BRPI0712851A2 - arranjo para e mÉtodo de projeÇço de uma imagem com mapeamento de pixel - Google Patents

Abstract

ARRANJO PARA E MÉTODO DE PROJEÇçO DE UMA IMAGEM COM MAPEAMENTO DE PIXEL. Um feixe de laser é varrido por um espelho de varredura como um padrão de linhas de varredura sobre uma superfície de projeção. O espelho de varredura se move a uma velocidade variável ao longo de cada linha de varredura. Cada linha de varredura tem um número de pixels. Os pixels têm durações de tempo proporcionais à velocidade variável do espelho de varredura. Uma memória de perfil armazena as durações de tempo dos pixels. Um controlador faz com que os pixels selecionados dispostos ao longo de cada linha de varredura sejam iluminados pelas durações de tempo armazenadas pela memória de perfil para a produção de uma imagem de brilho uniforme e de pixeis uniformemente dimensionados e a cores.

Description

ARRANJO PARA E MÉTODO DE PROJEÇÃO DE UMA IMAGEM COM MAPEAMENTO DE PIXEL

A presente invenção se refere geralmente à projeção de uma imagem bidimensional de alta qualidade especialmente a cores.

Geralmente é conhecido projetar uma imagem bidimensional sobre 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. 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. O número de pontos de feixe ou pixels que podem se ajustar em cada linha de varredura é conhecido como a resolução.

Um dos espelhos de varredura, às vezes referido aqui como um espelho X, varre o feixe de laser a uma velocidade relativamente mais rápida geralmente ao longo de uma direção de varredura que se estende ao longo da horizontal, e o outro dos espelhos de varredura, às vezes referido como um espelho Y, varre a linha de varredura a uma velocidade relativamente mais lenta geralmente perpendicular à direção de varredura que se estende ao longo da vertical. O espelho X é oscilado, tipicamente na ressonância, em uma freqüência de varredura e a uma velocidade que varia ao longo de cada linha de varredura. Assim, o espelho X tem uma velocidade máxima no centro de cada linha de varredura e uma velocidade mínima nas extremidades de cada linha de varredura.

A velocidade variável do espelho X faz com que os pixels tenham durações de tempo variáveis de modo a se obterem pixels do mesmo tamanho sobre a superfície de projeção. A velocidade variável do espelho X também faz com que os pixels tenham um brilho variável, isto é, a imagem projetada parece ser mais brilhante naqueles pixels em que o espelho X tem uma velocidade mais lenta. Estas durações de tempo variáveis e o brilho variável devem ser levados em consideração de modo a se projetar a imagem com pixels dimensionados uniformemente e brilho uniforme.

Assim sendo, é um objetivo geral desta invenção prover um arranjo de projeção de imagem que projete uma imagem bidimensional, especialmente em cores, com pixels dimensionados uniformemente e brilho uniforme 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 qualidade, especialmente em cores. O arranjo inclui um conjunto de laser para a geração de um feixe de laser; um scanner, para varredura do feixe de laser como um padrão de linhas de varredura sobre uma superfície de projeção a uma distância do conjunto de laser, cada linha de varredura tendo um número 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 scanner inclui um espelho de varredura, isto é, o espelho X, móvel a uma velocidade que varia ao longo de cada linha de varredura. Os pixels têm respectivas durações de tempo proporcionais à velocidade variável do espelho X, de modo a se obterem pixels do mesmo tamanho sobre a superfície de projeção. Daí, para se levarem em consideração durações de tempo variáveis, uma memória de perfil é provida para o armazenamento das durações de tempo dos pixels. 0 controlador é operativamente conectado à memória de perfil para se fazer com que os pixels selecionados sejam iluminados pelas durações de tempo armazenadas na memória de perfil.

