利用光柵多邊形在成像表面上進(jìn)行2d直線掃描的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2012年9月26日、申請?zhí)枮?01210377602.X、名稱為"利用光 柵多邊形在成像表面上進(jìn)行2D直線掃描"的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實(shí)施例大體設(shè)及基于激光的圖像產(chǎn)生系統(tǒng)，尤其設(shè)及使用光柵多邊形 (rasterpolygon)在成像表面上進(jìn)行2D直線掃描的系統(tǒng)W及形成該2D直線掃描的方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在基于激光的圖像產(chǎn)生系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)多邊形反射鏡通常被用來將一個或多個激光 束掃描經(jīng)過圖像產(chǎn)生表面，諸如激光光學(xué)復(fù)印機(jī)的光敏鼓或者激光巧光顯示器的巧光屏。 旋轉(zhuǎn)多邊形反射鏡是具有多個反射表面的多面光學(xué)元件。入射到一個反射表面上的激光束 被導(dǎo)向圖像產(chǎn)生表面，并且隨著多邊形旋轉(zhuǎn)，入射激光束掃描經(jīng)過圖像產(chǎn)生表面，從而在圖 像產(chǎn)生表面上產(chǎn)生圖像的一根線。
[0004] 在一些裝置中，專用的旋轉(zhuǎn)多邊形反射鏡（已知為光柵多邊形反射鏡）被用來在 圖像產(chǎn)生表面上產(chǎn)生激光的2維掃描。在光柵多邊形反射鏡中，每個反射表面被傾斜到不 同角度。與旋轉(zhuǎn)多邊形反射鏡一樣，當(dāng)光柵多邊形反射鏡旋轉(zhuǎn)時，入射到光柵多邊形上的反 射表面的激光束掃描經(jīng)過圖像產(chǎn)生表面，W在圖像產(chǎn)生表面上產(chǎn)生圖像的線。然而，隨著每 個連續(xù)的反射表面旋轉(zhuǎn)通過入射激光束，光束被引導(dǎo)到圖像產(chǎn)生表面上的不同位置并掃描 經(jīng)過不同位置，從而在圖像產(chǎn)生表面上執(zhí)行2維掃描。因此，光柵多邊形反射鏡允許使用單 個移動組件將激光器在2維表面上進(jìn)行掃描，從而有助于高速激光成像技術(shù)。
[0005] 使用用于在圖像產(chǎn)生表面上掃描激光的光柵多邊形反射鏡的缺陷是被如此導(dǎo)向 的激光在圖像產(chǎn)生表面上不遵循直線。相反，激光的掃描線具有相當(dāng)大的曲率，該將會使得 圖像處理和時機(jī)變得復(fù)雜。此外，光柵多邊形反射鏡的不同傾斜的反射面產(chǎn)生相應(yīng)的不同 曲率，從而在產(chǎn)生于圖像產(chǎn)生表面上的圖像中產(chǎn)生可察覺到并且不令人期望的失真，如圖1 所示。圖1示出了由現(xiàn)有技術(shù)的激光掃描系統(tǒng)在成像表面99上產(chǎn)生的彎曲的激光掃描線 101-109,該激光掃描系統(tǒng)使用被導(dǎo)向光柵多邊形反射鏡的單個激光束。如圖所示，激光掃 描線101-109是弧線，而非直的平行線。因?yàn)槊扛す鈷呙杈€101-109由旋轉(zhuǎn)經(jīng)過入射激 光束的光柵多邊形反射鏡的不同反射面產(chǎn)生，并且因?yàn)槊總€反射面產(chǎn)生不同程度的失真， 所W每根激光掃描線101-109是具有不同曲率的弧線。該種失真主要由不同反射面的不對 稱旋轉(zhuǎn)特性W及由將激光聚焦在成像表面上的掃描成像光學(xué)系統(tǒng)的失真來引起。激光掃描 線101-109的該種失真基本對于觀察者可見并且可W導(dǎo)致劣化的觀看效果。
[0006]如前所示，在現(xiàn)有技術(shù)中需要該樣的激光掃描系統(tǒng)；其使用光柵掃描多邊形反射 鏡來在圖像產(chǎn)生表面上產(chǎn)生直且平行的激光掃描線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了一種2D掃描系統(tǒng)，其使用光柵多邊形和特別設(shè)計(jì)的 掃描光學(xué)系統(tǒng)來在成像表面上產(chǎn)生直的掃描線。入射光束相對于光柵掃描多邊形反射鏡 的接近角（approachangle)被選擇為使成像表面上的掃描線的枕形失真（pin-cushion distcxrtion)最小化，并且光柵掃描多邊形的旋轉(zhuǎn)軸的傾斜角被選擇為使該失真在成像表 面上對稱地定位。此外，掃描和成像透鏡被構(gòu)造為在成像表面上產(chǎn)生掃描線的桶形失真 〇3arreldistortion)，W補(bǔ)償枕形失真。
[0008] 本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是可W使用單個高速旋轉(zhuǎn)元件來在成像表面上實(shí)現(xiàn)具有直且 平行的掃描線的光的超快二維掃描。
【附圖說明】
[0009] 通過參照實(shí)施例，可W更詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征，該些實(shí)施例中的一些在 附圖中示出。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且因此不應(yīng)認(rèn)為是對本發(fā) 明的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可W允許其他的等效實(shí)施例。
[0010] 圖1示出了由現(xiàn)有技術(shù)的激光掃描系統(tǒng)在成像表面上產(chǎn)生的彎曲的激光掃描線， 該激光掃描系統(tǒng)使用被導(dǎo)向光柵多邊形反射鏡的單個激光束；
