專利名稱：降低顯示器系統(tǒng)里散斑效應(yīng)的裝置的制作方法
降低顯示器系統(tǒng)里散斑效應(yīng)的裝置
交叉引用到相關(guān)申請美國專利申請13/0 ，112，于2011年2月16日申請，標(biāo)題為“降低顯示器系統(tǒng)里 散斑效應(yīng)的裝置”，在此，其內(nèi)容通過弓I用結(jié)合并到本文中。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種投影數(shù)碼圖像的裝置，特別涉及一種去斑(de-speckling) 裝置和方法，其能夠降低或去除激光投影儀形成圖像里的散斑(speckle)。
背景技術(shù)：
我們總是在接收視覺信息，如看電影。如今，由于消費電子如數(shù)碼相機的易用性， 產(chǎn)生了大量的視覺信息。類似地，對于我們從中接收視覺信息的顯示器，也有大量的需 求。顯示器技術(shù)的發(fā)展異常迅速，而且出現(xiàn)越來越多的顯示圖像的不同方法，如陰極射線管 (CRT)顯示器、液晶裝置(LCD)顯示器、發(fā)光二極管(LED)顯示器、有機發(fā)光二極管(OLED) 顯示器、平視顯示器(HUD)、激光掃描投影(LSP)顯示器和投影儀。在本發(fā)明里，無論何時提 到圖像，同樣也適用于被稱為視頻的動態(tài)圖像。人類視覺對噪聲很敏感，因而一個無噪聲的高質(zhì)量圖像是非常令人期待的。有一 種噪聲被稱為散斑(speckle)，對具有相干光源(coherent lightsource)的顯示器，如在 使用激光的顯示器、HUD、或LSP顯示器，這類型的散斑噪聲是很常見的。例如，在激光為光 源的投影儀的例子里，投影到屏幕上的圖像里將出現(xiàn)散斑，因為激光被如圖1所示的屏幕 表面反射。當(dāng)與可視光波長比較時，任何屏幕的表面都可以看作是粗糙的，因此發(fā)生散射。 從屏幕表面上的各個獨立散射區(qū)域到達(dá)觀察者眼睛的反射光線有相對相位差(relative phase difference)，并互相干擾，產(chǎn)生顆粒狀亮暗圖案，稱為散斑。已經(jīng)有多種方法通過破壞激光束的相干性以減少散斑。如果破壞了激光束的相干 性，散斑被平均，因為散斑效應(yīng)不再有關(guān)。對N個獨立的散斑，折減系數(shù)可以通過以下等式 ⑴來計算R = ^N(1)這些方法包括提供角度分集、波長分集、偏振分集或基于屏幕的解決方案。如 Joseph W. Goodman 在“光學(xué)散斑現(xiàn)象理論和應(yīng)用”(Englewood，Colo. =Roberts & Co., 02007)里所討論的，已經(jīng)嘗試提供各種去斑的解決方案。在業(yè)界，一些方法已經(jīng)成為習(xí)慣做 法，如(1)使用幾個激光作為照明光源；(2)從不同角度照明光源；(3)照明時產(chǎn)生波長分集；(4)使用不同偏振態(tài)的激光；(5)使用一個專門設(shè)計的屏幕來最小化產(chǎn)生散斑，如活動屏幕；和(6)使用一個旋轉(zhuǎn)漫射器。
這些用來減少散斑的解決方案各有其優(yōu)缺點。有些需要額外部件，如在系統(tǒng)里提 供一個漫射器，這會使系統(tǒng)小型化面臨挑戰(zhàn)，例如，為了減少散斑，漫射器將引導(dǎo)漫射的激 光到一個擺動的平面鏡，如在美國專利4，155，630標(biāo)題為“通過隨機空間相位調(diào)制來消除 散斑”里所述，或者如在美國專利5，313，479標(biāo)題為“使用相干光的無散斑顯示器系統(tǒng)”里 所述的一個旋轉(zhuǎn)漫射器。使用額外部件還可能進(jìn)一步加大將散斑減少方案集成到現(xiàn)有系統(tǒng)的難度，而且 有些甚至需要外部的致動器，這會產(chǎn)生額外的能耗。例如，歐洲專利申請EP1，949，166描述 使用致動器電極(actuator pad)朝向這些致動器電極方向來驅(qū)動一個鋁涂敷的微加工薄 膜；鋁涂敷的微加工薄膜使一個平面鏡發(fā)生變形，其使光發(fā)生散射以減少散斑。這個致動機 制也限制了平面鏡朝著一個單方向變形。還有一些解決方案，需要一個活動屏幕，這不僅使圖像不能顯示在任何靜止的屏 幕上，而且當(dāng)屏幕尺寸增大時很難找到一個合適的裝置來移動屏幕。