BRPI0712848A2 - arranjo para e mÉtodo de projeÇço de uma imagem a ser vista por uma faixa de visualizaÇço estendida - Google Patents

Abstract

ARRANJO PARA E MÉTODO DE PROJEÇAO DE UMA IMAGEM A SER VISTA POR UMA FAIXA DE VISUALIZAÇAO ESTENDIDA. Um feixe de laser é varrido por um espelho de varredura como um padrão de linhas de varredura sobre uma superfície de projeção. Pixeis selecionados dispostos ao longo de cada linha de varredura são iluminados para a produção de uma imagem. O feixe de laser é oticamente modificado para a formação de uma linha de varredura com uma resolução alta desejada não tendo menos do que um número grande desejado dos pixels por uma faixa de visualização estendida, pela focalização do feixe de laser para a formação de um estreitamento de feixe tendo uma dimensão de varredura proporcional à resolução em uma localização focal posicionada entre o espelho de varredura e a superfície de projeção.

Description

ARRANJO PARA E MÉTODO DE PROJEÇÃO DE UMA IMAGEM A SER VISTA POR UMA FAIXA DE VISUALIZAÇÃO ESTENDIDA

A presente invenção se refere geralmente à projeção de uma imagem bidimensional especialmente a cores, a ser vista em uma superfície de projeção por uma faixa de visualização estendida.

Geralmente é conhecido projetar uma imagem bidimensional a partir de um arranjo de projeção de imagem em uma superfície de projeção com base em um par de espelhos de varredura, os quais oscilam em direções mutuamente ortogonais para varredura de um feixe de laser por um padrão de varredura exploratória compreendido por uma pluralidade de linhas de varredura, cada linha de varredura tendo um número de pixels. A imagem é criada no padrão de varredura exploratória pela energização ou pulsação de um laser para ligado e desligado em tempos selecionados, desse modo se iluminando pixels selecionados com um ponto de feixe e não iluminando outros pixels em cada linha de varredura. 0 número de pontos de feixe ou pixels que podem se ajustar em cada linha de varredura é conhecido como a resolução.

Para uma imagem clara e nítida, é desejável que a resolução seja alta e possa ser mantida alta por uma faixa de visualização estendida, na qual a imagem pode ser vista. Também é desejável que a faixa de visualização estendida comece em uma localização de começo próxima perto do arranjo de projeção de imagem em que a imagem projetada é relativamente mais brilhante, se comparada com uma localização distante em que a imagem projetada é relativamente turva. Assim sendo, é um objetivo geral desta invenção prover um arranjo de projeção de imagem que projete uma imagem bidimensional, especialmente em cores, de alta resolução sobre uma superfície de projeção por uma faixa de visualização estendida de acordo com o método desta invenção.

Um objetivo adicional é prover um módulo de projeção de imagem colorida em miniatura, compacto, de pelo leve e portátil útil em muitos instrumentos de fatores de forma diferentes.

Mantendo-se estes objetivos e outros, os quais se tornarão evidentes aqui adiante, um recurso desta invenção reside, declarado brevemente, em um arranjo de projeção de imagem para e um método de projeção de uma imagem bidimensional de alta resolução, especialmente em cores, a ser vista sobre uma superfície de projeção por uma faixa de visualização estendida. O arranjo inclui um conjunto de laser para a geração de um feixe de laser; um scanner que inclui um espelho de varredura oscilante em torno de um eixo geométrico de varredura, para varredura do feixe de laser como uma padrão de linhas de varredura durante uma oscilação do espelho de varredura sobre a superfície de projeção a uma distância na faixa de visualização estendida, cada linha de varredura tendo uma pluralidade de pixels; e um controlador operativamente conectado ao conjunto de laser e ao scanner, para fazer com que os pixels selecionados sejam iluminados, e tornados visíveis, pelo feixe de laser, para a produção da imagem.

De acordo com um aspecto desta invenção, o feixe de laser é oticamente modificado pela ótica para a formação de cada linha de varredura com uma resolução alta desejada tendo não menos do que um número grande desejado de pixels sobre a faixa de visualização estendida, pela focalização do feixe de laser para a formação de um estreitamento ("waist") de feixe que tem uma dimensão de varredura proporcional à resolução em uma localização focai posicionada entre o espelho de varredura e a superfície de projeção. Conforme definido aqui, a dimensão de varredura é a dimensão do estreitamento ao longo da direção de varredura. No caso de um estreitamento de feixe circular, a dimensão de varredura é o diâmetro. Na modalidade preferida, a ótica inclui uma lente que tem pelo menos uma superfície asférica. Pela manutenção da resolução alta desejada pela faixa de visualização estendida, a imagem projetada sempre é nítida e clara.

Na modalidade preferida, o conjunto de laser inclui uma pluralidade de lasers para a geração respectivamente de uma pluralidade de feixes de laser de comprimentos de onda diferentes, por exemplo, feixes de laser vermelho, azul e verde. A ótica inclui uma lente asférica provida para a modificação ótica de cada feixe de laser. A ótica também é operativa para dispor de forma colinearmente próxima os feixes de laser para a formação do feixe de laser como um feixe compósito que é dirigido para o espelho de varredura. O espelho de varredura é operativo para varrer o feixe compósito ao longo de uma primeira direção em uma primeira taxa de varredura e por um primeiro ângulo de varredura. Um outro espelho de varredura oscilante é operativo para varrer o feixe compósito ao longo de uma segunda direção substancialmente perpendicular à primeira direção, e em uma segunda taxa de varredura diferente da primeira taxa de varredura e em um segundo ângulo de varredura diferente do primeiro ângulo de varredura. Pelo menos um dos espelhos de varredura é oscilado por um acionamento inercial.