[0011] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的成像系統(tǒng)的示意構(gòu)造；
[0012]圖3示出了由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光柵多邊形建模系統(tǒng)產(chǎn)生的對稱彎曲掃描 線，該系統(tǒng)具有優(yōu)化角度組和不存在失真的理想掃描透鏡，該優(yōu)化透鏡組具有接近角和多 邊形旋轉(zhuǎn)軸傾斜角；
[0013] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在掃描和成像透鏡被構(gòu)造為補(bǔ)償枕形失真時在 成像表面上的激光掃描線；
[0014] 圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，被構(gòu)造為具有補(bǔ)償透鏡失真功能的掃 描光學(xué)系統(tǒng)的一個實(shí)施例；
[0015] 圖6示出了由掃描和成像透鏡的實(shí)施例產(chǎn)生的桶形失真圖案，該掃描和成像透鏡 僅包括對圖3中示出的掃描多邊形引起的失真進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那蛎嫱哥R；
[0016] 圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在成像表面上的兩組直掃描線；
[0017]圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，包括兩個折疊反射鏡的成像系統(tǒng)；
[001引圖9提供了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用于確定掃描和成像透鏡的構(gòu)造的方法步驟的 流程圖；
[0019] 圖10是光束蹤跡掃描線圖的示例，其示出了由本發(fā)明的實(shí)施例在屏幕上產(chǎn)生的 掃描線；W及
[0020] 圖11示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的掃描光學(xué)系統(tǒng)的另一個實(shí)施例，其 被構(gòu)造為具有補(bǔ)償透鏡失真功能。
[0021] 為了清楚，在合適的地方使用相同的附圖標(biāo)記來表示在附圖之中相同的元件。還 想到了 一個實(shí)施例的特征可W被結(jié)合到其它實(shí)施例中，而不用特殊說明。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)造的二維（2D)掃描系統(tǒng)100的示意圖。2D掃描系 統(tǒng)100是該樣的系統(tǒng)；其通過W2D方式將單個或多個光束在成像表面110的表面上掃描來 在2D成像表面110上產(chǎn)生圖像。在一些實(shí)施例中，2D掃描系統(tǒng)100可W是基于激光的顯示 設(shè)備，諸如使用單個或多個激光器來光學(xué)地激發(fā)成像表面110上的發(fā)光或巧光材料來產(chǎn)生 圖像的激光巧光顯示器（LPD)。在其它實(shí)施例中，2D掃描系統(tǒng)100可W是靜電圖像打印機(jī)， 其中成像表面110是光敏器件的表面。在圖2中示出的實(shí)施例中，2D掃描系統(tǒng)100被構(gòu)造 為LPD，并且包括如圖所示構(gòu)造的成像表面110、激光器模塊120、準(zhǔn)直透鏡130、接近反射鏡 140、光柵多邊形反射鏡150、掃描光學(xué)系統(tǒng)160和控制模塊180。
[0023] 成像表面110是2D掃描系統(tǒng)100在其上產(chǎn)生靜態(tài)或動態(tài)圖像的表面。成像表面 110包括含巧光體材料的交替區(qū)域，該交替區(qū)域在被激發(fā)時產(chǎn)生不同顏色的光（例如，紅 色、綠色和藍(lán)色），而對所產(chǎn)生的顏色進(jìn)行選擇來使得該些顏色的結(jié)合可W形成白色光和其 他顏色的光。交替區(qū)域可W使條帶、點(diǎn)或其他形狀。成像表面110上的像素元件包括=個 不同顏色的含巧光體區(qū)域。各個像素元件可W由成像表面110上的含巧光體材料的交替區(qū) 域的尺寸和形狀限定和/或由激發(fā)含巧光體材料的聚焦光束175的尺寸限定。在一個實(shí)施 例中，含巧光體材料的交替區(qū)域是窄帶。
[0024] 激光器模塊120是諸如激光器塔（lasertower,包括一個或多個激光二極管）的 激光器裝置，其用于產(chǎn)生在2D掃描系統(tǒng)100的工作期間在成像表面110上進(jìn)行掃描的激發(fā) 光束。在優(yōu)選實(shí)施例中，多個激光器模塊120被集成在系統(tǒng)中，從而在光柵多邊形反射鏡 150上形成具有不同入射角的疊加準(zhǔn)直光束。由此集成的激光器模塊的個數(shù)可W使5、10或 20W上。為了清楚，在圖2中，2D掃描系統(tǒng)100被示出并描述為具有激光器模塊120和單個 激光束，即激光束171。在一個實(shí)施例中，激光束171是紫外扣V)激光，產(chǎn)生的光具有在約 400nm到450nm之間的波長。激光束171是沿著兩個正交方向（例如水平和豎直方向）W 光柵掃描圖案在成像表面110上進(jìn)行掃描的調(diào)制光束，W激發(fā)成像表面110上的像素元件 并且產(chǎn)生用于觀察者105的圖像。下文更詳細(xì)地描述了將激光束171引導(dǎo)到成像表面110 的操作。
[00巧]準(zhǔn)直透鏡130是單透鏡或組合透鏡，其被構(gòu)造來使激光束171大致準(zhǔn)直，從而形成 準(zhǔn)直光束172。準(zhǔn)直透鏡130還被構(gòu)造來將準(zhǔn)直光束172引導(dǎo)到接近反射鏡140,如圖所示。 在激光器模塊120產(chǎn)生