CN101583905A - 用于减小因电干扰而导致的图像失真的设备与方法 - Google Patents

Abstract

通过把谐振频率选择为与驱动频率和线频率非调和地相关，减小了驱动器中谐振频率、驱动频率和线频率之间的电干扰。所述驱动器适用于那些使光栅图样中所选择的像素被照亮以产生高分辨率彩色VGA质量的非失真图像的重量轻、紧凑的图像投影模块。

Description

用于减小因电干扰而导致的图像失真的设备与方法

技术领域

本发明通常涉及一种减小因电干扰而导致的图像失真的设备与方法，特别是在维持低功耗、高分辨率、小型紧凑的尺寸、安静操作以及最小振动的同时投影彩色二维图像的彩色图像投影系统中使用的设备与方法。

背景技术

基于一对扫描镜把二维图像投影在屏幕上是人们所熟知的，其中，由相应的驱动器沿相互正交的方向振荡这对扫描镜，以在光栅图样(raster pattern)上扫描激光束。然而，已知的图像投影设备仅能以有限的分辨率投影图像，所述分辨率通常不足640×480个像素的视频图形阵列(VGA)质量的四分之一，消耗了相当大量的电能，相当重，而且占据了相当大的体积，从而使它们不能实际用于小型、手持、电池操作的应用中。而且，图像也受到了电干扰。

例如，扫描镜之一的驱动器包括可随该镜一起移动的永久磁铁。把所述磁铁和镜安装在准许围绕轴振荡的弯曲部分上。由具有驱动频率的周期性驱动信号激励一个电磁线圈，并且生成电磁场，该电磁场与磁铁的永久场相互作用，以使弯曲部分弯曲，而且使磁铁，并依次使扫描镜，沿一个方向围绕所述轴按固定的驱动速度移动。扫描镜可按谐振频率、沿相反方向围绕所述轴按大于驱动速度的返回速度自我返回。

尽管总体上满足了其预期的目的，然而，就投影非失真图像而言，以上所描述的电磁驱动器是不理想的。例如，用于激励驱动器的驱动信号的驱动频率与/或AC电源线频率与/或驱动频率和线频率的谐波，可能电干扰谐振频率以及互相电干扰，从而破坏了固定的驱动速度，并且导致图像失真。

发明目的

因此，本发明的总的目的是，提供一种减小图像失真的装置与方法，特别是在远离系统延伸的距离范围内投影锐彩(sharp and clear)的二维彩色图像的图像投影系统中使用的装置与方法。

本发明的另一个目的是，减小在这样的系统中使用的驱动器的驱动频率和谐振频率之间的电干扰。

本发明的另一个目的是，减少在这样的系统中使用的驱动器的电源线频率和谐振频率之间的电干扰。

另一个目的是，提供一种在具有不同形状系数的多种仪器中，特别是在手持仪器中使用的小型、紧凑、重量轻、高能效以及便携式彩色图像投影装置。

为了保持与这些目的以及以下将变得更加明显的其它目的一致，简而言之，本发明的一个特征在于一种通过最小化电干扰来减小投影图像中的图像失真的装置与方法，如以下所详细描述的那样。光源，例如单色激光器，用于生成用于创建单色图像的激光束。对于彩色图像而言，光源包括被设置为合成光束的不同波长(红、蓝以及绿)的多个激光器。

驱动组件用于围绕相互正交的轴振荡一对扫描镜，以在投影表面上，例如在屏幕上，形成扫描行的光栅图样，每一个扫描行具有多个像素。该驱动组件包括可按驱动频率操作的、用于按基本上固定的驱动速度、围绕所述轴之一、沿一个圆周方向移动扫描镜(有时将扫描镜称为Y-镜)之一的驱动器，此处，有时也将驱动器称为Y-驱动器。Y-镜可按谐振频率、沿相反的方向围绕所述一个轴、按大于驱动速度的返回速度自我返回。

控制器，优选的是编程的微处理器，用于使扫描行中的所选像素由激光束照亮，并且使其可见，以在投影表面上形成图像。图像为二维的，并且Y-驱动器负责按驱动频率，即按光栅图样的上部扫描行和较低扫描行之间的视频帧速率，“画”图像。更具体地，如以上所描述的，Y-驱动器从上部扫描行至较低扫描行按基本上固定的驱动速度驱动Y-镜，于是，Y-镜按较快的返回速度从较低扫描行至上部扫描行自我返回，有时将这一返回速度称为回扫速度。