例如，在美國專利 5，272，473標(biāo)題為“減少散斑的顯示器系統(tǒng)”里所描述的換能器(transducer)將很難用于 一個大型屏幕，其中換能器需要連接到一個顯示屏幕以產(chǎn)生橫過顯示屏幕的表面聲波。在 美國專利6，122，023標(biāo)題為“無散斑的液晶投影顯示器”里，有另一種類型的活動顯示器， 其在顯示器屏幕上提供一層液晶分子，在高于60Hz的頻率上輕微振動?，F(xiàn)有技術(shù)里，仍有需要減少顯示器的散斑。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種運動膜，其能夠使用一個簡單光學(xué)系統(tǒng)而有效地抑制散 斑噪聲。運動膜在一個高于掃描鏡掃描頻率的頻率上振動，如在一個足夠產(chǎn)生增大光斑的 高頻率上振動，然后掃描鏡移動以在2D圖像里產(chǎn)生另一個點。本發(fā)明提供一種MEMS(微電 機械系統(tǒng))裝置，其有一連接到固定框架上的膜。當(dāng)該膜振動時，該膜被設(shè)置以時間性地以 不同折射角度折射入射激光束。隨著時間的推移，因為被折射的每個激光束都行進(jìn)在稍微 不同的路徑上，在激光束沿著不同路徑行進(jìn)的激光光斑與不同時間到達(dá)平面的激光光斑重 疊之后，所以有一個更大的激光光斑尺寸產(chǎn)生在平面上，而不是一個單個的、相干的激光光 斑。運行期間，膜在不同方向上振動，振動導(dǎo)致入射激光束周期性地?fù)舸蛟谀さ牟煌?位置上，所以，這些激光束時間性地被膜以不同折射角折射。然后，這些時間性地不相干的 折射激光束可以用作為一個光源，用來產(chǎn)生一個有效抑制激光散斑效應(yīng)的圖像。本發(fā)明提供的MEMS裝置能夠批量制造，降低裝置的單位成本。MEMS制造工藝會使 裝置小型化，這在許多便攜式用戶電子產(chǎn)品里是令人期待的。此外，使用本發(fā)明的沒有任何漫射器的MEMS裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)高光效，并且本發(fā)明 的MEMS裝置所提供的反射面輪廓更容易控制。由于不需要額外的運動致動器或漫射器，本發(fā)明具有較低的能耗。本發(fā)明的MEMS裝置有一個可控的振動幅度或頻率，使得能夠進(jìn)行參數(shù)調(diào)諧以得 到一個最優(yōu)的激光去斑效應(yīng)。施加不同的電壓和頻率來優(yōu)化去斑效果。例如通過改變MEMS 裝置的輸入驅(qū)動電壓來調(diào)整振動幅度，而通過設(shè)計MEMS裝置中致動部件的尺寸來調(diào)諧振 動頻率，例如通過改變扭桿(torsional bar)的尺寸。本發(fā)明提供一種強健結(jié)構(gòu)，與MEMS掃描鏡制造的工藝流程類似，能夠進(jìn)一步將該去斑裝置集成到MEMS掃描鏡里。本發(fā)明的一個方面是提供一種MEMS裝置以通過擴大激光掃描投影顯示器里的激 光光斑尺寸來減少散斑效應(yīng)，其包括一個具有第一截面激光光斑尺寸的入射激光束；一個 可以時間性地改變形狀的膜，使得一個或多個激光束被該膜以不同折射角度進(jìn)行折射，從 而折射激光束的時間平均產(chǎn)生第二截面激光光斑尺寸，不同于第一截面激光光斑尺寸；以 及一個或多個致動器，其能夠時間性地改變膜的形狀。本發(fā)明的另一個方面是通過多個致動器使膜運動，致動器是一個電極陣列，被排 列在MEMS上的被膜覆蓋的一個區(qū)域上。本發(fā)明的另一個方面是通過一個或多個振蕩致動器使膜變形，每個致動器支撐膜 的每個末端并時間性地發(fā)生振蕩。本發(fā)明的另一個方面是提供至少一個被膜覆蓋的MEMS裝置的表面區(qū)域，其膜被 密集圖案化成多個反射鏡。本發(fā)明的一個方面是將膜涂敷一層導(dǎo)電薄膜。依照本發(fā)明的另一個方面，MEMS裝置的頂部被涂敷一發(fā)散層，發(fā)散層的表面被涂 敷一反射涂層?；蛘?，發(fā)散層的表面被粗糙化，是一種電介質(zhì)的圖案膜，或在其表面有一個 聚合體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個方面是提供一反射涂層在發(fā)散層上。