，任何圖形設(shè)計(jì)或標(biāo)識(shí)，甚至機(jī)器可讀的條形碼符號(hào)，都可被形成為位圖(bit-mapped)圖像。
如圖7所示，在微處理器114的控制下，將具有垂直和水平同步數(shù)據(jù)的輸入視頻信號(hào)，以及像素和時(shí)鐘數(shù)據(jù)，發(fā)送到紅、藍(lán)和綠緩沖器122，124，126。存儲(chǔ)一個(gè)全VGA幀需要數(shù)千字節(jié)，為使得能夠?qū)懭胍粋€(gè)幀，同時(shí)處理和投影另一幀，在緩沖器中需具有用于兩個(gè)全幀的足夠存儲(chǔ)空間。在速度測(cè)量?jī)x(speed profiler)130的控制下，將緩存的數(shù)據(jù)發(fā)送到格式化器128以及發(fā)送給紅、藍(lán)和綠查詢表(LUT)132，134，136以校正因掃描導(dǎo)致的固有內(nèi)部失真，以及由投影圖像的顯示角度所導(dǎo)致的幾何失真。最終的紅、藍(lán)和綠數(shù)字信號(hào)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)138，140，142轉(zhuǎn)換成紅、藍(lán)和綠模擬信號(hào)。紅和藍(lán)模擬信號(hào)被饋送到紅和藍(lán)激光器驅(qū)動(dòng)器(LD)144，146，紅和藍(lán)激光器驅(qū)動(dòng)器144，146還與紅和藍(lán)功率控制器116，118相連接。綠模擬信號(hào)被饋送到聲光模塊(AOM)射頻(RF)驅(qū)動(dòng)器150，進(jìn)而被饋送到綠激光器34，綠激光器34還與綠LD 148以及綠功率控制器120相連。
在圖7中還示出了反饋控制，包括紅、藍(lán)和綠光電二極管放大器152，154，156，其與紅、藍(lán)和綠模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器158，160，162相連，進(jìn)而與微處理器114相連。通過與A/D轉(zhuǎn)換器166相連進(jìn)而與微處理器相連的熱敏電阻放大器164，對(duì)熱進(jìn)行監(jiān)控。
掃描反射鏡64，68通過驅(qū)動(dòng)器168，170進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器168，170被饋送以來自DAC 172，174的模擬驅(qū)動(dòng)信號(hào)，DAC 172，174進(jìn)而與微處理器相連。反饋放大器176，178檢測(cè)掃描反射鏡64，68的位置，并且與反饋A/D 180，182相連，進(jìn)而與微處理器相連。
功率管理電路184用于使功率最小，同時(shí)允許快速上電時(shí)間，最好是通過使綠激光器一直打開，并使紅和藍(lán)激光器的電流保持剛好低于發(fā)射激光的閾值來實(shí)現(xiàn)。
若檢測(cè)到掃描反射鏡64，68任一方偏離了位置，激光器安全關(guān)閉電路186則用于關(guān)閉激光器。
如以上所述，具有紅外二極管泵浦YAG晶體激光器和非線性倍頻晶體以及聲光調(diào)制器36的綠光模塊34占用了圖像投影裝置20的尺寸、重量、成本和電功耗的大約一半。圖9示意性描繪了可替換綠激光器系統(tǒng)，其降低了尺寸、重量、成本和功耗并使得裝置20更適于手持應(yīng)用，諸如設(shè)備10。圖8描繪了如圖9所示的系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。
可替換綠激光器系統(tǒng)包括用于發(fā)射具有大約1060nm的波長(zhǎng)的紅外光束的紅外激光器200。優(yōu)選地，激光器200是波長(zhǎng)穩(wěn)定的、邊緣發(fā)射激光二極管，其如圖8所示，是用半導(dǎo)體芯片或基板202上的激光波導(dǎo)制造的分布反饋(DFB)激光器。激光器200還可以是分布布拉格反射(DBR)激光器。
電吸收調(diào)制器(EAM)204是半導(dǎo)體設(shè)備，其使得激光器二極管200發(fā)射的紅外光束的強(qiáng)度能夠經(jīng)由基于Franz-Keldysh效應(yīng)的電壓控制。EAM 204包括具有電極的調(diào)制器波導(dǎo)，用于沿垂直于調(diào)制后的紅外光束的方向施加電場(chǎng)以便控制其光傳輸。與AOM 36相比，EAM 204以更低電壓工作，需要更少功率，并且以很高調(diào)制速度工作。可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十GHz(千兆赫茲)的調(diào)制帶寬。
傳統(tǒng)上，EAM 204與DFB激光二極管一起集成在同一芯片202上。盡管EAM可以是單獨(dú)的芯片，但是這種集成使得激光波長(zhǎng)更好地匹配EAM能帶隙并且消除在單獨(dú)的芯片之間進(jìn)行校準(zhǔn)的需要。如圖8所示，尖椎(taper)將激光二極管發(fā)射的紅外光束耦合到下層的EAM波導(dǎo)。
由EAM 204輸出的調(diào)制光束被耦合到第二諧波發(fā)生(SHG)晶體中，該SHG晶體可以是體器件(bulk device)(諸如KTP)或波導(dǎo)206，如圖9所示。對(duì)于其較高的轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)選波導(dǎo)，并且優(yōu)選地，長(zhǎng)的、周期性極化的鋰鈮酸鹽(PPLN)波導(dǎo)用于將具有大約1060nm的波長(zhǎng)的輸入調(diào)制紅外光束轉(zhuǎn)換成具有大約530nm的波長(zhǎng)的輸出調(diào)制綠光束。
為了維持紅外光束的波長(zhǎng)的穩(wěn)定性，熱電冷卻器208被用來將激光器200維持在恒定溫度。也可能存在對(duì)穩(wěn)定SHG波導(dǎo)206的溫度的需要。
由于從紅外到綠光的轉(zhuǎn)換與紅外激光束的輸出功率的強(qiáng)度平方成比例，所以如果綠激光器輸出的線性變化是期望的，則由EAM執(zhí)行的調(diào)制應(yīng)當(dāng)被校準(zhǔn)。
在所附權(quán)利要求中給出本發(fā)明的新穎和要保護(hù)的特征。
權(quán)利要求
1.一種用于投影二維彩色圖像的圖像投影裝置，包括
a)支撐部件；
