TWI436151B - 在一顯示系統中減少斑點效應之元件 - Google Patents

在一顯示系統中減少斑點效應之元件 Download PDF

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Description

在一顯示系統中減少斑點效應之元件
本申請案大體而言係關於一種用於投影一數位影像之裝置且更特定而言，係關於可減少或移除由一基於雷射之投影機形成之一影像中之斑點的去斑點元件及方法。
於2011年2月16日申請之標題為「Device for Reducing Speckle Effect in a Display System」之序號為13/029,111之共同待決美國專利申請案之所有標的物及其整個內容以引用的方式併入本文中。
我們始終在接收視覺資訊，例如，看電影時。現今，由於消費電子產品(例如，數位相機)之使用者親和性產生一巨量視覺資訊。類似地，存在對我們自其接收視覺資訊之顯示器之一巨大需求。顯示器技術已快速發展且顯示一影像之不同方式之數目已增加，例如，陰極射線管(CRT)顯示器、液晶元件(LCD)顯示器、發光二極體(LED)顯示器、有機LED(OLED)顯示器、抬頭顯示器(HUD)、雷射掃描投影(LSP)顯示器及投影機。在本說明書中，每當參考一影像時，該影像亦將適用於一動畫(其亦稱為視訊)。
由於人類視覺對雜訊係敏感的，因此使得對不具有雜訊之一良好影像品質極為期待。一種類型之雜訊稱為斑點且此類斑點雜訊對於具有一同調光源(例如，一顯示器(一HUD或一LSP顯示器)中之一雷射)之顯示器係特別普遍的。例如，在以一雷射作為光源之一投影機之情形中，由於該雷射係由一螢幕表面反射，因此在被投影至一螢幕上之影像中將存在斑點，如圖1中所繪示。當與可見光之波長相比時，任何螢幕之表面皆可視為粗糙的且因此引起散射。自螢幕表面上之各種獨立散射區到達一觀看者之眼睛的經反射光線具有相對相位差且彼此干擾，從而產生稱為斑點之粒狀亮及暗圖案。
已選用諸多方法以藉由毀壞雷射束之同調性來減少斑點。若毀壞了雷射束之同調性，斑點可因斑點效應變得獨立而被平均掉。對於N個獨立斑點圖案，由以下方程式(1)給出減少因子：
此等方法包含提供角度分集、波長分集、極化分集或基於螢幕之解決方案。如Joseph W. Goodman在「Speckle phenomena in optics: theory and applications」,Englewood,Colo.: Roberts & Co.,2007中所論述，先前已作出若干嘗試以提供關於去斑點的各種解決方案。某些方法已成為該行業中之習用慣例，例如：
(1)使用數個雷射作為照明光源；
(2)使該光源自不同角度照明；
(3)在該照明中引入波長分集；
(4)使用雷射之不同極化狀態；
(5)使用經特殊設計以最小化斑點之產生之一螢幕，例如，一移動螢幕；及
(6)使用一旋轉漫射器。
此等所提出之用於斑點減少之解決方案具有各種長處及弱點。某一解決方案需要在系統中提供一額外組件(例如，漫射器)且可使其在將系統小型化中更具挑戰性，例如，如標題為「Speckle Elimination By Random Spatial Phase Modulation」之美國專利4,155,630中所闡述之將經漫射雷射光引導至一搖動鏡以用於斑點減少之一漫射器，或如標題為「Speckle-free Display System using Coherent Light」之美國專利5,313,479中所闡述之一自旋漫射器。
