專利名稱：減少激光斑紋的方法、裝置和漫射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光照射領(lǐng)域。更具體說，本發(fā)明涉及這樣的激光照射領(lǐng)域，即，在這里，強度探測器觀測由激光照射照亮的表面，并且希望減少由強度探測器觀測到的斑紋。
背景技術(shù)：
人眼具有有限的分辨率。當(dāng)眼睛觀察一個物體時，眼睛將這個物體量化成一些析點(resolution spots)。這些析點中的每一個都是眼睛的點分散功能。例如，如果一個人站在距一個平面約3m處，眼睛將這個平面析解成一些析點，這些析點中的每一個都具有約1mm的直徑。


圖1舉例說明觀察漫射表面14的眼睛12。激光照射16照射漫射面14。一個特定的析點18被成像到眼睛12的視網(wǎng)膜上。在析點18內(nèi)的漫射面14特征是不能被眼睛12析解的。漫射面包括許多在析點18內(nèi)的散射中心。散射中心散射是照射析點18的激光照射16。因為激光照射16是相干的，所以散射中心在眼睛12內(nèi)產(chǎn)生干涉。干涉使眼睛12根據(jù)從亮點到暗點排列的亮度標(biāo)度覺察到析點。
每個散射中心形成光波源。這些光波相長干涉；或者，這些光波部分地相長干涉和部分地相消干涉；或者，這些光波相消干涉。如果這些光波相長干涉，析點18是亮點。如果這些光波部分地相長干涉和部分地相消干涉，析點18具有形成中等亮度點的中等亮度。如果這些光波相消干涉，析點18是暗點。
因此，眼睛12使漫射面14成像成在亮點、中等亮度點和暗點的隨機(jī)圖形中的表面析點。這就是斑紋。更一般地說，一個利用強度探測器的光學(xué)系統(tǒng)也會探測到斑紋。對本專業(yè)技術(shù)人員來說會認(rèn)識到，眼睛12是一個生物學(xué)的光學(xué)系統(tǒng)，其中，視網(wǎng)膜起強度探測器的作用。照相機(jī)利用一種類型的強度探測器，對于傳統(tǒng)的照相機(jī)說是薄膜，或者，對于數(shù)字照相機(jī)典型地是電荷耦合裝置。于是，漫射面14的照片將顯示斑紋。圖2是一個斑紋19的照片，顯示亮點、中等亮度點和暗點的粒狀圖形。
斑紋的量度是對比度(C)。對比度以百分比為單位，按C＝100*IRMS/I給出。在這里，I是平均強度，而IRMS是圍繞該平均強度的均方根強度波動。
在“斑紋的某些基本性質(zhì)”，美國光學(xué)學(xué)會雜志，第六6卷，11期，1976年11月，1145-1150頁中，古德曼教導(dǎo)，可以通過疊放N個不相關(guān)的斑紋圖樣來減少斑紋。只要N個不相關(guān)的斑紋圖樣具有相等的平均強度和對比度，這種情況就按 的斑紋減少倍數(shù)減小對比度。如果N個不相關(guān)的斑紋圖樣具有不相等的平均強度或不相等的對比度，斑紋減少倍數(shù)將比 小。因此， 的斑紋減少倍數(shù)是對于N個不相關(guān)斑紋圖樣的斑紋減少的最佳情況。古德曼還教導(dǎo)，可以用時間、空間、頻率或偏振手段來獲得這些不相關(guān)斑紋圖樣。
現(xiàn)有技術(shù)的斑紋減少方法，通過按振蕩運動移動視屏生成多個斑紋圖樣，利用古德曼教導(dǎo)的時間手段。典型地，振蕩運動跟蹤圍繞光軸的小圓或小橢圓。這使斑紋圖樣相對觀察視屏的眼睛12移動，由此形成多個在時間上的斑紋圖樣。只要振蕩運動的速度在閾值速度以上，雖然在任何時間瞬間的斑紋數(shù)量不變，但眼睛12卻覺察到減少的斑紋。另一個說明方式，如果眼睛12的積分時間足夠長，使振蕩運動在積分時間內(nèi)產(chǎn)生不相關(guān)斑紋圖樣，眼睛12探測減少的斑紋。
在激光照射顯示系統(tǒng)的技術(shù)中知道，可以將有源漫射器加到激光照射成像系統(tǒng)以便減少激光斑紋。有源漫射器被放在中間成像平面或接近中間成像平面。在中間成像平面中以圍繞顯示系統(tǒng)光軸的旋轉(zhuǎn)或圓環(huán)圖形移動有源漫射器，以便在顯示屏處產(chǎn)生偏移相位。偏移相位產(chǎn)生在時間上不相關(guān)的斑紋圖樣，如此利用古德曼教導(dǎo)的時間手段。
在“用衍射光學(xué)元件的激光投影系統(tǒng)中的斑紋減少”，應(yīng)用光學(xué)，第三7卷，10期，1998年4月，1770-1775頁中，王等人教導(dǎo)了一個在如激光電視系統(tǒng)這樣的激光投影系統(tǒng)中激光斑紋減少的方法。在激光投影系統(tǒng)中，用光柵掃描，類似電子束如何形成CRT(陰極射線管)顯示器上的圖像那樣地，激光光點形成顯示屏上的圖像。這樣實現(xiàn)王等人教的方法，即，擴(kuò)展激光束；在擴(kuò)展的激光束中放置衍射光學(xué)元件以形成多個小光束；然后，聚焦這些小光束以形成顯示屏上的激光光點。隨著每個像素在顯示屏上形成多個小光束稍微移位。這就提供了時間變化的斑紋圖樣，并因此造成斑紋減少。王等人還教導(dǎo)，可以旋轉(zhuǎn)衍射光學(xué)元件以稍加改進(jìn)斑紋減少。
在(作為參考文獻(xiàn)被特此引入的)1999年11月9日公布的美國專利No.5,982,533中，布魯姆等人教導(dǎo)了一個顯示系統(tǒng)，它包括格柵光閥，紅、綠和藍(lán)激光，各種透鏡裝置，掃描鏡，顯示屏以及電子線路。電子線路控制格柵光閥、激光和掃描鏡以形成顯示屏上的二維圖像。
在布魯姆等人教的顯示系統(tǒng)中，格柵光閥形成顯示屏上的包括直線像素陣列的直線圖像。當(dāng)格柵光閥調(diào)制直線像素陣列時，掃描鏡以與直線圖像垂直方向橫跨顯示屏重復(fù)地掃描直線圖像，借此形成二維圖像。
因為布魯姆等人教導(dǎo)的二維圖像是用激光照射形成的，所以二維圖像呈現(xiàn)激光斑紋，其降低了圖像質(zhì)量。通過減少激光斑紋來改進(jìn)圖像質(zhì)量會是所希望的。
需要的是，減少其中在顯示屏上形成二維圖像的激光照射顯示系統(tǒng)中激光斑紋的方法。
需要的是，減少其中激光照射照射漫射表面的光學(xué)系統(tǒng)中激光斑紋的方法。
發(fā)明概要本發(fā)明是一種減少斑紋的方法、一種用于減少斑紋的裝置、以減少的斑紋為特征的顯示裝置以及用于減少斑紋的漫射器。本發(fā)明的方法包括將激光照射區(qū)分成相格，將相格細(xì)分成若干相格間隔，以及在觀察激光照射區(qū)的強度探測器的積分時間內(nèi)將時間相位變化加到相格間隔上。如果最佳地加時間相位變化，強度探測器探測到與相格間隔數(shù)的平方根相對應(yīng)的最佳斑紋減少。
為了強度探測器探測到最佳斑紋減少，強度探測器必須把激光照射區(qū)析解成具有大于或約等于相格尺寸的析點尺寸的析點。換句話說，為了強度探測器探測到最佳斑紋減少，強度探測器必須是不比強度探測器把析點析解成與相格尺寸對應(yīng)的析點尺寸的距離近。如果強度探測器比強度探測器析解具有小于相格尺寸的析點尺寸的析點的距離近，強度探測器將探測到斑紋減少，但探測不到最佳斑紋減少。
用于減少斑紋的裝置包括照射光學(xué)器件、漫射器和投影光學(xué)器件。照射光學(xué)器件將激光照射耦合到漫射器。漫射器被安置在第一成像面中。漫射器將激光照射分成相格，再將相格細(xì)分成相格間隔。漫射器也將時間相位變化加到相格間隔上。投影光學(xué)器件將第一成像面的圖像投影到漫射表面上，并如此將相格和相格間隔成像到漫射表面上。只要在又觀察漫射表面的強度探測器的積分時間內(nèi)施加時間相位變化，強度探測器就探測到減少的斑紋。
本發(fā)明的顯示裝置裝有用于減少斑紋的裝置。在漫射器處顯示裝置產(chǎn)生包括像素的激光照射顯示圖像，并且，投影光學(xué)器件將激光照射顯示圖像投影到顯示屏上。漫射器將像素分成子像素，并將時間相位變化加到子像素上，這樣情況減少顯示屏上激光照射顯示圖像中的斑紋。
本發(fā)明的漫射器包括第一和第二漫射器相格。第一和第二漫射器相格中的每一個包括第一和第二漫射器相格間隔。在使用時，第一漫射器相格間隔誘導(dǎo)第一零相對相位，而第二漫射器相格間隔誘導(dǎo)第二π弧度相對相位。第一漫射器相格的第一和第二漫射器相格間隔最好按第一哈達(dá)馬德(Hadamard)矩陣圖樣安排。第二漫射器相格的第一和第二漫射器相格間隔最好按第二哈達(dá)馬德矩陣圖樣安排。第一和第二哈達(dá)馬德矩陣圖樣與滿足抗相關(guān)條件的第一和第二哈達(dá)馬德矩陣對應(yīng)。
附圖的簡要說明圖1說明照射表面的激光照射和觀察該表面的人眼。
圖2是一個斑紋照片。
圖3說明本發(fā)明的第一備選實施例。
