專利名稱：具有交錯光束掃描的光束顯示器的制作方法
相關申請信息在35 USC119(e)下，本申請要求對于2000年10月27日提交的臨時申請系列號60/244,075的優先權，其公開內容在此引入作為參考。
背景技術：
1、發明領域本發明涉及顯示器和顯示視頻信息的方法。特別是，本發明涉及光束顯示器以及掃描光束以顯示視頻信息的方法。
2、現有技術的描述和相關信息高分辨率顯示器具有多種應用，包括計算機顯示器、高清晰度電視(HDTV)和模擬器。在這些應用中，首先要考慮的是分辨率、最大可視面積、成本和可靠性。盡管許多方法(包含CRT顯示器，后投影和前投影顯示器，等離子體顯示器和液晶顯示器)已經得以應用，但這些當中無一個能滿意地提供所有上述期望的特性。在其它的顯示器應用中，如控制面板顯示器以及車輛和航行器的羅盤顯示器，分辨率次要于亮度、結構小巧和可靠性。
盡管基于光束的顯示器，如發光二極管或激光束顯示器能潛在地為上述提到的兩種類型的顯示器提供很多優點，但是這些顯示器還沒有被廣泛地應用。這在很大程度上是由于在顯示屏上以所需精確度掃描光束的能力有限。掃描激光束的一個普通方法是應用一個旋轉鏡以在鏡子旋轉時在線性方向掃描激光束。一般地，這個鏡子配置成多面體，其每一邊對應于在線性方向的激光束的掃描長度。光束的垂直移動一般由第二個鏡子來提供，以提供二維掃描-----這正是顯示應用所需要的。
這種旋轉多面體激光束二維(XY)掃描儀的例子示意于
圖1中。圖1所示的現有技術激光束掃描設備應用多面體形鏡1，所述多面體1接收激光器2所提供的激光束，并當多面體1旋轉時使激光束沿掃描方向x偏轉。第二塊鏡子3被配置以在Y方向垂直移動光束來掃描連貫的水平線。這兩個鏡子就這樣分別掃描所有X方向和所有Y方向。本領域的技術人員將理解到隨著顯示器尺寸和顯示器分辨率的增加，維持兩個運動鏡子所需要的精確準直變得非常困難。可導致高分辨率應用(如HDTV)所不能接受的各種形式的變形。這些因素表明提供商業上能接受的掃描激光器或光束顯示器面臨的嚴重問題。
因此，目前存在對能提供在水平和垂直兩個方向精確掃描的掃描光束顯示器的需求。而且，目前存在對這種不會過度增加其費用的顯示器的需求。
發明概述在第一方面，本發明提供了一光束顯示器，它包括具有垂直和水平尺寸的顯示屏，多光束的光源和光路，該光路包括位于顯示屏與光束源之間的一可移動的反射鏡，該反射鏡擁有多個反射小平面。該可移動的反射鏡通過其一個或多個小平面把多光束導引向顯示屏，以同時照亮顯示屏上的多個不同的掃描線，這些掃描線由多個非照亮的掃描線隔開。提供一個光機元件用于垂直移動光束以照亮顯示屏上的不同掃描線。這種水平掃描線的交錯掃描使得垂直移動達到最小，從而獲得對整個顯示器區域非常精確的掃描。
優選地，該可移動反射鏡是一可旋轉的多面體，且光束顯示器還包括一以預定的角速度轉動多面體的馬達，因而將連續的小平面帶入光路以截取多光束。該光束源優選地由配置在陣列中的第一多個發光二極管組成，該陣列包括多行和至少一列。該陣列可以有三列，其中每一列對應于具有一基色的光束源。在一個優選實施例中，應用顯示屏上被照亮的兩面板，該光束源還可包括在具有多行和至少一列的陣列中配置的第二多個發光二極管，且其中該光路將多光束通過可移動反射鏡的相應第一和第二小平面導引向顯示屏，以同時照亮顯示器的不同水平區域或面板。該光機元件可包括一振動子或耦接到第二可移動反射鏡的壓電裝置。
在另一方面，本發明提供了一光束顯示器，它包括用于接收視頻數據(該視頻數據包含顯示信息的多個水平線)的輸入、顯示屏、在包括多個行和至少一列的陣列中配置的第一多個光束源，以及在包括多個行和至少一列的陣列中配置的第二多個光束源。存儲器存儲視頻數據的多個水平線，控制電路根據該存儲器中存儲的多個水平線的視頻數據同時激勵光束源，這樣每個被激勵的水平線被多個未被激勵的水平線隔開。第一和第二光路分別被提供在顯示屏和第一與第二多光束源之間，每個包括擁有多個反射小平面的第一可移動反射鏡和第二可移動反射鏡，用于同時將被激勵的多束導引向顯示屏。該第一可移動反射鏡可以由這兩光路共享并水平掃描第一多個和第二多個光束。每一光路中的第二可移動反射鏡垂直掃描第一和第二多個光束從而相繼掃描所有的水平線。
