CN100385959C - 用于在图像投影期间节省电功率消耗的装置 - Google Patents

Abstract

提供一种可控制地减小激光投影显示器(LPD)的功率的方法和设备。来自激光器(102，104，106)的光在观看面(138)上扫描，以便在其上产生图像，以及减小在扫描观看面的至少一个部分时由激光器使用的功率。激光束(108，110，112)由旋转反射镜(118，126)反射，以便在观看面(138)上形成图像。在一个激光器(102)发射期间其它的激光器(104)停止工作，以便节省功率，以及所有的激光器的发射(120，122)可以沿一个方向行进。

Description

用于在图像投影期间节省电功率消耗的装置

技术领域

本发明总的涉及电子显示器，更具体地，涉及在激光投影显示器中用于节省功率的方法和设备。

背景技术

小的便携式电子设备，诸如蜂窝电话、PDA、便携式DVD播放器、笔记本电脑等等正变得越来越流行。然而，这些设备具有缩短的工作时间段的缺点。也就是，这些便携式设备典型地从电池接收功率，这些电池必须按需要周期地被替换或再充电。在许多这样的便携式电子设备中，充电之间的时间间隔太短，限制它们的可使用性。

本发明的目的是克服或至少减小上述的一个或多个问题的影响。

发明内容

本发明的一方面，提供用于控制激光器的方法。方法包括用来自激光器的光在观看面上扫描，在其上产生图像；以及在扫描观看面的至少一个部分的同时减小由激光器使用的功率。

本发明的另一方面，提供了用于控制激光投影设备的方法。方法包括用来自多个激光器的光在观看面上扫描，在其上产生图像，其中每个激光器产生不同的彩色的光。在扫描观看面的至少一个部分的同时减小由多个激光器的至少一个激光器使用的功率。

附图说明

通过参考结合附图描述的以下的说明可以了解本发明，图上相同的标号表示相同的单元，以及其中：

图1是本发明的一个实施例的顶视图的一种形式的框图；

图2是图1所示的观看面的一种形式的图；

图3A和3B显示在扫描装置工作期间在各种时间扫描装置的顶视图；

图4A和4B分别显示LPD的非会聚的和会聚的线扫描；

图5A和5B显示具有对准管脚的LPD的一个实施例；

图6A和6B显示具有变化的屏幕尺寸的LPD；

图7A和7B显示具有被使能的保密设备的LPD的一个实施例；以及

图8显示由LPD投影的鼠标指示器图像的一个实施例。

虽然本发明易于进行各种修改和替换的形式，但作为例子的本发明的具体的实施例在附图上显示以及在这里详细地描述。然而，应当指出，这里的具体的实施例的说明不打算限制公开的具体的形式，而相反，本发明包括属于由所附权利要求规定的本发明的精神和范围的所有的修改、等价物和替换例。

具体实施方式

下面描述本发明的说明性实施例。为了清晰起见，在本技术说明书中不描述实际的实施方案的所有的特性。当然，应该意识到，在任何这样的实际的实施例的开发中，必须作出许多实施方案特定的决定，达到开发者的特定的目标，诸如遵从系统有关的和商业有关的约束条件，这些条件是随不同的实施方案而不同的。而且，应该意识到，这样的开发努力可能是复杂的和费时的，但无论如何，它是从本公开内容获益的本领域技术人员担负的例行程序。

以下的共同待决的申请整体地在此引用以供参考：Mik Stern等，“Method and Apparatus for Aligning a Plurality of Lasers in anElectronic Display Device”；Mik Stern等，“Method and Apparatus forControllably Reducing Power Laser Projection Display”；NarayanNambudiri等，“Method and Apparatus for Displaying Information inAutomotive Applications Using a Laser Projection Display”；NarayanNambudiri等，“Method and Apparatus for Providing an InterfaceBetween a Liquid Crystal Display Controller and a Laser ProjectionDisplay”；Paul Dvorkis等，“A Color Laser Projection Display”；ChinhTan等，“Capturing Images Using a Color Laser Projection Display”；Ron Goldman等，“A Laser Projection Display”；Carl Wittenberg等，“Method and Apparatus for Controllably Compensating forDistortions in a Laser Projection Display”；和Dmitriy Yavid等，“Method and Apparatus for Controllably Modulating a LaserProjection Display”。

现在转到附图，具体参照图1，图上显示按照本发明的一个实施例的激光投影显示器(LPD)100的一种形式的框图。在说明性实施例中，LPD 100包括三个激光器102，104，106，分别能够发射光束108，110，112，包含独特的颜色，诸如红色、绿色或蓝色。本领域技术人员应该意识到，激光器和从它反射的光的颜色的数目可以变化，而不背离本发明的精神和范围。

