CN101517455A - 激光投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种用于基于激光束的光栅扫描来显示图像的激光投影仪，其中，即使偏转角很小，激光投影仪也能够在无需其他光源的情况下(除了用于显示图像的激光光源以外)可靠地检测用于水平扫描的振动镜的偏转角，并且能够精确地将振动镜的偏转角调整到在振动镜的共振频率下的预定偏转角，而不超过预定偏转角。激光投影仪包括，被配置于覆盖投影开口的框架上的透明基板之上、平行于激光束水平扫描方向的光检测单元。为了调整水平扫描镜的偏转角，激光束扫描光检测元件阵列。因此，即使偏转角较小，也可以检测偏转角。在保持偏转角不超过预定偏转角的同时，使水平扫描镜的工作频率与其共振频率相一致之后，增加输入信号的强度以调整偏转角。因此，可以将偏转角调整至共振频率下的预定偏转角。

Description

激光投影仪
技术领域
本发明涉及一种用于基于激光束的光栅扫描来投影和显示图像的激光投影仪，更具体地，涉及一种具有偏转角调整功能的激光投影仪，所述偏转角调整功能针对于用于水平扫描激光束的振动镜。
背景技术
基于激光束的光栅扫描来投影和显示图像的一些激光投影仪具有：在从几十kHz至100kHz范围内进行水平扫描的高动作速率、和以±20°或更大视角为代表的高偏转角。用于以这样的高动作速率来执行扫描处理并具有高偏转角的一种方法是，使用工作在其共振点附近的振动镜。
振动镜可以在其共振频率附近的小工作频率范围内具有高偏转角。然而，如果工作频率偏离共振频率，那么振动镜的偏转角将极大地减小。共振频率取决于振动镜的材料、形状、温度等，并且由于生产差异和工作温度的缘故易于改变。因此，为了操作振动镜通过高偏转角，必需使共振频率和工作频率彼此保持尽可能地接近。因此，调整振动镜使其共振频率接近工作频率，或使工作频率接近其共振频率。
随着偏转角变得更大，更不可能操作振动镜。当需要操作振动镜通过高偏转角时，希望控制振动镜，使其偏转角不能超过预定偏转角。当振动镜在偏离共振频率的工作频率下工作时，由于输入信号的强度需要高于振动镜工作在共振频率下时的输入信号强度，因此用于驱动振动镜的电路经受增加了的负载。
为了调整偏转角以操作振动镜通过高偏转角，希望振动镜的偏转角不会超过预定偏转角，并且希望振动镜在共振频率下工作。
为了调整振动镜的偏转角，必需精确地检测振动镜的偏转角。根据用于检测振动镜偏转角的广泛采用的过程，基于光束通过光传感器的时间，使用光传感器来检测振动镜的偏转角。
例如，JP-A No.2004-053943(专利文献1)公开了一种技术，其中，在激光束的扫描行程(scanning stroke)的起始和结束点处分别放置同步传感器，来检测振动镜的偏转角，并且基于检测结果对振动镜的驱动频率进行校正。以下将参照图1，对专利文献1所公开的检测和调整振动镜的偏转角的过程进行描述。图1(a)是专利文献1所公开的用于控制半导体激光和可移动镜的系统的方框图，图1(b)是可移动镜的幅度和驱动脉冲的时序图。
在图1(a)中，附图标记901代表驱动脉冲发生器、902代表可移动镜驱动器、904代表同步检测传感器、905代表末端检测传感器、906代表LD驱动器、907代表时钟脉冲发生器、908代表相位同步器、909代表放大计算器、以及910代表幅度计算器。
驱动脉冲发生器901利用可编程分频器(未示出)对参考时钟进行分频，以产生频率为驱动频率fd(＝1/T0)的二倍且占空比为50％或更低的脉冲序列(T＜T0/4)，使得如图1(b)所示，在可移动镜的1/2周期中，仅在从最大幅度电平到横轴的时段期间，施加一个电压脉冲。然后驱动脉冲发生器901利用PLL电路使脉冲序列延时相位延迟δ，并且向可移动镜驱动器902以驱动频率fd施加脉冲序列。
当系统开启时或当系统从等待模式激活时，利用可编程分频器连续改变分频率，以使驱动频率fd从高频值变化，并且以变化驱动频率fd驱动可移动镜。当扫描角增加，直到同步检测传感器904检测到光束为止时，系统判断可移动镜工作在共振带内。同时，系统基于扫描行程的起始和结束点之间的时间差来计算扫描角，并且设置驱动频率，使可移动镜的偏转角(幅度)是预定角。
日本实用新型No.2524140(专利文献2)公开了一种用于扫描激光束的激光束扫描设备，其中，以一入射角利用不同于激光束的辐射光束照射扫描镜，并装备线传感器作为用于检测反射自扫描镜的辐射光束的光检测器装置。线传感器检测扫描镜的偏转角，并且激光束扫描设备对大于标准偏差的扫描镜的偏转角进行校正。
图2是专利文献2中公开的激光扫描设备的透视图。以下将参照图2，说明专利文献2所公开的检测振动镜的偏转角的过程。
如图2所示，利用反射镜203、检流计型的光扫描器(下文称作“扫描器”)201的扫描镜202、fθ透镜204将来自激光振荡器(Nd:YAG激光振荡器等，未示出)的主激光束210聚焦在样本表面205上，并且在扫描镜202转动时利用扫描镜202将该主激光束210定位。
以45°的入射角将主激光束210施加于扫描镜202，并且通过扫描镜202使主激光束210折叠95°，即，使主激光束210以135°出射角使主激光束指向fθ透镜204。