如果驱动频率(通常，60Hz或者85Hz的视频帧速率是普遍的，但普遍使用的其它帧速率为56Hz、72Hz以及75Hz)的谐波与/或如果用于激励Y-驱动器的AC电源线频率(通常，为50Hz或者60Hz)的谐波与Y-镜的谐振频率紧密匹配，则可能存在着这样的电干扰：正弦瞬变叠加在Y-镜的基本上固定的驱动速度上，从而导致不希望的图像失真。根据本发明，把Y-镜的谐振频率调整为与驱动频率和线频率非调和地相关。对谐振频率进行选择，以使其不为驱动频率和线频率的整数倍。谐振频率应该尽可能地高以确保快速的返回，而不是尽可能地低以确保最小能耗。

在优选实施例中，Y-驱动器为具有安装在支架上的绷紧的弯曲部分的电磁驱动器。该弯曲部分具有一对沿一个轴延伸的扭转部分。通过磁场的相互作用弯曲该弯曲部分。把永久磁铁安装在弯曲部分上，并且把电磁线圈安装在支架上。响应于施加于线圈的周期驱动信号，产生与磁铁的永久磁场相互作用的周期性电磁场。

优选地，把磁铁和扫描镜安装在扭转部分中间的弯曲部分的支撑部分上。弯曲部分具有沿所述轴间隔开的末端部分。把末端部分之一锚固于支架。末端部分的另一个提供了用于把弯曲部分拉紧至绷紧状态的机制。优选地，在另一个末端部分中形成弹性薄片。这一薄片弹性地压在支架上，并且把末端部分轴向地互相推开至绷紧状态。

在操作中，通过以上所描述的磁场相互作用振荡磁铁。这使弯曲部分的支撑部分和扫描镜沿一个圆周方向移动，从而沿一个圆周方向扭曲扭转部分。然后，释放存储在扭曲的扭转部分中的能量，从而沿相反的圆周方向解开扭转部分的扭曲。在这些扭曲移动期间，薄片不断地拉紧弯曲部分，从而确保了不出现不规则的、非预期的弯曲部分的移动。可以使用减振器减弱不希望的振动。

在优选实施例中，通过控制每一扭转部分的横向维度，把谐振频率调整为与驱动频率和线频率非调和地相关联。例如，选择横向维度的厚度以使得Y-镜的谐振频率不为驱动频率或线频率的整数倍。优选地通过化学蚀刻，控制横向维度的厚度，以实现高精确度。也可以通过调整Y-镜的质量、永久磁铁的质量、或者用于弯曲部分的材料，控制谐振频率。然而，优选的是令Y-镜和磁铁的质量以及弯曲部分的材料保持不变，并且仅控制扭转部分的厚度。

附图说明

图1为从其将图像投影在工作距离处的手持仪器的透视图；

图2为安装在图1的仪器中的图像投影系统的放大的俯视透视图；

图3为图2的系统的俯平面视图；

图4为图2的系统中所使用的惯性驱动器的前透视图；

图5为图4的惯性驱动器的后透视图；

图6为图2的系统的实际实现的透视图；

图7为描述了图2的系统的操作的电示意性框图；

图8为根据本发明的、图6的系统中所使用的紧凑驱动器的分解图；

图9为图8的驱动器的装配图；

图10为沿图9的线10-10所取的放大的截面图；

图11为描述了在无电干扰的情况下图8的驱动器的速度对时间曲线图；

图12为类似于图11的曲线图，但其中示出了电干扰的影响；

图13为用于驱动图8的驱动器的驱动器电路；以及

图14为用于驱动图8的驱动器的另一个驱动器电路。

具体实施方式

图1中的附图标记10通常标识了手持仪器，例如，个人数字助手，在该手持仪器中安装了如图2中所示的重量轻、紧凑的图像投影装置20，并且该图像投影装置20用于在距该仪器的可变距离处投影二维彩色图像。例如，图像18位于相对于仪器10的工作距离范围内。

如图1中所示，图像18在沿图像的水平方向延伸的光水平扫描角A上并且在沿图像的垂直方向延伸的光垂直扫描角B上延伸。如以下所描述的，图像包括装置20中的扫描仪所扫过的扫描行的光栅图样上的被照亮的和未被照亮的像素。

仪器10的平行六面体形状仅代表其中可以实现装置20的外壳的一个形状系数。可以把所述仪器的形状设计为笔、蜂窝电话、蛤壳或者手表的形状，例如，如作为即时申请转让给同一受让人的、2002年3月4日提交的、序列号为10/090,653的美国专利申请中所示的那些，所述美国专利申请通过引用合并于此。