使用額外組件可進一步引起將斑點減少方案整合至現有系統中之困難，而某些組件甚至需要導致額外電力消耗之外部移動致動器。例如，歐洲專利申請案EP1,949,166闡述使用致動器墊(actuator pads)以沿朝向此等致動器墊之方向驅動一塗有Al之微機械隔膜；該塗有Al之微機械隔膜使將光散射以減少斑點之一鏡變形。此一致動機構亦將該鏡變形拘限於沿一個單一方向。
某些所提出之解決方案需要一移動螢幕，其不僅使影像不可能顯示於任何靜止螢幕上，且亦可使找出一適合方式以隨螢幕大小增加移動螢幕變成問題。例如，對於標題為「Reduced-Speckle Display System」之美國專利5,272,473中所闡述之轉換器，用於其中需要將該轉換器耦合至一顯示螢幕以設立橫穿該顯示螢幕之表面聲波之一大螢幕將係困難的。存在在標題為「Non-speckle Liquid Crystal Projection Display」之美國專利6,122,023中所闡述之另一類型之移動顯示器，其提供以高於60 Hz之一頻率在顯示螢幕中輕微振動之一液晶分子層。
此項技術中仍需要提供用於顯示器之斑點減少。
本發明之一目標係提供一種能夠使用一簡單光學系統有效抑制斑點雜訊之移動隔膜。該移動隔膜以高於掃描鏡之掃描頻率之一頻率振動，例如，以高得足以在掃描鏡移動以在一2D影像中產生另一點之前產生一經放大光點之一頻率振動。本發明提供一種具有附接至一固定框架之一隔膜之MEMS(微機電系統)元件。該隔膜經組態以在該隔膜振動時在時間上以不同折射角度折射入射雷射束。由於每一雷射束經折射而隨時間在各種略有不同之路徑中行進，因此在一平面上產生一較大雷射光點大小，而非在來自沿不同路徑行進之雷射束之雷射光點在不同時間抵達一平面上時重疊之後而具有一個單一同調雷射光點。
在操作期間，該隔膜沿各種方向振動且該振動致使入射雷射束命中該隔膜之在週期上不同之位置處且因此此等雷射束由隔膜以在時間上截然不同之折射角度折射。可接著將此等在時間上非同調之經折射雷射束用作一光源以用於產生具有經抑制雷射斑點效應之一影像。
可以一成批製作製程製造本發明提供之MEMS元件，以降低元件單位成本。該MEMS製作技術產生在諸多可攜式消費電子產品中高度期望之一小元件形式因子。
此外，可藉由使用在無任何漫射器之情形下工作的根據本發明之MEMS元件來達成高光學效率，且由本發明之MEMS元件提供之反射表面輪廓係更可控制的。
由於不需要外部移動致動器或漫射器，本發明具有低電力消耗。
根據本發明之MEMS元件允許一可控振動振幅或頻率，以使得可執行參數調諧以獲得一經最佳化雷射去斑點效應。使用不同之所施加電壓及頻率以最佳化去斑點之效能。振動振幅係藉由(例如)使至MEMS元件之輸入驅動電壓變化來調整，而振動頻率係藉由設計MEMS元件之致動部分之尺寸(例如，藉由改變扭力桿尺寸)來調諧。本發明藉助類似於MEMS掃描鏡製作之一製程流程提供一種強固結構，使得去斑點元件能夠進一步整合至MEMS掃描鏡中。
本發明之一個態樣係提供一種用於藉由增寬一雷射掃描投影顯示器中之一雷射光點大小來減少斑點效應之MEMS元件，該MEMS元件包含：一入射雷射束，其具有一第一剖面雷射光點大小；一隔膜，其經組態以在時間上改變形狀使得一或多個雷射束由該隔膜以截然不同之折射角度折射，從而該等經折射雷射束之一時間平均形成不同於該第一剖面雷射光點大小之一第二剖面雷射光點大小；及一或多個致動器，其能夠在時間上改變該隔膜之形狀。
本發明之另一態樣係藉由複數個致動器來移動該隔膜，該複數個致動器係配置於該MEMS上由該隔膜覆蓋之一區域上方的一電極陣列。
根據本發明之另一態樣係藉由一或多個振盪致動器來使該隔膜變形，該等振盪致動器之每一者支撐該隔膜之每一端且在時間上振盪。
本發明之另一態樣係提供由該隔膜覆蓋之該MEMS元件之表面之至少一區域，該至少一區域係緻密地圖案化有複數個鏡。
本發明之一個態樣係使該隔膜塗佈有一導電薄膜層。
