專利名稱：激光器矩陣的輸出穩(wěn)定化的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種投影裝置，它包括一個半導體激光器矩陣，一個可使該矩陣在該投影裝置所照明的一個元件上成像的光學系統(tǒng)，一個控制該半導體激光器的控制裝置，該控制裝置包括一個反饋裝置，該反饋裝置包含第一檢測器，用于檢測每個半導體激光器通過光學系統(tǒng)在被照明元件上所投射的光點的亮度，并產(chǎn)生表示檢測到的亮度的第一信號。
本發(fā)明還涉及一種調整包含一個半導體激光器矩陣的投影裝置的方法。
美國專利5,525,810中就公開了這樣一種裝置和方法。該專利描述了一種用于掃描一個條形碼的投影裝置。在校準模式下，一個均勻的屏幕被放置在光路中。許多半導體激光器一次一個地被順序激勵，每個被激勵的半導體激光器在均勻的屏幕上投射的光點的亮度被檢測器所檢測。檢測器產(chǎn)生的信號被處理后用于控制半導體激光器矩陣的電源。但所述的裝置并不適于進行例如電視圖像投影這樣的圖像投影。
應當穩(wěn)定用于圖像投影的半導體激光器的光輸出，因為激光器在給定電流下所提供的光量很大程度上依賴于溫度和使用壽命。在許多具有足夠大尺寸的半導體激光器中，穩(wěn)定化是通過監(jiān)視器二極管進行的，監(jiān)視器二極管被結合在激光器芯片的后側，并可用于測量激光器的光輸出。這種測量并不會干擾發(fā)射光的數(shù)量，并且是可靠的，因為激光器側的光輸出和對監(jiān)視器二極管的后側的光輸出之間的比率是恒定的。從而，在后側所測量的亮度可適當?shù)赜糜谇皞鹊墓廨敵龅姆€(wěn)定化。
適用于圖像投影的半導體激光器矩陣具有約50μm的間距。從這樣一個矩陣的半導體激光器發(fā)出的光束的孔徑角過于大了，以致該光束可相互重疊在0.25mm內。實際上，使這樣一個半導體激光器矩陣的所有激光器都配置一個足夠小的監(jiān)視器二極管，并將該監(jiān)視器二極管適當?shù)匕仓贸芍唤邮找粋€單獨的半導體激光器所發(fā)出的光，是非常困難的。
這種半導體激光器的壽命相關性在短期內并不會表現(xiàn)出任何較大的變化。
本發(fā)明的目的是提供一種在開頭段落所描述的投影裝置，其中在半導體激光器矩陣中的半導體激光器可以被分別地充分穩(wěn)定至一定程度。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是通過這樣一個投影裝置實現(xiàn)的，其中使控制裝置適于在第一調整階段和第二調整階段下一個接一個地控制所述半導體激光器，其中使該控制裝置適于在與一個被控制的半導體激光器相關的第一調整階段根據(jù)第一信號而調整該光點的亮度，其中還使反饋裝置適于在第一調整階段檢測由該被控制的半導體激光器發(fā)射而并非由光點發(fā)出的光，并產(chǎn)生一個表示被檢測光的第二信號，其中該反饋裝置包括一個存儲器，用于在第一調整階段存儲所產(chǎn)生的關于該被控制的半導體激光器的第二信號，其中使控制裝置適于在第二調整階段根據(jù)所產(chǎn)生的關于被控制的半導體激光器的第二信號而控制一個被控制的半導體激光器，使得在第二調整階段所產(chǎn)生的關于該被控制的半導體激光器的第二信號基本對應于在第一調整階段存儲在存儲器中的關于該被控制的半導體激光器的第二信號。