通过准直透镜207将从半导体激光器206发射的激光束211转换为被施加于扫描镜202的平行光束。以一入射角将不同于主激光束210的平行光束施加于扫描镜202，并且平行光束以不同于主激光束210的出射角的角度被扫描镜202反射。利用柱面镜将反射的激光束聚焦在线扫描器209上。
当由于扫描器201在其工作期间的放热，扫描器201的具有最大幅度的偏转角发生变化时，从半导体激光器206发射并由扫描镜202反射的激光束211在线传感器209上的聚焦位置也发生变化，导致来自线传感器209的位置信息的变化。基于位置信息对用于驱动扫描器201的信号进行校正，以精确地定位主激光束210。
专利文献3(JP-A No.2005-241482)公开了一种对安装在激光显示设备中的振动镜的共振频率进行检测的方法。
图3是示意性地示出了专利文献3所公开的激光显示设备的透视图。以下将参照图3，对专利文献3所公开的检测安装在激光显示设备中的振动镜的共振频率的方法进行描述。
图3示出了光检测器(线传感器)301、光源401、偏转装置402、发射光束403、偏转光束404、405、扫描线410、第二偏转装置411、偏转光束412、屏蔽413、扫描区414、扫描线路径415、和投影面420。在图3所示的激光显示设备中，来自光源401的发射光束403是激光，偏转装置402和第二偏转装置411使该光束403发生了两维偏转，从而在投影面420上显示出图像。
图4(a)是示出了偏转光束在图3所示的光检测器301上来回移动的方式的示意图，图4(b)是示出了偏转光束偏转不同偏转角的方式的示意图。如图4所示，将作为线传感器的光检测器301划分成多个光检测区302，对所述光检测区302连续编号，从最左端的光检测区“1”向右编号到“N”。附图标记303代表由偏转光束扫描的区域。
当开启激光显示设备的电源时，启动控制过程以完全激励光源401。然后，将施加至偏转装置402的信号的频率设置成预置启动频率，光检测器301对该频率下的偏转光束的折叠位置进行检测。此后，利用预置步骤改变该频率。改变频率并重复检测折叠位置，直到达到预置目标频率。
假设当偏转光束的折叠位置处在最左端的光检测区中时，检测的折叠位置为“1”(参见，图4(a))，当偏转光束的折叠位置处在从最左端的光检测区算起第p区域时，检测的折叠位置为“p”(参见图4(p))。当折叠位置超出光检测器301时，即，当位于光检测器301的右侧，将折叠位置检测为“N+1”。相反，当折叠位置没有达到光检测器301时，将折叠位置检测为“0”。因此，通过检测在光检测器301上或光检测器301附近的折叠位置，就可以检测偏转装置402的偏转状态。
图5以图形曲线的方式示出了施加于光检测器402的信号的频率和由光检测器301检测到的偏转光束的折叠位置之间的关系。图中绘制的点基本上是轴对称图案，计算对称轴处的频率作为共振频率fc。基于计算得到的频率来确定所要施加到光检测器402的信号的频率。
专利文献1：JP-A No.2004-053943
专利文献2：日本实用新型No.2524140
专利文献3：JP-A No.2005-241482
发明内容
本发明要解决的问题
然而，上述背景技术存在以下问题：
根据专利文献1所公开的检测振动镜的偏转角的方法，如果振动镜的工作频率与共振频率不同，则工作频率下的输入信号的强度必须高于振动镜工作于共振频率下的输入信号的强度，从而导致功耗更大的问题。引起问题的原因在于，输入信号被预置为高电平以调整工作频率，从而通过改变工作频率使振动镜具有预定偏转角。输入信号被预置为高电平是由于，为了使激光束扫描间隔至少等于同步检测传感器和末端检测传感器之间的距离，输入信号的强度需要较高。
专利文献2所公开的检测振动镜偏转角的方法的问题在于，所使用的部件数量过多，无法使激光束扫描设备尺寸更小、成本更低。引起问题的原因在于，用于检测振动镜偏转角的光源必须被配备为与用来显示图像的激光束分开。
专利文献3所公开的检测安装在激光投影仪设备中的振动镜的共振频率的方法和调整工作频率的方法的缺点在于，不能精确地调整激光束的偏转间隔，并且当在激光投影仪设备已经开始投影图像之后改变共振频率时，很难在短时间内将振动镜的共振频率调节至适当值。缺点存在的一个原因是，由于光检测器被配置于要被调整的激光束的偏转间隔范围内的稍小的区域中，因此很难获得要被调整的激光束的偏转间隔端点附近的激光束的精确信息，特别是关于偏转扫描光束的折叠位置的精确信息。根据另一原因，必须在宽频率范围上改变驱动频率，以便检测共振频率。
此外，由于激光束具有高能密度级，因此对人体有害，特别是激光束容易损伤眼睛，在激光束正常扫描时需要对其进行投射。如果由于扫描镜故障，激光束不能正常扫描，则希望具有能够立即阻止激光束投射的结构。然而，上述背景技术没有解决上述安全问题。
本发明是鉴于上述问题作出的。本发明的目的是，提供一种基于激光束光栅扫描来显示图像的激光投影仪，其中，即使偏转角很小，激光投影仪也能够在无需其他光源的情况下(除了用于显示图像的激光光源以外)可靠地检测用于水平扫描的振动镜的偏转角，并且能够精确地将振动镜的偏转角调整到在振动镜的共振频率下的预定偏转角，而不超过预定偏转角。
解决问题的方案