在此情況里，發(fā)散層是由一 種不均勻的相變聚合物構(gòu)成。本發(fā)明的一個方面是提供一種使用如上所述MEMS裝置的光學(xué)系統(tǒng)，其包括一個 照明光源，發(fā)出一個或多個激光束，一個或多個激光束被傳播到MEMS裝置的周期性振動的 膜上，從而發(fā)生折射；以及一個雙軸MEMS反射鏡，其接收由MEMS裝置折射的激光束，并以掃 描方式反射激光束以產(chǎn)生圖像在屏幕上。本發(fā)明的另一個方面是提供一種如上所述的如權(quán)利要求1所述的使用MEMS裝置 的光學(xué)系統(tǒng)，其包括一個照明光源，發(fā)出一個或多個激光束，一個或多個激光束傳播到MEMS 裝置的膜上，發(fā)生折射；至少一個額外的MEMS裝置，該MEMS裝置是權(quán)利要求1的MEMS裝 置，其被安置以接收并折射從MEMS裝置離開的激光束；以及一個雙軸MEMS反射鏡，其接收 那個額外的MEMS裝置的激光束，并以掃描方式反射激光束以產(chǎn)生圖像在屏幕上。本發(fā)明的其它方面也將通過以下實施例進(jìn)行披露和描述。

以下將參照附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的目的、方面和實施例，其中圖1顯示一個激光束在一個表面上的發(fā)散。圖2a、2b和2c顯示本發(fā)明一個實施例，一個橫波傳播穿過一個膜。圖3a和北顯示本發(fā)明一個實施例一個具有膜的MEMS裝置，其中一個橫波傳播穿 過該膜。圖如、仙、如和4(1顯示本發(fā)明一個實施例一個具有膜的MEMS裝置，其中一個橫 波傳播穿過該膜；其中圖如、仙、如和4d分別表示時間=1、時間=2、時間=2. 5和時間= 3的情形。圖fe和恥顯示本發(fā)明一個實施例一個具有各種變形狀態(tài)的膜的MEMS裝置。
圖6a、6b、6c和6d顯示本發(fā)明一個實施例一個具有各種變形狀態(tài)的膜的MEMS裝 置，其中圖6a、6b、6c和6d分別表示時間=0、時間=0. 5、時間=1和時間=2的情形。圖7顯示本發(fā)明一個實施例一個具有膜的MEMS裝置。圖8a和8b顯示本發(fā)明一個實施例一個具有各種變形狀態(tài)的膜的MEMS裝置；其中 圖8a和8b分別表示時間=0和時間=1的情形。圖9a顯示本發(fā)明一個實施例一個MEMS裝置頂部上的一個粗糙發(fā)散層。圖9b顯示本發(fā)明一個實施例一個MEMS裝置頂部上的一個圖案化的發(fā)散層。圖9c顯示本發(fā)明一個實施例一個MEMS裝置頂部上的一個不均勻 (inhomogeneous)材料發(fā)散層。圖9d顯示本發(fā)明一個實施例一個MEMS裝置頂部上的一個聚合體結(jié)構(gòu)發(fā)散層。圖10描述本發(fā)明一個實施例的去斑效應(yīng)。圖Ila和lib描述本發(fā)明實施例使用至少一個具有膜的MEMS裝置的一個光學(xué)系 統(tǒng)的模塊示意圖。
發(fā)明詳述
發(fā)明詳述MEMS裝置至少有一個運動部件。在一個實施例里，運動部件是一種膜。該膜有一 定程度的柔性，使得該膜變形并改變形狀。該膜可以反射、折射、偏振或散射光，如激光束， 并可以是由諸如薄膜或?qū)щ娔?如ΙΤ0)的材料制成。圖2a、2b和2c描述本發(fā)明一個實施例的一個橫波傳播穿過一個膜。在本實施例 里，光線如激光束行進(jìn)穿過該膜，并發(fā)生折射。依照Snell定律，折射角θ r通過以下等式⑴計算
sin Θ nt/1Λ-^ = -(1) sin Ur nr其中θ i是入射角，ni是第一介質(zhì)的折射率，其中入射光線從第一介質(zhì)到達(dá)第二介 質(zhì)，K是第二介質(zhì)的折射率。入射光線被第二介質(zhì)折射，并以折射角θ^在第二介質(zhì)里傳播。圖加顯示膜210是靜止的，并保持相對平坦。光線到達(dá)膜210的平坦表面，然后 進(jìn)入膜210。如圖加所示，在光線進(jìn)入膜210之前，入射光線是垂直于膜210和第一介質(zhì)之 間的界面，入射角等于0。依照等式(1)，折射角等于0。當(dāng)光線從一個介質(zhì)行進(jìn)到另一個不 同折射率的介質(zhì)時，發(fā)生折射，當(dāng)離開膜210進(jìn)入第二介質(zhì)時，光線再次發(fā)生折射。