根據(jù)本發(fā)明的方法，其特征在于，在第一調整階段，所有的半導體激光器都是一個接一個地被控制，其中在第一狀態(tài)，每當一個半導體激光器被控制時，由被控制的半導體激光器發(fā)出并由投影裝置所投射的光點的密度被檢測，其中該被檢測的亮度用于將該亮度調整在一個預定的值，其中，在第一調整階段，由被控制的半導體激光器發(fā)射而并非由光點所發(fā)出的光被檢測，其中，在第一調整階段，表示不是由光點發(fā)出的被檢測光的第一信號被確定，其中，在第二調整階段，所有的半導體激光器都一個接一個地被控制，其中，在第二調整階段，由一個被控制的半導體激光器發(fā)射而并非由該光點所發(fā)出的光被檢測，其中，還產(chǎn)生了表示在第二調整階段被檢測的不是由該光點所發(fā)出的光的第二信號，其中，在第二調整階段下，被控制的半導體激光器以這種方式被調整，即第二信號與第一信號的關系是基本固定的，該第一信號是在關于該被控制的半導體激光器的第一調整階段所確定的。
由此實現(xiàn)，在第一調整階段，存儲裝置被充滿關于從每個被控制的半導體激光器發(fā)出并到達第二檢測器的光量的數(shù)據(jù)。該第二檢測器不位于相關的被控制半導體激光器和光點之間的光路中。然而，在該光點的被調整的亮度值和存儲在存儲器中并由第二檢測器產(chǎn)生的信號值之間的關系是固定的。從而，由第二檢測器產(chǎn)生的信號可被用于進行穩(wěn)定化。由此實現(xiàn)，在第二檢測器的信號被存儲在存儲器中之后，不再需要為了穩(wěn)定化而進行光點的檢測，但有可能用第二檢測器信號的存儲值進行工作。
本方法的優(yōu)選實施例的特征在于，當這種投影裝置未被使用時進入第一調整階段，當這種投影裝置正在使用時進入第二調整階段。
由此實現(xiàn)，作為光點的亮度的表征，圖像的亮度在進行投影裝置的設定時一旦進入第一調整階段就被調整，并使所有的半導體激光器的亮度都相同，然后，在投影期間，該裝置使用并可持續(xù)的使用存儲在存儲器中的、用于每個半導體激光器的第二檢測器的信號的值。
本發(fā)明的這些和其它方面將在以下參照實施例的闡述中變得更為明顯。
在附圖中

圖1以框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的投影裝置，圖2表示第二檢測器的第一實施例，圖3表示第二檢測器的第二實施例，圖4為圖3中第二檢測器的側視圖。
在圖1中，附圖標記1表示半導體激光器的一個一維矩陣。這些半導體激光器以垂直于附圖平面的方向被并列放置。這種矩陣本身是已知的。半導體激光器的矩陣1通過圖示的光學系統(tǒng)2被投影在元件3上。元件3可以是不透明的或透明的。若元件3是不透明的，則投影圖像將從與圖像被投影的同一個方向被觀看。這通過眼睛4來表示。若元件3是半透明的，則投影圖像可從另一側被觀看，如眼睛5所示。為了投影一個二維圖像，提供了圖示的裝置6，該裝置可保證投影在元件3上的半導體激光器的矩陣1的圖像向著箭頭7的方向移動，或向著相反的方向移動。裝置6可以由已知的方式通過往復或旋轉鏡面裝置而形成。
為了得到滿意的在元件3上的投影圖像，對于同樣的輸入信號，矩陣1的半導體激光器應當使由半導體激光器通過光學系統(tǒng)2投射在元件3上的光點具有相同的亮度。
已知半導體激光器的光輸出很大程度上依賴于半導體激光器的溫度及其已使用的壽命。
與矩陣1相關聯(lián)的半導體激光器都具有很小的尺寸。例如，間距通常都只有幾十μm，例如50μm。結果，半導體激光器矩陣的熱容量很小，而由于光輸出變化引起的溫度波動相對較大且較快。為了得到矩陣1的穩(wěn)定的光輸出，就需要將每個半導體激光器的兩次連續(xù)調整之間的時間周期限制在一秒或幾秒內，若能再小則更好，從而預定的光輸出對應于圖像信號的預定值，或者相反。
已知的穩(wěn)定半導體激光器的光輸出的方法，使用一個被置于半導體激光器后側并接收由半導體激光器發(fā)出的光量的光敏二極管，該光量與半導體激光器前側發(fā)出的光量成正比。由置于后側的光敏二極管接收的光量與半導體激光器在前側發(fā)出的光量之間的關系是恒定的，并獨立于溫度和壽命。然而，在圖1示出的投影裝置中，半導體激光器矩陣1的尺寸非常小，以致要為每個半導體激光器都安置一個額外的光敏二極管是不可能的或非常困難的。