在另一方面本發明提供了一種利用多光束在顯示屏上顯示信息的方法。該方法包括將多光束導引向顯示屏并在第一方向上掃描這些光束以同時在顯示屏上描繪出第一多個平行掃描線，該第一多個平行掃描線在第二方向上被隔開。例如，可提供由8條線隔開32條平行掃描線。該方法還包括在第二方向上移動這些光束然后又在第一方向上掃描這些光束以同時在顯示屏上描繪出第二多個平行掃描線，該第二多個平行掃描線在第二方向上被隔開并與第一多個平行掃描線交錯。該方法包括反復移動和掃描以在顯示屏上描繪出第三多個平行掃描線，該第三多個平行掃描線在第二方向上被隔開并與上述的第一和第二多個平行掃描線交錯。整個顯示屏通過相繼反復移動和掃描多次而被照亮。例如，對于8條掃描線的間隔，移動和掃描進行了8次。該顯示屏可以是通常的矩形配置，且第一方向對應于屏幕的水平尺度而第二方向對應于屏幕的垂直尺度。該水平方向可被分為由分開的光束源所掃描的許多面板。
本發明的其它方面將通過下文對本發明的詳細描述來理解。
附圖的簡單描述圖1是現有技術激光掃描設備的頂視示意圖。
圖2A和圖2B是根據本發明優選實施例的光束顯示器的示意圖。
圖3是根據本發明的光束顯示器操作的掃描圖案的示意圖。
圖4A至4H是根據本發明的光束顯示器的優選操作模式的掃描圖案示意圖。
本發明的詳細描述參照圖2A和圖2B，本發明的光束顯示器的優選實施例被示意于示意圖中，該示意圖示意了該實施例的基本結構和電子設備。光路和這些結構部件的尺寸在圖2B中沒有按照規定比例被示出，且光路布局和具體尺寸將隨具體應用而定。光束源、多小平面的多面體和其他光學儀器，以及顯示器電子設備可以應用于1998年10月8日提交的美國專利申請序號09/169,163的授意，該專利現在為2001年1月16日發表的美國專利6,175,440，該公開內容在此引入作為參考。也可以應用發表于1999年12月28日的美國專利6,008,925、發表于1997年7月8日的美國專利5,646,766和發表于1992年11月24日的美國專利5,166,944的授意，這些公開內容在此引入作為參考。因此，下文將不再詳細描述本顯示器的所有方面，可以參考上面指出的專利來作為附加內容。
圖2A和2B的顯示器包含多光束202的第一光源200，所述多束可以包含將在下文作出詳細討論的不同頻率/顏色的束，以及位于光源200與顯示屏206之間光束的第一光路。同時還提供了多光束302的第二光源300，它具有到顯示屏206的通常平行的第二光路。響應于來自光源100的視頻數據，按照將在下文做出更詳細描述的方式，光束激勵受控于控制電路220。作為目前優選實施例的一個例子，光源200和300可每個包括一個擁有多行和至少一列的發光二極管的矩形陣列。對每個二極管陣列來說單色顯示器可以有單列，而彩色顯示可以有3列或更多列。特別是，還可以提供額外的列用于光強度歸一化。例如，在綠光二極管提供的光束強度比紅光、藍光二極管低的地方可提供兩列綠光。這樣彩色陣列為每行提供3基色。行數對應于由每個二極管陣列在顯示屏206上描繪出的平行掃描線的數目。例如，可以應用32行二極管。因此，每個二維的二極管陣列200，300可以同時提供從1到96的獨立光束202，302(受控于控制電路220，提供下文將要討論的掃描模式)。每個傳送頭200，300的光源(如發光二極管或光纖)數可以隨分辨率要求而變化。也可以應用其他多光束的光源。例如，利用AOM調制器可以將單束分為多個被獨立調制的束，從而組成了一多束光源。這種使用AOM調制器來產生多束的方法美國專利5,646,766作了描述，在此引入作為參考。