O controlador inclui um meio para energização do conjunto de laser para iluminação dos pixels selecionados, e para desenergização do conjunto de laser para não iluminar outros pixels além dos pixels selecionados. O controlador também inclui um meio para se alinharem efetivamente os feixes de laser de forma colinear pelo atraso da ativação e desativação dos pixels de cada um dos feixes de laser em relação a cada outro.

É vantajoso se um suporte for provido para pelo menos suportar o conjunto de laser, o scanner e a ótica. O suporte, os lasers, o scanner, o controlador e a ótica preferencialmente ocupam um volume de em torno de setenta centímetros cúbicos, desse modo constituindo um módulo compacto, o qual pode ser montado de forma intercambiável em alojamentos de fatores de forma diferentes, incluindo, mas não limitando, um instrumento em formato de caneta, em formato de pistola ou em formato de lanterna, um assistente digital pessoal, um pingente, um relógio, um computador, e, em resumo, qualquer formato devido a seu tamanho compacto e miniaturizado. A imagem projetada pode ser usada para fins de propaganda ou de sinalização, ou para uma tela de monitor de televisão ou de computador e, em resumo, para qualquer finalidade desejando que alguma coisa seja exibida.

A FIG. 1 é uma vista em perspectiva de um instrumento portátil projetando uma imagem a uma distância de trabalho do mesmo;

a FIG. 2 é uma vista em perspectiva aérea aumentada de um arranjo de projeção de imagem de acordo com esta invenção para instalação no instrumento da FIG. 1;

a FIG. 3 é uma vista em plano de topo do arranjo da FIG. 2;

a FIG. 4 é uma vista em perspectiva dianteira de um acionamento inercial para uso no arranjo da FIG. 2;

a FIG. 5 é uma vista em perspectiva posterior do acionamento inercial da FIG. 4;

a FIG. 6 é uma vista em perspectiva de uma implementação prática do arranjo da FIG. 2;

a FIG. 7 é um diagrama de blocos esquemático elétrico que descreve a operação do arranjo da FIG. 2;

a FIG. 8 é uma vista diagramática que descreve a operação da ótica usada no arranjo de projeção de imagem da FIG. 2; e

a FIG. 9 é uma representação gráfica de dois gráficos descrevendo resolução versus distância a partir de um espelho de varredura usado no arranjo de projeção de imagem da FIG. 2, um gráfico descrevendo a situação na qual o feixe de laser é focalizado sobre o espelho de varredura, e o outro gráfico descrevendo a situação na qual o feixe de laser é focalizado entre o espelho de varredura e uma superfície de projeção remota de acordo com esta invenção.

0 número de referência 10 na FIG. 1 geralmente identifica um instrumento portátil, por exemplo, um assistente digital pessoal, no qual um arranjo de projeção de imagem compacto de peso leve 20, conforme mostrado na FIG. 2, é montado e operativo para a projeção de uma imagem bidimensional colorida sobre uma superfície de projeção localizada em qualquer lugar dentro de uma faixa estendida de distâncias de visualização a partir do instrumento. A título de exemplo, uma imagem 18 está situada a uma distância dentro da faixa estendida de distâncias de visualização em relação ao instrumento 10.

Conforme mostrado na FIG. 1, a imagem 18 se estende por um ângulo de varredura horizontal ótico A que se estende ao longo da direção horizontal, e por um ângulo de varredura vertical ótico B que se estende ao longo da direção vertical da imagem. Conforme descrito abaixo, a imagem é compreendida por pixels iluminados e não iluminados sobre um padrão de varredura exploratória de linhas de varredura varridas por um scanner no arranjo 20.

O formato de paralelepípedo do instrumento 10 representa apenas um fator de forma de um alojamento no qual o arranjo 20 pode ser implementado. 0 instrumento pode ser conformado com muitos fatores de forma diferentes, tal como uma caneta, um telefone celular, uma casca de molusco ou um relógio de pulso.

Na modalidade preferida, o arranjo 20 mede em torno de setenta centímetros cúbicos de volume. Este tamanho compacto miniaturizado permite que o arranjo 20 seja montado em alojamentos de muitos formatos diferentes, grandes ou pequenos, portáteis ou estacionários, incluindo alguns tendo um visor integrado 12, um teclado 14 e uma janela 16 através da qual a imagem é projetada.

Com referência às FIG. 2 e 3, o arranjo 20 inclui um laser de estado sólido preferencialmente de semicondutor 22, o qual, quando energizado, emite um feixe de laser vermelho brilhante a em torno de 635 a 655 nanômetros. A lente 24 é uma lente convexa biasférica que tem um comprimento focai positivo e é operativa para a coleta de virtualmente toda a energia no feixe vermelho e para a produção de um feixe de difração limitada. A lente 26 é uma lente côncava que tem um comprimento focai negativo. As lentes 24, 26 são mantidas por respectivos mantenedores de lente não ilustrados espaçados em um suporte (não ilustrado na FIG. 2 por clareza) dentro do instrumento 10. As lentes 24, 26 conformam o perfil de feixe vermelho pela faixa estendida de distâncias de visualização. O papel da lente convexa biasférica 24 em modificar oticamente o feixe vermelho em relação a esta invenção é descrito abaixo em relação às FIG. 8 a 9.