圖1的裝置被設計為對半導體激光器矩陣1中的半導體激光器進行重復地再調整。半導體激光器矩陣1通過線路8由控制裝置9來控制。控制裝置9具有一輸入端10，線路11連接到該輸入端，通過該線路11向控制裝置9提供將被投影裝置顯示的圖像的圖像信號。通過線路12，控制裝置9被連接至裝置6。具有一個或多個光敏傳感器13和14的第一檢測器被置于元件3附近。若投影裝置在不透明的元件3上投射一個圖像，則一個或多個光敏傳感器將位于半導體激光器矩陣1的投影可被檢測的位置上，例如在傳感器13的位置上。若元件3是半透明的，則一個或多個光敏傳感器13和14可被置于元件3的一側或兩側。光敏傳感器13和14的輸出通過線路15被連接至開關17的接線端16。第二光敏檢測器18以這樣的方式被安置，即由半導體激光器矩陣直接或間接發(fā)出的光可到達第二檢測器18，但由元件3發(fā)出的光不能到達。第二檢測器18也可包括一個或多個光敏二極管。第二檢測器18的輸出通過線路19被連接至開關21的接線端20。開關21的接線端20可被連接至開關21的接線端22或接線端23。開關23通過線路24被連接至開關17的接線端25。開關17的接線端26被連接至控制裝置9的輸入端27。開關21的接線端22通過線路28被連接至存儲器29的輸入端。存儲器29的輸出端通過線路30被連接至開關32的接線端31。開關32的接線端33被連接至控制裝置9的輸入端34?？刂蒲b置9的輸出端35通過線路36被連接至存儲器29的地址輸入端。
最好但并非必須是可調整的參考信號發(fā)生器37通過線路38被連接至開關32的接線端39。
正如上文中所述，半導體激光器矩陣1應當被時常地再次調整，以保證對于一個或多個半導體激光器的圖像信號的相同值，由相關半導體激光器投影在元件3上的光點具有相同的亮度。每當沒有圖像信號時要進行相關的調整是非常重要的。
為此，圖1所示的裝置將按以下步驟操作。在使投影裝置進行圖像投影之前，控制裝置被調整為第一調整階段。在第一調整階段，開關17，21和32位于圖1中實線所示出的位置。
當上述開關位于實線示出的位置時，具有光敏傳感器13和14的第一檢測器通過線路15，接線端16，開關17和接線端26被連接至控制裝置9的輸入端27。例如可調整電壓發(fā)生器這樣的參考信號發(fā)生器37，通過線路38，接線端39，開關32和接線端33被連接至控制裝置9的輸入端34。第二檢測器18通過線路19，接線端20，開關21，接線端22和線路28被連接至存儲器29的輸入端。存儲器29的輸出端與控制裝置9不連接。
上述電路裝置按以下步驟操作?？刂蒲b置9通過線路8以預定的，但進而是任意的控制信號控制半導體激光器矩陣1中的一個半導體激光器。裝置6處于使由被控制的半導體激光器發(fā)出的光可通過光學系統(tǒng)2在元件3上形成一個光點的位置或狀態(tài)。從而投影在元件3上的光點的亮度被第一檢測器的傳感器13和14檢測，并被送至控制裝置9的輸入端27。在控制裝置9的輸入端34存在一個參考信號。控制裝置9適于比較輸入端27的信號和輸入端34的參考信號。根據(jù)輸入端27和34處的信號之間的差異，控制裝置9控制線路8上的控制信號使得，元件3上的光點的亮度可引起這樣一個信號，它由傳感器13和14提供，使得在輸入端27的信號與輸入端34的參考信號是相等，或是處于另一預定的固定關系。在輸入端27和34的信號相等之后，控制裝置9在輸出端35和線路36產(chǎn)生一個信號，它在存儲器29中尋址一個地址，并使存儲器29將線路28上的信號值存儲在具有線路36上的地址的存儲單元上。線路36上的地址唯一明確地對應于控制裝置9在該時刻所控制的矩陣1的半導體激光器。