圖4A和圖4B說明本發(fā)明的第一備選漫射器。
圖5A到圖5D以數(shù)學(xué)表達(dá)式表示本發(fā)明的第一到第四哈達(dá)馬德矩陣。
圖6原理上說明本發(fā)明的分成第一到第四相格間隔的相格的幅度分布。
圖7A到圖7D原理上說明本發(fā)明的第一到第四哈達(dá)馬德矩陣對相格幅度分布的作用。
圖8以方框圖格式說明本發(fā)明的產(chǎn)生n階哈達(dá)馬德矩陣的n階最佳抗相關(guān)組的方法。
圖9以數(shù)學(xué)表達(dá)式表示本發(fā)明的1階、二階、四階和八階希爾維斯特(Sylvester)表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣。
圖10以數(shù)學(xué)表達(dá)式用行標(biāo)號數(shù)的行表示本發(fā)明的四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德表達(dá)式。
圖11表示本發(fā)明的十六階行互換檢查表。
圖12以數(shù)學(xué)表達(dá)式表示本發(fā)明的四階行互換檢查表、四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣和利用四階行互換檢查表從四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣產(chǎn)生的二階到四階哈達(dá)馬德矩陣。
圖13以數(shù)學(xué)表達(dá)式表示本發(fā)明的包括十六個哈達(dá)馬德矩陣的四階哈達(dá)馬德矩陣的四階最佳抗相關(guān)組。
圖14原理上說明本發(fā)明的顯示系統(tǒng)。
圖15說明應(yīng)用本發(fā)明的優(yōu)選漫射器的顯示光學(xué)系統(tǒng)的平面視圖。
圖16說明應(yīng)用本發(fā)明的優(yōu)選漫射器的顯示光學(xué)系統(tǒng)的縱剖面視圖。
圖17A和圖17B說明本發(fā)明的優(yōu)選漫射器。
圖17C原理上說明本發(fā)明的優(yōu)選漫射器表面的一部分。
圖17D說明本發(fā)明的優(yōu)選漫射器的第一漫射器相格。
圖18原理上說明本發(fā)明的另一個漫射器表面的部分。
圖19說明本發(fā)明的二進(jìn)相位步長表面和逐漸過渡相位步長表面。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明本發(fā)明優(yōu)選實施例是利用本發(fā)明優(yōu)選漫射器的顯示系統(tǒng)。為了解釋本發(fā)明的基本概念，在介紹顯示裝置和優(yōu)選漫射器之前介紹本發(fā)明的第一備選實施例。
圖3中說明本發(fā)明的第一備選實施例。第一備選實施例20包括激光源21、發(fā)散透鏡22、準(zhǔn)直透鏡23、第一備選漫射器24、第一電子線路26和凸透鏡27。第一電子線路26與第一備選漫射器24電耦合。較可取地，激光源21經(jīng)發(fā)散透鏡22和準(zhǔn)直透鏡23與第一備選漫射器24光耦合。激光源21發(fā)射激光照射28。激光照射28由發(fā)散透鏡22擴(kuò)展，由準(zhǔn)直透鏡23準(zhǔn)直，在第一備選漫射器24處成像，又投影到漫射表面30上產(chǎn)生激光照射區(qū)32。于是，在第一備選漫射器24有第一圖像平面，而在漫射表面30處有第二圖像平面。最好由人眼34觀察激光照射區(qū)32。替換地和較一般地，由具有強度探測器的光學(xué)系統(tǒng)觀察該激光照射區(qū)32。
第一備選漫射器24的相位產(chǎn)生表面將激光照射區(qū)32分成相格，又將相格細(xì)分成許多相格間隔。第一電子線路26驅(qū)動第一備選漫射器24，在眼睛34的積分時間內(nèi)將時間相位變化加到相格間隔上。時間相位變化減少眼睛34探測到的斑紋。眼睛34將激光照射區(qū)32析解成析點。較可取地，相格尺寸不大于大約析點尺寸。另一方面，相格尺寸大于析點尺寸，但這導(dǎo)致不大有效的斑紋減少。
時間相位變化最好包括一些時間步長，這里許多時間步長對應(yīng)于每個相格的相格間隔數(shù)目。于是，如果每個相格有四個相格間隔，時間相位變化最好發(fā)生在四個時間步長上。另一方面，時間步長數(shù)目小于相格間隔數(shù)目，但這導(dǎo)致不大有效的斑紋減少。較可取地，時間步長具有大致相等的持續(xù)時間。另一方面，時間步長不具有相等的持續(xù)時間，但這也導(dǎo)致不大有效的斑紋減少。
較可取地，每個相格的相格間隔數(shù)目包括第一和第二相格間隔，最好它們分別具有零和π弧度相對相位。對于第一時間步長，特定相格的第一和第二相格間隔包括第一相格圖樣。在第一時間步長末，部分地重新安排特定相格的第一和第二相格間隔以產(chǎn)生滿足抗相關(guān)條件的第二相格圖樣。對于第二時間步長，第一和第二相格間隔包括第二相格圖樣。
對于接著的時間步長這種情況繼續(xù)。對于接著的時間步長，特定相格的第一和第二相格間隔包括接著的相格圖樣。在接著的時間步長之間，部分地重新安排特定相格的第一和第二相格間隔以產(chǎn)生滿足抗相關(guān)條件的下一個相格圖樣。最后，重新安排第一和第二相格間隔到第一相格圖樣，并且時間相位變化再經(jīng)過第一、第二和接著的時間步長繼續(xù)進(jìn)行。
通過在時間步長之間重安排相格間隔，該特定相格的相格間隔的時間相位變化完成在該特定相格內(nèi)的空間相位變化。換句話說，時間相位變化包括用對應(yīng)時間步長數(shù)目的相格圖樣數(shù)目的方式來安排第一和第二相格間隔。進(jìn)而每個相格圖樣都產(chǎn)生一個斑紋圖樣，這個斑紋圖樣與由其余相格圖樣產(chǎn)生的斑紋圖樣不相關(guān)。這就產(chǎn)生了對應(yīng)相格圖樣數(shù)目的許多不相關(guān)斑紋圖樣。因此，對于大致相等持續(xù)時間的時間步長，相格圖樣數(shù)目按相格圖樣數(shù)平方根的斑紋減少倍數(shù)減少斑紋。
當(dāng)時間步長數(shù)目對應(yīng)于相格間隔數(shù)目時，相格圖樣數(shù)目也對應(yīng)于相格間隔數(shù)目。在這種情形中，相格圖樣數(shù)目被稱為最佳抗相關(guān)組。仍在這種情形中，不相關(guān)斑紋圖樣數(shù)目導(dǎo)致最佳斑紋減少。這是因為，對于分成相格間隔數(shù)目的特定相格，按時間步長數(shù)平方根減少斑紋只占與相格間隔數(shù)目對應(yīng)的時間步長數(shù)目。于是，以最小數(shù)目的時間步長來實現(xiàn)最佳斑紋減少，并且，因為以最小數(shù)目的時間步長來實現(xiàn)它，所以它是最佳的。
用圖4A說明本發(fā)明的第一備選漫射器24。第一備選漫射器24最好由光學(xué)透明材料組成。透明材料與相位產(chǎn)生表面36和漫射器的運動機(jī)構(gòu)組合產(chǎn)生時間相位變化。替換地，第一備選漫射器24用包含反射材料的本發(fā)明的第二備選漫射器代替。反射材料與替換的相位產(chǎn)生表面和漫射器的運動機(jī)構(gòu)組合產(chǎn)生時間相位變化。再替換地，第一備選漫射器24用包含光電器件的本發(fā)明的第三備選漫射器代替。光電器件，例如液晶調(diào)制器，其光電產(chǎn)生時間相位變化。
較可取地，第一備選漫射器24的漫射器的運動機(jī)構(gòu)包括順序加上的第一到第四運動機(jī)構(gòu)40-43，以便產(chǎn)生總曝光時間。較可取地，按步驟加上第一到第四運動機(jī)構(gòu)40-43，每個步驟發(fā)生在一個曝光時間之后。替換地，按連續(xù)運動加上的第一到第四運動機(jī)構(gòu)40-43，每個連續(xù)運動在曝光時間上發(fā)生。較可取地，總曝光時間大約為典型的眼睛34的積分時間(約50毫秒)。替換地，典型的積分時間是總曝光時間的整數(shù)倍。再替換地，總曝光時間只是小于典型的積分時間。
用圖4B說明第一備選漫射器24的一部分。第一備選漫射器24的這部分包括與激光照射區(qū)32的第一到第四相格對應(yīng)的第一到第四漫射器相格44-47。第一到第四漫射器相格44-47被復(fù)制產(chǎn)生第一相位產(chǎn)生表面36。第一到第四漫射器相格44-47中的每一個最好包括具有漫射器相格寬度48的相位產(chǎn)生表面36的一個正方區(qū)。較可取地，第一到第四運動機(jī)構(gòu)40-43的運動距離對應(yīng)于漫射器相格寬度48。