根据本发明的激光投影仪包括：光源，用于发射激光束；调制器，用于根据要投影的图像调制激光束的强度；可振动的振动镜，用于水平偏转强度已经过调制的激光束；垂直扫描镜，用于垂直偏转强度已经过调制的激光束；偏转角检测器，用于检测振动镜的偏转角；以及偏转角调整器，用于基于检测到的振动镜的偏转角来调整振动镜的偏转角，其中，偏转角检测器包括光检测元件阵列，光检测元件阵列包括平行于水平扫描方向排列的多个光检测元件，所述振动镜使激光束偏转沿所述水平扫描方向偏转，光检测元件阵列可以被配置于图像投影区外部，并被配置于包括激光束水平扫描范围的宽范围内。
可以不等间隔地排列光检测元件阵列的光检测元件。
优选地，与光检测元件阵列中心相比，光检测元件阵列的光检测元件应当在光检测元件阵列的端部更密集。
光检测元件阵列可以包括：被配置于透明基板上的半导体层。
偏转角调整器可以调整振动镜的驱动信号的频率和强度。
优选地，偏转角调整器应当通过使振动镜驱动信号的频率与振动镜的共振频率相一致，然后改变振动镜的驱动信号的强度，来调整振动镜的偏转角。
当调整振动镜的偏转角时，可以在方向上固定水平扫描镜，使激光束水平扫描光检测元件阵列。
优选地，应当针对每一垂直消隐时段，利用偏转角调整器来检测和调整振动镜的偏转角。
根据本发明的激光投影仪包括：光源，用于发射激光束；调制器，用于根据要投影的图像调制激光束的强度；可振动的振动镜，用于水平偏转强度已经过调制的激光束；垂直扫描镜，用于垂直偏转强度已经过调制的激光束；第一偏转角检测器，用于检测振动镜的偏转角；第一偏转角调整器，用于基于检测到的振动镜的偏转角来调整振动镜的偏转角；第二偏转角检测器，用于检测垂直扫描镜的偏转角；以及第二偏转角调整器，用于基于检测到的垂直扫描镜的偏转角来调整水平扫描镜的偏转角，其中，第一偏转角检测器包括第一光检测元件阵列，第一光检测元件阵列包括平行于水平扫描方向排列的多个光检测元件，所述振动镜使激光束偏转沿所述水平扫描方向偏转，第一光检测元件阵列被配置于图像投影区外部，并被配置于包括激光束水平扫描范围的宽范围内，其中，第二偏转角检测器包括多个光检测元件，所述多个光检测元件被配置于图像投影区外部并被配置为覆盖激光束垂直扫描行程的末端。
优选地，第一偏转角调整器的第一光检测元件阵列和第二偏转角调整器的光检测元件应当包括：被配置于一个透明基板上的相应的半导体层。
优选地，第一偏转角检测器除了包括第一光检测元件阵列以外，还应当包括第二光检测元件阵列，第二光检测元件阵列可以被配置于图像投影区外部，并且包括半导体层，所述半导体层沿激光束的水平扫描行程的末端配置，并被配置于透明基板上。
可以对沉积在透明基板上的金属薄膜进行刻蚀，以在其中形成投影开口，使激光束能够从中通过。
根据本发明，用于检测和调整水平扫描的振动镜的偏转角的光检测元件阵列被配置为平行于激光束的水平扫描方向，并被配置在比要调整的激光束的偏转角范围更宽的范围内。根据本发明，即使偏转角很小，激光投影仪也能够在无需用于检测振动镜偏转角的光源的情况下(除了用于显示图像的激光光源以外)，检测用于水平扫描的振动镜的偏转角。当将振动镜的工作频率调整至其共振频率时，防止振动镜由于过度驱动而遭到破坏。如果没有达到规定的偏转角，则不会从激光投影仪投射激光。因此，使激光投影仪保持安全。
除了用于检测振动镜的偏转角的光检测元件阵列，还可以将用于检测投影图像时垂直扫描镜的偏转角的光检测元件和用于检测水平扫描振动镜的偏转角的光检测元件制造在一个组件上(例如，透明基板)。可以在无需增加部件数目的情况下，检测投影图像时振动镜偏转角和垂直扫描镜偏转角。当在异常情况下偏转角不能保持在规定范围内时，激光投影仪通过立即切断激光束来保持安全。
即使在已经开始投影图像之后，也可以针对每一帧间间隔对振动镜的偏转角进行检测和校正。因此，激光投影仪可以以稳定的偏转间隔持续投影图像。
附图说明
图1(a)是专利文献1所公开的用于控制半导体激光器和可移动镜的系统的方框图；
图1(b)是可移动镜的幅度和驱动脉冲的时序图；
图2是专利文献2所公开的激光束扫描设备的透视图；
图3是示意性地示出了专利文献3所公开的激光显示设备的透视图；
图4(a)是示出了偏转光束在图3所示的光检测器上来回移动的方式的示意图；
图4(b)是示出了偏转光束偏转不同偏转角的方式的示意图；
图5是示出了施加于光检测器的信号的频率和由图3所示的激光显示设备中的光检测器检测到的偏转光束的折叠位置之间的关系的图形曲线；
图6是示出了根据本发明第一示例性实施例的激光投影仪的结构的透视图；
图7是从激光投影仪内部观看到的、图6所示激光投影仪的投影开口框架的平面图；
图8是示出了图7所示的光检测元件阵列和外部电路之间的连接的示意图；
图9是用于控制图6所示的激光投影仪的操作的系统的方框图；
图10是示出了根据本发明第一示例性实施例的另一配置示例的透视图；
图11是从激光投影仪内部观看到的、根据本发明第二示例性实施例的激光投影仪的投影开口框架的平面图；
图12是从激光投影仪内部观看到的、根据本发明第三示例性实施例的激光投影仪的投影开口框架的平面图；
图13是示出了根据本发明第三示例性实施例的另一配置示例的透视图；
图14是从激光投影仪内部观看到的、根据本发明第四示例性实施例的激光投影仪的投影开口框架的平面图；
图15是从激光投影仪内部观看到的、根据本发明第五示例性实施例的激光投影仪的投影开口框架的平面图。
附图标记说明
11：半导体层
12：聚光镜
13：调制器
14：准直镜
21：水平扫描镜
22：垂直扫描镜