第二檢測器18的輸出信號被提供至線路28。第二檢測器18的輸出信號是第二檢測器18所檢測的光的測量值，該光是由被控制的半導體激光器發(fā)射的而并非由元件3上的光點發(fā)出的。元件3上的光點的亮度通過由傳感器13和14構成的第一檢測器所進行的被投影光點向控制裝置9的亮度反饋，以及通過與參考信號的比較而被固定下來。并且，由第二檢測器18所檢測的與相關亮度直接唯一明確對應的光量被固定在存儲器29的特定存儲單元。該相關的存儲單元唯一明確地對應于矩陣1的半導體激光器，該半導體激光器在該時刻被控制裝置9控制，并向投影在元件3上的光點和檢測器18提供光。從而，在存儲器29中的相關存儲單元上存儲一個信號，該信號唯一明確地對應于由相關的被控制半導體激光器通過光學系統(tǒng)2投射在元件3上的光點所需的亮度。
因此可使用一個反饋裝置，其包括用于提供一個測量信號的第二檢測器18，和用于提供參考信號的存儲器29。通過由此反饋裝置和控制裝置9所控制的半導體激光器而構成的一個反饋環(huán)路，由相關的被控制半導體激光器發(fā)射的光量被穩(wěn)定在這樣一個級別，使得第二檢測器18在第一調整階段的調整期間，檢測到相同的光量，或是與其成固定關系的光量。這一階段，其中由第二檢測器18，存儲器29，控制裝置9和相關的被控制半導體激光器構成反饋環(huán)路，將在下文中被稱為第二調整階段。
上文已經(jīng)說明了，對于第一調整階段，如何為半導體激光器矩陣1中的一個半導體激光器提供存儲器29中的一個特定的可尋址的存儲單元，該信號被作為第二狀態(tài)的一個參考信號。通過控制裝置9一個接一個的控制每個半導體激光器，并通過具有傳感器13，14的第一檢測器和參考信號裝置37，調整所有的半導體激光器都具有由相關的被控制半導體激光器投射在元件3上的光點相同的亮度，而對于矩陣1的所有半導體激光器連續(xù)地進行上述的第一調整階段。一旦相關的光點達到該相關亮度，由第二檢測器18所產(chǎn)生的且表示第二檢測器18檢測到的光量的一個信號，通過線路36的尋址將被存儲在存儲器29中。
這樣實現(xiàn)，第二檢測器18的一個輸出信號值被存儲在存儲器29中的多個可尋址的存儲單元，這些單元對應于矩陣1中的半導體激光器數(shù)目，并且每個存儲單元都唯一明確地對應于其中一個半導體激光器，該信號值可作為反饋環(huán)路的一個參考值。如上所述，其中反饋環(huán)路使用存儲在存儲器29中的值的階段將被稱為第二調整階段。
在第二調整階段，開關17，21和32位于虛線所示的位置。在第二調整階段，每當矩陣1的半導體激光器必須被穩(wěn)定時，利用控制裝置9一個接一個的控制矩陣1的半導體激光器，并通過反饋環(huán)路，利用控制裝置9控制由相關的被控制半導體激光器發(fā)射的光的量，該反饋環(huán)路包括第二檢測器18和存儲器29中對應于相關的被控制半導體激光器的存儲單元，及其它部件。
在對處于第二調整階段的矩陣1的半導體激光器的調節(jié)中，為了防止從相關的被控制半導體激光器發(fā)射的光到達將被投影的圖像外側的元件3，可以采用多種不同的措施。若裝置6是一個往復或旋轉鏡面，則在裝置6的“回掃時間”期間不會有圖像信號。此時，控制裝置9將在不向半導體激光器矩陣1中的半導體激光器提供圖像信號的時刻，執(zhí)行第二調整階段的調節(jié)。由將被調節(jié)的半導體激光器發(fā)射的光線既不會到達屏幕3也會不到達通過裝置6投影的圖像的外側。如果后一個結果被認為是不利的，則屏幕3在原處應當為黑色，或在任何情況下非常黑，或者應當在光路中安置一個遮光器以阻止光到達屏幕3。