激光器102，104，106被安排在公共面114上，光束108，110，112在角度上互相相对地被引导以投射在诸如第一扫描反射镜118的第一扫描装置的基本上共同的位置，这些光束从这里被反射成为光束120，122，124。在说明性实施例中，第一扫描反射镜118以相对较高的速率(例如，约10-30kHz)在轴121上振荡。第一扫描反射镜118的旋转或振荡使得光束108，110，112移动。也就是，当第一扫描反射镜118的角度位置改变时，来自第一扫描反射镜118的光束120，122，124的反射的角度也改变。因此，随着反射镜振荡，反射的光束120，122，124被扫描，造成光束120，122，124沿二维显示器的一个分量的运动。

二维显示器的第二分量通过诸如反射镜126的第二扫描装置产生。在说明性实施例中，第二反射镜126在枢轴点130处被耦合到马达128，以便产生围绕基本上垂直于第一反射镜118的旋转轴的轴的旋转或振荡运动。光束120，122，124从第二反射镜126被反射出成为光束132，134，136，并被引导到观看面138。观看面138可以取各种各样形式的任何形式，而不背离本发明的精神和范围。例如，观看面138可以是固定的屏幕，它可以由激光器102，104，106照射的正面光或背光，以及可被包含在对于LPD 100共同的外壳中(未示出)，或替换地，观看面138可以取任何方便的通常的平表面的形式，诸如与LPD 100间隔开的壁或屏幕。

第二反射镜126，与第一反射镜118的速率相比较，以相对较慢的速率(例如约60Hz)振荡或旋转。因此，应该意识到，如图2所示，光束132，134，136通常遵循在显示器表面138上的路径140。本领域技术人员应该意识到，路径140在形状和概念上类似于在阴极射线管电视机和计算机监视器中通常采用的光栅扫描。

虽然本发明在这里是在采用分开的第一和第二扫描反射镜118，126的实施例方面描述的，但本领域技术人员应该意识到，类似的路径140可以通过使用单个反射镜被产生。单个反射镜能够围绕两个旋转轴移动，提供沿两个正交轴的快的和慢的振荡运动。

正如从图1看到的，由于激光器102，104，106的角度位置，即使在激光器102，104，106被机械地和光学地安排成在同一个平面内以及在反射镜118上的同一点(在旋转轴121上)传递光束108，110，112，每个光束也具有不同的反射角，这使得光束120，122，124发散。控制器142被提供来可控制地给激光器102，104，106供应能量，有效地使得光束120，122，124共线，这样，它们可被第二反射镜126反射出，并且被传送到观看面138的同一点，与观看面138离第二反射镜126的距离相对独立。

现在转到图3A和3B，讨论使得光束120，122，124共线的控制器142的操作。为了简化讨论，图3上只显示两个激光器102，104，但本领域技术人员应该意识到，这里讨论的概念可被扩展到三个或多个激光器，而不背离本发明的精神和范围。如图3A所示，如果激光器102，104被同时供应能量，则反射的光束120，122发散。然而，如图3B所示，如果激光器102，104以稍微不同的时间被供应能量，则反射的光束120，122可被做成遵循单个共同的路径(即，光束120，122共线)。例如，如果激光器102在第一时间t1被供应能量，则反射镜118将处在第一位置，如实线表示的，以及光束108将被反射镜118反射出成为光束120。随后，如果激光器104在第二时间t2被供应能量，则反射镜118将处在第二位置，如虚线表示的，以及光束110将被反射镜118反射出成为光束122。通过精确地控制时间t2，反射镜118将处在一个位置，以便精确地沿着与光束120基本上相同的路径反射光束122。

因此，通过控制器142的操作，光束120，122基本上是共线的，但时间上稍微偏移。也就是，光束120，122现在被投射到显示面138上基本上同一个点，但在稍微不同的时间。然而，由于人的眼睛的视觉暂留，时间上的变化是检测不到的。也就是，在图1所示的三激光器系统的情形下，每个激光器102，104，106将把独特的彩色和强度的激光在相对较短的时间窗口内可控制地传递到观看面138上基本上同一点。人的眼睛将检测不到三种分开的颜色，而是将觉察三个光束的混合，这样，协调的和想要的色调出现在观看面上的该点。本领域技术人员应该意识到，这个处理过程可以沿路径140重复多次，重新创建在观看面138上的图像。

