本發(fā)明專利技術(shù)涉及利用光柵多邊形在成像表面上進行2D直線掃描。2D掃描系統(tǒng)使用快速旋轉(zhuǎn)光柵多邊形作為單個掃描組件來在2D圖像表面上產(chǎn)生直掃描線。入射光束相對于光柵多邊形的接近角被選擇為將在圖像表面上的由多邊形掃描引入的掃描線的枕形失真最小化，并且光柵掃描多邊形的旋轉(zhuǎn)軸的傾斜角被選擇為將該多邊形掃描失真對稱地定位在成像表面上。此外，掃描光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造為在成像表面上產(chǎn)生預(yù)定量的掃描線的桶形失真，以補償由多邊形掃描引入的枕形失真。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)的實施例大體涉及基于激光的圖像產(chǎn)生系統(tǒng)，尤其涉及使用光柵多邊形(raster polygon)在成像表面上進行2D直線掃描的系統(tǒng)以及形成該2D直線掃描的方法。
技術(shù)介紹
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)印機的光敏鼓或者激光熒光顯示器的熒光屏。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。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，以在圖像產(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維表面上進行掃描，從而有助于高速激光成像技術(shù)。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，這將會使得圖像處理和時機變得復(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。因為每根激光掃描線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，并且因為每個反射面產(chǎn)生不同程度的失真，所以每根激光掃描線101-109是具有不同曲率的弧線。這種失真主要由不同反射面的不對稱旋轉(zhuǎn)特性以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的這種失真基本對于觀察者可見并且可以導(dǎo)致劣化的觀看效果。如前所示，在現(xiàn)有技術(shù)中需要這樣的激光掃描系統(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。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一個實施例提供了一種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(approach angle)被選擇為使成像表面上的掃描線的枕形失真(pin_cushiondistortion)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(barrel distortion),以補償枕形失真。本專利技術(shù)的一個優(yōu)點是可以使用單個高速旋轉(zhuǎn)元件來在成像表面上實現(xiàn)具有直且平行的掃描線的光的超快二維掃描。附圖說明通過參照實施例，可以更詳細地理解本專利技術(shù)的上述特征，這些實施例中的一些在附圖中示出。然而，應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅示出了本專利技術(shù)的實施例，并且因此不應(yīng)認為是對本專利技術(shù)的限制，因為本專利技術(shù)可以允許其他的等效實施例。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；圖2是根據(jù)本專利技術(shù)的實施例構(gòu)造的成像系統(tǒng)的示意構(gòu)造；圖3示出了由根據(jù)本專利技術(shù)的實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；圖4示出了根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，在掃描和成像透鏡被構(gòu)造為補償枕形失真時在成像表面上的激光掃描線；圖5示意性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，被構(gòu)造為具有補償透鏡失真功能的掃描光學(xué)系統(tǒng)的一個實施例；圖6示出了由掃描和成像透鏡的實施例產(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行補償?shù)那蛎嫱哥R；圖7示意性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，在成像表面上的兩組直掃描線；圖8示意性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，包括兩個折疊反射鏡的成像系統(tǒng)；圖9提供了根據(jù)本專利技術(shù)的實施例，用于確定掃描和成像透鏡的構(gòu)造的方法步驟的流程圖；圖10是光束蹤跡掃描線圖的示例，其示出了由本專利技術(shù)的實施例在屏幕上產(chǎn)生的掃描線；以及圖11示意性地示出了根據(jù)本專利技術(shù)的實施例的掃描光學(xué)系統(tǒng)的另一個實施例，其被構(gòu)造為具有補償透鏡失真功能。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 一個實施例的特征可以被結(jié)合到其它實施例中，而不用特殊說明。具體實施例方式圖2是根據(jù)本專利技術(shù)的實施例構(gòu)造的二維(2D)掃描系統(tǒng)100的示意圖。2D掃描系統(tǒng)100是這樣的系統(tǒng)其通過以2D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。在一些實施例中，2D掃描系統(tǒng)100可以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)光或熒光材料來產(chǎn)生圖像的激光熒光顯示器(LPD)。在其它實施例中，2D掃描系統(tǒng)100可以是靜電圖像打印機，其中成像表面110是光敏器件的表面。在圖2中示出的實施例中，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。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包括含熒光體材料的交替區(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、綠色和藍色)，而對所產(chǎn)生的顏色進行選擇來使得這些顏色的結(jié)合可以形成白色光和其他顏色的光。交替區(qū)域可以使條帶、點或其他形狀。成像表面110上的像素元件包括三個不同顏色的含熒光體區(qū)域。各個像素元件可以由成像表面110上的含熒光體材料的交替區(qū)域的尺寸和形狀限定和/或由激發(fā)含熒光體材料的聚焦光束175的尺寸限定。在一個實施例中，含熒光體材料的交替區(qū)域是窄帶。