這樣實現(xiàn)，半導體激光器利用包括第二檢測器18和存儲器29及其他部件的反饋環(huán)路可以工作，并且可在相關的被控制半導體激光器發(fā)射的光不會到達元件3的同時，確保相關的被控制半導體激光器被穩(wěn)定化。在該可能性的情況下，檢測器可檢測裝置6的位置，并通過線路12將其通知至控制裝置9。該裝置6還可通過線路12由控制裝置9而控制，通過線路12由控制裝置9傳輸至裝置6的對裝置6的控制信號，可以推導出由矩陣1的半導體激光器發(fā)射的光不能到達由裝置6投影的圖像范圍內的時刻。
裝置6也可是一個遮光器，它可由控制裝置9通過線路12電學上控制。該可電控制的遮光器本身為本領域技術人員所知，且并非本發(fā)明的一部分，因此不再贅述。
圖2示出了確保使矩陣1的半導體激光器發(fā)射的光由第二檢測器18檢測的結構。在圖2中，矩陣1沿垂直于圖示平面的方向延伸。在圖2中，附圖標記40和41表示由半導體激光器發(fā)出且通過光學系統(tǒng)2的光束的邊界光線。由附圖標記42表示的光圈位于矩陣1和光學系統(tǒng)2之間。光圈42正對矩陣1的一側對于反射矩陣1的半導體激光器產(chǎn)生的沿兩個光檢測器18a和18b的入射光具有更強或更弱的漫反射特性，這兩個光檢測器18a和18b也是沿著垂直于圖示平面的方向延伸。光檢測器18a和18b的輸出信號通過線路43，44合成為線路29上的信號。
圖3和圖4示出了附圖標記18c表示的第二檢測器18的不同實施例。裝置18c包括一個拉長的、透明的且基本為圓柱形的元件45。元件45的外側表面最好被拋光，從而獲得最大的光導性。元件45的一部分圓周提供有光反射材料46。元件45可被彎曲或如圖3所示具有一平面?zhèn)取蓚€檢測器18d，18e位于圓柱形元件45的兩端。檢測器18d和18e的輸出信號通過線路47和48傳輸至線路29。
在上述中，開關17，21和32，參考信號發(fā)生器37，存儲器29以及位于這些元件和控制裝置9之間的線路都作為獨立元件被說明。本領域技術人員應當理解所述元件或者也可以集成在控制裝置9中，并且控制裝置9和集成的元件也可共同地形成集成電路的一部分。本領域技術人員還應當理解相關的元件功能性的出現(xiàn)在控制裝置9中，但也可利用或在具有連續(xù)執(zhí)行上述功能的程序的可編程裝置中實現(xiàn)上述對于第一和第二調整階段的相關功能以及相關反饋環(huán)路。
需要注意的是，參考信號裝置37是可調整的，可調節(jié)一個或多個參考值。由此實現(xiàn)，可以通過調節(jié)參考信號裝置37提供的參考信號實現(xiàn)對元件3上由半導體激光器投影的光點的亮度進行調節(jié)。因此，存儲在存儲器29中的值將被改變，最后在使用用于投影目的的裝置中投影的圖像的亮度將依賴于參考信號裝置37提供的參考信號的選擇調節(jié)后的值。
本領域技術人員可對本發(fā)明的實施例進行多種修改和替換。所有這些修改和實施例都將落在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種投影裝置，包括一個半導體激光器矩陣(1)；一個光學系統(tǒng)，用于使矩陣(1)在該投影裝置照明的元件(3)上成像；一個控制裝置(9)，用于控制半導體激光器，該控制裝置(9)包括一個反饋裝置(13，14，18，29，37)，包括一第一檢測器(13，14)，用于檢測由每個半導體激光器通過光學系統(tǒng)(2)投影在被照明的元件(3)上的光點的亮度，并用于產(chǎn)生一表示該檢測的亮度的第一信號，其特征在于，控制裝置(9)適于在第一調整階段和第二調整階段一個接一個地控制半導體激光器，控制裝置(9)適于根據(jù)與被控制半導體激光器相關的處