30：框架
32：光检测元件阵列
33：PIN光电二极管
34：垂直扫描光检测元件
35、36：水平扫描光检测元件
26：FPC
40：投影开口
41：扫描区
42：投影区
51：控制电路
52：激光驱动器
53：视频信号处理单元
54：水平扫描镜驱动器
55：垂直扫描镜驱动器
56：偏转角检测电路
111：半导体激光器
112：聚光镜
113：调制器
114：准直镜
115：分色镜
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的示例性实施例进行描述。图6是示出了根据本发明第一示例性实施例的激光投影仪的结构的透视图。图7是从激光投影仪内部所观看到的、图6所示的激光投影仪的投影开口框架的平面图。
如图6所示，根据本示例性实施例的激光投影仪包括：半导体激光器11，作为激光光源；聚光镜12，用于聚集从半导体激光器11发射的激光束；调制器13，被提供以由聚光镜12聚集的激光束，并用于调制激光束的强度，以及输出经调制的激光束；准直镜14，用于将从调制器13输出的激光束转换成平行激光束；水平扫描镜21，包括用于接收来自准直镜14的平行激光束并使平行激光束水平偏转的振动镜；以及垂直扫描镜22，包括用于使水平偏转的激光束垂直偏转的线扫描镜。
在以激光束进行二维扫描的区域内，调制器13控制代表要被投影的图像的激光束的强度，从而通过投影开口40在投影区42上显示图像。水平扫描镜21(振动镜)，使激光束往复(reciprocally)水平偏转。当使水平扫描镜21驱动信号的频率与水平扫描镜21的固有共振频率一致时，可以使水平扫描镜21偏转更大的间隔。
如图6和7所示，例如，将根据本示例性实施例的激光投影仪罩在铝制的框架30内。框架30具有限定在侧壁内的投影开口40，用于将来自激光投影仪内的激光束发射到激光投影仪外部。激光束对包括投影开口40的扫描区41进行扫描。例如，投影开口40是矩形的。例如，沿框架30中的投影开口40的上缘配置由玻璃制成的透明基板。将分别包括非晶硅薄膜形式的半导体层在内的PIN光电二极管33的阵列配置在透明基板31上。将PIN光电二极管33的阵列图案化为平行于激光束的水平扫描方向的光检测元件阵列32。
图8是示出了图7所示的光检测元件阵列和外部电路之间的连接的示意图。如图8所示，光检测元件阵列32的光电二极管33具有作为公共电极连接的相应正极，和通过FPC(柔性印刷电路)36独立连接至偏转角检测电路56的相应负极。
图9是用于控制图6所示的激光投影仪的操作的系统的方框图。如图9所示，偏转角检测电路56根据从光检测元件阵列32输出的信息，检测水平扫描镜21的偏转角。控制电路51从偏转角检测电路56获取水平扫描镜21的偏转角信息，并控制激光驱动器52、视频信号处理电路53、水平扫描镜驱动器54、和垂直扫描镜驱动器55。激光驱动器52选择性地开启和关闭从半导体激光器11输出的激光束，并控制要以恒定输出电平输出的激光束。视频信号处理电路53向调制器13输入信号，调制器13控制要输出至水平扫描镜21的激光束的强度。水平扫描镜驱动器54控制要输入至水平扫描镜21的信号的频率和强度。垂直扫描镜驱动器55控制要输入至垂直扫描镜22的信号的强度。
以下将对根据本示例性实施例构造的激光投影仪的操作进行描述。当启动激光投影仪时，按如下方式设置激光投影仪以使激光束对光检测元件阵列32进行扫描：控制垂直扫描镜驱动器55的输出信号以固定垂直扫描镜22的方向，从而使激光束扫描光检测元件阵列32。
此时，即使当通过水平扫描镜驱动器54使水平扫描镜21的工作频率与其共振频率彼此一致时，水平扫描镜驱动器54也要以用于防止偏转角超过预定偏转角的信号强度，开始水平扫描镜21的扫描移动。激光驱动器52控制半导体激光器11开始输出激光束，并且偏转角检测电路56基于边界信息检测水平扫描镜21的偏转角，所述边界信息来自光检测元件阵列32的输出信号，是关于检测激光束的元件和不检测激光束的元件之间的边界的信息。当检测水平扫描镜21的偏转角时，改变从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的驱动信号的频率。调整驱动频率使水平扫描镜21的偏转角最大化，从而使工作频率与共振频率一致。
此外，当检测水平扫描镜21的偏转角时，增加从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的驱动信号的强度。将水平扫描镜21的偏转角调整至规定的偏转角。如果不能将偏转角调整至规定的偏转角，则激光驱动器52控制半导体激光器11停止发射激光束。
在已将水平扫描镜21的偏转角调整至规定的偏转角之后，根据调制器13调制激光束强度的时间和光检测元件阵列32的每一检测元件的输出信息，对从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的信号和水平扫描镜21的振动之间的相位差进行测量。
此后，垂直扫描镜22基于水平扫描镜21的振动开始其扫描移动，并且视频信号处理电路53根据要投影的图像控制调制器13来调制激光束的强度。在已经开始投影图像之后，在显示图像的一帧之后到显示图像的下一帧之前的时段期间，固定垂直扫描镜22的方向以使激光束扫描光检测元件阵列32，并检测水平扫描镜21的偏转角。如果水平扫描镜21的偏转角偏离规定值，则调整来自水平扫描镜驱动器54的驱动信号，以将偏转角调整至规定的偏转角。此时，如果不能将偏转角调整至规定的偏转角，则激光驱动器52停止从半导体激光器11发射激光束。