本光束顯示器包含用于水平掃描的第一可移動反射鏡，優選地包括多小平面多面體反射鏡32。多面體上的小平面數可對應于同時被掃描的水平線間的間距，但可隨分辨率要求而變化。該多面體形狀的反射鏡32被優選地耦接到一可變速的馬達，該馬達為反射鏡32提供高速轉動，這使其圓周上的連續平反射小平面34與光束得以反射性接觸。反射鏡32的旋轉速度由一編碼器(未示出)監視，該編碼器依次提供信號給耦接到控制電子裝置220的馬達控制電路36。該馬達控制電路、電源和角速度控制反饋可以運用上文提到的美國專利5,646,766中的做法。盡管目前優選的是一個多面體形的多小平面反射鏡32，但將理解為還可運用其它形式的可移動多面反射鏡來讓反射性平表面與光束進行連續反射性接觸。這種可替換的反射鏡可由任何多類別的馬達激勵器系統包括線性和轉動的馬達來執行，使一具體的激勵器系統被選來為具體應用提供所期望的小平面速度。在電路38和控制電子裝置220的控制下，每一組光束202、302的垂直光機器件或元件216、316提供光束的垂直移動。該垂直的光機器件或元件216、316可包括用于每個光束202、302的第二可移動反射鏡。例如，可運用一振動子驅動的反射鏡。也可運用其它的光機器件或元件，包含公知的壓電元件。在可供選擇的實施例中，光束的垂直移動可通過傾斜反射鏡32上的小平面而提供。對這一實施例的適當修改將從在此引入作為參考的440專利和075申請之公開內容得到理解。
從每個光束源200、300來的光束202、302的光路可以這樣配置，使得光束以某種方式截取旋轉多面體32以使多面體旋轉時能提供所期望的沿著顯示屏206的掃描范圍，并使得通過為每個光路運用光機器件216、316實現光線的垂直偏移。這些光路將依賴于具體的應用，且正如已示例的，它們可包括分別為光束202和302提供的準直光學裝置208、308和投影光學裝置210、310，以將具有所期望的光斑尺寸的束聚焦在顯示屏206上。同樣，這些光路可以運用公用的(或分開的)反射性光學元件212來增加其路徑長度。每個準直光學裝置208、308和投影光學裝置210、310可包括一個或多個透鏡以及一個或多個反射鏡。在已具體示例的實施例中，第一光路的準直光學裝置包括鏡子222、透鏡224、透鏡226、透鏡228、鏡子230、以及透鏡232。第二光路的準直光學裝置包括鏡子322、透鏡324、透鏡326、透鏡328、鏡子330以及透鏡332。準直光學裝置208和308分別為第一垂直光機元件216和第二光機元件316提供經準直的光束，其可包括上面所述的可移動反射鏡。接著通過多面體32提供第一光路的光束給投影光學裝置210，該投影光學裝置可包括透鏡236和鏡子238，它們將光束提供給鏡子212，然后給顯示屏206。通過多面體32的一不同小平面依次提供第二光路的光束給投影光學裝置310，該投影光學裝置可包括透鏡336和鏡子338，它們把光束提供給鏡子212，然后給顯示屏206。
將理解為，對圖2B所示的光路和光學元件的多種修改是可能的。例如，可提供附加的光學元件用來增加光路長度或改變其幾何結構以在有限空間應用中達到最大的掃描范圍。作為選擇，光路可不需要任何光路延伸元件，如在允許光束源200、300，反射鏡32和顯示屏206的適當幾何結構應用中的反射元件212。同樣地，可提供附加的聚焦或準直光學裝置為具體的應用提供所期望的光斑尺寸。在其它的應用中，單獨的光學元件可進行組合，用于每一光路中少于整組光束的光束組中。例如，單行二極管陣列中的所有二極管可由一組光學準直元件來聚焦。在其它應用中，如果從二極管陣列200、300本身發出來的光束能提供所期望的光斑尺寸和分辨率，則聚焦元件是可以去除的。顯示屏206又可以為一反射性或透射性屏幕，該屏幕具有因提供的高亮度而目前被優選的一透射性漫射屏。