As durações de tempo podem ser armazenadas para uma única linha de varredura representativa, por exemplo, a linha de varredura central, em cujo caso as durações de tempo armazenadas para a linha de varredura representativa são aplicadas a todas as outras linhas de varredura; contudo, isto leva a erros particularmente nas regiões superior e inferior da varredura exploratória, as quais são mais distantes da linha de varredura central. Alternativamente, as durações de tempo podem ser armazenadas para todas as linhas de varredura; contudo, isto requer uma multidão de localizações de armazenamento para a memória de perfil. Preferencialmente, para minimização da exigência de armazenamento de memória, as durações de tempo são armazenadas para uma única linha de varredura, tal como a linha de varredura central e, então, as diferenças com as linhas de varredura adjacentes são armazenadas em sucessão para todas as linhas de varredura.

Conforme discutido acima, o brilho da imagem varia com as durações de tempo, isto é, a imagem projetada parece mais brilhante naqueles pixels em que o espelho X tem uma velocidade mais lenta. Ainda de acordo com esta invenção,

as durações de tempo armazenadas são invertidas (o brilho é inversamente relacionado às durações de tempo), e o controlador gera um sinal de compensação de brilho. Este sinal então é multiplicado pelos dados de vídeo entrando para se garantir que cada pixel tenha o mesmo brilho.

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, e um conjunto ótico para focalização e 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 um espelho de varredura. 0 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.

0 controlador inclui um meio para energização dos lasers para iluminação dos pixels selecionados pelas durações de tempo armazenadas na memória de perfil, e para desenergização dos lasers para não iluminarem outros pixels além dos pixels selecionados. 0 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.

0 suporte, os lasers, o scanner, o controlador e o conjunto ótico preferencialmente ocupam um volume de em torno de setenta centímetros cúbicos, desse modo constituindo um módulo compacto, o qual é 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; e

a FIG. 8 é um diagrama de blocos esquemático de um circuito de mapeamento de pixel usado pelo arranjo da FIG. 2.

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. O 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 distância de trabalho. 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.

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. O 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 (AOM) 3 6 que cria uma onda viajando acústica dentro de um cristal para difração do feixe verde. O AOM 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, o AOM 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. O feixe não difratado 38 pode ser absorvido por um absorvedor 50, preferencialmente montado no espelho 48, ou pode ser usado para uma outra função útil.

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. O 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.

0 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. 0 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.

O 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 pm de espessura. 0 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. O 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 749 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 150 microns de espessura, e o espelho de varredura tem um fator Q alto. Um movimento da ordem de 1 micron 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.

0 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 40 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. 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 13 0 e para tabelas de consulta de vermelho, azul e verde (LUTs) 132, 134, 13 6 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. 0 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. O 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.

Será lembrado que o acionamento inercial 66 oscila o espelho de varredura 64 a uma freqüência ressonante cuja velocidade varia ao longo de cada linha de varredura. O espelho de varredura 64 tem uma velocidade máxima no centro de cada linha de varredura e uma velocidade mínima nas extremidades de cada linha de varredura. A velocidade variável do espelho de varredura 64 faz com que os pixels tenham durações de tempo variáveis, de modo a se obterem pixels do mesmo tamanho sobre a superfície de projeção. A velocidade variável do espelho de varredura 64 também faz com que os pixels tenham um brilho variável, isto é, a imagem projetada parece mais brilhante naqueles pixels em que o espelho de varredura 64 tem uma velocidade mais lenta. Estas durações de tempo variáveis e o brilho variável são levados em consideração por um circuito de mapeamento de pixel descrito na FIG. 8, de modo a se projetar a imagem com pixels dimensionados uniformemente e brilho uniforme.

Conforme mostrado na FIG. 8, um relógio 200 conta "tiques", isto é, intervalos de tempo. A duração de tempo de cada pixel é medida por uma pluralidade desses tiques. Por exemplo, um pixel na modalidade preferida pode ser medido como tendo de 3 a 14 tiques, e até 16 tiques por pixel que podem ser armazenados para um alto grau de precisão. Um contador de pixel 202 conta os pixels em cada linha de varredura, e um contador de linha 204 conta o número de linhas de varredura na imagem a ser projetada. Os contadores de pixel e de linha 202, 204 são conectados a uma memória de perfil que é concretizada, vantajosamente, como as tabelas de consulta 132, 134, 136 da FIG. 7. Uma tabela de linha mestra 206 é conectada a uma tabela de linha atual 208 e seus conteúdos são recarregados a cada quadro.