假設(shè)膜 和第二介質(zhì)之間界面上的入射光線的入射角仍然是0，那么當(dāng)離開膜210的時候，折射角等 于0。因此，在光線穿過膜210之前和之后，傳播方向仍然保持相同。換言之，光線直線穿過 膜 210。圖2b顯示膜210以這樣的方式運動，即有一個橫波傳播經(jīng)過膜210。波傳播在膜 210上產(chǎn)生波紋。在膜210上形成多個波峰211和波谷212。在到達(dá)膜210之前入射光線 平行地以同一方向行進(jìn)傳播，它們在不同時間以不同入射角到達(dá)膜210上的波峰211，因為 它們的路線與膜210相交在不同位置上。結(jié)果，當(dāng)入射光線穿過膜210時，由于不同的入射 角，入射光線在波峰211的不同位置上以不同的折射角發(fā)生折射。在本實施例里，在進(jìn)入 膜210之前的第一介質(zhì)和在離開膜210之后的第二介質(zhì)的折射率都大于膜210的折射率。換言之，光線在第一和第二介質(zhì)里行進(jìn)的速度大于在膜210里行進(jìn)的速度。一旦進(jìn)入膜210，光線都朝第一介質(zhì)和膜210之間界面的法線偏斜。例如，其中一 個光線朝第一介質(zhì)和膜210之間界面(切線222)的法線221偏斜。因為在波峰211的不 同部分上的每個法線都指向波峰211的彎曲中心，所以每個最初平行的光線被折射后都指 向彎曲中心而行進(jìn)。結(jié)果，膜210的波峰211如凸透鏡一樣提供聚焦功能。膜210彎曲越 多，光線將更加集中。在進(jìn)入膜210的波峰211之后，光線在膜210里沿著互相匯合的路徑 行進(jìn)。膜210越厚，光線在膜210里行進(jìn)的距離越長，導(dǎo)致光線越靠近在一起。因此，由波 峰211引起的聚焦效應(yīng)取決于諸如膜210的彎曲度、折射率和厚度等因素。當(dāng)離開膜210進(jìn)入第二介質(zhì)時，光線被再次折射。由于光線從一個低折射率的介 質(zhì)行進(jìn)到一個高折射率的介質(zhì)，當(dāng)穿過膜210和第二介質(zhì)之間的界面時，光線被轉(zhuǎn)向偏離 法線。換言之，入射角小于折射角。由于在波峰211的不同部分上的每個法線都指向波峰 211的彎曲中心，轉(zhuǎn)向偏離法線使光線不那么聚集，即更加分散。圖2c顯示與圖2b所示相反的情景。與先到達(dá)膜210的波峰211不同，光線是先 到達(dá)膜210的波谷212。因此，光線入射到膜210的一個波谷212的凹表面上，而不是波峰 例子里的凸表面上。第一介質(zhì)和膜210之間界面的每個法線是從彎曲中心輻射開來，光線 穿過膜210分散開來。當(dāng)光線進(jìn)入膜210被折射時，它們偏向法線。因此，光線以發(fā)散方向 在膜210里行進(jìn)，膜210的波谷212能夠?qū)饩€產(chǎn)生發(fā)散效應(yīng)。當(dāng)離開膜210進(jìn)入第二介質(zhì)時，光線被折射朝向膜210和第二介質(zhì)之間界面的法線。圖3a和北描述本發(fā)明一個實施例的一個具有膜的MEMS裝置，一個橫波傳播穿過 該膜。該MEMS裝置是透射式的，其允許激光束穿過它。膜310的運動是由MEMS裝置產(chǎn)生。 膜310的每個末端由一個致動器320支撐。每個致動器320被安排在基板350的表面340 上。在表面340上，除了致動器320外還有另一個致動器330。致動器320也起到墊片的 功能，使得膜310的運動將不會受MEMS裝置其它部件的阻礙。可以有一個或多個致動器， 每個致動器支撐膜310的每個末端。對于膜的運動，致動器320提供一個自由度，而致動器 330提供另一個自由度。提供的致動器越多，膜運動的自由度就越大。致動器320和330能夠以諸如靜電力、壓電力或磁力的方式來提供致動。如圖北 所示，致動器320和/或330的振蕩，能夠在膜310上產(chǎn)生橫波。在膜310 —端上的致動器 320發(fā)生振蕩，而另一端上的振蕩器320保持靜止?；蛘?，在膜310兩端上的致動器320都 振蕩，從而產(chǎn)生相反方向上行進(jìn)的橫向波，并相互重疊。致動器320在垂直方向如上下方向 上振蕩并移動膜320的一端?；蛘咧聞悠?20被安排在膜310的四個角上?