根據另一態樣，該MEMS元件之頂部係塗佈有一散射層且該散射層之表面係塗佈有一反射塗層。另一選擇係，該散射層之表面經粗糙化、係一經圖案化介電膜或在其表面上具有一聚合物結構。
本發明之另一態樣係在該散射層上提供一反射塗層。在此情形中，該散射層係由一不均勻相變聚合物製成。
本發明之一個態樣係提供一種使用如上文所闡述之MEMS元件之光學系統，該光學系統包含：一照明源，其發射一或多個雷射束，一或多個雷射束係傳輸至該MEMS元件之週期性振動隔膜上且藉此而折射；及一雙軸MEMS鏡，其接收由該MEMS元件折射之雷射束且以一掃描方式反射該等雷射束以在一螢幕上產生一影像。
本發明之另一態樣係提供一種使用如上文所闡述之如技術方案1之MEMS元件之光學系統，該光學系統包含：一照明源，其發射一或多個雷射束，一或多個雷射束係傳輸至該MEMS元件之隔膜上且藉此而折射；至少一個額外MEMS元件，該MEMS元件(係技術方案1之MEMS元件)經定位以接收及折射自MEMS元件離去之雷射束；及一雙軸MEMS鏡，其接收來自該額外MEMS元件之雷射束且以一掃描方式反射該等雷射束以在一螢幕上產生一影像。
亦揭示本發明之其他態樣，如藉由以下實施例所圖解說明。
一MEMS元件具有至少一個可移動組件。在一項實施例中，可移動組件係一隔膜。該隔膜具有某種程度之撓性以允許隔膜變形及改變形狀。該隔膜可反射、折射、極化或散射光(例如，雷射束)且可由諸如薄膜或導電膜(例如，ITO)之材料製成。
圖2a、圖2b及圖2c繪示根據本發明之一項實施例之穿過一隔膜傳播之一橫向波。在此實施例中，光線(例如，雷射束)穿過隔膜行進且被折射。
根據司乃耳定律(the Snell’s law)，折射角度θ r 係由以下方程式(1)給出：
其中θ i 係入射角，n i 係一第一介質之折射率，一入射射線在其到達具有n r 折射率之一第二介質之前在第一介質中行進。該入射射線係由第二介質折射且以折射角度θ r 在第二介質中行進。
圖2a展示隔膜210係處於靜止狀態且保持大致平坦。光線到達隔膜210之大致平坦表面且進入至隔膜210中。如圖2a中所示，在光線進入至隔膜210中之前，入射射線係正向於隔膜210與一第一介質之間的界面，使得入射角等於零。根據方程式(1)，折射角度等於零。正如當光線自一種介質行進至具有一不同折射率之另一介質時發生折射一樣，當光線離開隔膜210而進入至一第二介質中時再次折射。假定入射射線之入射角在隔膜與第二介質之間的界面處保持為零，則自隔膜210離去時折射角度等於零。因此，光線之傳播方向在經過隔膜210之前及之後保持相同。換言之，光線徑直地行進穿過隔膜210。
圖2b展示隔膜210以存在跨越隔膜210之一橫向波傳播之一方式移動。波傳播在隔膜210上產生漣波。各種波峰211及波谷212係形成於隔膜210上。對於在到達隔膜210之前於平行路徑中沿相同方向行進的入射射線，該等入射射線於不同時間且以不同入射角到達隔膜210上之一波峰211，此乃因其路徑與隔膜210相交於不同位置處。因此，由於不同入射角，當入射射線穿過隔膜210時，在波峰211之不同位置處以不同折射角度折射。在此實施例中，在進入至隔膜210中之前之第一介質及自隔膜210離去之後之第二介質皆具有大於隔膜210之折射率的折射率。換言之，光線在第一及第二介質之每一者中皆以高於在隔膜210中之一速度行進。
進入至隔膜210之後，光線朝向第一介質與隔膜210之間之界面的之正向偏轉。例如，該等射線中之一者係朝向第一介質與隔膜210之間之界面(具有一正切線222)的正向221偏轉。由於在波峰211不同部分處之每一正向正指向波峰211的曲率中心，因此初始平行光線之每一者經折射而沿更引導至曲率中心之一路徑行進。因此，隔膜210之波峰211像一凸透鏡提供一聚焦效應。隔膜210之彎曲程度越大，光線將越聚焦。光線在進入隔膜210的波峰211之後，於隔膜210中沿朝向彼此會聚之路徑行進。隔膜210越厚，光線在隔膜210中行進之距離越長，從而導致光線移動更靠近在一起。因此，藉由波峰211之聚焦效應取決於諸如曲率度、折射率及隔膜210之厚度等因素。