Um outro laser de semicondutor de estado sólido 28 é montado no suporte e, quando energizado, emite um feixe de laser azul de dif ração limitada a em torno de 440 nanômetros. Uma outra lente convexa biasférica 30 e uma lente côncava 32 são empregadas para conformação do perfil de feixe azul de uma maneira análoga às lentes 24, 26. O papel da lente convexa biasférica 30 em modificar oticamente o feixe azul em relação a esta invenção é descrito abaixo em relação às FIG. 8 a 9.

Um feixe de laser verde tendo um comprimento de onda da ordem de 532 nanômetros é gerado não por um laser de semicondutor, mas, ao invés disso, por um módulo de verde 34 que tem um laser de cristal de YAG dopado com Nd, de diodo bombeado cujo feixe de saída é de 1064 nanômetros. Um cristal de duplicação de freqüência não linear é incluído na cavidade de laser de infravermelho entre dois espelhos de laser. Uma vez que a potência de laser de infravermelho dentro da cavidade é muito maior do que a potência acoplada fora da cavidade, o duplicador de freqüência é mais eficiente na geração da luz verde de freqüência dupla dentro da cavidade. 0 espelho de saída do laser é refletivo para a radiação de infravermelho a 1064 nm, e transmissivo para o feixe de laser verde duplicado de 532 nm. Uma vez que a operação correta do laser de estado sólido e do duplicador de freqüência requer um controle de temperatura preciso, um dispositivo de semicondutor se baseando no efeito de Peltier é usado para controle da temperatura do módulo de laser verde. 0 resfriador termoelétrico pode aquecer ou resfriar o dispositivo, dependendo da polaridade da corrente aplicada. Um termistor faz parte do módulo de laser verde, de modo a monitorar sua temperatura. A leitura do termistor é alimentada para um controlador, o qual ajusta a corrente de controle para o resfriador termoelétrico de modo conforme.

Conforme explicado abaixo, os lasers são pulsados em operação em freqüências da ordem de 100 MHz. Os lasers de semicondutor de vermelho e azul 22, 28 podem ser pulsados diretamente através das correntes de acionamento aplicadas nessas freqüências altas, mas os lasers de estado sólido verdes atualmente disponível não podem. Como resultado, o feixe de laser verde saindo do módulo de verde 34 é pulsado com um modulador acústico-ótico 3 6 que cria uma onda viajando acústica dentro de um cristal para difração do feixe verde. 0 modulador 36, contudo, produz um feixe não difratado de ordem zero 38 e um feixe difratado pulsado de primeira ordem 40. Os feixes 38, 40 divergem um do outro e, de modo a se separá-los para a eliminação do feixe de ordem zero indesejável 38, os feixes 38, 40 são direcionados ao longo de um percurso dobrado longo que tem um espelho de dobramento 42. Alternativamente, um modulador eletro-ótico pode ser usado externa ou internamente ao módulo de laser verde para pulsação do feixe de laser verde. Outras formas possíveis para modulação do feixe de laser verde incluem uma modulação de eletro-absorção, ou um interferômetro de Mach-Zender. Os feixes 38, 40 são direcionados através de lentes positivas e negativas 44, 46. Contudo, apenas o feixe verde difratado 40 tem permissão para impingir sobre e se refletir a partir do espelho de dobramento 48. 0 feixe não dif ratado 38 é absorvido por um absorvedor 50, preferencialmente montado no espelho 48.

O arranjo inclui um par de filtros dicróicos 52, 54 dispostos para tornarem os feixes verde, azul e vermelho são colineares quanto possível, antes de atingirem um conjunto de varredura 60. 0 filtro 52 permite que o feixe verde 40 passe através dele, mas o feixe azul 56 do laser azul 28 é refletido pelo efeito de interferência. 0 filtro 54 permite que os feixes verde e azul 40, 56 passem através dele, mas o feixe vermelho 58 do laser vermelho 22 é defletido pelo efeito de interferência.

Os feixes quase colineares 40, 56, 58 são dirigidos para ou refletidos de um espelho de dobra estacionário 62. O conjunto de varredura 60 inclui um primeiro espelho de varredura 64 oscilante por um acionamento inercial 66 (mostrado em isolamento nas FIG. 4 a 5) em uma primeira taxa de varredura para varredura dos feixes de laser refletidos pelo espelho de dobra 62 sobre o primeiro ângulo de varredura horizontal A e um segundo espelho de varredura 68 oscilante por um acionamento eletromagnético 70 em uma segunda taxa de varredura para varredura dos feixes de laser refletidos pelo primeiro espelho de varredura 64 pelo segundo ângulo de varredura vertical B. Em uma construção variante, os espelhos de varredura 64, 68 podem ser substituídos por um único espelho de dois eixos geométricos.