；蛘咧聞悠?320可以是多個離散的致動器，其在不同時間致動并以不同振幅和頻率振蕩?；蛘咧聞悠?320可以是桿狀的，其沿著膜310的一個邊緣布置，另一個桿狀致動器320沿著膜310的相 對的另一個邊緣布置。桿狀致動器320扭動，一端的擺動幅度比另一端的更大。圖^、4b、k和4d描述本發(fā)明一個實施例一個具有膜的MEMS裝置，一個橫波傳播 穿過該膜。在一個時間，如時間間隔是1秒時，致動器320和致動器330開始振蕩以產(chǎn)生一 個橫波。初始，膜310有一個平坦的表面，其伸展在致動器320之間，其相反兩端由致動器 320支撐。當(dāng)激光束以垂直于膜310表面的方向到達(dá)膜310時，激光束以直線路徑行進(jìn)穿過 膜310，不發(fā)生轉(zhuǎn)向偏斜。
在另一個時間，如時間間隔是2秒時，在膜310上行進(jìn)的橫波的波峰上，激光束橫 穿膜310。激光束在橫向波的波峰上聚集，變得更加集中。在另一個時間，如時間間隔是2. 5秒時，在膜310上行進(jìn)的橫波的波谷上，激光束 橫穿膜310。激光束在橫波的波谷上發(fā)散，變得更加分散。同時，致動器320、330的振蕩停 止，不再產(chǎn)生額外的波峰或波谷。橫波持續(xù)在膜310上從一側(cè)行進(jìn)到另一側(cè)。當(dāng)時間間隔是3秒時，激光束碰到另 一個波峰，會聚成一個更集中的激光光斑，如圖4d所示。然后，在橫波停止后，膜310回復(fù) 成一個平坦表面，激光束直線穿過膜310。圖5a和恥描述本發(fā)明一個實施例一個具有各種變形狀態(tài)的膜的MEMS裝置。MEMS 裝置有一個膜510覆蓋在其頂部。膜510的一些例子包括一種導(dǎo)電透明膜如ΙΤ0(銦錫氧 化物)。在膜510和MEMS裝置頂部之間，有一空腔。在到達(dá)MEMS裝置頂部且發(fā)散之前，激 光束在該腔的介質(zhì)里行進(jìn)。一發(fā)散層530涂敷在MEMS裝置基板頂部上。發(fā)散層530的至 少一個區(qū)域被密集地圖案化成一個微小鏡陣列，如圖fe所示。每個微小鏡在其表面上有一 反射涂層520，使微小鏡具有反射性，使得當(dāng)激光束到達(dá)時被這些微小鏡反射。安置在膜510下方的多個電極(圖中未顯示)使膜510發(fā)生變形。在不同時間開 關(guān)每個電極以施加一個電壓在膜510和電極之間。變形的樣子取決于諸如電極位置、電極 密度和每個電極如何開關(guān)等因素。在一個實施例里，電極以這樣的方式被開關(guān)，即在膜510 上形成一個如圖恥所示的彎曲圖案。當(dāng)電極如何通電和/或膜510如何通電被改變時，這 種彎曲或波狀圖案也被改變。例如，電極可以在交替行上相反通電，使得膜510發(fā)生交替地 上下變形。膜510在不受電極影響的波節(jié)或區(qū)域上保持靜止，例如，在膜510之下沒有電極 的地方或電極之間的空隙。電極是致動器的一種例子，其它例子可以是使用磁力的致動機 制。由于膜510的變形，光在不同時間上發(fā)生衍射，使得穿過膜510的光到達(dá)一個平面 的不同位置，重疊在一起以產(chǎn)生一個更大的時間平均光光斑。例如，激光束在不同時間到達(dá) 膜510的不同部分，并在不同時間以不同入射角穿過膜510。在穿過膜510之后，激光束進(jìn) 一步被發(fā)散層發(fā)散。發(fā)散的激光束將再次穿過膜510，并到達(dá)膜510的不同部分。不同程 度的會聚和發(fā)散被提供給膜510。因此，當(dāng)激光束被反射鏡陣列520反射并離開MEMS裝置 時，在不同時間上的激光束將有不同離去角度的路徑而離開MEMS裝置。圖6a、6b、6c和6d描述本發(fā)明一個實施例一個具有不同變形狀態(tài)的膜的MEMS裝 置。在電極的影響下，膜510發(fā)生變形。在一個例子里，沿著垂直方向的變形幅度在時間 間隔是0秒時達(dá)到最大，如圖6a所示。激光束在穿過膜510之后，被膜510的一個波峰折 射。然后，激光束在發(fā)散層530上方被反射涂層520發(fā)散。當(dāng)激光束被反射遠(yuǎn)離MEMS裝置 時，到達(dá)膜510上的一個波峰，在穿過膜510之后進(jìn)一步被折射。如圖6b所示，在時間間隔等于0. 5秒時，沿著垂直方向的變形幅度隨著膜510和 電極之間產(chǎn)生靜電力的降低而減少。膜510上的突起逐漸變平，每個波峰和波谷的彎曲度 也減小。當(dāng)穿過膜510時，與前一個時間比較，激光束被折射的程度更小。接著，激光束被 發(fā)散層530上的反射涂層520發(fā)散。發(fā)散角可能不同于之前時間的那些發(fā)散角，因為折射 角的不同改變了激光束路徑和發(fā)散層530上發(fā)散表面上的位置。當(dāng)被反射遠(yuǎn)離MEMS裝置 時，激光束到達(dá)膜510上的一個波峰，在穿過膜510后被進(jìn)一步折射。