當自隔膜210離去而進入第二介質時，光線再次被折射。由於光線正自具有一較低折射率之一介質行進至具有一較高折射率之一介質，因此當橫越隔膜210與第二介質之間之界面時，光線經偏轉而遠離正向。換言之，入射角係小於折射角度。由於在波峰211之不同部分處之每一正向正指向波峰211之曲率中心，因此遠離正向偏轉使光線較不聚焦，亦即，更分散。
圖2c展示與圖2b中所示之情形相反之情形。光線到達隔膜210之波谷212而非到達隔膜210之波峰211。因此，光線入射於隔膜210上在一波谷212之一凹表面處而非在一波峰之情形中入射於一凸表面處。第一介質與隔膜210之間之界面之每一正向自一曲率中心輻射且光線跨越隔膜210扇出。當光線在進入至隔膜210中時折射時，其朝向正向偏轉。因此，光線在隔膜210中沿具有若干發散方向之路徑行進且隔膜210之波谷212為光線提供一分散效應。
當自隔膜210離去而進入至第二介質中時，光線經折射而朝向隔膜210與第二介質之間之界面之正向。
圖3a及圖3b繪示根據本發明之一項實施例之具有一橫向波穿過其傳播之一隔膜之一MEMS元件。MEMS元件藉由允許一雷射束穿過其而係透射性的。隔膜310之移動係由一MEMS元件產生。隔膜310之每一端係由一致動器320支撐。每一致動器320係配置於一基板350之表面340上。在表面340上，除致動器320之外還存在另一致動器330。致動器320亦執行作為一間隔件之一功能以使得隔膜310之移動將不被MEMS元件之其他組件阻礙。可存在一或多個致動器，致動器中之每一者支撐隔膜310之每一端。對於隔膜之移動，致動器320提供一個自由度而致動器330提供另一自由度。提供的致動器越多，可在隔膜移動中達成的自由度越多。
致動器320及330皆可(例如)以靜電力、壓電力或磁力之形式提供致動。如圖3b中所示，經由致動器320及/或330之振盪可在隔膜310上產生橫向波。在隔膜310之一端處之致動器320振盪而在另一端處之致動器320保持不動。另一選擇係，在隔膜310之兩個端處之致動器320皆振盪以便產生沿相反方向行進之橫向波且該等橫向波彼此疊加。致動器320振盪且使隔膜310之一端沿垂直方向(亦即，上下)移動。或者，致動器320係配置於隔膜310之四個拐角處。或者，致動器320可係在不同時間致動且以不同振幅及頻率振盪之複數個離散致動器。或者，致動器320可係沿隔膜310之一個邊緣配置之一桿形致動器且另一桿形致動器320係沿隔膜310之相對邊緣配置。桿形致動器320在傾斜時其一端以大於另一端之一振幅振盪。
圖4a、圖4b、圖4c及圖4d繪示根據本發明之一項實施例之具有一橫向波穿過其傳播之一隔膜之一MEMS元件。在一時間例項處(例如，一時間間隔等於1秒)，致動器320及致動器330開始振盪以產生一橫向波。最初，隔膜310具有在致動器320之間伸展之一大致平坦表面且使其兩個端由相對端處之致動器320支撐。當雷射束沿垂直於隔膜310之表面之一方向到達隔膜310時，雷射束沿一徑直路徑穿過隔膜310而不偏轉。
在另一時間例項處(例如，時間間隔等於2秒)，雷射束與隔膜310相交於在隔膜310中行進之橫向波之一波峰處。雷射束係在橫向波之波峰處會聚且變得更聚焦。
在另一時間例項處(例如，當時間間隔等於2.5秒時)，雷射束與隔膜310相交於在隔膜310中行進之橫向波之一波谷處。雷射束在橫向波之波谷處發散且變得更分散。同時，致動器320、330停止振盪且將不產生額外波峰或波谷。