在优选实施例中，装置20的体积不足30立方厘米。这一紧凑、小型尺寸允许把装置20安装在许多不同形状、大或小、便携或固定的外壳中，所述外壳包括某些具有板载显示器12、键盘14以及通过其投影图像的窗口16的外壳。

参照图2和3，装置20包括半导体激光器22，当激励半导体激光器22时，其发射大约635-655纳米的明亮的红色激光束。透镜24为双面非球面凸透镜，其具有正的焦距，可用于收集红光束中的基本上所有能量，并且可用于产生有限衍射的光束。透镜26为凹透镜，其具有负的焦距。可以通过仪器10内部的支架(为了清楚起见，未在图2中图示)上未图示的分开的相应透镜固定器固定透镜24、26。透镜24、26在工作距离上使红光束剖面(beam profile)成形。

把另一个半导体激光器28安装在支架上，并且半导体激光器28在被激励时，发射大约475-505纳米的有限衍射的蓝色激光束。使用另一个双面非球面凸透镜30和凹透镜32按类似于透镜24、26的方式，使蓝光束剖面成形。

不是通过半导体激光器，而是通过绿模块34生成具有约530纳米的波长的绿色激光束，其中，绿模块34具有其输出光束为1060纳米的红外二级管泵浦YAG晶体激光器。把非线性频率双晶体包括在两个激光镜之间的红外激光腔中。由于该腔内部的红外激光功率远大于耦合在该腔外部的功率，所以在生成该腔内部的倍频绿光的过程中，倍频器更为有效。激光器的输出镜反射1060nm的红外辐射，并且透射加倍的530nm的绿激光束。由于固态激光器以及倍频器的正确操作要求精确的温度控制，所以使用依赖于Peltier效应的诸如热电冷却器的半导体器件控制绿色激光模块的温度。热电冷却器既可以加热，也可以冷却器件，这取决于所施加的电流的极性。热敏电阻为绿色激光模块的一部分，以便监视其温度。把来自热敏电阻的读出馈送于控制器，控制器相应地调整给热电冷却器的控制电流。

如以下所解释的，使激光器在操作中按大约100MHz的频率脉动。可以使红与蓝半导体激光器22、28按这样的高频率脉动，但当前可用的绿固态激光器不能这样做。因此，可以通过声光调制器(AOM)36使离开绿模块34的绿激光束脉动，AOM 36在用于衍射绿光束的晶体内部创建声驻波。然而，AOM 36产生了零阶、非衍射光束38和一阶、脉动的、衍射光束40。光束38、40互相偏离，并且为了分开它们以消除不希望的零阶光束38，把光束38、40沿具有折叠式反射镜42的长且折叠的路径加以路由。作为选择，AOM既可以在外部，也可以在内部用于绿激光模块，以使绿激光束脉动。对绿激光束进行调制的其它可能方式包括电吸收调制、或者Mach-Zender干涉仪。图2中示意性地示出了AOM。

通过正与负透镜44、36路由光束38、40。然而，仅允许衍射的绿光束40撞击折叠式反射镜48以及从折叠式反射镜48反射。由吸收器50吸收非衍射的光束38，优选地，将吸收器50安装在镜48上。

所述装置包括一对分色滤光器52、54，把分色滤光器52、54设置成使绿、蓝以及红光束在到达扫描组件60之前，尽可能地共线。滤光器52允许绿光束40通过，但通过干涉效应反射来自蓝激光器28的蓝光束56。滤光器54允许绿和蓝光束40、56通过，但通过干涉效应反射来自红激光器22的红光束58。

把几乎共线的光束40、56、58引导到固定的反冲镜62，并且从固定的反冲镜62反射。扫描组件60包括第一扫描镜64，其可由惯性驱动器66(在图4-5中独立图示)按第一扫描速率振荡，以在第一水平扫描角A上扫描从反冲镜62反射的激光束；以及第二扫描镜68，其可由电磁驱动器70按第二扫描速率振荡，以在第二垂直扫描角B上扫描从第一扫描镜64反射的激光束。在变型结构中，可以用单个两轴镜取代扫描镜64、68。

惯性驱动器66为一种高速、低电功耗部件。在作为即时申请转让给同一受让人的、2003年3月13日提交的、序列号为10/387,878的美国专利申请中，可以找到惯性驱动器的详细描述，并且所述美国专利申请通过引用而被合并于此。惯性驱动器的使用把扫描组件60的功耗降低至不足1瓦特，在投影彩色图像的情况下，如下所述，降低到不足10瓦特。