在時間間隔是1秒時，膜510回復(fù)到其靜止位置，如圖6c所示，不被電極導(dǎo)致變 形。激光束的路徑在穿過膜510時發(fā)生折射而改變、在被發(fā)散層530反射時而改變、在離開 膜510時發(fā)生折射而改變。盡管激光束是從同一方向到達(dá)MEMS裝置，但是激光束在膜510 上的入射角不同于之前那個當(dāng)膜510發(fā)生變形時的入射角，所以折射角也不同，與之前時 間相比，導(dǎo)致激光束路徑發(fā)生變化。在時間間隔是2秒時，膜510發(fā)生變形，以至激光束到達(dá)膜的一個波谷，如圖6d所 示，離開MEMS裝置的激光束的路徑不同于之前的情況。圖7描述本發(fā)明一個實施例一個具有膜的MEMS裝置。膜710是一厚的透明膜，在 其下方涂敷有一層導(dǎo)電透明膜750。一些厚的透明膜的厚度大于1微米。厚透明膜的一些 例子包括聚二甲硅氧烷(PDMS)、聚對二甲苯聚合物材料、SU-8光阻和各種其它光阻。導(dǎo)電 透明膜750的一些例子包括ΙΤ0。膜710在MEMS裝置頂部形成一個蓋。在膜710和MEMS 裝置頂部之間形成一空腔。一層發(fā)散層730被涂敷在MEMS裝置的頂部表面上，一基板740 位于發(fā)散層730之下。一個發(fā)散鏡720的陣列被密集排列在發(fā)散層730上。在該實施例里，膜710比如圖6a到6d的那些要厚。如圖8a所示，激光束行進(jìn)穿 過膜710 —個較長距離，并在膜710的上下邊界上被折射兩次。再次折射可能發(fā)生在膜710 和膜750之間的界面上。多個電極(圖中未顯示)被安置在MEMS裝置的表面上，在一個由 膜710覆蓋的區(qū)域里。電極被接通時，在不同極性上進(jìn)行通電，能夠產(chǎn)生靜電力以將導(dǎo)電薄 膜750移向或遠(yuǎn)離MEMS裝置的頂部，而使膜710發(fā)生變形。圖8a和8b描述本發(fā)明一個實施例一個具有各種變形狀態(tài)的膜的MEMS裝置。在 時間間隔是0時，膜710因為安置在膜之下的電極而發(fā)生變形，如圖8a所示，在膜710上形 成不同的波峰和波谷，就好象在膜710上產(chǎn)生一個橫波或駐波。變形使膜710發(fā)生振蕩，并 提供一個振蕩介質(zhì)給激光束穿越。入射激光束到達(dá)一個波峰并被膜710折射。接著，激光 束到達(dá)反射鏡720，將被反射發(fā)散遠(yuǎn)離MEMS裝置。離開的激光束再次穿過膜710和導(dǎo)電薄 膜750，并再次發(fā)生折射。圖8b顯示時間間隔是1秒時激光束行進(jìn)朝向MEMS裝置，膜710發(fā)生變形，其中波 形是與圖8a所示波形反相180度。在一個靠近波谷的區(qū)域，激光束入射到膜710。與圖8a 所示的情景相比，這給激光束一個不同的路徑變化，因為折射角是不同的。因此，激光束在 時間上不同地被折射，并好多次偏離其行進(jìn)方向。由于不同的路徑長度，在膜710內(nèi)也發(fā)生 相位變化。不是一個單光斑1010被反射到一個屏幕上，或在其它實施例里，反射到到另一個 具有活動或振蕩的反射表面的反射器上，如在美國專利申請xx/xxx，XXX里所披露的那個 反射器，一個平面鏡或雙軸MEMS平面鏡用于進(jìn)一步的反射和發(fā)散，每個被反射的激光束產(chǎn) 生一個更大的光斑1030，其是在不同時間被反射到屏幕不同位置上的一些初始較小光斑 1020的平均值，如圖10所述。這個較大光斑1030足夠快地產(chǎn)生，以至于觀看屏幕上圖像的 觀察者僅能夠感覺到這個較大的光斑1030。在一個實施例里，一發(fā)散層被用于反射鏡或MEMS裝置的頂部上，以提高在反射 角上的時間區(qū)別性(temporal distinctiveness)。