O acionamento inercial 66 é um componente que consome baixa potência elétrica e de alta velocidade. Os detalhes do acionamento inercial podem ser encontrados no Pedido de Patente U.S. N0 de Série 10/387.878, depositado em 13 de março de 2003, cedido à mesma cessionária que o presente pedido, e incorporado aqui como referência para este. O uso do acionamento inercial reduz o consumo de potência do conjunto de varredura 60 para menos de um watt e, no caso de projeção de uma imagem colorida, conforme descrito abaixo, para menos de dez watts.

0 acionamento 66 inclui um quadro móvel 74 para suporte do espelho de varredura 64 por meio de uma articulação que inclui um par de porções de articulação colineares 76, 78 que se estendem ao longo de um eixo geométrico de articulação e conectadas entre regiões opostas do espelho de varredura 64 e regiões opostas do quadro. O quadro 74 não precisa circundar o espelho de varredura 64, conforme mostrado.

O quadro, as porções de articulação e o espelho de varredura são fabricados de um substrato de silício geralmente plano integral, o qual tem aproximadamente 150 μm de espessura. O silício é atacado quimicamente para a formação de fendas em formato de ômega tendo seções de fenda paralelas superiores, seções de fenda paralelas inferiores e seções de fenda centrais em formato de U. 0 espelho de varredura 64 preferencialmente tem um formato oval e é livre para se mover nas seções de fenda. Na modalidade preferida, as dimensões ao longo dos eixos geométricos do espelho de varredura de formato oval medem 74 9 mícrons χ 1600 mícrons. Cada porção de articulação mede 27 mícrons de largura e 1130 mícrons de comprimento. 0 quadro tem um formato retangular medindo 3100 mícrons de largura e 4 600 mícrons de comprimento.

O acionamento inercial é montado em uma placa de circuito impresso geralmente plana 80 e é operativo para mover diretamente o quadro e, por inércia, para oscilar indiretamente o espelho de varredura 64 em torno do eixo geométrico de articulação. Uma modalidade do acionamento inercial inclui um par de transdutores piezoelétricos 82, 84 que se estendem perpendicularmente à placa 80 e para contato com porções espaçadas do quadro 74 em um dos lados da porção de articulação 76. Um adesivo pode ser usado para se garantir um contato permanente entre uma extremidade de cada transdutor e cada porção de quadro. A extremidade oposta de cada transdutor se projeta para fora da traseira da placa 80 e é eletricamente conectada por fios 86, 88 a uma fonte de voltagem alternada periódica (não mostrada).

Em uso, o sinal periódico aplica uma voltagem de acionamento periódica a cada transdutor e faz com que o respectivo transdutor se estenda e contraia alternadamente no comprimento. Quando o transdutor 82 se estende, o transdutor 84 se contrai e vice-versa, desse modo simultaneamente empurrando e puxando as porções de quadro espaçadas e fazendo com que o quadro se torça em torno do eixo geométrico de articulação. A voltagem de acionamento tem uma freqüência correspondente à freqüência ressonante do espelho de varredura. 0 espelho de varredura é movido a partir de sua posição inativa inicial até oscilar em torno do eixo geométrico de articulação na freqüência ressonante. Em uma modalidade preferida, o quadro e o espelho de varredura têm em torno de 15 0 mícrons de espessura, e o espelho de varredura tem um fator Q alto. Um movimento da ordem de 1 mícron por cada transdutor pode causar uma oscilação do espelho de varredura em ângulos de varredura além de 15 graus.

Um outro par de transdutores piezoelétricos 90, 92 se estende perpendicularmente à placa 80 e para um contato permanente com as porções espaçadas do quadro 74 em um dos lados da porção de articulação 78. Os transdutores 90, 92 servem como dispositivos de retorno para monitoração do movimento de oscilação do quadro e para a geração e a condução de sinais de retorno elétricos ao longo dos fios 94, 96 para um circuito de controle de retorno (não mostrado).

Embora a luz possa se refletir de uma superfície externa do espelho de varredura, é desejável revestir a superfície do espelho 64 com um revestimento especular feito de ouro, prata, alumínio ou de um revestimento dielétrico altamente refletivo especialmente projetado.

O acionamento eletromagnético 70 inclui um ímã permanente montado conjuntamente sobre e atrás do segundo espelho de varredura 68, e uma bobina eletromagnética 72 operativa para a geração de um campo magnético periódico em resposta ao recebimento de um sinal de acionamento periódico. A bobina 72 é adjacente ao ímã, de modo que o campo magnético periódico interaja magneticamente com o campo permanente do ímã e faça com que o ímã e, por sua vez, o segundo espelho de varredura 68 oscilem.

0 acionamento inercial 66 oscila o espelho de varredura 64 a uma velocidade alta a uma taxa de varredura preferencialmente maior do que 5 kHz e, mais particularmente, da ordem de 18 kHz ou mais. Esta taxa de varredura alta é em uma freqüência inaudível, desse modo minimizando ruído e vibração. 0 acionamento eletromagnético 70 oscila o espelho de varredura 68 a uma taxa de varredura mais lenta da ordem de 4 0 Hz, a qual é rápida o bastante para permitir que a imagem persista em uma retina de olho humano sem uma tremulação excessiva.