正如圖2A和圖2B以及示例出在一個垂直位置上的掃描模式的圖3所進一步示意說明的，這些光路在旋轉反射鏡32的相應小平面34上同時提供多光束202、302以照亮顯示屏206的兩面板。特別地，多光束202通過第一小平面同時被導引向顯示屏206的第一面板或部分240上的相應點或像素。多光束302依次通過第二小平面被同時導引向顯示屏206的第二面板或部分340上的不同組像素0。為了提供無縫的圖象，可提供重疊區域242。從光源200或300來的多束也可同時照亮單個像素。特別地，在彩色顯示器中，單行二極管陣列中的所有3個二極管可同時照亮單個像素。甚至在單色顯示器應用中，多束可以在單個像素處組合以提供增加了的亮度。到像素上的這一多束組合由圖3大體所示的被導引向顯示屏206的光束所意指，每一光束優選地包含不同頻率或顏色的多個截然不同的分量束。光束202、302在顯示屏206上描繪視頻數據所采用的具體方式如圖4A-H所示。
圖4A至圖4H是由顯示器所提供的光束掃描模式和掃描方法的一系列圖示。每一小平面掃描整個垂直場的一部分(在這個圖例中，以8條水平線均勻地隔開每一小平面的32條掃描線)。圖4A至4H中的每一個圖代表著一個新的垂直掃描位置，每一位置包括由一新的小平面所掃描的多個水平掃描線(例如，所示的32)。通過使用每一面板240、340相應的光機元件216、316來完成掃描線的垂直位移。對于圖例所示的8條線的間距，所述垂直移動僅包括8條線。控制電子裝置220中的存儲器存儲了整個垂直顯示視頻數據的多個水平線。控制電子裝置220中的控制電路根據給定垂直位置的來自存儲器中所存儲的多個水平線視頻數據同時激勵光束源，這樣如圖4A至4H每一個圖中所示每一被激勵的水平線被多個未被激勵的水平線分隔開。如圖4A至4H所示，整個顯示器屏幕通過連續反復垂直移動和水平掃描多次而被照亮。即，圖4A至4H累積地表示整個垂直顯示器信息。這種新掃描模式的好處是光機元件216、316，如振動子，只需非常小的移動量，這使得水平線能非常直。將理解為，在示例中被同時掃描的水平線之間距(如n＝8)與被同時掃描水平線的數目(如32)的選擇只不過是一個例子，這些數目可以根據具體的顯示器應用而變化。
對于其它的應用，也可獲得這些掃描的部分或所有優勢。因此，在此描述的交錯光束掃描光學裝置和掃描圖案可用于除顯示器之外的要求光束精確掃描的應用。
盡管結合具體的實施例以及具體的操作模式已經完成前面對本發明的詳細描述，但將理解這這樣的實施例和操作模式純粹是用于圖解說明之目的，本發明的大量不同的執行過程也可以實現。因而，前面的詳細描述不應該看成是限制性的，而本質上僅是示例性的。
權利要求
1.一種光束顯示器，包括具有垂直和水平尺度的顯示屏；多光束光源；光路，它包括位于顯示屏和光束源之間的一可移動的反射鏡，該反射鏡擁有多個反射小平面，用于通過可移動反射鏡的一個或多個小平面把所述多光束導引向顯示屏，以同時照亮顯示屏上的多個不同的掃描線，其中所述被同時照亮的掃描線被多個未被照亮的掃描線隔開；以及光機動元件，用于垂直移動光束以照亮顯示屏上的不同掃描線。
2.按權利要求1所設定的光束顯示器，其中可移動反射鏡是一可旋轉的多面體，且其中光束顯示器還包括一用來以預定角速度旋轉多面體的馬達，因而將連續小平面帶入光路以截取所述多光束。
3.按權利要求1所設定的光束顯示器，其中光束源包括被配置在一陣列中的第一多個發光二極管，所述陣列包括多行和至少一列。
4.按權利要求3所述的光束顯示器，其中所述陣列有三列，并且其中每一列對應于具有一基色的光束源。
5.按權利要求3所述的光束顯示器，其中所述光束源還包括被配置在一陣列中的第二多個發光二極管，所述陣列包括多行和至少一列，并且其中該光束顯示器還包括用于同時激勵所述第一和第二多個二極管的控制裝置，且其中所述光路通過可移動反射鏡相應的第一和第二小平面將所述同時被激發的多光束導引向顯示屏，以同時照亮顯示屏上的不同水平區域。