在一些實施例里，發(fā)散層920的表面被 粗糙化或被拋光，并有一反射涂層910被涂敷在發(fā)散層920的拋光表面上，如圖9a所述。反 射涂層910的一些例子包括金或鋁。作為另一個應(yīng)用發(fā)散層920的替代方案，通過拋光MEMS裝置930的頂部，可以獲得粗糙表面，接著在其上應(yīng)用一反射涂層910，使MEMS裝置930的 頂部具有反射性。如圖9b所述，本發(fā)明另一個實施例，發(fā)散層920是一個圖案化的絕緣膜，如氧化硅 SiO2和氮化硅Si3N4，并有一反射涂層910被涂敷在發(fā)散層920的圖案化表面上。作為另一 個應(yīng)用發(fā)散層920的替代方案，通過圖案化MEMS裝置930的頂部，可以獲得圖案化的表面， 接著在其上應(yīng)用一反射涂層910，使MEMS裝置930的頂部具有反射性。如圖9c所述，本發(fā)明另一個實施例，一反射涂層910被涂敷在MEMS裝置930的頂 部上，接著一個具有不均勻相變聚合物如液晶的發(fā)散層920被應(yīng)用到反射涂層920的頂部 上。 如圖9d所述，本發(fā)明另一個實施例，聚合體結(jié)構(gòu)的發(fā)散層920被應(yīng)用到MEMS裝置 930的頂部上，一個反射涂層910被涂敷在發(fā)散層920的聚合體結(jié)構(gòu)上。聚合體結(jié)構(gòu)的發(fā)散 層920的一些例子包括SU-8光阻、聚對二甲苯、光阻、和PDMS。圖Ila顯示本發(fā)明一個實施例一個使用具有膜的MEMS裝置的光學(xué)系統(tǒng)的模塊示 意圖。該光學(xué)系統(tǒng)包括一個具有膜1120的MEMS裝置，其接收來自照明源1110的激光束。 具有膜1120的MEMS裝置可以是這樣的一個裝置，其允許激光束在折射之后穿過自己而成 為離開激光束，或是這樣一個裝置，其反射或發(fā)散激光束而成為離開激光束。雙軸MEMS鏡 1130利用其繞著兩個正交軸的旋轉(zhuǎn)，使用該離開激光束來進(jìn)行激光掃描，以產(chǎn)生一個圖像 在屏幕1140上。該光學(xué)系統(tǒng)還包括各種部件，如在激光束行進(jìn)路經(jīng)的不同點上的反射鏡和 透鏡。圖lib顯示本發(fā)明一個實施例一個使用一個或多個具有膜的MEMS裝置的光學(xué)系 統(tǒng)的模塊示意圖。為了進(jìn)一步提高激光束行進(jìn)路徑的差異性以及激光束的相位差，提供一 個或多個具有膜的MEMS裝置，使得在經(jīng)過MEMS裝置處理之后產(chǎn)生一個更大的激光光斑。 一旦經(jīng)過MEMS裝置的處理，激光束將被折射或反射/發(fā)散。來自照明源1110的激光束被 一個具有膜1121的主MEMS裝置處理后，然后由一個具有膜1122的次MEMS裝置進(jìn)一步處 理。上述具有膜的MEMS裝置的各種實施例可以被分別使用作為具有膜1121的主MEMS裝 置和具有膜1122的次MEMS裝置。例如，具有膜1121或1122的MEMS裝置是一個通過其膜 來折射激光束的MEMS裝置。不止一個具有膜的MEMS裝置可以被使用作為具有膜1122的 次MEMS裝置，使得來自主MEMS裝置1121的離開激光束在到達(dá)其中一個次MEMS裝置時發(fā) 生折射或發(fā)散。其中一個具有膜1121或1122的MEMS裝置可以由具有運動或振蕩表面的 MEMS裝置代替，結(jié)果MEMS裝置的振蕩運動能夠分散激光束。除了光學(xué)系統(tǒng)里的其它透鏡和 反射鏡之外，提供一個雙軸掃描MEMS反射鏡1130，利用繞著兩個垂直軸的旋轉(zhuǎn)運動以發(fā)散 方式反射激光。結(jié)果，來自照明源1110的激光到達(dá)屏幕1140時，具有減小的散斑效應(yīng)。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的特別實施例，應(yīng)該理解，本發(fā)明不受限于在此所述的精 確構(gòu)造，從前面的描述看出，各種修改、改變和變化是顯而易見的。這些修改、改變和變化被 看作是在以下權(quán)利要求所闡述的本發(fā)明范圍的一部分。
權(quán)利要求