转到图1，光检测器144被安排来接收从观看面138反射的激光。光检测器144可以取各种各样形式的任意形式，包括单个光敏单元或被排列成网格的多个光敏单元。在某些实施例中，包括机械/光学系统146来把反射的激光聚焦到光检测器144，可能是有用的。

光检测器144经由线148被耦合到控制器142。表示由光检测器144检测的反射的激光的幅度的信号可以在线148上被传送到控制器142。在某些情形下，诸如当光检测器144由光敏单元的网格或阵列组成时，也输送有关反射的激光的位置的信息可能是有用的。正如结合图4更详细地讨论的，控制器142可以使用有关反射的激光的幅度的信息，一般地确定激光器的传输路径内的条件是否改变，诸如被人或物体阻断，或观看面是否被改变。如果检测到这样的事件，则激光器的操作可以通过例如大大地减小由此传递的功率或通过关断它们而被修改。

当LPD 100被用作为计算机显示器时，电池功率可以通过以下方法被节省：

1)显示器的非活动窗口或区域可暗淡或完全变暗；

2)作为消逝时间或缺乏用户活动性的函数，显示器可自动暗淡或完全变暗；

3)当有文本或线图形类型的内容，或基于文本的应用被显示时，LPD可以自动反转在这些区域中的视频。例如，黑线或文本可被显示为在黑色背景下的白线或亮线；以及

4)一个或两个激光器(例如，红色和蓝色)可以暗淡或完全关断。

当显示器被用作为任何类型的显示器时，电池功率可以通过各种各样的方法被节省。首先，在LPD中的光检测器可被使用来传感环境照明条件，以及当环境照明条件是低时，可以减小激光器亮度。

另外，投影屏幕的反射率和离屏幕的距离(或其它投影面)可被感知，以及激光器亮度可被调节以便节省能量。投影面的颜色或色调也可被感应，这样，3个激光的颜色混合可被自动调节以便校正色彩平衡。这个光检测器可被加上，或LPD中的现有的光电二极管可以通过瞬时关断激光器而被使用来只测量环境照明条件。

通过设计激光器特性以使得在高于环境(室温)的温度下得到最佳激光器效率，可以节省功率。这通过使最小化或消除热电子冷却器的需要而节省能量。温度可以通过使用加热单元而被控制。

用于设置任何显示的像素的亮度的激光器调制可以通过脉冲宽度调制而得到。这将通过当像素是黑暗时完全关断每个激光器电流等等以使得激光器不消耗功率而节省功率。如果不使用脉冲宽度调制，则当像素是黑暗时激光器电流将被调制到低电平。在这种情形下，当知道在显示中将有长的黑暗的像素行时激光器电流仍旧可被完全关断，并在下一个亮的像素之前再次被接通。

减小水平或垂直扫描反射镜的扫描角将导致更亮的显示。替换地，通过减小水平或垂直扫描反射镜的扫描角，激光器功率可以减小，并且亮度被保持。通过减小的激光器电流(或者减小的PWM占空比)和减小的反射镜角度需要较小的电流，功率被节省。

LPD可检测是否存在外部功率源，所以，当仅仅以电池为电源运行时LPD将减小亮度。如果检测到某种外部电源，如计算机的USB部分，则LPD也可以使用稍微少的电池功率。

帧速率

光栅扫描的帧速率或刷新速率可被同步到视频信息源的帧速率，或不同步。例如，标准VGA视频以每秒60帧输出。替换地，帧速率可以对于最高的分辨率进行最佳化。例如，50Hz帧速率将显示比起60Hz帧速率更高的水平扫描线。优选地，帧速率对于最高的分辨率被设置为低的，但不低到出现闪烁。

聚合(convergence)

在LPD上的水平扫描是双向的。这意味着，向左和向右扫描必须被同步或对准。误聚合的向左和向右扫描显示于图4A，而正确的向左和向右扫描显示于图4B。

这可以通过利用在水平扫描反射镜上位置传感的方法达到，它提供对于向左和向右扫描的位置基准。替换地，水平反射镜位置基准可以通过利用校准片或标记500而完成，如图5A和5B所示。向外的扫描光束可以碰到小的反射物体，优选地在帧的底部。

典型地，在LPD中，底部1或2扫描线被使用于激光器功率测量。这意味着，在这些扫描线期间激光器仍旧是接通的(未调制)，这样，激光监视光电二极管可被读出来控制激光器功率。图5A和5B显示碰到被安装在LPD孔径附近的校准片500的底部扫描线。光电二极管可被使用来在向左和向右扫描期间接收来自这个校准片或标记的激光反射。替换地，如果激光器在一个像素时间段内在激光束碰到这个标记的时间点被接通，则来自标记的反射仅仅当达到正确的聚合时，在向左和向右扫描期间是同样的亮度。以上的方法允许使用较低的速度的光电二极管放大器。通过一次一个地接通不同颜色的激光器，校准片可被使用来感知不同颜色的激光束的任何水平误对准。