驱动器66包括可移动框架74，用于通过枢纽支撑扫描镜64，所述枢纽包括一对沿枢纽轴延伸的，并连接在扫描镜64的相对区域和框架的相对区域之间的共线枢纽部分76、78。框架74不需要包围扫描镜64，如图中所示。

框架、枢纽部分以及扫描镜由一片、总体上为平面的、大约150μ厚的硅基片制造。对该硅片进行蚀刻，以形成具有上部的平行槽部分、较低的平行槽部分以及U形中心槽部分的Ω形槽。优选地，扫描镜64为卵形，并且在槽部分中自由移动。在优选实施例中，卵形扫描镜沿轴的维度为749μ×1600μ。每一个枢纽部分宽27μ，长1130μ。框架为矩形，宽为3100μ，长为4600μ。

把惯性驱动器安装在总体上为平面的印刷电路板80上，并且可用于直接移动框架，和通过惯性围绕枢纽轴间接振荡扫描镜64。惯性驱动器的一个实施例包括垂直于板80延伸的一对压电换能器82、84，并且该压电换能器82、84与处于枢纽部分76每一侧的框架74的间隔开的各部分接触。可以使用胶确保每一换能器的一端和每一框架部分之间的永久性接触。每一换能器的相对端从板80的后部突出，并且通过导线86、88电连接于周期性交变的电压源(未显示)。

在使用中，周期信号向每一换能器施加周期性驱动电压，并且使相应的换能器的长度交替地延伸与收缩。当换能器82延伸时，换能器84收缩，反之亦然，从而可同时推与拉间隔开的框架部分，并且使框架围绕枢纽轴扭曲。驱动电压具有相应于扫描镜的谐振频率的频率。从扫描镜的初始静止位置移动扫描镜，直至其也按谐振频率围绕枢纽轴振荡。在优选实施例中，框架和扫描镜大约为150μ厚，而且扫描镜具有高Q因子。每一个换能器大约1μ的移动，可以导致扫描镜按大于20KHz的扫描速率振荡。

另一对压电换能器90、92垂直于板80延伸，并且与处于枢纽部分78每一侧的框架74的间隔开的各部分永久性接触。换能器90、92用作反馈设备，以监视框架的振荡移动以及生成电反馈信号，并且沿导线94、96将它们引导到反馈控制电路(未显示)。

作为选择，取代用于反馈的压电换能器90、92，也可以使用磁反馈，其中，把磁铁安装在高速镜的背部，并且使用外部线圈获取由振荡的磁铁所生成的变化的磁场。

尽管光可以从扫描镜的外表面反射，但最好用金、银、铝制造的镜面涂料，或者专门设计的高反射介电涂料，涂敷镜64的表面。

电磁驱动器70(如图8中的分解图中和图9中的装配图中示出的)包括永久磁铁71，共同安装在弯曲部分200上并在第二扫描镜68之后；以及电磁线圈72，用于响应于对周期性驱动信号的接收生成周期性磁场。线圈72与磁铁71相邻，因此周期性场磁性地与磁铁的永久场相互作用，并且使磁铁，从而依次使第二扫描镜68振荡，如以下所详细描述的那样。

优选地，惯性驱动器66按大于5KHz，更具体地，按大约18KHz或18KHz以上的扫描速率、高速振荡扫描镜64。这一高扫描速率处于非可听频率，从而最小化了噪音和振动。电磁驱动器70按快得足以允许图像保持在人眼视网膜上、而不过度闪烁的较慢的扫描速率振荡扫描镜68。

较快的镜64扫描水平扫描行，而较慢的镜68垂直地扫描水平扫描行，从而创建了光栅图样，其为构成图像的大致平行的扫描行的网格或者序列。每一个扫描行具有多个像素。优选地，图像分辨率为1024×768个像素的XGA质量。在有限的工作范围上，我们可以显示表示为720p，即1270×720个像素，的高清晰度电视标准。在某些应用中，320×480个像素的VGA质量的一半，或者320×240个像素的VGA质量的四分之一是足够的。就最小值而言，160×160个像素的分辨率是所希望的。

可以颠倒镜64、68的角色，以使镜68较快，而使镜64较慢。也可以把镜64设计为能够扫描垂直扫描行，在这一情况下，镜68将扫描水平扫描行。另外，也可以把惯性驱动器用于驱动镜68。实际上，可以由电动机械的、电的、机械的、静电的、磁的、或者电磁的驱动器驱动每一个镜。