橫向波保持在隔膜310中自一側行進至另一側。如圖4d中所示，當時間間隔等於3秒時，雷射束命中另一波峰且會聚成一更聚光之雷射光點。隨後，在橫向波停止之後，隔膜310返回至一大致平坦表面且雷射束將沿一徑直路徑穿過隔膜310。
圖5a及圖5b繪示根據本發明之一項實施例之具有處於各種變形狀態之一隔膜之一MEMS元件。MEMS元件具有覆蓋MEMS元件之頂部之一隔膜510。隔膜510之某些實例包含諸如ITO(氧化銦錫)之一導電透明膜。在隔膜510與MEMS元件之頂部之間存在一空腔。雷射束在到達MEMS元件之頂部且被散射之前在空腔之介質中行進。一散射層530係塗佈於MEMS元件之基板之頂部上。如圖5a中所示，散射層530之至少一區域係緻密地圖案化有一微小鏡陣列。每一微小鏡在其表面上具有一頂部反射塗層520以使微小鏡具有反射性，以便當雷射束到達微小鏡時可由此等微小鏡反射。
隔膜510係藉由配置於隔膜510下方之複數個電極(未展示)而變形。每一電極係在不同時間接通以在隔膜510與電極之間施加一電壓。變形圖案取決於諸如電極之位置、電極之密度及如何切換每一電極等因素。在一項實施例中，如圖5b中所示，以在隔膜510上形成一曲線圖案之一方式切換電極。當電極充電方式及/或隔膜510充電方式變化時，此曲線或波狀圖案亦改變。例如，可在交替列中對電極進行相反充電以使得隔膜510交替地上下變形。隔膜510在隔膜510不受電極影響(例如，在隔膜510下方或沿電極之間之間隙不存在電極)之節點或區域處保持固定。電極係致動器之一項實例且其他實例可包含使用磁力之致動機構。
由於隔膜510之變形，光在時間上不同地繞射以使得橫越隔膜510的光到達一平面之不同位置且重疊在一起以形成一較大時間平均光點。例如，雷射束在不同時間到達隔膜510之不同部分且在不同時間以不同入射角穿過隔膜510。在穿過隔膜510之後，雷射束由散射層進一步散射。經散射雷射束將再次穿過隔膜510且到達隔膜510之不同部分。各種會聚或發散度提供至隔膜510。因此，當雷射束由鏡陣列520反射且離開MEMS元件時，不同時間處之雷射束將針對其自MEMS元件離去之路徑具有不同離去角度。
圖6a、圖6b、圖6c及圖6d繪示根據本發明之一項實施例之具有處於各種變形狀態之一隔膜之一MEMS元件。在電極之影響下，使隔膜510變形。在一項實例中，如圖6a中所示，沿垂直方向變形之量值在一時間間隔等於零秒時達到其最大。在穿過隔膜510之後，雷射束由隔膜510之一波峰折射。隨後，雷射束由散射層530上方之反射塗層520散射。當經反射而遠離MEMS元件時，雷射束到達隔膜510上之一波峰且在橫越隔膜510之後進一步折射。
如圖6b中所示，在一時間間隔等於0.5秒時，沿垂直方向變形之量值隨隔膜510與電極之間產生之靜電力變小而降低。隔膜510上之突出部變為平坦且每一波峰及波谷之曲率度減小。當橫越隔膜510時，雷射束以與較早時間例項相比之一較小度數折射。隨後，雷射束由散射層530上方之反射塗層520散射。散射角度可與先前時間例項處之彼等散射角度不同，此乃因折射角度的不同以及雷射束之路徑及散射層530上之散射表面之位置的改變。當經反射而遠離MEMS元件時，雷射束到達隔膜510上之一波峰且在橫越隔膜510之後進一步折射。
在一時間間隔等於1秒時，如圖6c中所示，隔膜510係恢復至其靜止位置而非被電極變形。雷射束之路徑在透射穿過隔膜510時因折射而改變，在由散射層530反射時改變且在自隔膜510離去時因折射而進一步改變。即使雷射束自相同方向到達MEMS元件，但當存在隔膜510之變形時，隔膜510處之雷射束之入射角與先前入射角不同而使得折射角度變化，從而導致與先前時間例項相比雷射束之路徑之變化。