b)支撐部件上的激光器組件，用于發(fā)射由具有不同波長(zhǎng)的多個(gè)激光束組成的復(fù)合光束；
c)支撐部件上的掃描器，用于在與支撐部件相距工作距離處在空間中掃動(dòng)復(fù)合光束作為掃描線圖案，每個(gè)掃描線都具有多個(gè)象素；
d)控制器，可操作地連接到激光器組件和掃描器，用于使所選象素被激光束照亮并使其可見以產(chǎn)生圖像；以及
e)該激光器組件包括用于發(fā)射具有波長(zhǎng)的紅外光束的邊緣發(fā)射激光二極管、用于調(diào)制紅外光束的電吸收調(diào)制器和用于使調(diào)制的紅外光束的波長(zhǎng)減半以生成綠激光束作為所述多個(gè)激光束之一的第二諧波發(fā)生器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影裝置，其中，其中激光器組件包括紅和藍(lán)固態(tài)半導(dǎo)體激光器，用于分別產(chǎn)生紅和藍(lán)激光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影裝置，其中，掃描器包括第一可振動(dòng)掃描反射鏡，用于以第一掃描速率沿第一方向在第一掃描角度內(nèi)掃動(dòng)復(fù)合光束；和第二可振動(dòng)掃描反射鏡，用于以不同于第一掃描速率的第二掃描速率沿基本上垂直于第一方向的第二方向在不同于第一掃描角度的第二掃描角度內(nèi)掃動(dòng)復(fù)合光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影裝置，其中，控制器包括用于給激光器組件加電以照亮所選像素并且使激光器組件斷電以不照亮除所選像素之外的像素的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影裝置，以及在激光器組件和掃描器之間的支撐部件上的光學(xué)組件，用于聚焦和共線放置激光束以形成復(fù)合光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影裝置，其中，邊緣發(fā)射激光二極管是用于發(fā)射具有大約1060納米的波長(zhǎng)的紅外光束的分布反饋二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影裝置，其中，邊緣發(fā)射激光二極管和電吸收調(diào)制器被集成在公共的半導(dǎo)體芯片上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影裝置，其中，第二諧波發(fā)生器包括極化波導(dǎo)，用于將紅外光束的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成綠激光束的波長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像投影裝置，以及熱電冷卻器，用于控制邊緣發(fā)射激光二極管的溫度。
10.一種用于在可變距離處投影二維彩色圖像的方法，包括步驟
a)發(fā)射由具有不同波長(zhǎng)的多個(gè)激光束組成的復(fù)合光束；
b)在空間中掃動(dòng)復(fù)合光束作為掃描線圖案，每個(gè)掃描線都具有多個(gè)象素；
c)使所選象素被激光束照亮并使其可見以產(chǎn)生圖像；以及
d)通過電吸收調(diào)制具有波長(zhǎng)的紅外光束以及使紅外光束的波長(zhǎng)減半以生成綠激光束作為所述多個(gè)激光束之一來執(zhí)行發(fā)射步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，紅外光束由邊緣發(fā)射紅外激光二極管發(fā)射，其中調(diào)制步驟由電吸收調(diào)制器執(zhí)行，以及在公共的半導(dǎo)體芯片上制造二極管和調(diào)制器的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，通過使調(diào)制的紅外光束通過極化波導(dǎo)而將紅外光束的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成綠激光束的波長(zhǎng)來執(zhí)行減半步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，以及控制紅外二極管的溫度。
14.一種電吸收調(diào)制綠激光器系統(tǒng)，包括
a)邊緣發(fā)射激光二極管，用于發(fā)射具有大約1060納米的波長(zhǎng)的紅外光束；
b)電吸收調(diào)制器，用于調(diào)制紅外光束以形成調(diào)制的紅外光束；
c)第二諧波發(fā)生器，用于使調(diào)制的紅外光束的波長(zhǎng)減半以生成具有大約530納米的波長(zhǎng)的綠激光束。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電吸收調(diào)制綠激光器系統(tǒng)，其中，邊緣發(fā)射激光二極管和電吸收調(diào)制器被集成在公共的半導(dǎo)體芯片上。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的電吸收調(diào)制綠激光器系統(tǒng)，其中，第二諧波發(fā)生器包括極化波導(dǎo)，用于將紅外光束的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成綠激光束的波長(zhǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的電吸收調(diào)制綠激光器系統(tǒng)，以及熱電冷卻器，用于控制邊緣發(fā)射激光二極管的溫度。
全文摘要
一種重量輕、體積小的圖像投影模塊，用于使光柵圖案中的所選象素被照亮以產(chǎn)生VGA質(zhì)量的高分辨率的彩色圖像。使用電吸收調(diào)制綠激光器系統(tǒng)來提高能量效率以及降低模塊的尺寸和重量。
文檔編號(hào)G03B21/22GK101297240SQ200680039880
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2006年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者M·斯特恩 申請(qǐng)人:訊寶科技公司