A saída da tabela de linha de corrente 208 é conectada a um acumulador de 8 bits 210 tendo 4 bits superiores para armazenamento de inteiro 212 e 4 bits superiores para armazenamento de fracionário 214, conforme descrito abaixo.

A saída do acumulador é invertida em uma tabela de consulta de inversão 216, cuja saída é usada para compensação de brilho, conforme descrito abaixo.

A duração de cada pixel não é necessariamente e, de fato, com freqüência não é, um número inteiro de tiques.

Tipicamente, a duração de um pixel é expressa mais precisamente como um número tendo um resto fracionário. Um aspecto desta invenção é que o resto fracionário de um primeiro pixel é armazenado no armazenamento de fracionário 214 do acumulador e, então, é levado em consideração para o próximo segundo pixel vizinho. A duração do segundo pixel vizinho é arredondada para cima ou para baixo, conforme for o caso. O conteúdo do acumulador após a duração do segundo pixel ter sido determinada então é levado em consideração para o terceiro e para todos os pixels sucessivos em uma linha de varredura.

Durante um modo de calibração, a memória de perfil é mapeada com as durações de tempo dos pixels. Há várias abordagens. Por exemplo, as durações de tempo podem ser armazenadas apenas para uma única linha de varredura representativa, por exemplo, a linha de varredura de centro, em cujo caso as durações de tempo armazenadas para a linha de varredura representativa são aplicadas para todas as outras linhas de varredura; contudo, isto leva a erros particularmente nas regiões superior e inferior da varredura exploratória, as quais são mais distantes da linha de varredura central. Alternativamente, as durações de tempo podem ser armazenadas para todas as linhas de varredura; contudo, isto requer uma multidão de localizações de armazenamento para a memória de perfil. Preferencialmente, para minimização da exigência de armazenamento de memória, as durações de tempo são armazenadas para uma única linha de varredura, tal como a linha de varredura central e, então, as diferenças com as linhas de varredura adjacentes são armazenadas em sucessão para todas as linhas de varredura.

Ainda de acordo com esta invenção, as durações de tempo armazenadas a partir do acumulador 210 são invertidas (o brilho é inversamente relacionado às durações de tempo), e um sinal de compensação de brilho é gerado. Este sinal então é multiplicado pelos dados de vídeo entrando para se garantir que cada pixel tenha o mesmo brilho. As durações de tempo armazenadas a partir do acumulador 210 não são arredondadas para esta finalidade, uma vez que o brilho salta de forma mais precipitada quando durações de tempo arredondadas são usadas.

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

Claims (19)

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 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, o scanner incluindo um espelho de varredura móvel a uma velocidade que varia ao longo de cada linha de varredura, cada linha de varredura tendo um número de pixels, os pixels tendo respectivas durações de tempo proporcionais à velocidade variável do espelho de varredura; c) uma memória de perfil para o armazenamento de durações de tempo dos pixels; e d) um controlador operativamente conectado ao conjunto de laser, à memória de perfil e ao scanner, para se fazer com que os pixels selecionados ao longo das linhas de varredura sejam iluminados pelas durações de tempo armazenadas na memória de perfil, e tornados visíveis, pelo feixe de laser para a produção da imagem.

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 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.

8. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de haver um acumulador para o armazenamento de durações de tempo inteiras e fracionárias dos pixels.

9. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de haver uma tabela de inversão operativamente conectada ao acumulador para o armazenamento de durações de tempo invertidas dos pixels, e para a geração de um sinal de compensação de brilho.