即使水平扫描镜21的偏转角较小，根据本示例性实施例的激光投影仪也能够在无需用于检测振动镜形式的水平扫描镜21的偏转角的光源(除了用于显示图像的半导体激光器11以外)的情况下检测水平扫描镜21的偏转角。当在激光投影仪开始工作时调整偏转角时，即，当将水平扫描镜21的工作频率调整至其共振频率时，由于偏转角不会超过规定的偏转角，因此可以防止水平扫描镜21由于过度驱动而遭到破坏。由于在每次显示帧时，检测和调整水平扫描镜21的偏转角，因此可以达到稳定的扫描间隔。如果不将水平扫描镜21的偏转角调整至正常偏转角，则不会从激光投影仪投射激光束。因此，使激光投影保持安全。
在上述示例性实施例中，激光投影仪采用单个半导体激光器作为激光光源。然而，如图10所示，激光投影仪包括多个半导体激光器111，作为具有不同波长的光源，每一个半导体激光器111与聚光镜112、调制器113、和准直镜114相关联。在图10中，激光束通过相应的路径传播并被转换成平行激光束，分色镜115将平行激光束组合成一束激光束，水平扫描镜21和垂直扫描镜22使该激光束偏转来对投影面42进行二维扫描以投影图像。图10所示的其他结构细节与图6所示的相同。相同的部件由相同的附图标记表示，并且以下不再进行详细描述。
以下将对根据本发明第二示例性实施例的激光投影仪进行描述。图11是从激光投影仪内所观看到的、根据第二示例性实施例的激光投影仪的投影开口框架的平面图。
本示例性实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，在透明基板上形成图案的光检测元件阵列的光检测元件在水平扫描镜的偏转角为规定偏转角的位置附近更密集。
如图11所示，激光投影仪的框架30具有被限定于其中的用于使激光束通过的投影开口40。激光束扫描包括投影开口40的扫描区41。例如，投影开口40是矩形的。例如，沿框架30中的投影开口40的上缘配置由玻璃制成的透明基板。将分别包括非晶硅薄膜形式的半导体层在内的PIN光电二极管33的阵列配置在透明基板31上。将PIN光电二极管33的阵列图案化为平行于激光束的水平扫描方向的光检测元件阵列32。根据本示例性实施例，相比于阵列的中心，检测元件在阵列的端部更为密集。
以下将对根据第二示例性实施例的激光投影仪的操作进行描述。当启动激光投影仪时，将该激光投影仪设置成使激光束扫描光检测元件阵列32。具体地，控制垂直扫描镜驱动器55的输出信号，以固定垂直扫描镜22的方向，以使激光束扫描光检测元件阵列32。
此时，即使当通过水平扫描镜驱动器54使水平扫描镜21的工作频率与其共振频率彼此一致时，水平扫描镜驱动器54也要以用于防止偏转角超过预定偏转角的信号强度，开始水平扫描镜21的扫描移动。激光驱动器52控制半导体激光器11开始输出激光束，并且偏转角检测电路56基于边界信息检测水平扫描镜21的偏转角，所述边界信息来自检测元件阵列32的输出信号，是关于检测激光束的元件和不检测激光束的元件之间的边界的信息。当检测水平扫描镜21的偏转角时，改变从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的驱动信号的频率。调整驱动频率使水平扫描镜21的偏转角最大化，从而使工作频率与共振频率一致。
此外，当检测水平扫描镜21的偏转角时，增加从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的驱动信号的强度。将水平扫描镜21的偏转角调整至规定的偏转角。如果不能将偏转角调整至规定的偏转角，则激光驱动器52控制半导体激光器11停止发射激光束。
在已将水平扫描镜21的偏转角调整至规定的偏转角之后，根据调制器13调制激光束强度的时间和光检测元件阵列32的每一检测元件的输出信息，对从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的信号和水平扫描镜21的振动之间的相位差进行测量。
此后，垂直扫描镜22基于水平扫描镜21的振动开始其扫描移动，并且视频信号处理电路53根据要投影的图像控制调制器13来调制激光束的强度。在已经开始投影图像之后，在显示图像的一帧之后到显示图像的下一帧之前的时段期间，固定垂直扫描镜22的方向以使激光束扫描光检测元件阵列，并检测水平扫描镜21的偏转角。如果水平扫描镜21的偏转角偏离规定值，则调整来自水平扫描镜驱动器54的驱动信号，以将偏转角调整至规定的偏转角。此时，如果不能将偏转角调整至规定的偏转角，则激光驱动器52停止从半导体激光器11发射激光束。
根据本示例性实施例的激光投影仪具有与第一示例性实施例相同的优点，并且还能够更加精确地检测水平扫描镜21的偏转角。这是由于，可以通过以更密集的布局布置的光检测元件能够精确地检测水平往复扫描过程中的激光束的折叠位置。
以下将对根据本发明第三示例性实施例的激光投影仪进行描述。图12是从激光投影仪内所观看到的、根据第三示例性实施例的激光投影仪的投影开口框架的平面图。本示例性实施例与第二示例性实施例的不同之处在于，透明基板被配置于激光束扫描区的周围，并且在垂直扫描末端处形成用于垂直扫描的光检测元件的图案。