較可取地，第一相位產(chǎn)生表面36包括一個第一到第四漫射器相格44-47的二維陣列。第一到第四漫射器相格44-47中的每一個最好包括第一平面表面50和第二平面表面52。第一和第二平面表面之間的高度差h包括產(chǎn)生π弧度相對相位的光程差。高度差由h＝λ/[2(n-1)]給出，其中，λ是光波長，n是第一備選漫射器24的光學(xué)透明材料的折射系數(shù)。
第一到第四漫射器相格44-47包括第一到第四漫射器相格間隔。用第一到第四哈達(dá)馬德矩陣數(shù)學(xué)上描繪第一到第四漫射器相格間隔。在圖5A-5D上分別數(shù)學(xué)上表示本發(fā)明的第一到第四哈達(dá)馬德矩陣。第一到第四哈達(dá)馬德矩陣44A-47A是二階哈達(dá)馬德矩陣，包括本發(fā)明的二階最佳抗相關(guān)組。
以發(fā)現(xiàn)哈達(dá)馬德矩陣的Jacques-Salomon Hadamard(1865-1963)命名的n階哈達(dá)馬德矩陣(Hn)是矩陣元1和-1的正方矩陣。當(dāng)n階哈達(dá)馬德矩陣乘以哈達(dá)馬德矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣(HnT)時給出n倍n階單位矩陣(In)HnHnT=n(In)]]>哈達(dá)馬德矩陣對于1、4和4的倍數(shù)的n階存在。n階哈達(dá)馬德矩陣(Hn)具有n二個矩陣元。例如，階數(shù)2的哈達(dá)馬德矩陣具有四個矩陣元。
第一到第四哈達(dá)馬德矩陣44A-47A中的每一個都包括具有第一到第四矩陣元的一個二階矩陣。第一哈達(dá)馬德矩陣44A具有等于1的第一到第三矩陣元H11，H12和H21，以及等于-1的第四矩陣元H22。較可取地，第一哈達(dá)馬德矩陣44A的第一到第三矩陣元H11，H12和H21對應(yīng)零相移，而第四矩陣元H22對應(yīng)π弧度相移。換過來，第一到第三矩陣元H11，H12和H21對應(yīng)π弧度相移，而第四矩陣元H22對應(yīng)零相移。
第二哈達(dá)馬德矩陣45A由交換第一哈達(dá)馬德矩陣44A的第一和第二行形成。第三哈達(dá)馬德矩陣46A由交換第一哈達(dá)馬德矩陣44A的第一和第二列形成。第四哈達(dá)馬德矩陣47A由交換第二哈達(dá)馬德矩陣45A的第一和第二列形成。
用圖6原理上說明本發(fā)明分成四個相格間隔的特定相格的幅度分布。由眼睛34(未示出)探測的幅度分布58包括第一到第四幅度A11，A12，A21，A22。因為眼睛34是一種類型的強度探測器，所以眼睛34探測不到第一到第四幅度A11，A12，A21，A22。而是，眼睛34探測到原始強度(S0)。原始強度(S0)由幅度A11，A12，A21，A22的第一和的第一平方給出S0＝|A11+A12+A21+A22|2＝|A11|2+|A12|2+|A21|2+|A22|2+2A11A12+2A11A21+2A11A22+2A12A21+2A12A22+2A21A22項2A11A12，2A11A21，2A11A22，2A12A21，2A12A22和2A21A22是交叉項。根據(jù)第一到第四幅度A11，A12，A21，A22和根據(jù)第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的相位，交叉項可能造成使眼睛34探測到斑紋的為暗光點、中等亮度光點或明亮光點的特定相格。
對本專業(yè)技術(shù)人員來說會顯而易見的是，第一到第四幅度A11，A12，A21，A22較準(zhǔn)確地被分別描寫為幅度和相位的組合|A11|eiφ11，|A12|iφ12，|A21|iφ21，|A22|iφ22。另外，對本專業(yè)技術(shù)人員來說會顯而易見的是，用復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)項較準(zhǔn)確地寫原始強度S0的交叉項使得，例如，較準(zhǔn)確地描寫2A11A12為A11*A12+A11A12*。此外，對本專業(yè)技術(shù)人員來說會顯而易見的是，忽略復(fù)數(shù)數(shù)學(xué)項只簡化本討論，而不降低本討論的有效性。
用圖7A用示意圖說明第一哈達(dá)馬德矩陣4 4A對本發(fā)明的第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的作用。在移動第四幅度A22的相位π弧度如此將第四幅度A22變換到負(fù)的第四幅度-A22的同時，第一哈達(dá)馬德矩陣44A對第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的作用保持第一到第三幅度A11，A12，A21，的相位。眼睛34現(xiàn)在探測到如下的第一強度(S1)S1＝|A11+A12+A21-A22|2＝|A11|2+|A12|2+|A21|2+|A22|2+2A11A12+2A11A21-2A11A22+2A12A21-2A12A22-2A21A22
用圖7B用示意圖說明第二哈達(dá)馬德矩陣45A對本發(fā)明的第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的作用。在移動第二幅度A12的相位π弧度如此將第二幅度A12變換到負(fù)的第二幅度-A12的同時，第二哈達(dá)馬德矩陣45A對第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的作用保持第一、第三和第四幅度A11，A21，和A22的相位。眼睛34現(xiàn)在探測到如下的第二強度(S2)S2＝|A11-A12+A21+A22|2＝|A11|2+|A12|2+|A21|2+|A22|2-2A11A12+2A11A21+2A11A22-2A12A21-2A12A22+2A21A22用圖7C示意地說明第三哈達(dá)馬德矩陣46A對本發(fā)明的第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的作用。在移動第三幅度A21的相位π弧度如此將第三幅度A21變換到負(fù)的第三幅度-A21的同時，第三哈達(dá)馬德矩陣46A對第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的作用保持第一、第二和第四幅度A11，A12，和A22的相位。眼睛34現(xiàn)在探測到如下的第三強度(S3)S3＝|A11+A12-A21+A22|2＝|A11|2+|A12|2+|A21|2+|A22|2+2A11A12-2A11A21+2A11A22-2A12A21+2A12A22-2A21A22用圖7D示意地說明第四哈達(dá)馬德矩陣47A對本發(fā)明的第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的作用。在移動第一幅度A11的相位π弧度如此將第一幅度A11變換到負(fù)的第一幅度-A11的同時，第四哈達(dá)馬德矩陣47A對第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的作用保持第二到第四幅度A12，A21，A22的相位。眼睛34現(xiàn)在探測到如下的第四強度(S4)S4＝|-A11+A12+A21+A22|2＝|A11|2+|A12|2+|A21|2+|A22|2-2A11A12-2A11A21-2A11A22+2A12A21+2A12A22+2A21A22
通過在眼睛34的積分時間內(nèi)對于大致相等的持續(xù)時間將第一到第四哈達(dá)馬德矩陣44A-47A的二階最佳抗相關(guān)組作用到幅度分布58上，眼睛34平均第一到第四強度S1-S4產(chǎn)生如下相位變化的強度S5S5＝1/4(S1+S2+S3+S4)＝|A11|2+|A12|2+|A21|2+|A22|2通過在眼睛34的積分時間內(nèi)將第一到第四哈達(dá)馬德矩陣44A-47A作用到相格的幅度分布58上，第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的第一和的第1平方的不變強度S0成為第一到第四幅度A11，A12，A21，A22的第二平方的第二和的相位變化強度S5。原始強度S0和相位變化強度S5的比較表明，第一到第四哈達(dá)馬德矩陣從原始強度S0消除了2A11A12，2A11A21，2A11A22，2A12A21，2A12A22和2A21A22的交叉項。交叉項勢必不是產(chǎn)生亮光點就是產(chǎn)生暗光點。因此，消除交叉項勢必產(chǎn)生較中等亮度的光點，這就提供了斑紋的減少。