10. Arranjo de projeção de imagem para a projeção de uma imagem bidimensional colorida sobre uma superfície de projeção, 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 conjunto ótico sobre o suporte para a focalização ótica e a disposição de forma colinear dos feixes de laser para a formação de um feixe compósito; d) um scanner no suporte, para varredura do feixe compósito em um padrão de linhas de varredura e uma distância do suporte sobre a superfície de projeção, o scanner incluindo um espelho de varredura móvel a uma velocidade que varia ao longo de cada linha de varredura, cada linha de varredura tendo um número de pixels, os pixels tendo respectivas durações de tempo proporcionais à velocidade variável do espelho de varredura; e) uma memória de perfil para armazenamento das durações de tempo dos pixels; e f) um controlador operativamente conectado aos lasers, à memória de perfil e ao scanner, para fazer com que os pixels selecionados ao longo das linhas de varredura sejam iluminados pelas durações de tempo armazenadas na memória de perfil, e tornados visíveis, pelo feixe compósito para a produção da imagem, o controlador sendo operativo para a seleção de pelo menos alguns dos feixes de laser para iluminação dos pixels selecionados pelas durações de tempo armazenadas na memória de perfil para a produção da imagem colorida.

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 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.

12. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de haver um acumulador para o armazenamento de durações de tempo inteiras e fracionárias dos pixels.

13. Arranjo de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de haver uma tabela de inversão operativamente conectada ao acumulador para o armazenamento de durações de tempo invertidas dos pixels e para a geração de um sinal de compensação de brilho.

14. Arranjo de projeção de imagem para projeção de uma imagem bidimensional sobre uma superfície de projeção, caracterizado pelo fato de compreender: a) um meio de laser para a geração de um feixe de laser; b) um meio de scanner para varredura do feixe de laser como um padrão de linhas de varredura a uma distância do meio de laser sobre uma superfície de projeção, o meio de scanner incluindo um espelho de varredura móvel a uma velocidade que varia ao longo de cada linha de varredura, cada linha de varredura tendo um número de pixels, os pixels tendo respectivas durações de tempo proporcionais à velocidade variável do espelho de varredura; c) um meio de memória de perfil para o armazenamento das durações de tempo dos pixels; e d) um meio de controlador operativamente conectado ao meio de laser, ao meio de memória de perfil e ao meio de scanner, para se fazer com que os pixels selecionados ao longo das linhas de varredura sejam iluminados pelas durações de tempo armazenadas no meio de memória de perfil e tornados visíveis pelo feixe de laser para a produção da imagem.

15. Módulo de projeção de imagem para projeção de uma imagem bidimensional sobre uma superfície de projeção, 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, para varredura do feixe de laser como um padrão de linhas de varredura a uma distância a partir do suporte sobre a superfície de projeção, o scanner incluindo um espelho de varredura móvel a uma velocidade que varia ao longo de cada linha de varredura, cada linha de varredura tendo um número de pixels, os pixels tendo respectivas durações de tempo proporcionais à velocidade variável do espelho de varredura; d) uma memória de perfil para o armazenamento das durações de tempo dos pixels; e e) um controlador operativamente conectado ao conjunto de laser, à memória de perfil e ao scanner, para se fazer com que os pixels selecionados ao longo das linhas de varredura sejam iluminados pelas durações de tempo armazenadas na memória de perfil e tornados visíveis pelo feixe de laser para produção da imagem.

16. Método de projeção de uma imagem bidimensional sobre uma superfície de projeção, 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 sobre a superfície de projeção pelo movimento de um espelho de varredura a uma velocidade que varia ao longo de cada linha de varredura, cada linha de varredura tendo um número de pixels, os pixels tendo respectivas durações de tempo proporcionais à velocidade variável do espelho de varredura; c) armazenamento das durações de tempo dos pixels; e d) fazer com que os pixels selecionados ao longo das linhas de varredura sejam iluminados pelas durações de tempo armazenadas, e tornados visíveis, pelos feixes de laser para a produção da imagem; e

17. Método de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de a etapa de direcionamento ser realizada pela geração de uma pluralidade de feixes de laser de comprimentos de onda diferentes, e de haver a etapa de focalização e 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 haver o armazenamento de durações de tempo inteiras e fracionárias dos pixels.

19. Método de projeção de imagem, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de haver o armazenamento de durações de tempo invertidas dos pixels e a geração de um sinal de compensação de brilho.