这个片也可以被使用来扫描垂直扫描反射镜位置，提供帧尾的参考。在这个模式下，这个片也可以被使用来通过一次一个地接通激光器，而感知不同颜色的激光束的垂直误对准。

校准片500可以放置在扫描模块的里面，或它可以放置在产品的扫描模块的外面在某个外部表面上。校准片500可以或不一定具有与它相关联的聚焦光学元件，以及它可包括摇摆反射镜(具有或不具有光功率)，以提供更长的光学臂，以便提高精度。

光电二极管也可被使用于在激光照相机模式下获取图像。图像获取可被使用于检测手指或触针，所以创建在后投影或前投影模式下的触摸屏。

校准片被放置在有角度的表面的里面。这个表面被使用来阻挡否则会投射到扫描底部的激光而不影响投影的图像的质量，因为这个光不是图像的一部分。这也阻挡被使用来校准激光功率的激光，因为这个光也不是图像的一部分。

在激光器不具有内建的光电二极管的情形下，当使用YAG激光器时，这种校准片反射可被使用来测量该激光器的功率。

替换地，光电二极管可以移动和被放置在与校准片的所在地方相同的位置。

DVD播放器，或个人视频播放器

通过诸如LCD那样的传统的屏幕，观看屏可以不大于设备本身。对于LPD，通过利用向上卷的或可折叠的屏幕，或投射到墙壁或其它表面，观看屏可以是更大的。

基于硬盘驱动的个人视频播放器可以小于DVD。这些播放器具有比起DVD播放器甚至更小的内建的屏幕。LPD提供在这些小的设备上显示大屏幕的装置。

LPD可被用作为高密度二维条形码读码器。包括文本和图像的信息通过使用现有的“PDF417”或另外的现有的或将来开发的代码类型而可被编码在打印的条形码上。LPD然后可以扫描和读出这个信息，然后以人可读的形式投影该信息。

屏幕

使用LPD的设备可以具有可交换的屏幕，例如它可以具有变化的尺寸，如图6A和6B所示。例如，小的或大的，宽屏幕或正常格式。这些投影屏幕也可以便宜的和用完就可扔的/可替换的，另外屏幕可被制成无菌的。

在玩具上，诸如便携式游戏机，用于LCD的塑料屏幕盖子可成为有刻痕或损坏的。具有可替换的屏幕的LPD允许用户快速和便宜地替代损坏的屏幕。

保密性

LPD可以包括附加的红外激光器。红外激光是人的眼睛看不见的，但对于照相机是可见的。这个方法被使用来湮没投影的图像，以避免照相。这给敏感的信息加上保密性或防止电影非法翻印。由个人看到的PLD图像的示例的图显示于图7A，以及由照相机看到的同一个图像显示于图7B。

替换地，LPD可以具有可变的扫描速率。这产生具有视频照相机的扫描速率的脉动，所以，部分破坏由照相机获取的图像。

天花板投影仪

LPD可被使用来把信息和图像投射到天花板上。

卧室天花板是这个应用的理想的场所，因为它典型地是家里最暗的房间，以及所产生的大的图像在低的环境照明条件下被最好地观看。天花板对于躺在床上观看也是理想的。

某些潜在的投影的内容包括：电视、记录的电影、时钟、天气、计算机和互联网。与投影信息的互动可包括：话音命令、键盘和鼠标、以及激光指示器。

激光指示器/鼠标

专门设计的激光指示器可被使用来与LPD图像互动。这个指示器可包括光电二极管，它接收从墙壁或屏幕反射的投影的激光。如果指示器被无线或有线地连接到LPD设备，则由指示器中的光电二极管接收的光的时序将表示在光栅上的位置，因为光栅是基于时间的。

LPD可以通过在屏幕的中心以斜方块的图案投射例如4个点或线而创建鼠标指示器位置，如图8所示。如果专门设计的激光指示器指向斜方块图案上的一个点，则指示器中的光电二极管将接收到来自该位置点的信号。光电二极管具有透镜，用来提供准直的视场。根据接收的信号，LPD可以计算指示器瞄准4个点的哪个点，从而把斜方块移到那个方向。替换地，如果专门设计的激光指示器没有连接到LPD，则指示器光电二极管仍可以接收时序信息。如果来自指示器的激光点以相对较慢的速率(例如，约60Hz或更低的)被调制，与投影的斜方块的点或其中的一个点(表示方向)同步，则被安装在LPD上的光电二极管可以接收激光指示器信号并且计算光点位置。在任一种情形下，点击指示器上的一个或按钮提供鼠标点击功能。激光指示器光点的专门的闪烁也表示LPD的点击。这个激光指示器方法可被使用来在投影的图像上“绘制”，用于在屏幕上高亮或圈出信息。激光指示器路径通过LPD被加到投影的图像上。