第一到第四哈達(dá)馬德矩陣44A-47A中的每一個對原始強度S0和相位變化強度S5之間的交叉項的消除做出貢獻(xiàn)。于是，對于分成四個相格間隔的特定相格，抗相關(guān)條件成為第一到第四幅度A11、A12，A21、A22的相對相位的部分重新安排，提供了交叉項上的減少而沒有平方上的減少。
抗相關(guān)的較一般表述遵從首先，考慮分成整數(shù)數(shù)目的相格間隔的一般相格。其次，考慮整數(shù)數(shù)目的相格間隔的第一和第二相格圖樣，其中第一相格圖樣幅度的相對相位被部分地重新安排形成第二相格圖樣。然后，如果第一和第二相格圖樣中的每一個提供結(jié)果強度的交叉項減少而沒有由每個相格間隔單獨提供的強度減少，第一和第二相格圖樣滿足抗相關(guān)條件。
較可取地，作用第一到第四哈達(dá)馬德矩陣44A-47A的時間段是積分時間。替換地，在該時間段上作用第一到第四哈達(dá)馬德矩陣44A-47A使得積分時間是時間段的整數(shù)倍。對于等于積分時間的時間段和等于整數(shù)倍的時間段的積分時間段，理論上消除交叉項。這種情況對于第一到第四哈達(dá)馬德矩陣44A-47A產(chǎn)生理論的最佳 的斑紋減少，因為第一到第四哈達(dá)馬德矩陣44A-47A產(chǎn)生四個不相關(guān)斑紋圖樣。
再替換地，但有稍微小的有效性，時間段不如此保持以致積分時間是時間段的整數(shù)倍。如果時間段不如此保持以致積分時間是時間段的整數(shù)倍，并且時間段是在積分時間的量級上，交叉項將只部分地取消。
所以，第一備選實施例20(圖3)的第一備選漫射器24勢必把眼睛34探測到的斑紋從第一到第四幅度A11、A12、A21、A22的第一和的第一平方減少到第一到第四幅度A11、A12、A21、A22的第二平方的第二和。
對專業(yè)技術(shù)人員來說會顯而易見的是，通過在眼睛34的積分時間內(nèi)作用n階哈達(dá)馬德矩陣的n階抗相關(guān)組以產(chǎn)生n的第二最佳斑紋減少，這里n是包括{4、8、12、...}的組的元，會進(jìn)一步減少斑紋。
n階最佳抗相關(guān)組產(chǎn)生方法如圖8中的方框圖所說明。這里的n是從包括{4、8、16、...}的組中選出的。n階最佳抗相關(guān)組產(chǎn)生方法60包括第一、第二、第三、第四和第五方法步驟62、64、66、68和70。
在第一方法步驟62中，最好利用希爾維斯特表達(dá)式產(chǎn)生第一n階哈達(dá)馬德矩陣。希爾維斯特表達(dá)式以等于1的1階哈達(dá)馬德矩陣H(1)開始，等于1的1階哈達(dá)馬德矩陣稱為1階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣H(1)＝1。希爾維斯特表達(dá)式將第一遞歸關(guān)系作用到m階希爾維斯特表達(dá)式矩陣H(m)上，產(chǎn)生兩倍先前階的希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣H(2m)，直到達(dá)到n階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣為止。當(dāng)2m等于n時產(chǎn)生n階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣。第一遞歸關(guān)系遵從H(2m)=H(m)H(m)H(m)-H(m)]]>圖9表示本發(fā)明的第一、2、4和八階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣82、84、86和88。
在第二方法步驟64中，從頂?shù)降装磠1、2、...、n}的組給出的行指標(biāo)i數(shù)的n階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣的行。圖10表示按行指標(biāo)i數(shù)的第四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣84。
在第三方法步驟66中，產(chǎn)生一個行互換檢查表。通過應(yīng)用第二遞歸關(guān)系到先前行互換檢查表T(m)來產(chǎn)生該行互換檢查表，以便產(chǎn)生下一個行互換檢查表T(2m)。第二遞歸關(guān)系遵從
T(2m)=T(m)T(m)+2m-1T(m)+2m-1T(m)]]>通過應(yīng)用第二遞歸關(guān)系直到2m等于n為止，產(chǎn)生n階行互換檢查表。圖11表示一個十六階行互換檢查表90。這個十六階行互換檢查表90包含一個八階行互換檢查表92，這個八階行互換檢查表92又包含一個四階行互換檢查表94。這個四階行互換檢查表94又包含一個二階行互換檢查表96。
在第四方法步驟68中，按照n階行互換檢查表互換n階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣的行，以便產(chǎn)生n哈達(dá)馬德矩陣。圖12表示四階行互換檢查表94，四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣86，以及通過對四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣86應(yīng)用行檢查表而產(chǎn)生的第二、第三和第四哈達(dá)馬德矩陣104、106和108。第一行互換101表示，不互換四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣86產(chǎn)生第一哈達(dá)馬德矩陣102。用第二行互換103互換四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣86產(chǎn)生第二哈達(dá)馬德矩陣104。用第三行互換105互換四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣86產(chǎn)生第三哈達(dá)馬德矩陣106。用第四行互換107互換四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣86產(chǎn)生第三哈達(dá)馬德矩陣108。于是，是第一哈達(dá)馬德矩陣102和第二、第三和第四哈達(dá)馬德矩陣104、106和108的四階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣86組成四個哈達(dá)馬德矩陣組。
在第五方法步驟70中，以循環(huán)方式交換n個哈達(dá)馬德矩陣中的每一個的列產(chǎn)生n二個哈達(dá)馬德矩陣，組成對于n階哈達(dá)馬德矩陣的最佳抗相關(guān)組。圖13表示循環(huán)交換第一到第四哈達(dá)馬德矩陣102..108產(chǎn)生是四階最佳相關(guān)組的十六個哈達(dá)馬德矩陣110。通過移動第一到第四哈達(dá)馬德矩陣102..108的左列到第一到第四哈達(dá)馬德矩陣右列的右邊產(chǎn)生第五到第8哈達(dá)馬德矩陣112..118。從第五到第8哈達(dá)馬德矩陣112..118同樣地產(chǎn)生第9到第一2哈達(dá)馬德矩陣122..128。從第9到第一2哈達(dá)馬德矩陣122..128同樣地產(chǎn)生第一3到第一6哈達(dá)馬德矩陣132..138，這就完成了十六個哈達(dá)馬德矩陣110。
n階最佳抗相關(guān)組產(chǎn)生方法60產(chǎn)生n階最佳抗相關(guān)組?？梢杂昧硪环N方法產(chǎn)生其它最佳抗相關(guān)組。例如，通過以n階哈達(dá)馬德矩陣負(fù)的希爾維斯特表達(dá)式開始，利用n階最佳抗相關(guān)組產(chǎn)生方法60的第二到第五方法步驟64..70，將產(chǎn)生第一替換的n階最佳抗相關(guān)組。