O espelho mais rápido 64 varre uma linha de varredura geralmente horizontal, e o espelho mais lento 68 varre a linha de varredura geralmente horizontal verticalmente, desse modo criando um padrão de varredura exploratória o qual é uma grade ou uma seqüência de linhas de varredura aproximadamente paralelas a partir das quais a imagem é construída. Cada linha de varredura tem um número de pixels. A resolução de imagem preferencialmente é de qualidade XGA de 1024 χ 768 pixels. Um padrão de televisão de alta definição, denotado 720p, de 1270 χ 720 pixels também pode ser obtido. Em algumas aplicações, uma qualidade de metade de VGA de 320 χ 480 pixels ou uma qualidade de um quarto de VGA de 320 χ 240 pixels é suficiente. No mínimo, uma resolução de 160 χ 160 pixels é desejada.

Os papéis dos espelhos 64, 68 poderiam ser invertidos, de modo que o espelho 68 fosse o mais rápido e o espelho 64 fosse o mais lento. 0 espelho 64 também pode ser projetado para varrer a linha de varredura vertical, em cujo evento o espelho 68 varreria a linha de varredura horizontal. Também, o acionamento inercial pode ser usado para acionamento do espelho 68. De fato, qualquer espelho pode ser acionado por um acionamento eletromecânico, elétrico, mecânico, eletrostático, magnético ou eletromagnético.

0 espelho lento é operado em um modo de varredura de velocidade constante durante cujo tempo a imagem é exibida. Durante o retorno do espelho, o espelho é varrido de volta para a posição inicial em sua freqüência natural, a qual é significativamente mais alta. 0 espelho também pode ser acionado no retorno. Durante a volta de retorno do espelho, os lasers podem ser desligados de modo a se reduzir o consumo de potência do dispositivo.

A FIG. 6 é uma implementação prática do arranjo 20 na mesma perspectiva que aquela da FIG. 2. Os componentes mencionados anteriormente são montados em um suporte, o qual inclui uma cobertura de topo 100 e uma placa de suporte 102. Os mantenedores 104, 106, 108, 110, 112 respectivamente mantêm os espelhos de dobramento 42, 48, os filtros 52, 54 e o espelho de dobra 62 em alinhamento mútuo. Cada mantenedor tem uma pluralidade de fendas de posicionamento para recebimento de colunas de posicionamento montadas de forma estacionária sobre o suporte. Assim, os espelhos e filtros são posicionados corretamente. Conforme mostrado, há três colunas, desse modo se permitindo dois ajustes angulares e um ajuste lateral. Cada mantenedor pode ser colado em sua posição final.

A imagem é construída pela iluminação seletiva dos pixels em uma ou mais das linhas de varredura. Conforme descrito abaixo em maiores detalhes com referência à FIG. 7, um controlador 114 faz com que pixels selecionados no padrão de varredura exploratória sejam iluminados e tornados visíveis pelos três feixes de laser. Por exemplo, os controladores de potência de vermelho, azul e verde 116, 118, 120 respectivamente conduzem correntes elétricas para os lasers vermelho, azul e verde 22, 28, 34 para energização dos últimos para a emissão de respectivos feixes de luz em cada pixel selecionado, e não conduzem correntes elétricas para os outros pixels não selecionados. 0 padrão resultante de pixels iluminados e não iluminados compreende a imagem, a qual pode ser qualquer exibição de informação ou gráfico que possa ser lido por homem ou máquina.

Com referência à FIG. 1, o padrão de varredura exploratória é mostrado em uma vista aumentada. Começando em um ponto de extremidade, os feixes de laser são varridos pelo acionamento inercial ao longo da direção geralmente horizontal na taxa de varredura horizontal até um ponto de extremidade oposta para a formação de uma linha de varredura. Em seguida, os feixes de laser são varridos pelo acionamento eletromagnético 70 ao longo da direção vertical na taxa de varredura vertical até um outro ponto de extremidade para a formação de uma segunda linha de varredura. A formação de linhas de varredura sucessivas prossegue da mesma maneira.

A imagem é criada no padrão de varredura exploratória pela energização ou pulsação dos lasers para ligados e desligados em tempos selecionados sob o controle do microprocessador 114 ou de um circuito de controle pela operação dos controladores de potência 116, 118, 120. Os lasers produzem uma luz visível e são ligados apenas quando for desejado que um pixel na imagem desejada seja visto. A cor de cada pixel é determinada por uma ou mais das cores dos feixes. Qualquer cor no espectro de luz visível pode ser formada pela superposição seletiva de um ou mais dos lasers vermelho, azul e verde. 0 padrão de varredura exploratória é uma grade feita de múltiplos pixels em cada linha e de múltiplas linhas. A imagem é um mapa de bit de pixels selecionados. Toda letra ou número, qualquer desenho gráfico ou logotipo, e mesmo símbolos de código de barras que podem ser lidos em máquina podem ser formados como uma imagem de bit mapeado.

Conforme mostrado na FIG. 7, um sinal de vídeo entrando tendo dados de sincronização vertical e horizontal, bem como dados de pixel e de relógio, é enviado para os buffers de vermelho, azul e verde 122, 124, 126 sob o controle do microprocessador 114. 0 armazenamento de um quadro de VGA completo requer muitos quilobytes, e seria desejável ter memória bastante nos buffers para dois quadros completos, para se permitir que um quadro seja escrito enquanto um outro quadro estiver sendo processado e projetado. Os dados armazenados em buffer são enviados para um formatador 128 sob o controle de um perfilador de velocidade 130 e para tabelas de consulta de vermelho, azul e verde (LUTs) 132, 134, 136 para correção de distorções internas inerentes causadas pela varredura, bem como distorções geométricas causadas pelo ângulo de exibição da imagem projetada. Os sinais digitais resultantes de vermelho, azul e verde são convertidos em sinais analógicos de vermelho, azul e verde por conversores de digital para analógicos (DACs) 138, 140, 142. Os sinais analógicos de vermelho e azul são alimentados para acionadores de laser de vermelho e azul (LDs) 144, 146, os quais também são conectados aos controladores de potência de vermelho e azul 116, 118. O sinal analógico de verde é alimentado para um acionador de freqüência de rádio (RF) de módulo acústico- ótico (AOM) 150 e, por sua vez, para o laser de verde 34 o qual também é conectado a um LD de verde 148 e ao controlador de potência de verde 120.