根据本示例性实施例，如图12所示，激光投影仪的框架30具有被限定于其中的用于使激光束通过的投影开口40。激光束扫描包括投影开口40的扫描区41。透明基板被置于由激光束扫描的扫描区41的周围。沿框架30中的投影开口的上缘、平行于激光束的水平扫描方向，在透明基板31上布置PIN光电二极管阵列作为光检测元件阵列32。还沿激光束的垂直扫描方向布置PIN二极管作为光检测元件34。具体地，在透明基板31中、沿激光束的垂直扫描方向、在投影开口40的下缘的中心，布置多个(在所示实施例中为三个)光检测元件34。布置光检测元件34来检测激光束的垂直扫描行程的末端。
以下将参照图9对用于控制激光投影仪的操作的系统进行描述。偏转角检测电路56根据从光检测元件阵列32输出的信息，检测水平扫描镜21的偏转角，并且根据由光检测元件34输出的信息，检测垂直扫描方向上的偏转角。控制电路51从偏转角检测电路56获取水平扫描镜21的偏转角信息和垂直扫描镜22的偏转角信息，并控制激光驱动器52、视频信号处理电路53、水平扫描镜驱动器54、和垂直扫描镜驱动器55。激光驱动器52选择性地开启和关闭从半导体激光器11输出的激光束，并控制激光束从而以恒定电平输出激光束。视频信号处理电路53向调制器13输入信号，调制器13控制要输出至水平扫描镜21的激光束的强度。水平扫描镜驱动器54控制要输入至水平扫描镜21的信号的频率和强度。垂直扫描镜驱动器55控制要输入至垂直扫描镜22的信号的强度。
以下将对根据本示例性实施例的激光投影仪的操作进行描述。当激光投影仪启动时，设置激光投影仪，使激光束扫描光检测元件阵列32。具体地，控制垂直扫描镜驱动器55的输出信号，以固定垂直扫描镜22的方向，以使激光束扫描光检测元件阵列32。
此时，即使当通过水平扫描镜驱动器54使水平扫描镜21的工作频率与其共振频率彼此一致时，水平扫描镜驱动器54也要以用于防止偏转角超过预定偏转角的信号强度，开始水平扫描镜21的扫描移动。激光驱动器52控制半导体激光器11开始输出激光束，并且偏转角检测电路56基于边界信息检测水平扫描镜21的偏转角，所述边界信息来自检测元件阵列32的输出信号，是关于检测激光束的元件和不检测激光束的元件之间的边界的信息。当检测水平扫描镜21的偏转角时，改变从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的驱动信号的频率。调整驱动频率使水平扫描镜21的偏转角最大化，从而使工作频率与共振频率一致。
此外，当检测水平扫描镜21的偏转角时，增加从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的驱动信号的强度。将水平扫描镜21的偏转角调整至规定的偏转角。如果不能将偏转角调整至规定的偏转角，则激光驱动器52控制半导体激光器11停止发射激光束。
在已将水平扫描镜21的偏转角调整至规定的偏转角之后，根据调制器13调制激光束强度的时间并基于光检测元件阵列32的每一检测元件的输出信息，对从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的信号和水平扫描镜21的振动之间的相位差进行测量。
然后，垂直扫描镜驱动器55向垂直扫描镜22输入指示激光束的垂直扫描末端的信号。偏转角检测电路56根据垂直扫描光检测元件34输出的信息，检测垂直扫描镜22的偏转角。如果不需要调整垂直扫描镜22的偏转角，则调整来自垂直扫描镜驱动器55的信号。调整后，基于水平扫描镜21的振动，开始垂直扫描镜22的扫描移动，并且视频信号处理电路53根据要投影的图像控制调制器13调制激光束的强度。
在已经开始投影图像之后，从显示图像的一副图像的时刻到显示图像的下一帧的时刻，垂直扫描光检测元件34检测垂直扫描镜22的偏转角。如果需要调整垂直扫描镜22的偏转角，则调整来自垂直扫描镜55的信号。此后，固定垂直扫描镜22的方向以使激光束扫描光检测元件阵列32，并且检测水平扫描镜21的偏转角。如果水平扫描镜的偏转角偏离规定值，则将调整来自水平扫描镜驱动器54的驱动信号，以将偏转角调整至规定的偏转角。此时，如果不能将偏转角调整至规定的偏转角，激光驱动器52就停止从半导体激光器11发射激光。
根据本示例性实施例的激光投影仪具有与第二示例性实施例相同的优点，并且还能够监控和调整垂直扫描镜22的偏转角。
在上述示例性实施例中，垂直扫描光检测元件24被配置于激光束的水平扫描行程的中央。然而，垂直扫描光检测元件34可以被配置于其他位置。例如，如图13所示，垂直扫描光检测元件34可以被配置于激光束的水平扫描行程的末端。具体地，在图13中，三个垂直扫描光检测元件34分别被配置于激光束的水平扫描行程的两个末端的位置。此外，沿激光束的垂直扫描方向布置垂直扫描光检测元件34，以覆盖激光束的垂直扫描行程的下部末端。
以下将对根据本发明第四示例性实施例的激光投影仪进行描述。图14是从激光投影仪内所观看到的、根据第四示例性实施例的激光投影仪的投影开口框架的平面图。本示例性实施例与第三示例性实施例的不同之处在于，在透镜基板31中、沿投影开口40的左侧边缘和右侧边缘，形成光检测元件阵列35、36的图案。