6.按權利要求5所述的光束顯示器，其中光束源包括紅、藍、綠半導體二極管陣列。
7.按權利要求1所述的光束顯示器，其中光機元件包括第二可移動反射鏡。
8.按權利要求7所述的光束顯示器，其中光機元件還包括被耦接到第二可移動反射鏡的振動子。
9.按權利要求1所述的光束顯示器，其中的光機元件包括一壓電裝置。
10.一種光束顯示器，包括用于接收視頻數據的輸入，該視頻數據包括顯示信息的多條水平線；顯示屏；被配置在包括多行和至少一列的陣列中的第一多個光束源；被配置在包括多行和至少一列的陣列中的第二多個光束源；存儲器，用于存儲視頻數據的多個水平線；根據來自存儲于所述存儲器中的多個水平線的視頻數據，用于同時激勵所述光束源的控制電路，所述每一條被激勵的水平線被一些未被激勵的水平線隔開；以及分別位于顯示屏與第一和第二多光束源之間的第一和第二光路，包括具有多個反射小平面的第一可移動反射鏡和用于每一光路的第二可移動反射鏡，用于將上述同時被激勵的多束導引向顯示屏，其中第一可移動反射鏡水平掃描第一和第二多光束，且每一光路中的第二可移動反射鏡分別垂直掃描第一和第二多光束，從而得以順序地掃描所有的水平線。
11.按權利要求10所述的光束顯示器，其中第一可移動反射鏡是可旋轉的多面體，且其中光束顯示器還包括一用以預定角速度旋轉多面體的馬達，因而將相應小平面帶入光路，以截取所述多光束。
12.按權利要求10所述的光束顯示器，其中每一光束源陣列具有對應于不同的光顏色的多列。
13.按權利要求10所述的光束顯示器，其中每一同時被掃描的水平線被8條線分隔開。
14.按權利要求10所述的光束顯示器，其中所述多光束源由發光二極管組成。
15.按權利要求10所述的光束顯示器，其中每一陣列包括32行發光二極管，且32條線可同時被水平掃描。
16.一種運用多光束在顯示屏上顯示信息的方法，包括導引多光束到顯示屏；在第一方向上掃描所述多光束以在顯示屏上同時描繪第一多個平行掃描線，該第一多個平行掃描線在第二方向上被分隔開；在第二方向上移動所述多光束；在第一方向上掃描這些光束以在顯示屏上同時描繪第二多個平行掃描線，該第二批平行掃描線在第二方向上被分隔開并與上述的第一多個平行掃描線交錯；以及重復所述移動和掃描以在顯示屏上描繪出第三多個平行掃描線，該第三多個平行掃描線在第二方向上被分隔開并與上述的第一和第二多個平行掃描線交錯。
17.按權利要求16所述之方法，其中上述的顯示屏有一大體為矩形的配置，且其中上述的第一方向對應于上述屏幕的水平尺度，上述的第二方向對應于上述屏幕的垂直尺度。
18.按權利要求17所述之方法，其中整個顯示屏通過相繼重復移動和掃描多次而照亮。
19.按權利要求17所述之方法，其中平行掃描線包括32條掃描線。
20.按權利要求18所述之方法，其中平行掃描線被分開地提供在兩個水平面板上。
全文摘要
一種運用交錯光束掃描的光束顯示器，它包括一擁有垂直方向和水平尺度的顯示屏(206)\多光束(200，300)源和光路，該光路包括一可移動的反射鏡(32)，該反射鏡擁有位于顯示屏(206)與光束源之間的多個反射小面(34)。該可移動的反射鏡(32)通過其(32)一個或多個面把所述多光束(202，302)導引向顯示屏(206)，以同時照亮顯示屏上的多個不同的掃描線，這些掃描線由一些未被照亮的掃描線隔開。提供一光機元件(216，316)用于垂直移動光束以照亮顯示屏上的不同掃描線。
文檔編號H04N5/66GK1484818SQ01821539
公開日2004年3月24日 申請日期2001年10月24日 優先權日2000年10月27日
發明者D·C·科尼馬克, E·H·福德, D C 科尼馬克, 福德 申請人:先進激光技術公司