在一時間間隔等於2秒時，如圖6c中所示，隔膜510以雷射束到達隔膜之一波谷之一方式變形且來自MEMS之離去雷射束採取不同於先前情形之一路徑。
圖7繪示根據本發明之一項實施例之具有一隔膜之一MEMS元件。隔膜710係在其下方塗佈有一導電透明膜750的一厚透明膜。某些厚透明膜具有超過一微米之一厚度。厚透明膜之某些實例包含聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚對二甲苯聚合物材料、SU-8光阻劑及各種其他光阻劑。導電透明膜750之某些實例包含ITO。隔膜710形成MEMS元件之頂部上的一覆蓋物。一室係形成於隔膜710與MEMS元件之頂部之間。一散射層730係塗佈於MEMS元件之頂表面上且一基板740係在散射層730下方。一散射鏡陣列720係緻密地配置於散射層730上。
在此實施例中，隔膜710係厚於圖6a至圖6d中所示之隔膜。如圖8a中所示，雷射束行進穿過隔膜710一較長距離且在隔膜710之上部邊界及下部邊界兩者處折射兩次。在隔膜710與膜750之間可發生進一步折射。複數個電極(未展示)係製作於MEMS元件之表面上由隔膜710覆蓋之一區域中。電極在接通電極時以不同極性充電且能夠產生靜電力以藉由使導電薄膜750朝向或遠離MEMS元件之頂部移動而使隔膜710變形。
圖8a及圖8b繪示根據本發明之一項實施例之具有處於各種變形狀態之一隔膜之一MEMS元件。在一時間間隔等於零時，如圖8a中所示，隔膜710係藉由位於隔膜下方之電極而變形，從而在隔膜710上形成各種波峰及波谷，猶如在隔膜710上產生一橫向波或一常駐波。該變形使隔膜710振動且提供一振動介質以用於使雷射束橫穿。入射雷射束到達一波峰且由隔膜710折射。隨後，雷射束到達反射鏡720且將在經反射而遠離MEMS元件時發生散射。離去之雷射束再次行進穿過隔膜710及導電薄膜750且被折射。
圖8b展示雷射束在一時間間隔等於1秒時朝向MEMS元件行進，隔膜710係以該波形與如圖8a中所示之波形異相180度之一方式變形。雷射束係入射至隔膜710在接近一波谷之一區域處。由於折射角度係不同的，因此此賦予雷射束與圖8a中所示之情形相比之一不同路徑改變。因此，雷射束在時間上不同地折射且將使其行進方向偏轉若干次。由於不同路徑長度，因此隔膜710內亦發生相變。
替代係作為一個單一光點1010反射至一螢幕上或在其他實施例中反射至諸如美國專利申請案XX/XXX,XXX中揭示之具有可移動或振動反射表面之另一反射器(用於進一步反射或散射之一鏡或一雙軸MEMS鏡)上，每一經反射雷射束產生一較大光點1030(其係如圖10中所繪示之在不同時間反射至螢幕之不同位置上之數個原始較小光點1020之一平均)。較大光點1030產生得足夠快使得觀看螢幕上之影像之一觀看者僅可察覺大光點1030。
在一項實施例中，一散射層係施加至鏡或MEMS元件之頂部以增加反射角度之時間獨特性。如圖9a中所繪示，散射層920具有經粗糙化或在某些實施例中經拋光之表面且具有塗佈於散射層920之經拋光表面上之一反射塗層910。反射塗層910之某些實例包含金及鋁。作為施加一散射層920之一替代方案，可藉由將MEMS元件930之頂部拋光且隨後在其上施加一反射塗層910以使MEMS元件930之頂部具有反射性而獲得粗糙表面。
如由圖9b所繪示，根據本發明之另一實施例，散射層920係一經圖案化介電膜(例如，氧化矽(SiO2 )及氮化矽(Si3 N4 ))且具有塗佈於散射層920之經圖案化表面上之一反射塗層910。作為施加一散射層920之一替代方案，可藉由圖案化MEMS元件930之頂部且隨後在其上施加一反射塗層910以使MEMS元件930之頂部具有反射性而獲得經圖案化表面。