Os controles de retorno também são mostrados na FIG. 7, incluindo amplificadores de fotodiodo de vermelho, azul e verde 152, 154, 156 conectados a conversores de analógico para digital (A/D) de vermelho, azul e verde 158, 160, 162 e, por sua vez, ao microprocessador 114. 0 calor é monitorado por um amplificador de termistor 164 conectado a um conversor A/D 166 e, por sua vez, ao microprocessador.

Os espelhos de varredura 64, 68 são acionados por acionadores 168, 170, os quais são sinais analógicos de acionamento alimentados a partir dos DACs 172, 174, os quais, por sua vez, são conectados ao microprocessador. Os amplificadores de retorno 176, 178 detectam a posição dos espelhos de varredura 64, 68 e são conectados aos A/Ds de retorno 180, 182 e, por sua vez, ao microprocessador.

Um circuito de gerenciamento de potência 184 é operativo para minimização da potência, enquanto se permitem tempos ligados mais rápidos, preferencialmente mantendo-se o laser verde ligado todo o tempo, e mantendo- se a corrente dos lasers vermelho e azul apenas abaixo do limite de uso de laser.

Um circuito de parada de segurança de laser 186 é operativo para parada dos lasers se um dos espelhos de varredura 64, 68 for detectado como estando fora dos valores nominais.

Voltando-nos, agora, para a FIG. 8, as lentes mencionadas anteriormente 24, 30 para os feixes de vermelho e azul são operativas para a modificação ótica do respectivo feixe de laser para a formação de cada linha de varredura com uma resolução alta desejada não tendo menos do que um número grande desejado de pixels painel lateral faixa de visualização estendida, pela focalização do respectivo feixe de laser para formar um estreitamento de feixe tendo uma dimensão de varredura proporcional à resolução em uma localização focai posicionada entre o espelho de varredura 64 e a superfície de projeção. Esta situação é mostrada esquematicamente na FIG. 8 e descrita graficamente pela curva F na FIG. 9.

Assim, na FIG. 8, cada ponto de feixe ou pixel é representado por um círculo, por simplicidade, e a reservatório de óleo N é o número de pixels distintos em cada linha de varredura. O espelho X 64 tem um tamanho D e é oscilado em um ângulo de varredura θ. A distância z identifica a distância a partir do espelho X 64 até a superfície de projeção. O feixe tem um comprimento de onda λ e é focalizado para um estreitamento de feixe tendo uma dimensão de varredura Wo em uma localização focai Zo. A distância de Rayleigh é definida como a localização na qual a dimensão de varredura Wo é 1,414 vezes maior do que Wo. A localização na qual a resolução é um valor máximo é Zmax. A localização de começo Zs é o começo da faixa estendida de distâncias de visualização em que a resolução não é menor do que um valor desejado. O ângulo de divergência do feixe de laser é de 4 λ/πWο.

Na FIG. 9, a curva E descreve a variação da resolução versus distância a partir do espelho X na situação em que o feixe de laser está focalizado para formar o estreitamento de feixe no espelho X 64. A curva E demonstra que a resolução aumenta como uma função da distância Z e eventualmente atinge um valor máximo Nmax (por exemplo, de em torno de 1400 pixels) muito distante do espelho X. A resolução alta desejada N (por exemplo, ligeiramente abaixo de 1000 pixels) cruza a curva E na localização de começo Ze.

Em contraste, a curva F, conforme declarado anteriormente, descreve a variação de resolução versus distância a partir do espelho X na situação em que o feixe de laser é focalizado para formar o estreitamento de feixe entre o espelho X 64 e a superfície de projeção. A curva F demonstra que a resolução atinge um valor máximo Nmax em Zmax e que a resolução alta desejada N é atingida em uma localização de começo Zs.

Pela comparação das curvas EeF, será notado que a curva F atinge a resolução N em uma distância de começo mais próxima do espelho X 64, isto é, Zs é menor do que Ze.

Também, a curva F atinge sua resolução máxima em uma distância muito mais próxima Zmax, isto é, Zmax é de em torno de duas vezes a distância de começo (Zmax = 2Zs) e não muito distante do espelho X.

Daí, a curva F é a abordagem preferida para a obtenção de uma resolução alta desejada começando a partir de uma localização de começo próxima Zs e para manutenção daquela resolução alta todo o caminho até uma localização distante, isto é, infinita.

A relação dentre a dimensão de varredura Wo, a resolução Neo ângulo de varredura θ pode ser expressa pela relação a seguir: Wo = 2 λ N / π tan (θ/2). Daí, para um ângulo de varredura conhecido Θ, pela seleção do valor da resolução N, a dimensão de varredura Wo pode ser calculada.