通過應(yīng)用二個試驗可以證明，十六個哈達(dá)馬德矩陣110滿足抗相關(guān)條件。第一個試驗，從十六個哈達(dá)馬德矩陣110中的每一個中求特定項的平方，例如第四行/第三列項，以及求平方之和，給出一個16的值。這對應(yīng)于相位變化強度的幅度平方之一。第二個試驗，從十六個哈達(dá)馬德矩陣110中的每1個中取二個不同項之積，例如第三行/第二列項和第二行/第四列項，以及求積之和，給出一個0的值。這對應(yīng)于交叉項之一。
如果第一個和第二個試驗應(yīng)用到十六個哈達(dá)馬德矩陣的十六個項上，將發(fā)現(xiàn)，所有的平方求和到16以及所有的二個不同項之積求和到0。于是，十六個哈達(dá)馬德矩陣110各個都滿足抗相關(guān)條件，因為十六個哈達(dá)馬德矩陣110中的每一個都提供交叉項的減少，而不影響各項平方之和。
如本說明之初指出的，本發(fā)明的優(yōu)選實施例是本發(fā)明的顯示系統(tǒng)。用圖14示意地說明本發(fā)明的顯示系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)140包括顯示光學(xué)系統(tǒng)142和顯示電子線路144。顯示光學(xué)系統(tǒng)142包括激光146、照射光學(xué)部件148、格柵光閥150、條紋光學(xué)部件152、本發(fā)明的優(yōu)選漫射器154、投影及掃描光學(xué)部件156和顯示屏158。顯示電子線路144與激光源146、格柵光閥150、優(yōu)選漫射器154和投影及掃描光學(xué)部件156連接。
顯示電子線路144給激光146加電。激光146發(fā)射激光照射。照射光學(xué)部件148將激光照射聚焦到格柵光閥150上。最好將格柵光閥150安置在第一成像平面160中。顯示電子線路144控制格柵光閥150。格柵光閥150調(diào)制激光照射形成反射光或衍射光。反射光和衍射光形成直線像素陣列。在這處，直線像素陣列將不形成圖像。為了形成圖像，反射光或衍射光必須從直線像素陣列分離。較可取地，條紋光學(xué)部件152將反射光從衍射光分離，允許至少正1和負(fù)1衍射序數(shù)通過條紋光學(xué)部件152。替換地，條紋光學(xué)部件152將衍射光從反射光分離，允許反射光通過條紋光學(xué)部件152。
條紋光學(xué)部件152將直線像素陣列形成為在優(yōu)選漫射器154處的具有直線圖像寬度的直線圖像。最好將優(yōu)選漫射器154安置在第二成像平面162中。優(yōu)選漫射器154最好將每個像素分成子像素，并將直線像素陣列的子像素的相對相位安排成第一像素圖樣。在第一像素圖樣中從零和π弧度選擇子像素的相對相位。較可取地，像素和子像素與較早討論的相格和相格間隔對應(yīng)。換句話說，像素大于相格。再用另一種方法但具有較小的有效性，像素小于相格。
顯示電子線路144驅(qū)動投影及掃描光學(xué)部件156的掃描鏡。投影及掃描光學(xué)部件156將直線像素陣列投影到顯示屏158上并橫跨顯示屏158掃描直線像素陣列，在顯示屏158上形成二維像素陣列。顯示屏158被安置在第三成像平面164中。二維像素陣列如同二維圖像對眼睛34(未示出)出現(xiàn)。當(dāng)格柵光閥150調(diào)制直線像素陣列時，投影及掃描光學(xué)部件156重復(fù)地掃描直線像素陣列以形成變化的二維圖像。
通過利用時間相位變化和掃描相位變化，顯示系統(tǒng)140減少二維圖像中的斑紋。在多個掃描上完成時間相位變化。在每個掃描內(nèi)完成掃描相位變化。
在時間相位變化中，用眼睛34的積分時間內(nèi)的多個掃描，投影及掃描光學(xué)部件156掃描直線像素陣列。在多個掃描期間，顯示電子線路144最好以第一移動155驅(qū)動優(yōu)選漫射器154。第一移動使得優(yōu)選漫射器154將直線像素陣列的子像素的相對相位重安排成第二像素圖樣，在第二像素圖樣中，對于多個掃描中的每個掃描從零和π弧度選擇子像素的相對相位。較可取地，在多個掃描結(jié)束時，顯示電子線路144以反向移動157為下一次的多個掃描驅(qū)動優(yōu)選漫射器154。反向移動157最初經(jīng)先于最后段移動優(yōu)選漫射器154，其中優(yōu)選漫射器應(yīng)用先于最后像素的圖樣。反向移動157繼續(xù)直到達(dá)到下一次的多個掃描結(jié)束的原始位置為止。替換地，在多個掃描結(jié)束時，顯示電子線路144以返回移動驅(qū)動優(yōu)選漫射器154。返回移動迅速地將優(yōu)選漫射器154返回到下一次多個掃描開始前的原來位置。
在掃描相位變化中，當(dāng)直線像素陣列橫跨顯示屏158掃描時，優(yōu)選漫射器154橫跨在顯示屏158處的直線像素陣列變化相位。當(dāng)在第一掃描中直線像素陣列橫跨顯示屏158掃描時，相位與直線像素陣列正交地變化，產(chǎn)生掃描相位變化。當(dāng)每個直線像素陣列在顯示屏158上形成時，掃描相位變化產(chǎn)生第一不相關(guān)斑紋圖樣。第一不相關(guān)斑紋圖樣按掃描斑紋減少降低由眼睛34探測到的斑紋。掃描斑紋減少是題目為“用于減少激光斑紋的方法和裝置”的美國專利申請No.09/687,465的主題，其整個地引入這個專利申請作為參考。
在對于一個特定直線像素陣列的第二掃描中，優(yōu)選漫射器最好已平行于一個像素旁的直線像素陣列移動，以便將直線像素陣列的子像素的相對相位重新安排成第二像素圖樣。在第二掃描中，當(dāng)特定直線像素陣列成像到顯示屏158時，第二像素圖樣和掃描斑紋減少產(chǎn)生第二不相關(guān)斑紋圖樣。第二不相關(guān)斑紋圖樣進(jìn)而減少由眼睛34探測到的斑紋。
在對于特定直線像素陣列的連續(xù)掃描中，優(yōu)選漫射器154最好已移動與另一個像素旁的直線像素陣列平行用于連續(xù)掃描每一個。連續(xù)掃描中的每一個產(chǎn)生連續(xù)像素圖樣。連續(xù)像素圖樣和掃描斑紋減少產(chǎn)生連續(xù)不相關(guān)斑紋圖樣。連續(xù)不相關(guān)斑紋圖樣進(jìn)而減少眼睛34探測到的斑紋。
第一、第二和連續(xù)掃描中的每一個占一個掃描時間?？倰呙钑r間是第一、第二和連續(xù)掃描的掃描時間之和。當(dāng)總掃描時間達(dá)到眼睛34的積分時間時，通過應(yīng)用進(jìn)一步的像素圖樣得不到進(jìn)一步的斑紋減少。因此，掃描速度提供可以應(yīng)用到直線像素陣列的許多像素圖樣上的限制。
用圖15和16進(jìn)一步說明本發(fā)明的顯示光學(xué)系統(tǒng)142。圖15說明顯示光學(xué)系統(tǒng)142的平面視圖。圖16說明顯示光學(xué)系統(tǒng)142的縱剖面視圖，顯示光學(xué)系統(tǒng)142不沿光軸170展開。激光146發(fā)射激光照射172。照射光學(xué)部件包括發(fā)散透鏡174、準(zhǔn)直透鏡176和圓柱透鏡178。照射光學(xué)部件148將激光照射172聚焦到在具有聚焦寬度的焦線上的格柵光閥150上。注意，圖15說明激光照射172用45°入射角照射格柵光閥150。理想地，入射角是在允許反射和衍射光到達(dá)條紋光學(xué)部件152的同時允許激光照射172照射格柵光閥150的最小入射角。
對專業(yè)技術(shù)人員來說會顯而易見的是，可以利用其它光學(xué)裝置來照射格柵光閥150。對專業(yè)技術(shù)人員來說也會顯而易見的是，本發(fā)明中的透鏡描述不限于單個部件透鏡，可以用組合透鏡或反射光學(xué)元件代替任何給定的透鏡。
格柵光閥150按沿聚焦線的直線像素陣列調(diào)制激光照射172，形成反射光R或衍射光，包括對于每個像素的正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1。較可取地，格柵光閥150產(chǎn)生1080個像素的直線陣列。替換地，格柵光閥150產(chǎn)生多于或少于1080個的像素。注意，為說明目的，圖16說明對于二個像素的反射光R和正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1。如果將一個給定像素調(diào)制到反射光，反射光R將出現(xiàn)，而正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1將不出現(xiàn)。替換地，如果將一個給定像素調(diào)制到衍射光，正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1將出現(xiàn)，而反射光R將不出現(xiàn)。在某些情況下，希望調(diào)制給定像素產(chǎn)生反射光R和正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1，以便減少結(jié)果圖像中給定像素的亮度，這就提供了結(jié)果圖像中的灰度效果。