在显示图像期间，慢镜工作在如以下结合图11所描述的恒速扫描模式下。在镜的返回期间，按其自然或谐振频率把镜扫描回至初始位置，所述自然或谐振频率明显较高。在镜的返回行程期间，可以降低激光器的能量，以减少设备的能耗。

图6是按与图2相同的透视法描绘的装置20的实际实现。把以上所提到的部件安装在支架上，该支架包括顶盖100和支撑板102。固定器104、106、108、110、112分别把折叠式反射镜42、48、滤光器52、54以及反冲镜62保持在互相对齐的状态下。每一个固定器具有多个定位槽，其用于容纳稳定地安装在支架上的定位柱。因此，把镜与滤光器正确地加以定位。如图中所示，存在着3个柱，从而准许两个角度调整和一个横向调整。可以把每一个固定器粘在其最终位置上。

通过有选择地照亮一或多个扫描行中的像素构造图像。如以下参照图7更详细地加以描述的，控制器114使光栅图样中所选择的像素被3个激光束照亮，并使其可见的。例如，红、蓝以及绿功率控制器116、118、120分别把电流导向红、蓝以及绿激光器22、28、34，以激励后者在每一所选择的像素处发射相应的光束，并且不把电流导向红、蓝以及绿激光器，以去除对后者的激励，从而不照亮其它未选择的像素。照亮和非照亮的像素的所得到的图样包含如下图像，其是人或机器可读信息或图形的任何显示。

参照图1，图1在放大的视图中示出了光栅图样。从端点开始，惯性驱动器沿水平方向，按水平扫描速率扫描激光束至相对的端点，以形成扫描行。于是，电磁驱动器70沿垂直方向，按垂直扫描速率扫描激光束至另一个端点，以形成第二扫描行。按同样的方式，继续形成相继的扫描行。

在微处理器114，或者在控制电路的控制下，通过功率控制器116、118、120的操作，按所选择的次数，接通或者关闭对激光器的激励或者脉冲，在光栅图样中创建图像。激光器产生可见光，并且仅当希望看到所希望的图像中的像素时，才接通激光器。由光束的一或多个颜色确定每一个像素的颜色。可以通过红、蓝以及绿激光器的有选择的叠加，形成可见光谱中的任何颜色。光栅图样为由每一行上的多个像素和多个行形成的网格。图像为所选择的像素的位图。可以把每一个字母或者数字、任何图形设计或者标志、甚至机器可读的条形码符号，作为位图图像加以形成。

如图7中所示，在微处理器114的控制下，把具有垂直与水平同步数据以及像素和时钟数据的流入视频信号发送至红、蓝以及绿缓冲器122、124、126。一个完整的VGA帧的存储要求数千字节，而且希望缓冲器中具有针对两个完整帧的足够存储空间，以能够写一个帧，同时处理和投影另一个帧。在速度分布器130的控制下，把所缓冲的数据发送至格式器128，并且发送至红、蓝以及绿查找表(LUT)132、134、136，以校正扫描所造成的固有的内部失真，以及由投影图像的显示角度而导致的几何失真。通过数字到模拟转换器(DAC)138、140、142把所得到的红、蓝以及绿数字信号转换成红、蓝以及绿模拟信号。把红与蓝模拟信号馈送于红与蓝激光器驱动器(LD)144、146，其也被连接于红与蓝功率控制器116、118。把绿模拟信号馈送于AOM射频(RF)驱动器150，并且依次馈送于也连接于绿LD 148和绿功率控制器120的绿激光器34。

图7中还描述了反馈控制，包括连接于红、蓝以及绿模拟到数字(A/D)转换器158、160、162，并且依次连接于微处理器114的红、蓝以及绿光敏二极管放大器152、154、156。由连接于A/D转换器166，并依次连接于微处理器的热敏电阻放大器164监视热量。

由驱动器168、170驱动扫描镜64、68，驱动器168、170馈送来自依次连接于微处理器的DAC 172、174的模拟驱动信号。反馈放大器176、178检测扫描镜64、68的位置，并且将它们连接于反馈A/D 180、182，并且依次连接于微处理器。