如由圖9c所繪示，根據本發明之另一實施例，一反射塗層910係塗佈於MEMS元件930之頂部上且隨後一不均勻相變聚合物(例如，液晶)散射層920係施加於反射塗層910之頂部上。
如由圖9d所繪示，根據本發明之另一實施例，聚合物結構散射層920係施加至MEMS元件930之頂部且具有塗佈於散射層920之聚合物結構上之一反射塗層910。聚合物結構散射層920之某些實例包含SU-8光阻劑、聚對二甲苯、光阻劑及PDMS。
圖11a展示根據本發明之一項實施例之使用具有一隔膜之一MEMS元件之一光學系統之一示意性方塊圖。該光學系統包含具有隔膜之一MEMS元件1120，其接收來自一照明源1110之雷射束。具有隔膜之MEMS元件1120可係允許一雷射束在折射之後作為一離去雷射束而穿過其自身的MEMS元件，或者係將雷射束反射或散射為一離去雷射束的MEMS元件。雙軸MEMS鏡1130使用離去雷射束，以隨著其沿兩個正交軸旋轉執行雷射掃描而在一螢幕1140上產生一影像。該光學系統可在雷射束之行進路徑的各種點處進一步包含諸如鏡及透鏡的各種組件。
圖11b展示根據本發明之一項實施例之使用具有隔膜之一或多個MEMS元件之一光學系統的示意性方塊圖。為進一步增加雷射束之行進路徑的獨特性及雷射束的相位差，提供具有隔膜之一或多個MEMS元件，使得在由MEMS元件處理之後產生一較大雷射光點。當由一MEMS元件處理時，使雷射束折射或反射/散射。來自一照明源1110之雷射束係由具有隔膜之一初級MEMS元件1121處理，之後再由具有隔膜之一次級MEMS元件1122進一步處理。如上文所揭示之具有隔膜之MEMS元件的各種實施例可分別用作具有隔膜的初級MEMS元件1121及具有隔膜的次級MEMS元件1122。例如，具有隔膜之MEMS元件1121或1122係由其隔膜折射雷射束之MEMS元件。一個以上具有隔膜之MEMS元件可用作具有隔膜之次級MEMS元件1122，使得自初級MEMS元件1121到達次級MEMS元件中之一者的離去雷射束將折射或散射。具有隔膜之MEMS元件1121或1122中之一者可由具有一可移動或振動表面之MEMS元件替代，使得藉由MEMS元件之振動移動來分散雷射束。除該光學系統中之其他透鏡及鏡以外，提供一雙軸掃描MEMS鏡1130，以隨著其沿兩個大致垂直軸的旋轉運動以一掃描方式來反射雷射。因此，來自一照明源1110之雷射到達螢幕1140時具有經減少之斑點效應。
雖然已圖解說明及闡述了本發明之特定實施例，但應理解本發明並不限於本文所繪示之精確構造，且從以上闡述，各種修改、改變及變化是顯而易見的。此等修改、改變及變化係視為如以下申請專利範圍中所闡明之本發明範圍的一部分。
210．．．隔膜
211．．．波峰
212．．．波谷
221．．．正向
222．．．正切線
310．．．隔膜
320．．．致動器
330．．．致動器
340．．．基板之表面
350．．．基板
510．．．隔膜
520．．．反射塗層
530．．．散射層
710．．．隔膜
720．．．散射鏡陣列
730．．．散射層
740．．．基板
750．．．導電透明膜
910．．．反射塗層
920．．．散射層
930．．．微機電系統元件
1010．．．單一光點
1020．．．原始較小光點
1030．．．較大光點
1110．．．照明源
1120．．．微機電系統元件
1121．．．初級微機電系統元件
1122．．．次級微機電系統元件
1130．．．雙軸微機電系統鏡
1140．．．螢幕
上文已參考以下圖式更詳細地闡述了本發明之此等及其他目標、態樣及實施例，其中：
圖1繪示一雷射束在一表面上之散射。
圖2a、圖2b及圖2c繪示根據本發明之一項實施例之穿過一隔膜傳播之一橫向波。
圖3a及圖3b繪示根據本發明之一項實施例之具有一橫向波穿過其傳播之一隔膜之一MEMS元件。