條紋光學(xué)部件152包括位于第一和第二中繼透鏡182和184之間的條紋光闌180。條紋光闌180阻攔反射光R并允許正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1通過條紋光闌180。最好將條紋光闌180安置在第一變換平面185中。換句話說，將條紋光闌180接近第一變換平面185安置。
第一和第二中繼透鏡182和184成像直線像素陣列為第二圖像平面162中的直線圖像。第二圖像平面162最好在優(yōu)選漫射器154內(nèi)。替換地，第二圖像平面162接近優(yōu)選漫射器154。暗和亮像素組成直線圖像。暗像素對應(yīng)于在被調(diào)制提供反射光R的格柵光閥150處的像素。亮像素對應(yīng)于在被調(diào)制提供衍射光的格柵光閥150處的像素。衍射光包含正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1。
優(yōu)選漫射器154產(chǎn)生對于第一、第二和連續(xù)掃描每一個的掃描相位變化，并產(chǎn)生在多個掃描上的時間相位變化。這種情況產(chǎn)生第一不相關(guān)斑紋圖樣、第二不相關(guān)斑紋圖樣和連續(xù)不相關(guān)斑紋圖樣。較可取地，優(yōu)選漫射器154包括矩形優(yōu)選漫射器相格陣列。較可取地，優(yōu)選漫射器相格包括對子像素引起零和π弧度相對相位的第一和第二光程長。較可取地，以八個優(yōu)選漫射器相格的直線單元來安排優(yōu)選漫射器相格。較可取地，安排直線單元與直線像素陣列平行。
較可取地，按八階哈達(dá)馬德矩陣安排優(yōu)選漫射器相格的第一和第二光程長，其中，正1元對應(yīng)零相移，負(fù)1元對應(yīng)π弧度相移。較可取地，八個優(yōu)選漫射器相格對應(yīng)于由n階最佳抗相關(guān)組產(chǎn)生方法60(圖8)的第一、第二、第三和第四步驟62、64、66和68產(chǎn)生的八個抗相關(guān)哈達(dá)馬德矩陣。
替換地，選取八個抗相關(guān)哈達(dá)馬德矩陣組成用第五方法步驟70(圖8)完成的6四個第八階哈達(dá)馬德矩陣的第八階最佳抗相關(guān)組。如果從6四個八階哈達(dá)馬德矩陣選取八個抗相關(guān)哈達(dá)馬德矩陣，重要的是，不選取二個互相循環(huán)交換的第八階哈達(dá)馬德矩陣。這是因為，當(dāng)特定直線像素陣列形成在顯示屏158上時，掃描相位變化實行循環(huán)交換。
投影及掃描光學(xué)部件156包括凸透鏡186和掃描鏡188。凸透鏡186經(jīng)掃描鏡188將直線圖像190投影到顯示屏158上。最好將掃描鏡188安置大約在第二變換平面194處。掃描鏡188以第一掃描移動A移動，從而以第二掃描移動B橫跨顯示屏158掃描直線圖像190。較可取地，第一掃描移動A是鋸齒形掃描移動。其中，掃描周期的第一部分照射顯示屏158，掃描周期的第二部分將掃描鏡188返回到掃描周期的開始。通過橫跨顯示屏158重復(fù)掃描直線圖像190，在顯示屏158上形成二維圖像。
對本專業(yè)技術(shù)人員來說會顯而易見的是，可以利用其它掃描移動橫跨顯示屏158掃描直線圖像190。對本專業(yè)技術(shù)人員來說也會顯而易見的是，如具有零光功率的目標(biāo)掃描器這樣的透射掃描裝置可以代替掃描鏡188。
如直線圖像190橫跨顯示屏158掃描那樣，格柵光閥150調(diào)制直線像素陣列，如此產(chǎn)生由二維像素陣列組成的二維圖像。對于高清晰度電視(HDTV)格式，當(dāng)直線圖像190橫跨顯示屏158掃描時，格柵光閥150調(diào)制1920次。于是，格柵光閥150最好產(chǎn)生1920×1080矩形陣列，形成HDTV格式的二維圖像。對于其它圖像格式，當(dāng)直線圖像190橫跨顯示屏158掃描時，格柵光閥150調(diào)制多于或少于1920次，根據(jù)其它圖像格式的哪一個在被顯示而不同。
較可取地，以正弦移動移動優(yōu)選漫射器154。正弦移動的第一半周期對應(yīng)于第一移動155，而正弦移動的第二半周期對應(yīng)于反向移動157。雖然正弦移動不在準(zhǔn)確相等的持續(xù)時間作用八個像素圖樣，然而對實施容易這是優(yōu)選的。為了執(zhí)行正弦移動，簡單的諧波振蕩器將足夠。替換地，以鋸齒形運動移動優(yōu)選漫射器154。盡管可以利用鋸齒形移動在幾乎準(zhǔn)確相等的持續(xù)時間作用八個像素圖樣，但是，因為它比正弦移動執(zhí)行復(fù)雜，所以它是不大優(yōu)選的。
圖14、15和16描寫的顯示光學(xué)系統(tǒng)142產(chǎn)生單色圖像。彩色顯示光學(xué)系統(tǒng)包括顯示光學(xué)系統(tǒng)142、二個另外的激光、二個另外的照射光學(xué)部件、二個另外的格柵光閥和分色濾光組。在彩色顯示光學(xué)系統(tǒng)中，紅、綠和藍(lán)激光照射3個格柵光閥，產(chǎn)生紅、綠和藍(lán)直線像素陣列。分色濾光組從3個格柵光閥組合反射和衍射光，并將反射和衍射光導(dǎo)向條紋光學(xué)部件152。換句話說，在彩色顯示光學(xué)系統(tǒng)中，分色濾光組組合紅、綠和藍(lán)激光照射順序地照射單個格柵光閥。
在彩色顯示光學(xué)系統(tǒng)中，優(yōu)選漫射器154對于紅、綠和藍(lán)直線像素陣列中的每一個產(chǎn)生第一、第二和連續(xù)不相關(guān)斑紋圖樣。由于每個激光照射具有特定光波長是對紅、綠和藍(lán)激光照射固有的，所以將光程變化加到紅、綠和藍(lán)直線像素陣列中的一個上產(chǎn)生π相移導(dǎo)致不等于π相移的紅、綠和藍(lán)直線像素陣列中的其它二個的相移。于是，實際上較可取的是，對產(chǎn)生最多斑紋光波長配置優(yōu)選漫射器154。替換地，對綠直線像素陣列為引起π相移而配置優(yōu)選漫射器154，因為綠激光照射具有紅和藍(lán)激光照射波長之間的波長。
用圖17A和17B進(jìn)一步說明優(yōu)選漫射器154。優(yōu)選漫射器154包括具有寬度206、高度208和厚度209的透射漫射器，漫射器表面210，以及對中表面211。較可取地，寬度206為10mm，高度208為35mm，以及厚度209為1mm。這樣情況提供方便的控制1080個像素的27.5mm直線圖像的尺寸和冗余，在優(yōu)選漫射器154處每個像素大約25.5μm。替換地，寬度206、高度208和厚度209是不同尺寸的，這些尺寸對于在優(yōu)選漫射器154處的直線圖像是足夠的。
最好將優(yōu)選漫射器154的寬度206分成漫射器表面210和對中表面211。漫射器表面210最好包括寬度206的8mm，而對中表面211最好包括寬度206的2mm。對中表面211具有不變的厚度，并在顯示光學(xué)系統(tǒng)142(圖14、15和16)的對中期間使用。
漫射器表面210最好包括與高度208平行安排的八個優(yōu)選漫射器相格的直線單元的重復(fù)圖樣。八個優(yōu)選漫射器相格的直線單元對應(yīng)于八個抗相關(guān)哈達(dá)馬德矩陣。圖17C示意地說明單個八個漫射器相格的單元212。其中，白區(qū)214表示具有零相對相移相格間隔，而黑區(qū)216表示具有π弧度相移的相格間隔。第一漫射器相格218對應(yīng)于一個八階希爾維斯特表達(dá)式哈達(dá)馬德矩陣。第二到第8漫射器相格219-225對應(yīng)于在n階最佳抗相關(guān)組產(chǎn)生方法60(圖8)的第四方法步驟68中產(chǎn)生的哈達(dá)馬德矩陣。較可取地，第一到第8漫射器相格是24μm的正方形。替換地，漫射器相格是到25.5μm的正方形。再替換地，漫射器相格小于24μm的正方形。
用圖17D進(jìn)一步說明第一漫射器相格218。第一漫射器相格218包括對應(yīng)于白區(qū)和黑區(qū)214和216(圖17C)的第一和第二平面214A和216A。