Em uma modalidade preferida, para a obtenção de uma resolução VGA ou mais alta de em torno de 1000 por uma faixa de visualização estendida, o tamanho do espelho X deve ser maior do que 0,9 mm. A localização de estreitamento preferida Zo poderia estar em uma faixa de 100 mm a em torno de 1,5 metros a partir do espelho X. A dimensão de varredura Wo deve ser de em torno de 0,08 mm a em torno de 1,2 mm.

Também é preferido que a dimensão de varredura Wo do estreitamento de feixe seja menor do que o tamanho D do espelho X, de modo que o feixe de laser não seja grampeado pelo espelho X. 0 resultado ótico é para ser maximizado para a criação da imagem com um brilho máximo.

Os lasers de semicondutor usados neste arranjo têm uma divergência de feixe muito grande. Daí, o conjunto ótico modifica o feixe de laser par ter uma divergência de feixe pequena, o que é equivalente a formar o feixe de laser com o tamanho desejado de estreitamento de feixe. Uma vez que o ângulo de divergência está inversamente relacionado à dimensão de varredura Wo, o dispositivo móvel da dimensão de varredura Wo também controla o tamanho do ângulo de divergência e a resolução da imagem. Contudo, raios de luz na borda da divergência de feixe batendo nas bordas periféricas de ótica esférica se desviarão dos raios no eixo geométrico, desse modo tornando o estreitamento de feixe grande e reduzindo-se a resolução, a menos que múltiplos elementos óticos sejam usados. Contudo, o uso de múltiplos elementos óticos não é aceitável em um arranjo de projeção de imagem compacto em que peso e tamanho são importantes. Daí, a ótica deve ter uma ou mais superfícies asféricas.

O que é reivindicado como novo e desejado que seja protegido pelas Cartas Patentes é estabelecido nas reivindicações em apenso.

Claims (18)

1. Arranjo para a projeção de uma imagem a ser vista em uma superfície de projeção por uma faixa de visualização estendida, caracterizado pelo fato de compreender: a) um conjunto de laser para a geração de um feixe de laser; b) um scanner incluindo um espelho de varredura oscilante em torno de um eixo geométrico de varredura, para varredura do feixe de laser como um padrão de linhas de varredura durante uma oscilação do espelho de varredura sobre a superfície de projeção a uma distância dentro da faixa de visualização estendida, cada linha de varredura tendo uma pluralidade de pixels; e c) um controlador operativamente conectado ao conjunto de laser e ao scanner, para se fazer com que os pixels ao longo das linhas de varredura sejam iluminados, e tornados visíveis, pelo feixe de laser para a produção da imagem; e d) ótica para a modificação ótica do feixe de laser para a formação de cada linha de varredura com uma resolução alta desejada tendo não menos do que um número grande desejado dos pixels pela faixa de visualização estendida, pela focalização do feixe de laser para formar um estreitamento de feixe tendo uma dimensão de varredura proporcional à resolução em uma localização focai posicionada entre o espelho de varredura e a superfície de proj eção.

2. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o conjunto de laser incluir uma pluralidade de lasers para a geração, respectivamente, de uma pluralidade de feixes de laser de comprimentos de onda diferentes, e pelo fato de a ótica também ser operativa para a disposição quase de forma colinear dos feixes de laser para a formação do feixe de laser como um feixe compósito o qual é dirigido para o espelho de varredura.

3. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de os lasers incluírem lasers de semicondutor vermelho e azul para a geração respectivamente de feixes de laser vermelho e azul.

4. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de os lasers incluírem um laser de YAG de diodo bombeado e um duplicador de freqüência ótica para a produção de um feixe de laser verde.

5. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o espelho de varredura ser operativo para a varredura do feixe compósito ao longo de uma primeira direção em uma primeira taxa de varredura e por um primeiro ângulo de varredura, e pelo fato de o scanner incluir um outro espelho de varredura oscilante para varredura do feixe compósito ao longo de uma segunda direção substancialmente perpendicular à primeira direção, e em uma segunda taxa de varredura diferente da primeira taxa de varredura, e em um segundo ângulo de varredura diferente do primeiro ângulo de varredura.

6. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de pelo menos um dos espelhos de varredura ser oscilado por um acionamento inercial.

7. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de haver um suporte para suporte do conjunto de laser, do scanner e da ótica.

8. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o controlador incluir um meio para a energização do conjunto de laser para iluminação dos pixels selecionados, e para desenergização do conjunto de laser para não iluminar os outros pixels além dos pixels selecionados.

9. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a ótica incluir uma lente que tem pelo menos uma superfície asférica.