1.一個MEMS裝置，用于通過擴大激光掃描投影顯示器上的激光光斑尺寸來減小散斑 效應(yīng)，包括一個膜，其被設(shè)置以時間性地改變形狀，使得一個或多個入射激光束被該膜以不同的 折射角進(jìn)行折射，所述一個或多個入射激光束具有第一截面激光光斑尺寸，而折射激光束 的一個時間平均產(chǎn)生第二截面激光光斑尺寸，第二截面激光光斑尺寸不同于第一截面激光 光斑尺寸；和一個或多個致動器，其能夠時間性地改變膜的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中致動器是一個電極陣列，所述電極被排列在MEMS裝置上一個由所述膜覆蓋的區(qū)域上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中每個致動器支撐所述膜的每個末端，并時間性地發(fā)生振蕩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中至少一個由所述膜覆蓋的MEMS裝置的表面區(qū)域被密集地圖案化成多個鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中 所述膜被涂敷一層導(dǎo)電薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中至少一個由所述膜覆蓋的MEMS裝置的表面區(qū)域上被涂敷一發(fā)散層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS裝置，其中 所述發(fā)散層表面被涂敷一反射涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS裝置，其中 所述發(fā)散層表面被粗糙化。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS裝置，其中 所述發(fā)散層是一個圖案化的介質(zhì)薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS裝置，其中 所述發(fā)散層在其表面至少有一個聚合物結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MEMS裝置，其中 在所述發(fā)散層的頂部之間提供一反射涂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的MEMS裝置，其中 所述發(fā)散層是由不均勻的相變聚合物構(gòu)成。
13.一個使用如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置的光學(xué)系統(tǒng)，還包括一照明源，其發(fā)出一個或多個激光束，一個或多個激光束被傳播到MEMS裝置的周期振 動的膜上，然后發(fā)生折射；和一雙軸MEMS反射鏡，其接收由MEMS裝置折射的激光束，并以發(fā)散方式反射激光束以產(chǎn) 生圖像在屏幕上。
14.一個使用如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置的光學(xué)系統(tǒng)，還包括一個照明源，其發(fā)出一個或多個激光束，一個或多個激光束被傳播到MEMS裝置的周期 振動膜上，然后發(fā)生折射；至少一個額外的MEMS裝置，該MEMS裝置是權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其被安置以 接收并折射離開MEMS裝置的激光束；和一雙軸MEMS反射鏡，其接收來自額外的MEMS裝置的激光束，并以掃描方式反射激光束 以產(chǎn)生圖像在屏幕上。
全文摘要
本發(fā)明涉及降低激光掃描投影儀顯示器里散斑噪聲的方法和裝置。特別地，提供一種具有一振動膜的MEMS裝置，由此光線時間性地以不同的角度被折射，從而降低散斑效應(yīng)。
文檔編號G02B26/08GK102141687SQ20111006189
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者劉穎, 蔡振榮, 陳奕泉, 霍露明 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司