優(yōu)選漫射器154的備選漫射器表面包括對應(yīng)于6四個抗相關(guān)哈達(dá)馬德矩陣的6四個漫射器相格的正方形單元的重復(fù)圖樣。6四個抗相關(guān)哈達(dá)馬德矩陣組成一個八階最佳抗相關(guān)組。圖18示意地說明單個6四個漫射器相格單元218，其中，白區(qū)214表示具有零相對相移的相格間隔，而黑區(qū)216表示具有π弧度相移的相格間隔。
最好通過將光刻圖樣蝕刻到具有1.46的折射系數(shù)n的熔融石英中來制造優(yōu)選漫射器154。對于這個折射系數(shù)和532nm的激光照射，第一和第二表面214A和216A之間的高度差最好為575nm。較可取地，優(yōu)選漫射器154包括抗反射涂層。優(yōu)選的抗反射涂層是400-700nmBBAR(寬帶抗反射)涂層。
為評定優(yōu)選漫射器154進(jìn)行一系列試驗。先前的試驗確定，沒有掃描和沒有利用優(yōu)選漫射器154投影到顯示屏上的直線照射造成60％到65％范圍內(nèi)的斑紋對比度。在第一個試驗中，沒有利用優(yōu)選漫射器154將直線照射投影到顯示屏上并橫跨顯示屏掃描。第一個試驗表明，斑紋對比度減少到38％。因此，先前的試驗和第一個試驗表明，直線照射的掃描按1.6到1.7范圍內(nèi)的斑紋減少倍數(shù)減少斑紋。
在第二個試驗中，將直線照射投影到顯示屏上并橫跨顯示屏掃描，并且利用了優(yōu)選漫射器，但沒有漫射器移動。第二個試驗表明，斑紋對比度減少到18％。在第三個試驗中，將直線照射投影到顯示屏上并橫跨顯示屏掃描，并且利用了優(yōu)選漫射器，有漫射器移動。第三個試驗表明，斑紋對比度減少到8.5％。因此，第一個試驗和第三個試驗表明，優(yōu)選漫射器154的存在和移動按4.5的斑紋減少倍數(shù)減少斑紋。
重要的是要認(rèn)識到，第一個試驗和第三個試驗表明的4.5的斑紋減少倍數(shù)不提供漫射器斑紋減少。這是因為，在掃描斑紋減少和漫射器斑紋減少之間有相關(guān)。換句話說，由直線照射的掃描產(chǎn)生的不相關(guān)斑紋圖樣也由優(yōu)選漫射器154產(chǎn)生。因此，通過先前的試驗與第三個試驗比較來表明漫射器斑紋減少。注意先前的試驗和第三個試驗表明，優(yōu)選漫射器154按7.1到7.6范圍內(nèi)的斑紋減少倍數(shù)減少斑紋，這接近 的理論斑紋減少。
本發(fā)明的第一備選顯示光學(xué)系統(tǒng)利用直線陣列反射光閥。參照圖15和16，這樣的系統(tǒng)會用直線陣列反射光閥代替格柵光閥150和不使用條紋光闌180。在第一備選顯示光學(xué)系統(tǒng)中，通過將激光照射反射離開第一中繼透鏡182，特定的反射光閥產(chǎn)生暗像素。在第一備選顯示光學(xué)系統(tǒng)中，通過將激光照射反射到第一中繼透鏡182，特定的反射光閥產(chǎn)生亮像素。
本發(fā)明的第二備選顯示光學(xué)系統(tǒng)利用直線陣列透射光閥。參照圖15和16，這樣的系統(tǒng)會用直線陣列透射光閥代替格柵光閥150和不使用條紋光闌180。在第二備選顯示光學(xué)系統(tǒng)中，通過將激光照射不透射到第一中繼透鏡182，特定的透射光閥產(chǎn)生暗像素。在第二備選顯示光學(xué)系統(tǒng)中，通過將激光照射透射到第一中繼透鏡182，特定的反射光閥產(chǎn)生亮像素。
本發(fā)明的第三備選顯示光學(xué)系統(tǒng)用反射條紋光學(xué)系統(tǒng)替代條紋光學(xué)系統(tǒng)。反射條紋光學(xué)系統(tǒng)最好利用奧夫勒(Offner)中繼。奧夫勒中繼包括一個凹面鏡和一個凸面鏡。凸面鏡包含一個矩形縫。反射光R和衍射光，包括正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1，從凹面鏡反射到凸面鏡。反射光R通過矩形縫。正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1從凸面鏡返回到凹面鏡。接著，凹面鏡反射正1和負(fù)1衍射序數(shù)D+1和D-1到波前調(diào)制器154。
本發(fā)明的第四備選顯示光學(xué)系統(tǒng)包括形成二維圖像的激光光點光柵掃描。其中，第四備選漫射器將激光光點分成子像素，并在相繼掃描之間將時間相位變化加到子像素上。
本發(fā)明的第五備選顯示光學(xué)系統(tǒng)包括二維陣列光調(diào)制器。該調(diào)制器調(diào)制激光照射產(chǎn)生包括二維像素陣列的二維圖像。在第五備選顯示光學(xué)系統(tǒng)中，第五備選漫射器將二維像素陣列中的每個像素分成子像素，將時間相位變化加到每個像素的子像素上。
本發(fā)明的第六備選漫射器利用逐漸過渡相位步長，而不是二進(jìn)相位步長。用圖19說明二進(jìn)相位步長和逐漸過渡相位步長。二進(jìn)相位步長240從第一表面242突然過渡到第二表面244，而逐漸過渡相位步長246從第三表面248逐漸過渡到第四表面250。通過利用逐漸過渡相位步長，減少較高序數(shù)衍射，這增加了光通過量。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實施例是顯示系統(tǒng)140(圖14)，但本發(fā)明也適于在其它激光照射照射漫射器表面的應(yīng)用中減少斑紋。其它應(yīng)用包括相干成像、相干顯微術(shù)、相干層析X射線攝影法、相干遙感和激光為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體晶片檢驗。
另外，雖然已用正方形相格和正方形相格間隔介紹了本發(fā)明，但本發(fā)明也包括非正方形相格和非正方形相格間隔對本專業(yè)技術(shù)人員來說會顯而易見的是，不偏離如所附權(quán)利要求明確說明的本發(fā)明的精神和范圍，可以對優(yōu)選實施例進(jìn)行其它各種各樣的修改。
權(quán)利要求
1.一種減少斑紋的方法，包括a.將激光照射區(qū)分成相格；b.將該相格細(xì)分成許多相格間隔；以及c.在觀察該激光照射區(qū)的強度探測器的積分時間內(nèi)，將時間相位變化加到相格間隔上。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，每個相格包括四個相格間隔。
3.權(quán)利要求2的方法，其中，將相格分成相格間隔的步驟施加零的第一相對相位到第一，第二和第三相格間隔上以及施加π弧度的第二相對相位到第四相格間隔上。
4.權(quán)利要求3的方法，其中，施加時間相位變化到相格間隔上的步驟包括在第三和第四相格間隔之間，然后在第二和第三相格間隔之間以及然后在第一和第二相格間隔之間循環(huán)交換第一和第二相對相位。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，每個相格包括4的整數(shù)倍平方個相格間隔。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，將相格細(xì)分成相格間隔的步驟包括以第一哈達(dá)馬德矩陣圖樣安排相格間隔。
7.權(quán)利要求6的方法，其中，第一哈達(dá)馬德矩陣圖樣包括第一和第二相格間隔，第一和第二相格間隔分別施加零和π弧度的第一和第二相對相位變化到激光照射區(qū)上。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，施加時間相位變化的步驟包括以第二哈達(dá)馬德矩陣圖樣安排相格間隔。
9.權(quán)利要求8的方法，其中，第一和第二哈達(dá)馬德矩陣圖樣對應(yīng)于第一和第二哈達(dá)馬德矩陣，又其中，第一和第二哈達(dá)馬德矩陣滿足抗相關(guān)條件。
10.權(quán)利要求9的方法，其中，施加時間相位變化的步驟還包括以對應(yīng)于另外哈達(dá)馬德矩陣的另外哈達(dá)馬德矩陣圖樣安排相格間隔，使得第一、第二和另外哈達(dá)馬德矩陣組成最佳抗相關(guān)組。
11.權(quán)利要求10的方法，其中，利用n階最佳抗相關(guān)組產(chǎn)生方法確定第一，第二和另外哈達(dá)馬德矩陣的最佳抗相關(guān)組，該方法包括步驟a.產(chǎn)生n階哈達(dá)馬德矩陣的希爾維斯特表達(dá)式；b.按行指標(biāo)數(shù)行；c.產(chǎn)生n階行互換檢查表；d.利用n階行互換檢查表互換n階哈達(dá)馬德矩陣的行產(chǎn)生n個哈達(dá)馬德矩陣；以及e.以循環(huán)方式互換n個哈達(dá)馬德矩陣的列產(chǎn)生n二個哈達(dá)馬德矩陣。