根据本示例性实施例，如图14所示，激光投影仪的框架30具有被限定于其中的使激光束能够通过的投影开口40。激光束扫描包括投影开口40的扫描区41。沿框架30中的投影开口的上缘、平行于激光束的水平扫描方向，将光检测元件阵列32布置在透明基板31上。沿激光束的垂直扫描方向、在投影开口40的下缘的中心，布置多个(在所示实施例中为三个)光检测元件34。沿投影开口40的左侧和右侧边缘，将光检测元件阵列35布置在透明基板31上的扫描区41中。还沿从激光束水平的扫描方向的末端延伸出的扫描区41的边界，将光检测元件36布置在透明基板31上。具体地，将光检测元件阵列36与光检测元件阵列35并列配置，并且配置在光检测元件阵列35相对于投影开口40的外侧。
以下将参照图9对用于控制激光投影仪的操作的系统进行描述。偏转角检测电路56根据由光检测元件阵列32输出的信息，检测水平扫描镜21的偏转角，并且根据由光检测元件34输出的信息，检测垂直扫描方向上的偏转角。偏转角检测电路56还基于从光检测元件阵列35、36输出的信息，检测水平扫描镜21的偏转是否正常。控制电路51从偏转角检测电路56获取水平扫描镜21的偏转角信息和垂直扫描镜22的偏转角信息，并控制激光驱动器52、视频信号处理电路53、水平扫描镜驱动器54、和垂直扫描镜驱动器55。激光驱动器52选择性地开启和关闭从半导体激光器11输出激光束，并控制激光束从而以恒定电平输出激光束。视频信号处理电路53向调制器13输入信号，调制器13控制要输出至水平扫描镜21的激光束的强度。水平扫描镜驱动器54控制要输入至水平扫描镜21的信号的频率和强度。垂直扫描镜55控制要输入至垂直扫描镜22的信号强度。
以下将对根据本示例性实施例的激光投影仪的操作进行描述。当激光投影仪启动时，设置激光投影仪，使激光束扫描光检测元件阵列32。具体地，控制垂直扫描镜驱动器55的输出信号，以固定垂直扫描镜22的方向，以使激光束扫描光检测元件阵列32。
此时，即使当通过水平扫描镜驱动器54使水平扫描镜21的工作频率与其共振频率彼此一致时，水平扫描镜驱动器54也要以用于防止偏转角超过预定偏转角的信号强度，开始水平扫描镜21的扫描移动。激光驱动器52控制半导体激光器11开始输出激光束，并且偏转角检测电路56基于边界信息检测水平扫描镜21的偏转角，所述边界信息来自检测元件阵列32的输出信号，是关于检测激光束的元件和不检测激光束的元件之间的边界的信息。当检测水平扫描镜21的偏转角时，改变从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的驱动信号的频率。调整驱动频率使水平扫描镜21的偏转角最大化，从而使工作频率与共振频率一致。
此外，当检测水平扫描镜21的偏转角时，增加从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的驱动信号的强度。将水平扫描镜21的偏转角调整至规定的偏转角。如果不能将偏转角调整至规定的偏转角，则激光驱动器52控制半导体激光器11停止发射激光束。
在已将水平扫描镜21的偏转角调整至规定的偏转角之后，根据调制器13调制的激光束强度的时间并基于光检测元件阵列32的每一检测元件的输出信息，对从水平扫描镜驱动器54输入至水平扫描镜21的信号和水平扫描镜21的振动之间的相位差进行测量。
然后，垂直扫描镜驱动器55向垂直扫描镜22输入指示激光束的垂直扫描末端的信号。偏转角检测电路56根据垂直扫描光检测元件34输出的信息，检测垂直扫描镜22的偏转角。如果需要调整垂直扫描镜22的偏转角，则调整来自垂直扫描镜驱动器55的信号。调整后，基于水平扫描镜21的振动，开始垂直扫描镜22的扫描移动，并且视频信号处理电路53根据要投影的图像控制调制器13调制激光束的强度。
在已经开始投影图像之后，在沿一条水平扫描线输出图像之前和之后的水平消隐时段期间，进行监控，以基于从光检测元件阵列35输出的信息，判断水平扫描镜21的偏转角是否是规定的偏转角。如果水平扫描镜21的偏转角小于规定的偏转，则进一步基于从光检测元件阵列36输出的信息，检测激光束是否向光检测元件阵列36偏转。如果检测到激光束没有向光检测元件阵列36偏转，则激光驱动器52控制半导体激光器11停止发射激光束。
从显示图像一帧的时刻到显示图像的下一帧的时刻，垂直扫描光检测元件34检测垂直扫描镜22的偏转角。如果需要调整垂直扫描镜22的偏转角，则调整来自垂直扫描镜55的信号。此后，固定垂直扫描镜22的方向以使激光束扫描光检测元件阵列32，并且检测水平扫描镜21的偏转角。如果水平扫描镜的偏转角偏离规定值，则将调整来自水平扫描镜驱动器54的驱动信号，以将偏转角调整至规定的偏转角。此时，如果不能将偏转角调整至规定的偏转角，激光驱动器52就停止从半导体激光器11发射激光。
根据本示例性实施例的激光投影仪具有与第三示例性实施例相同的优点，并且还能够在水平扫描镜的偏转角变为异常时立即切断激光束。由于除了光检测元件阵列32以外，还将用于在投影图像时检测激光束的垂直扫描光检测元件34和水平扫描光检测元件35、36制造在相同的透镜基板31上，因此可以在无需增加部件的数目的情况下，检测投影图像时垂直扫描镜22的偏转角和水平扫描镜21的偏转角。