替换地，指示器可以具有可以控制鼠标指示器运动传感器或倾斜传感器。

有线或无线鼠标/跟踪球可以结合LPD被使用。

公共的电子装置

对于多屏幕LPD应用，两个或多个激光投影仪模块可共享某些电子装置。例如，公共的前端数据接收机和图像存储器可以分解图像信息，然后把它发送到多个投影模块。这降低设备的成本。对于增加的亮度或显示器尺寸，两个或多个LPD可以创建“拼接”的显示器。拼接的显示器具有分开的反射镜组件，或两组激光器可以共享同一对反射镜。

除非专门指出，或正如从讨论中看到的，诸如“处理”，或“计算”，或“确定”，或“显示”等的术语，涉及到计算机系统或类似的电子计算设备的动作和处理，它们操纵和把代表在计算机系统的寄存器和存储器内的物理的电子的量的数据变换到类似地代表在计算机系统的存储器或寄存器，或其它这样的信息贮存装置、传输或显示装置内的物理量的其它数据。

本领域技术人员应该意识到，在这里的各种实施例中显示的各种不同的系统层、子程序、模块可以是可执行的控制单元。控制单元可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、处理器卡(包括一个或多个处理器或控制器)、或其它控制或计算设备。在本讨论中涉及到的贮存装置可包括一个或多个机器可读的贮存媒体，用于存储数据和指令。贮存媒体可以包括不同的形式的存储器，包括半导体存储器装置，诸如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)、可擦除和可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)、和快闪存储器；磁盘，诸如固定盘、软盘、可拆卸盘；其它磁媒体，包括磁带；以及光媒体，诸如紧凑盘(CD)或数字视盘(DVD)。组成在各种系统中各种不同的软件层、子程序、模块的指令可以被存储在各种贮存装置。指令在被控制单元执行时使得相应的系统执行编程的动作。

以上公开的具体的实施例仅仅是说明性的，因为本发明可以以从这里的教导获益的、本领域技术人员看到的不同的但等价的形式被修改和实践。而且，不打算对这里显示的结构或设计的细节施加限制，除非下面的权利要求中描述的。因此，对于实施和使用所描述的系统所需要的处理电路可以以专用集成电路、软件驱动的处理电路。固件、可编程逻辑器件、硬件、分立元件、或以上部件的装置被实施，正如从本公开内容获益的、本领域技术人员看到的。所以，可以看到，以上公开的具体的实施例可以被改变或被修改，以及所有这样的变动被认为属于本发明的范围和精神内。因此，这里寻求的保护是如在下面的权利要求中阐述的。

Claims (5)

1.一种用于在图像投影期间节省电功率消耗的装置(100)，其包括：

可激励激光源(102，104或106)，用于当被供应能量时产生激光束(108，110或112)；

扫描器(118，128)，用于沿相互正交的方向扫掠激光束(108，110或112)，以将包括象素的图像投射到远离激光源(102，104或106)的投影表面(138)上；

检测器(144)，用于检测预定条件，以及用于响应于对所述预定条件的检测来产生控制信号(148)；以及

控制器(142)，用于通过给所述激光源(102，104或106)提供电功率来给所述激光源(102，104或106)供应能量以产生激光束(108，110或112)，从而照亮所选择的各个象素，以及用于在产生控制信号(148)时，通过中断给激光源(102，104或106)的电功率而不给所述激光源(102，104或106)供应能量，从而不照亮除了所选择的各个象素之外的象素。

2.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述检测器(144)用于传感图像在投影表面(138)上的非活动区域，并且用于响应于对所述非活动区域的检测来产生控制信号(148)。

3.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述检测器(144)用于传感图像在一段时间间隔期间在投影表面(138)上的非活动区域，并且用于响应于所述时间间隔的消逝来产生控制信号(148)。

4.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述检测器(144)用于传感图像中的文本和线之一，并且用于响应于对所述文本和线之一的传感来产生控制信号(148)。

5.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述激光源(102，104或106)包括多个具有不同波长的激光器，并且其中，所述控制器(142)用于对所述激光器中的至少一个中断电功率。

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