优选地，通过使绿激光始终保持接通，以及把红与蓝激光器的电流保持为刚好在发射激光的阈值之下，功率管理电路184最小化功率，同时允许快接通时间。

如果扫描镜64、68之一被检测为脱离位置，则激光器安全关闭电路186用于关闭激光器。

现在，转向图8-9的电磁驱动器70，以上所描述的弯曲部分200包括平面支撑部分202、一对平面共线扭转部分204、206、以及一对平面末端部分208、210。弯曲部分为单片细长的弹性材料，优选的为具有大约0.027mm厚度的淬火不锈钢。扭转部分的宽度为大约0.122mm，尽管可以机器制造具有这种维度的弯曲部分，但优选的是化学蚀刻弯曲部分，以实现这一目的。控制扭转部分的横向维度，以调整扫描镜68的谐振频率，如以下所描述的。扭转部分为薄的、长的、用作扭转杆的类似导线的绞合线(strand)，如以下所描述的。

驱动器70包括模压的塑料支架，该模压的塑料支架具有上盘212和下盘214，把线圈72夹在它们之间。上盘具有细长的凹入舱216，凹入舱216具有顶部开口、一对安装在浅的总体上为矩形的凹槽222中的直立的、圆柱形定位销218、220，以及安装在另一个浅凹槽226中的直立突出部分224。

把弯曲部分200安装在上盘212上，并且纵向跨越舱216的顶部开口。把磁铁71安装在支撑部分202的底侧上，并且至少部分地位于舱216中，从而把磁铁71比此前更靠近线圈地加以定位，并且缩短了驱动所需的整个垂直高度。

末端区域208为E字形，并且具有一对用于贴切地容纳栓220、218的开口228，230。引入孔232、234准许引入液体胶，以把末端区域208牢固地锚定在浅凹槽222中。

按矩形形成末端区域210，其内部形成有两个纵向切口236、238以及横向切口240，从而框起并创建了矩形薄片242。薄片242位于与末端区域210相同的平面中。然而，为了清楚地加以说明，在图8中，在其弯曲的、压紧或变折的状态下，示出了薄片242，如以下所描述的，以便更好地显示其在紧绷状态下位于末端区域210的平面之上的自由缘244。把薄片242以枢纽形式安装于平行于自由缘244的其枢纽缘246上的末端区域210。

当把末端区域210安装在上盘212上时，以上所提到的突出部分224的顶表面250啮合与自由缘244相邻的薄片242的下侧，并且推薄片，以呈现所示的弯曲形状。当弯曲薄片时，其在末端区域210中腾出矩形开口248。突出部分224也具有弯曲表面252，弯曲表面252总体上呈与弯的薄片242的弯曲互补的轮廓。实际上，把弯曲表面252设计为能够确保在装配期间不把弯的薄片242弯过其屈服点，甚至是在借助诸如钳子的工具手工地安装弯曲部分的情况下。换句话说，不希望使薄片永久性的弯曲，因为这样的永久性变形可能使薄片失去向弯曲部分提供必须的拉紧的能力，如以下所描述的。另外，在弯曲表面252和弯的薄片242之间的有限的间隙确保了在坠落的情况下，即，在偶然撞击地面或者其它硬表面时所述装置经历了突然的冲击和减速力的情况下，不会使薄片永久性地弯曲。

一旦把末端区域210平放在上盘212上，如图9的装配图中所示，在形成于突出部分250的直立垂直表面256和弯曲表面252之间的角254中，通过扣式(snap-type)动作，接收自由缘244。突出部分224与弹性薄片242协同运作，以沿弯曲部分的长度方向拉紧，即把末端区域210从末端区域208推开。在现有技术中，不是由附加的离散部件，而是由与弯曲部分成一体的薄片实现这一拉紧。薄片的压紧或者变折，创建了对拉紧弯曲部分的扭转部分的反作用力。

拉紧的弯曲部分用作为安装在其上的扫描镜68的复位弹簧。在通过周期性驱动信号激励线圈72期间，传播与磁铁71的永久场相互作用的周期性电磁场，从而导致磁铁朝扭转部分204、206沿其延伸的轴、沿一个圆周方向移动。磁铁移动支撑部分202和扫描镜68，并且相对于固定末端部分208、210围绕轴沿一个圆周方向把扭转部分204、206扭曲于端点限制的扫描位置。因此，释放了存储在扭曲的扭转部分中的能量，从而移动了支撑部分202和扫描镜68，并且相对于固定末端部分208、210围绕轴沿相反的圆周方向解开对扭转部分的扭曲。可以通过，也可以不通过相互作用磁场帮助这一能量释放。在任何情况下，都可以按谐振频率继续支撑部分202和扫描镜的移动，此时，沿相反的圆周方向，把扭转部分204、206扭曲至另一个端点限制的扫描位置。重复这一周期，从而振荡了扫描镜68，并且扫描了入射在端点限制的扫描位置之间的扫描镜68上的任何光束。由于确保了对弯曲部分的拉紧，所以镜的扫描移动是可重复的、可靠的、并且不受导致金属弯曲部分的膨胀与收缩的环境温度变化的影响。