以下将对根据本发明第五示例性实施例的激光投影仪进行描述。图15是从激光投影仪内所观看到的、根据第五示例性实施例的激光投影仪的投影开口框架的平面图。
如图15所示，根据本示例性实施例的激光投影仪具有包括沉积在透明基板38上的诸如Cr(铬)的金属薄膜在内的框架。刻蚀掉部分金属薄膜以形成投影开口40。金属薄膜朝向激光投影仪的外部。采用与第四实施例相同的方式，在其上配置了金属薄膜的透明基板38表面的反面上形成光检测元件阵列32、34、35、36的图案。换言之，布置光检测单元阵列的半导体层，以朝向激光投影仪的内部。
根据本示例性实施例的激光投影仪具有与第四示例性实施例相同的优点，并且还具有以下优点：由于透明基板38被构造为主框架体，因此可以减少所用部件的数目，并且容易地安置部件的位置。
根据专利文献3，在光偏转器中配备了用于检测偏转光束的折叠位置的光检测器，并通过光检测器来检测光偏转器中的偏转装置的共振频率。光检测器包括具有多个光检测区的线传感器。然而，根据专利文献3，线传感器被置于比要调整的激光束偏转角范围小的范围(即偏转角范围的一部分)中。尽管由于检测偏转角过程和调整共振频率过程的缘故，该背景技术能够在开始投影图像之前有效地在最初调整偏转角，但是该背景技术很难适于在已经开始投影图像之后调整偏转角。根据本发明，光检测元件阵列被配置于比要调整的激光束偏转角的范围宽的范围中，使得即使在已经开始投影图像之后，也可以针对每一帧间间隔来调整偏转角。
本申请要求并基于于2006年9月15日提交的日本专利申请No.2006-250324的优先权，其将其全部内容合并于此以作参考。

Claims (12)

1、一种激光投影仪，包括：
光源，用于发射激光束；
调制器，用于根据要投影的图像来调制激光束的强度；
可振动的振动镜，用于水平偏转强度已经过调制的激光束；
垂直扫描镜，用于垂直偏转强度已经过调制的激光束；
偏转角检测器，用于检测所述振动镜的偏转角；以及
偏转角调整器，用于基于检测到的所述振动镜的偏转角，调整所述振动镜的偏转角；
其中，所述偏转角检测器包括光检测元件阵列，所述光检测元件阵列包括平行于水平扫描方向排列的多个光检测元件，所述振动镜使激光束沿所述水平扫描方向偏转，所述光检测元件阵列被配置于图像投影区外部，并被配置于包括激光束水平扫描范围的宽范围中。
2、根据权利要求1所述的激光投影仪，其中，所述光检测元件阵列的光检测元件不是等间隔排列的。
3、根据权利要求2所述的激光投影仪，其中，与所述光检测元件阵列中心相比，所述光检测元件阵列的光检测元件在光检测元件阵列的端部更密集。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的激光投影仪，其中，所述光检测元件阵列包括：被配置于透明基板上的半导体层。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的激光投影仪，其中，所述偏转角调整器调整所述振动镜的驱动信号的频率和强度。
6、根据权利要求5所述的激光投影仪，其中，所述偏转角调整器通过使所述振动镜的驱动信号的频率与振动镜的共振频率相一致，然后改变所述振动镜的驱动信号的强度，来调整所述振动镜的偏转角。
7、根据权利要求1至6中任一项所述的激光投影仪，其中，当调整所述振动镜的偏转角时，固定所述垂直扫描镜的方向，以使所述激光束水平扫描所述光检测元件阵列。
8、根据权利要求1至7中任一项所述的激光投影仪，其中，针对每一垂直消隐时段，利用所述偏转角调整器来检测和调整所述振动镜的偏转角。
9、一种激光投影仪，包括：
光源，用于发射激光束；
调制器，用于根据要投影的图像来调制激光束的强度；
可振动的振动镜，用于水平偏转强度已经过调制的激光束；
垂直扫描镜，用于垂直偏转强度已经过调制的激光束；
第一偏转角检测器，用于检测所述振动镜的偏转角；
第一偏转角调整器，用于基于检测到的所述振动镜的偏转角，调整所述振动镜的偏转角；
第二偏转角检测器，用于检测所述垂直扫描镜的偏转角；以及
第二偏转角调整器，用于基于检测到的所述垂直扫描镜的偏转角，调整所述垂直扫描镜的偏转角；
其中，所述第一偏转角检测器包括第一光检测元件阵列，所述第一光检测元件阵列包括平行于水平扫描方向排列的多个光检测元件，所述振动镜使激光束沿所述水平扫描方向偏转，所述第一光检测元件阵列被配置于图像投影区外部，并被配置于包括激光束水平扫描范围的宽范围中，其中，所述第二偏转角检测器包括多个光检测元件，所述多个光检测元件被配置于图像投影区外部，并被配置为覆盖激光束垂直扫描行程的末端。
10、根据权利要求9所述的激光投影仪，其中，所述第一偏转角调整器的所述第一光检测元件阵列和所述第二偏转角调整器的所述光检测元件包括：被配置于一个透明基板上的相应的半导体层。
11、根据权利要求10所述的激光投影仪，其中，所述第一偏转角检测器除了包括所述第一光检测元件阵列，还包括第二光检测元件阵列，所述第二光检测元件阵列被配置于图像投影区外部，并包括半导体层，所述半导体层沿激光束的水平扫描行程的末端配置，并且被配置于所述透明基板上。
12、根据权利要求10或11所述的激光投影仪，其中，对沉积在所述透明基板上的金属薄膜进行刻蚀，以在其中形成使激光束能够从中通过的投影开口。
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