于第一調整階段的第一信號調節(jié)光點的亮度，反饋裝置適于檢測在第一調整階段由被控制半導體激光器發(fā)射的而并非由光點產(chǎn)生的光，并適于產(chǎn)生表示該被檢測的光的第二信號，該反饋裝置包括一存儲器(29)，用于在第一調整階段存儲與被控制半導體激光器相關地產(chǎn)生的第二信號，并且控制裝置(9)適于在第二調整階段根據(jù)與被控制半導體激光器相關地產(chǎn)生的第二信號，控制被控制的半導體激光器，從而使與被控制半導體激光器相關的、在第二調整階段產(chǎn)生的第二信號基本對應于與被控制半導體激光器相關的、在第一調整階段存儲在存儲器(29)中的第二信號。
2.如權利要求1所述的投影裝置，其特征在于反饋裝置(13，14，18，29，37)包括一第二檢測器18，用于檢測由被控制的半導體激光器發(fā)射而并非由光點產(chǎn)生的光，并用于產(chǎn)生表示被檢測的光的第二信號。
3.一種調整投影裝置的方法，該投影裝置包括一半導體激光器矩陣(1)，其特征在于，在第一調整階段，一個接一個地控制所有的半導體激光器，在第一調整階段，每當一個半導體激光器被控制時，檢測由被控制的半導體激光器產(chǎn)生的且由該投影裝置投影的光點的亮度，檢測的亮度用于調整處于預定值的亮度，在第一調整階段，檢測由被控制的半導體激光器發(fā)射而并非由該光點產(chǎn)生的光，在第一調整階段，確定表示并非由該光點產(chǎn)生的被檢測光的第一信號，在第二調整階段，一個接一個地控制所有的半導體激光器，在第二調整階段，檢測由被控制的半導體激光器發(fā)射而并非由光點產(chǎn)生的光，產(chǎn)生表示在第二調整階段檢測到的而非由光點產(chǎn)生的光的第二信號，在第二調整階段，調整被控制的半導體激光器，從而使第二信號與第一信號具有基本固定的關系，該第一信號在第一調整階段對于被控制的半導體激光器被確定。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，當不使用上述投影裝置時進入第一調整階段，當使用上述投影裝置時進入第二調整階段。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，第一調整階段在上述投影裝置的使用之前發(fā)生。
6.如權利要求4或5所述的方法，其特征在于，當沒有圖像信號施加在半導體激光器矩陣的半導體激光器上的時刻進入第二調整階段。
全文摘要
一種投影裝置，包括一個半導體激光器矩陣(1)；一個光學系統(tǒng)(2)，用于使矩陣(1)在該投影裝置照明的元件(3)上投影；一個控制裝置(9)，用于通過一個反饋裝置控制半導體激光器。該反饋裝置包括一第一檢測器(13，14)，用于檢測由一個半導體激光器投影在被照明的元件(3)上的光點的亮度。該第一檢測器(13，14)產(chǎn)生一個表示該檢測到的亮度的第一信號。在第一調整階段，控制半導體激光器被控制并通過反饋裝置調整光點的亮度至所需的值。同時，在第一調整階段期間由一個被控制的半導體激光器發(fā)射的光被第二檢測器(18)檢測，并將被檢測信號的值存儲在可尋址存儲單元中。這樣，第一調整階段包括填充每個可控制半導體激光器的存儲單元。在第二調整階段，在使用上述投影裝置期間，每當通過為相關的被控制半導體激光器進行第二檢測器(18)的檢測和與存儲器(29)中存儲的值的比較，穩(wěn)定每個半導體激光器發(fā)射的光量。
文檔編號H04N9/31GK1463542SQ02801719
公開日2003年12月24日 申請日期2002年5月16日 優(yōu)先權日2001年5月17日
發(fā)明者P·F·格勒維, O·T·J·A·維爾莫伊倫 申請人:皇家菲利浦電子有限公司