把一对减振器258、260粘在末端区域210和上盘212上。减振器用作黏弹性减振器，黏弹性减振器被设计来衰减某一频率范围内的任何振动。这些减振器还用作针对末端区域210的一个附加的机械锚定，以防止在坠落期间弯曲部分脱离突出部分224。

如先前所提到的，在优选实施例中，在创建光栅图样的过程中，把本发明的紧凑驱动器用作垂直或Y-驱动器。这意味着入射在扫描镜上的光束为其长度沿光栅图样的水平或X-方向延伸的扫描行。为了容纳该扫描行的整个长度，如图8-9中所示，扫描镜68的长度长，高度短。然而，长的扫描镜增加了驱动器的整个长度，因此减小了总长度，从而实现了紧凑的结构，把扫描镜设计为至少部分地与扭转部分204、206重叠。为此，如图10中所示，扫描镜68的后部具有纵向凹槽262，以使扭转部分204、206在其重叠区域中不与扫描镜相接触。

从图10中可以看出，扫描镜68具有T字形横断面，并且优选地为其上涂有反射镜涂层的)挤压成形的塑料片或者拉伸的玻璃片。可以制作长的挤压件，然后抛光、涂涂层、然后切开，以在驱动器中使用。

如图11中以图形形式所描述的，在一部分驱动周期中由电磁驱动器70按驱动模式、以基本上不变的驱动速度，驱动扫描镜68，在该时间期间显示图像的一个帧。例如，这代表了光栅图样中扫描行从其最高位置至其最低位置的移动，反之亦然。图11还描述了其中在驱动周期的剩余部分期间扫描镜返回的镜返回模式。这代表了光栅图样中扫描行从其最低位置至其最高位置的返回移动，反之亦然。按扫描镜68的谐振频率执行返回，以保存电能，如图中所示，并且在驱动模式期间，所述谐振频率快于驱动器70的驱动频率。

如先前以数值示例所提到的那样，典型的驱动频率，即帧速率，为60Hz或者85Hz，但也经常使用其它的驱动频率，例如56Hz、72Hz以及75Hz。用于激励电磁线圈70的AC线频率通常为50Hz或者60Hz。如果驱动频率或者线频率的谐波与扫描镜68的谐振频率紧密匹配，则存在电干扰，并且正弦瞬变，例如图12中所描述的，叠加在速度对时间曲线的恒速部分上。非失真图像要求在驱动模式期间基本上不变的速度。然而，瞬变会导致速度的变化，从而以失控的、无法预计的方式使图像失真。

根据本发明，对谐振频率进行调整，以根据驱动和线频率的谐波，尽可能地对其进行某些折衷。谐振频率应该尽可能地高，以确保扫描镜68的快速返回，但使其尽可能地低，以最小化驱动器70的电功耗。在所述优选实施例中，应对谐振频率进行选择，以使其处于270-280Hz的范围内。

通过改变诸如镜68的质量与/或磁铁71的质量与/或弯曲部分200的材料等因素，对扫描镜68的谐振频率进行调整。然而，优选的是维持这样的因素不变，而改变扭转部分204、206的厚度与/或宽度。如生前所提到的，扭转部分的标定厚度为大约0.027mm，它们的宽度为大约0.122mm。化学蚀刻实现这些横向维度是优选的，以获取所希望的、将为驱动和线频率的非整数倍的谐振频率。

图13描述了驱动电路的实施例，该驱动电路用于按基本上不变的速度、沿一个圆周方向驱动扫描镜68，从而准许按其谐振频率、沿相反的圆周方向的快速向回返回移动。反馈单元300从反馈信号中提取速度与位置信息，并且生成用于向误差放大器304输入的速度信号和向比较器306输入的位置信号。通常，反馈单元300包括靠近磁铁71加以安装的反馈线圈，用于生成追踪驱动线圈72所生成的驱动信号的反馈信号。

镜控制器302设置所希望的速度，并且向误差放大器304输出用于与镜速度信号进行比较的参照速度信号。把扫描放大器304的输出馈送于镜驱动器308，镜驱动器308生成给驱动线圈72的输出驱动电流，用于连续地调整扫描镜的速度，以与控制器302所设置的参照速度相匹配。