12.權(quán)利要求1的方法，其中，強度探測器將激光照射區(qū)析解成析點，又其中，析點包括至少約相格尺寸的尺寸。
13.權(quán)利要求1的方法，其中，觀察激光照射區(qū)的強度探測器探測到接近相格間隔數(shù)的平方根的斑紋減少。
14.權(quán)利要求13的方法，其中，接近相格間隔數(shù)的平方根的斑紋減少的測量考慮同時利用的其它相關(guān)斑紋減少方法。
15.一種用于在顯示屏上顯示二維圖像的裝置，它包括a.配置一種光調(diào)制器，使得工作中激光照射照射光調(diào)制器并又使得工作中該光調(diào)制器調(diào)制激光照射形成像素陣列；b.第一光學(xué)裝置，與光調(diào)制器光耦合并如此被配置使得工作中該第一光學(xué)裝置將像素陣列成像在第一圖像平面中；c.一個漫射器，安置約在第一圖像平面處使得工作中該漫射器將像素陣列的每個像素分成若干子像素和施加時間相位變化到每個像素的子像素上；以及d.第二光學(xué)裝置，與漫射器光耦合，該第二光學(xué)裝置如此被配置，使得工作中該第二光學(xué)裝置將像素陣列投影到顯示屏上產(chǎn)生二維圖像。
16.權(quán)利要求15的裝置，其中，像素陣列包括二維像素陣列。
17.權(quán)利要求15的裝置，其中，像素陣列包括直線像素陣列。
18.權(quán)利要求17的裝置，其中，光調(diào)制器包括衍射光調(diào)制器。
19.權(quán)利要求18的裝置，其中，衍射光調(diào)制器包括格柵光閥。
20.權(quán)利要求17的裝置，其中，第二光學(xué)裝置包括凸透鏡和掃描裝置使得凸透鏡將直線像素陣列投影到顯示屏上進(jìn)而使得掃描裝置在顯示屏上掃描直線像素陣列以產(chǎn)生二維圖像。
21.權(quán)利要求15的裝置，其中，漫射器包括漫射器相格，又其中，漫射器相格包括相格間隔。
22.權(quán)利要求21的裝置，其中，漫射器相格間隔分別引起零和π弧度的第一和第二相對相位變化。
23.權(quán)利要求21的裝置，其中，每個漫射器相格的相格間隔包括正方矩陣的相格間隔，該正方矩陣包括在其中第一矩陣元施加零的第一相對相位和第二矩陣元施加π弧度的第二相對相位的哈達(dá)馬德矩陣。
24.權(quán)利要求15的裝置，其中，像素陣列包括單個像素，又其中，光柵掃描由該單個像素在顯示屏上形成二維圖像。
25.權(quán)利要求15的裝置，其中，漫射器減少二維圖像中觀察到的斑紋。
26.權(quán)利要求25的裝置，其中，漫射器按接近子像素數(shù)的平方根的斑紋減少減少斑紋。
27.權(quán)利要求26的裝置，其中，斑紋減少的測量考慮同時利用的其它相關(guān)斑紋減少方法。
28.一種用于減少當(dāng)強度探測器觀察激光照射區(qū)時由強度探測器觀測到的斑紋的裝置，它包括a.一種與激光照射光耦合的漫射器，該漫射器將由強度探測器觀測到的析點分成若干子析點，子析點數(shù)包括至少四個的子析點；以及b.用于施加時間相位變化到每個析點的子析點上的裝置。
29.權(quán)利要求28的裝置，其中，強度探測器探測到接近子析點數(shù)的平方根的斑紋減少。
30.權(quán)利要求29的裝置，其中，斑紋減少的測量考慮同時利用的其它相關(guān)斑紋減少方法。
31.一種用于減少當(dāng)強度探測器觀察激光照射區(qū)時由強度探測器觀測到的斑紋的裝置，它包括a.用于將由強度探測器觀測到的析點分成若干子析點的裝置，子析點數(shù)包括至少四個的子析點；以及b.用于施加時間相位變化到由強度探測器觀測到的子析點上的裝置。
32.權(quán)利要求31的裝置，其中，強度探測器探測到接近子析點數(shù)的平方根的斑紋減少。
33.權(quán)利要求32的裝置，其中，斑紋減少的測量考慮同時利用的其它相關(guān)斑紋減少方法。
34.一種用于減少由于激光照射照射表面產(chǎn)生的斑紋的漫射器，其中強度探測器觀察該表面，它包括a.第一漫射器相格包括為分別引起零和π弧度的第一和第二相對相位而配置的第一和第二相格間隔，以對應(yīng)于具有至少二階的矩陣階的第一哈達(dá)馬德矩陣的第一哈達(dá)馬德矩陣圖樣安排的第一和第二相格間隔；以及b.第二漫射器相格包括以對應(yīng)于具有其中第一和第二哈達(dá)馬德矩陣滿足抗相關(guān)條件的矩陣階的第二哈達(dá)馬德矩陣的第二哈達(dá)馬德矩陣圖樣安排的第一和第二相格間隔。
35.權(quán)利要求34的漫射器還包括第三漫射器相格，第三漫射器相格包括以對應(yīng)于具有其中第一，第二和第三哈達(dá)馬德矩陣滿足抗相關(guān)條件的矩陣階的第三哈達(dá)馬德矩陣的第三哈達(dá)馬德矩陣圖樣安排的第一和第二相格間隔。
36.權(quán)利要求35的漫射器還包括第四漫射器相格，第四漫射器相格包括以第四哈達(dá)馬德矩陣圖樣安排的第一和第二相格間隔，該第四哈達(dá)馬德矩陣圖樣對應(yīng)于具有其中第一，第二，第三和第四哈達(dá)馬德矩陣滿足抗相關(guān)條件的矩陣階的第四哈達(dá)馬德矩陣。
37.權(quán)利要求34的漫射器，其中，該漫射器包括透射漫射器。
38.權(quán)利要求34的漫射器，其中，該漫射器包括反射漫射器。
39.權(quán)利要求34的漫射器，其中，該漫射器包括光電漫射器。
40.一種用于減少由激光照射照射表面產(chǎn)生的斑紋的漫射器，其中用強度探測器觀察該表面，它包括a.第一漫射器相格包括第一到第四相格間隔，第一，第二和第三相格間隔是為施加零的第一相對相位到照射表面的激光照射上而配置的，第四相格間隔是為施加π弧度的第二相對相位到照射表面的激光照射上而配置的；b.第二漫射器相格包括第一到第四相格間隔，第一，第二和第四相格間隔是為施加第一相對相位到照射表面的激光照射上而配置的，第三相格間隔是為施加第二相對相位到照射表面的激光照射上而配置的；c.第三漫射器相格包括第一到第四相格間隔，第一，第三和第四相格間隔是為施加第一相對相位到照射表面的激光照射上而配置的，第二相格間隔是為施加第二相對相位到照射表面的激光照射上而配置的；d.第四漫射器相格包括第一到第四相格間隔，第二，第三和第四相格間隔是為施加第一相對相位到照射表面的激光照射上而配置的，第一相格間隔是為施加第二相對相位到照射表面的激光照射上而配置的；
41.權(quán)利要求40的漫射器，其中，第一到第四漫射器相格包括第一到第四相格間隔的第一到第四哈達(dá)馬德矩陣圖樣，又其中，第一到第四哈達(dá)馬德矩陣圖樣對應(yīng)于滿足抗相關(guān)條件的第一到第四哈達(dá)馬德矩陣。
全文摘要
一種減少斑紋的裝置(142)包括照射光學(xué)部件(148)、漫射器(154)和投影光學(xué)部件(156)。照射光學(xué)部件將激光照射(172)耦合到漫射器(154)，該漫射器安置在第一圖像平面(162)內(nèi)。該漫射器(154)將激光照射分成相格(phase cell)，又將相格細(xì)分成相格間隔(cell partition)。該漫射器(154)也將時間相位變化(155、157)施加到相格間隔上。投影光學(xué)部件(156)將第一圖像平面的圖像(194)投影到漫射面(158)上。顯示裝置將光調(diào)制器(150)加到用于減少斑紋的裝置，并將光調(diào)制器放在位于激光源(146)和漫射器(154)之間的第三圖像平面內(nèi)。該漫射器(154)包括第一和第二漫射器相格(diffuser cell)，每個相格包括第一和第二漫射器相格間隔(diffuser cell partitions)。在使用中，第一漫射器相格間隔引起零的第一相對相位，而第二漫射器相格間隔引起π弧度的第二相對相位。第一漫射器相格的第一和第二漫射器相格間隔最好以第一哈達(dá)馬德矩陣圖樣被安排。第二漫射器相格的第一和第二漫射器相格間隔最好以第二哈達(dá)馬德矩陣圖樣被安排。一種減少斑紋的方法包括將激光照射區(qū)分成相格，將相格細(xì)分成相格間隔，并且在觀察激光照射區(qū)的強度探測器的積分時間內(nèi)加時間相位變化到相格間隔上。
文檔編號G02B26/08GK1543585SQ02816156
公開日2004年11月3日 申請日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月25日
發(fā)明者J·I·特里斯納蒂, J I 特里斯納蒂 申請人:硅光機(jī)器公司