10. Arranjo de projeção de imagem para a projeção de uma imagem bidimensional colorida a ser vista sobre uma superfície de projeção por uma faixa de visualização estendida, caracterizado pelo fato de compreender: a) um suporte; b) um conjunto de laser que inclui lasers vermelho, azul e verde sobre o suporte, para respectivamente emitirem uma pluralidade de feixes de laser vermelho, azul e verde; c) um scanner no suporte, incluindo um espelho de varredura oscilante em torno de um eixo geométrico de varredura para varredura de cada feixe de laser em um padrão de linhas de varredura durante uma oscilação do espelho de varredura sobre a superfície de projeção a uma distância dentro da faixa de visualização estendida, cada linha de varredura tendo uma pluralidade de pixels; e d) um controlador operativamente conectado ao conjunto de laser e ao scanner, para fazer com que os pixels sejam iluminados e tornados visíveis por cada feixe de laser para a produção da imagem, o controlador sendo operativo para a seleção de pelo menos um dos feixes de laser para iluminação dos pixels selecionados para a produção da imagem colorida; e e) um conjunto ótico no suporte para modificação ótica de pelo menos um dos feixes de laser para a formação de cada linha de varredura com uma resolução alta desejada tendo não menos do que um número grande desejado dos pixels pela faixa de visualização estendida, pela focalização de pelo menos um feixe de laser para a formação de um estreitamento de feixe tendo uma dimensão de varredura proporcional à resolução em uma localização focai posicionada entre o espelho de varredura e a superfície de proj eção.

11. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o espelho de varredura ser operativo para a varredura de cada feixe de laser ao longo de uma primeira direção em uma primeira taxa de varredura e por um primeiro ângulo de varredura, e pelo fato de o scanner incluir um outro espelho de varredura oscilante para varredura de cada feixe de laser ao longo de uma segunda direção substancialmente perpendicular à primeira direção, e em uma segunda taxa de varredura diferente da primeira taxa de varredura, e em um segundo ângulo de varredura diferente do primeiro ângulo de varredura.

12. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de pelo menos um dos espelhos de varredura ser oscilado por um acionamento inercial.

13. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de haver o conjunto ótico em que a ótica inclui uma lente que tem pelo menos uma superfície asférica.

14. Arranjo de projeção de imagem a ser vista sobre uma superfície de projeção por uma faixa de visualização estendida, caracterizado pelo fato de compreender: a) um meio de laser para a geração de um feixe de laser; b) um meio de scanner que inclui um espelho de varredura oscilante em torno de um eixo geométrico de varredura, para varredura do feixe de laser como um padrão de linhas de varredura durante uma oscilação do espelho de varredura sobre a superfície de projeção a uma distância dentro da faixa de visualização estendida, cada linha de varredura tendo uma pluralidade de pixels; e c) um meio de controlador operativamente conectado ao meio de laser e ao meio de scanner, para se fazer com que os pixels selecionados ao longo das linhas de varredura a serem iluminadas e tornadas visíveis pelo feixe de laser para a produção da imagem; e d) um meio ótico para a modificação ótica do feixe de laser para a formação de cada linha de varredura com uma resolução alta desejada não tendo menos do que um número grande desejado dos pixels pela faixa de visualização estendida, pela focalização do feixe de laser para a formação de um estreitamento de feixe tendo uma dimensão de varredura proporcional à resolução em uma localização focai posicionada entre o espelho de varredura e a superfície de projeção.

15. Módulo de projeção de imagem para projeção de uma imagem bidimensional a ser vista sobre uma superfície de projeção por uma faixa de visualização estendida, caracterizado pelo fato de compreender: a) um suporte; b) um conjunto de laser sobre o suporte, para a geração de um feixe de laser; c) um scanner sobre o suporte, incluindo um espelho de varredura oscilante em torno de um eixo geométrico de varredura, para varredura do feixe de laser como uma padrão de linhas de varredura durante uma oscilação do espelho de varredura sobre a superfície de projeção a uma distância dentro da faixa de visualização estendida, cada linha de varredura tendo uma pluralidade de pixels; d) um controlador operativamente conectado ao conjunto de laser e ao scanner, para se fazer com que os pixels selecionados ao longo das linhas de varredura sejam iluminados e tornados visíveis pelo feixe de laser para produção da imagem; e e) uma ótica sobre o suporte para a modificação ótica do feixe de laser para a formação de cada linha de varredura com uma resolução alta desejada não tendo menos do que um número grande desejado dos pixels pela faixa de visualização estendida, pela focalização do feixe de laser para a formação de um estreitamento de feixe tendo uma dimensão de feixe proporcional à resolução em uma localização focai posicionada entre o espelho de varredura e a superfície de projeção.

16. Método de projeção de uma imagem bidimensional a ser vista sobre uma superfície de projeção por uma faixa de visualização estendida, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: a) geração de um feixe de laser; b) varredura do feixe de laser como um padrão de linhas de varredura pela oscilação de um espelho de varredura em torno de um eixo geométrico, cada linha de varredura tendo uma pluralidade de pixels; c) fazer com que os pixels selecionados ao longo das linhas de varredura sejam iluminados, e tornados visíveis, pelos feixes de laser para a produção da imagem; e d) modificação ótica do feixe de laser para a formação de cada linha de varredura com uma resolução alta desejada não tendo menos do que um número grande desejado dos pixels pela faixa de visualização estendida, pela focalização do feixe de laser para a formação de um estreitamento de feixe que tem uma dimensão de varredura proporcional à resolução em uma localização focai posicionada entre o espelho de varredura e a superfície de projeção.

17. Método de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de a etapa de geração ser realizada pela geração de uma pluralidade de feixes de laser de comprimentos de onda diferentes, e de haver a etapa de disposição quase colinear dos feixes de laser para a formação do feixe de laser como um feixe compósito, o qual é dirigido para o espelho de varredura.

18. Método de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de a etapa de focalização ser realizada por uma lente que tem pelo menos uma superfície asférica.