激光器模塊120是諸如激光器塔(laser tower，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上進行掃描的激發(fā)光束。在優(yōu)選實施例中，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)可以使5、10或20以上。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。在一個實施例中，激光束171是紫外(UV)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)以光柵掃描圖案在成像表面110上進行掃描的調(diào)制光束，以激發(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。下文更詳細地描述了將激光束171引導(dǎo)到成像表面110的操作。準(zhǔn)直透鏡130是單透鏡或組合透鏡，其被構(gòu)造來使本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種掃描系統(tǒng)，包括：成像表面；光源，其被構(gòu)造為產(chǎn)生至少一個光束，用于照明所述成像表面的一部分；可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形，其具有多個反射面并且定位在所述光源與所述成像表面之間的光路中，以利用這些反射面將所述至少一個光束導(dǎo)向所述成像表面，其中，這些反射面各自相對于所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形的旋轉(zhuǎn)軸以不同角度傾斜；以及掃描透鏡，其定位在所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形與所述成像表面之間的光路中，并且被構(gòu)造為引入掃描線的桶形失真，所述光束隨著所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形的旋轉(zhuǎn)而在所述成像表面上遵循所述掃描線的桶形失真。
【技術(shù)特征摘要】
2011.09.26 US 13/245,6551.一種掃描系統(tǒng)，包括成像表面；光源，其被構(gòu)造為產(chǎn)生至少一個光束，用于照明所述成像表面的一部分；可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形，其具有多個反射面并且定位在所述光源與所述成像表面之間的光路中，以利用這些反射面將所述至少一個光束導(dǎo)向所述成像表面，其中，這些反射面各自相對于所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形的旋轉(zhuǎn)軸以不同角度傾斜；以及掃描透鏡，其定位在所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形與所述成像表面之間的光路中，并且被構(gòu)造為引入掃描線的桶形失真，所述光束隨著所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形的旋轉(zhuǎn)而在所述成像表面上遵循所述掃描線的桶形失真。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描系統(tǒng)，其中，所述掃描透鏡由球面透鏡元件構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的掃描系統(tǒng)，其中，所述掃描透鏡被定位在所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形與所述成像表面之間的光路中，使得沿著所述掃描透鏡的光軸導(dǎo)向的光束入射到所述成像表面的中心點上，所述中心點與所述成像表面的左邊緣和右邊緣等距并且與所述成像表面的頂邊緣和底邊緣等距。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的掃描系統(tǒng)，其中，所述掃描透鏡包括五元件透鏡。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的掃描系統(tǒng)，其中，所述五元件透鏡被構(gòu)造為補償失真透鏡，以產(chǎn)生所述掃描線的桶形失真。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的掃描系統(tǒng)，其中，所述掃描透鏡包括四元件透鏡，其被構(gòu)造為補償失真透鏡，以產(chǎn)生所述掃描線的桶形失真。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描系統(tǒng)，其中，由所述掃描透鏡引入的所述桶形失真補償所述掃描線的枕形失真，使得所述掃描線在所述成像表面上大致是直線。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描系統(tǒng)，還包括布置在所述光源與所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形之間的光路中的反射元件，其中，所述反射元件定位成離所述成像表面比所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形離所述成像表面更近。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的掃描系統(tǒng)，其中，所述反射元件被構(gòu)造為在第一朝向與第二朝向之間運動，所述第一朝向隨著所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形的旋轉(zhuǎn)而沿著所述成像表面上的第一組掃描線引導(dǎo)所述至少一個光束，所述第二朝向隨著所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形的旋轉(zhuǎn)而沿著所述成像表面上的第二組掃描線引導(dǎo)所述至少一個光束。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的掃描系統(tǒng)，其中，所述第一組掃描線中的掃描線與所述第二組掃描線中的掃描線交錯。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的掃描系統(tǒng)，其中，所述可旋轉(zhuǎn)光柵多邊形的旋轉(zhuǎn)軸相對于所述掃描透鏡的光軸以傾斜角傾斜，所述傾斜角被選擇為使所述枕形失真在所述成像表面上對稱地定位。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掃描系統(tǒng)，還包括折疊反射鏡，其被布置在所述掃描透鏡與所述成像表面之間的光路中，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：漢祥·白，羅杰·A·海扎，
申請(專利權(quán))人：普來斯姆公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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