圖4a、圖4b、圖4c及圖4d繪示根據本發明之一項實施例之具有一橫向波穿過其傳播之一隔膜之一MEMS元件。
圖5a及圖5b繪示根據本發明之一項實施例之具有處於各種變形狀態之一隔膜之一MEMS元件。
圖6a、圖6b、圖6c及圖6d繪示根據本發明之一項實施例之具有處於各種變形狀態之一隔膜之一MEMS元件。
圖7繪示根據本發明之一項實施例之具有一隔膜之一MEMS元件。
圖8a及圖8b繪示根據本發明之一項實施例之具有處於各種變形狀態之一隔膜之一MEMS元件。
圖9a繪示根據本發明之一項實施例之一MEMS元件之頂部上之一經粗糙化散射層。
圖9b繪示根據本發明之一項實施例之一MEMS元件之頂部上之一經圖案化散射層。
圖9c繪示根據本發明之一項實施例之一MEMS元件之頂部上之一不均勻材料散射層。
圖9d繪示根據本發明之一項實施例之一MEMS元件之頂部上之一聚合物結構散射層。
圖10繪示藉由本發明之一項實施例之去斑點效應之一圖解。
圖11a及圖11b繪示根據本發明之某些實施例之使用具有隔膜之至少一個MEMS元件之一光學系統的一示意性方塊圖。
310．．．隔膜
320．．．致動器
330．．．致動器
340．．．基板之表面
350．．．基板

Claims (12)

  1. 一種用於藉由增寬一雷射掃描投影顯示器中之一雷射光點大小來減少斑點效應之MEMS元件，其包括：一隔膜(membrane)，其經組態以暫時地(temporally)改變形狀使得具有一第一剖面雷射光點大小之一或多個入射雷射束由該隔膜以截然不同的折射角度折射，從而該等經折射雷射束之一時間平均形成不同於該第一剖面雷射光點大小之一第二剖面雷射光點大小；及一或多個致動器，其能夠暫時地改變該隔膜之該形狀，該隔膜係塗佈有一導電薄，或該隔膜係由導電膜的材料製成，該致動器係配置於該MEMS元件上由該隔膜覆蓋之一區域上方的電極陣列。
  2. 如請求項1之MEMS元件，其中：該等致動器中之每一者支撐該隔膜之每一端，且暫時地振盪。
  3. 如請求項1之MEMS元件，其中：由該隔膜覆蓋之該MEMS元件之表面的至少一區域係以複數個鏡緻密地圖案化。
  4. 如請求項1之MEMS元件，其中：由該隔膜覆蓋之該MEMS元件之該表面的至少一區域係塗佈有一散射層。
  5. 如請求項4之MEMS元件，其中：該散射層之表面係塗佈有一反射塗層。
  6. 如請求項4之MEMS元件，其中：該散射層之該表面經粗糙化。
  7. 如請求項4之MEMS元件，其中：該散射層係一經圖案化之介電膜。
  8. 如請求項4之MEMS元件，其中：該散射層至少在其該表面上具有一聚合物結構。
  9. 如請求項4之MEMS元件，其中：一反射塗層係提供於該散射層的頂部之間。
  10. 如請求項8之MEMS元件，其中：該散射層係由不均勻之相變聚合物製成。
  11. 一種使用如請求項1之MEMS元件之光學系統，進一步包括：一照明源，其發射一或多個雷射束，一或多個雷射束傳輸至該MEMS元件之週期性振動隔膜上，且從而被折射；及一雙軸MEMS鏡，其接收由該MEMS元件折射之該等雷射束，且以一掃描方式反射該等雷射束以在一螢幕上產生一影像。
  12. 一種使用如請求項1之MEMS元件之光學系統，進一步包括：一照明源，其發射一或多個雷射束，一或多個雷射束被傳輸至該MEMS元件之該隔膜上且從而被折射；至少一個額外MEMS元件，該MEMS元件係請求項1之MEMS元件，其經定位以接收及折射自該MEMS元件離 去之該等雷射束；及一雙軸MEMS鏡，其接收來自該額外MEMS元件之該等雷射束，且以一掃描方式反射該等雷射束以在一螢幕上產生一影像。
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