控制器302还设置端点限制位置，并且向比较器306输出用于与镜位置信号进行比较的端点位置信号。把比较器306的输出馈送于镜驱动器308。当镜位置信号与端点位置信号相匹配时，把镜驱动器308转换成高阻抗状态，从而防止了输出驱动电流向驱动线圈72的流动。于是，根据存储在扭曲的扭转部分中的能量把扫描镜68设置成按其谐振频率自由地返回。当扫描镜到达其相对的端点限制位置时，比较器306将驱动器308转换接通，并且开始新的驱动周期。

图14的实施例类似于图13的实施例，不同之处在于镜驱动器308在镜控制器302的完全控制下。在这一实施例中，取代连续地调整驱动器308，控制器302重复预先规定的周期，同时对相继的周期进行小增量的改变。作为选择，也可以令控制器302与来自主机控制器的垂直同步脉冲同步。

所附权利要求中阐述了新的与希望受专利特许证保护的权利要求。

Claims (13)

1.一种用于减小投影图像中的图像失真的装置，包括：

a)光源，用于生成光束；

b)一对可振荡的扫描镜；

c)驱动组件，用于围绕互相正交的轴振荡扫描镜，以在投影表面上形成扫描行的光栅图样，每个扫描行具有多个像素，该驱动组件包括可按驱动频率操作的驱动器，所述驱动器用于按基本上固定的驱动速度、围绕所述轴中的一个轴、沿一个圆周方向移动所述扫描镜中的一个扫描镜，所述一个扫描镜可按谐振频率、按大于所述驱动速度的返回速度、围绕所述一个轴、沿相反的圆周方向返回；

d)控制器，用于使扫描行中的所选像素被激光束照亮并使其可见，以在投影表面形成图像；以及

e)把谐振频率调整为与驱动频率非调和地相关，以减小谐振频率和驱动频率之间的电干扰，并且防止图像失真。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光源为用于发射作为光束的激光束的激光器。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述驱动器包括其上安装了所述一个扫描镜的弯曲部分；以及用于围绕所述一个轴、沿所述圆周方向中的至少一个弯曲该弯曲部分以使所述一个扫描镜围绕该一个轴移动的装置。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述弯曲部分具有沿所述一个轴延伸的纵向扭转部分，每一个扭转部分具有横向维度；以及其中，所述谐振频率取决于所述横向维度。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，根据电源线频率激励驱动器，而且其中，调整装置也用于把谐振频率调整为与电源线频率非调和地相关。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，电源线频率为50Hz和60Hz之一，并且其中，驱动频率为60Hz和85Hz之一，并且其中，谐振频率不为电源线频率和驱动频率的整数倍。

7.一种用于减小投影图像中的图像失真的方法，包括下列步骤：

a)生成光束；

b)围绕互相正交的轴振荡一对扫描镜，以在投影表面上形成扫描行的光栅图样，每个扫描行具有多个像素，由可按驱动频率操作的驱动器执行所述振荡步骤，所述驱动器用以按基本上固定的驱动速度、围绕所述轴中的一个轴、沿一个圆周方向移动所述扫描镜中的一个扫描镜，所述一个扫描镜可按谐振频率、按大于驱动速度的返回速度、围绕所述一个轴、沿相反的圆周方向返回；

c)使所述扫描行中的所选像素被激光束照亮并使其可见，以在投影表面形成图像；以及

e)把所述谐振频率调整为与所述驱动频率非调和地相关，以减小谐振频率和驱动频率之间的电干扰，并且防止图像失真。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，由激光器生成所述光束。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述驱动器包括其上安装了所述一个扫描镜的弯曲部分；以及用于围绕所述一个轴、沿所述圆周方向中的至少一个弯曲该弯曲部分，以使所述一个扫描镜围绕该一个轴移动的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述弯曲部分具有沿所述一个轴延伸的纵向扭转部分，每一个扭转部分具有横向维度；以及其中，所述谐振频率取决于所述横向维度。

11.根据权利要求7所述的方法，以及根据电源线频率激励所述驱动器的步骤，而且其中，所述调整步骤也用于把所述谐振频率调整为与所述电源线频率非调和地相关。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述电源线频率为50Hz和60Hz之一，而且其中，所述驱动频率为60Hz和85Hz之一，以及其中，所述谐振频率不是所述电源线频率和所述驱动频率的整数倍。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，通过把所述横向维度蚀刻为预先确定的值，执行所述调整步骤。

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