CN103885271B - 投影控制方法以及微机电投影装置 - Google Patents

Abstract

一种投影控制方法以及微机电投影装置。该投影控制方法，用于控制微机电扫描镜片以协助影像光束对平面进行重复的扫描运动而形成投影画面。投影控制方法包括检测微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动时的共振频率；提供共振频率至滤波单元以作为滤波处理的参数；产生第一频率且具有多个谐波成分的第一周期控制讯号；以滤波单元过滤第一周期控制讯号中具有共振频率的谐波成分；提供过滤后的第一周期控制讯号至微机电扫描镜片以控制微机电扫描镜片依照第一频率并以第一摆轴为轴心摆动，使影像光束在平面上沿第一方向来回扫描。此外，一种微机电投影装置亦被提出。

Description

投影控制方法以及微机电投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影控制方法及微机电投影装置，特别是涉及一种利用微机电扫描镜片的投影控制方法及微机电投影装置。

背景技术

微机电系统(MEMS,microelectromechanicalsystems)泛指运用微电子技术以及机械工程技术制造或开发相关的电子元件以及机械结构，进而微型化相关产品的研究领域。运用微机电(MEMS)扫描镜片的激光投影装置，由于具备体积较小、低耗能等功效，如今也常见于智能型手机或者手提计算机中，逐渐成为携带型影音装置不可或缺的组件。

一般而言，激光投影装置利用微机电扫描镜片，将影像光束投影于屏幕上，并扫描出影像画面。在操作微机电扫描镜片时，通常分别就其在屏幕上扫描影像光束的方向，以不同的控制讯号来控制微机电扫描镜片在对应方向上摆动的频率。举例来说，若影像光束于屏幕的垂直方向上的扫描频率为60Hz，则微机电扫描镜片在对应方向(例如为垂直方向)的摆动频率，也应符合60Hz的频率。因此，控制讯号通常也是60Hz的周期波讯号，以便呈现所需的画质。

然而，微机电扫描镜片本身也具有共振频率。因此，当输入周期波讯号来控制微机电扫描镜片时，微机电扫描镜片对于周期波讯号中，具有共振频率的谐波成分产生对应的反应，使得影像光束在扫描时因微机电扫描镜片的摆动速度不均匀，于投影画面上产生亮线的问题。因此，如何解决亮线问题以提供更好的投影品质，仍是本领域技术人员的一项课题。

发明内容

本发明提供一种投影控制方法，藉由调整周期控制讯号，使微机电扫描镜片稳定地运作，以提供较佳的影像品质。

本发明提供一种微机电投影装置，利用检测单元与滤波单元调整周期控制讯号以控制微机电扫描镜片，进而提供较佳的影像品质。

本发明实施例提出一种投影控制方法，用于控制微机电(MEMS)扫描镜片。微机电扫描镜片协助影像光束对平面进行重复的扫描运动而形成投影画面。投影控制方法包括检测微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动时的共振频率；提供共振频率至滤波单元以作为滤波处理的参数；产生第一频率的第一周期控制讯号，且第一周期控制讯号具有多个谐波成分；以滤波单元过滤第一周期控制讯号，其中滤波单元根据前述参数，过滤第一周期控制讯号中具有共振频率的谐波成分；提供过滤后的第一周期控制讯号至微机电扫描镜片以控制微机电扫描镜片依照第一频率以第一摆轴为轴心摆动，使影像光束对应地在平面上沿第一方向来回扫描。

于本发明的一实施例中，检测微机电扫描镜片的共振频率的步骤，还包括依序提供具有不同频率的多个周期波至微机电扫描镜片，以及当微机电扫描镜片依照前述多个周期波的频率依序以第一摆轴为轴心摆动时，检测微机电扫描镜片的摆动振幅变化，进而取得共振频率。

于本发明的一实施例中，前述多个周期波为具有不同频率的多个弦波。

于本发明的一实施例中，第一周期控制讯号为三角波或锯齿波。

于本发明的一实施例中，投影控制方法还包括提供具有第二频率的第二周期控制讯号至微机电扫描镜片，以控制微机电扫描镜片依照第二频率并以第二摆轴为轴心摆动，使影像光束对应地在平面上沿第二方向来回扫描。

于本发明的一实施例中，滤波单元为带阻滤波器，并且共振频率为带阻滤波器的中心频率。

本发明实施例还提出一种微机电投影装置，适于将影像光束投影于平面上以形成投影画面。微机电投影装置包括微机电扫描镜片、检测单元、第一控制讯号产生器以及滤波单元。微机电扫描镜片协助影像光束对平面进行重复的扫描运动以形成投影画面；检测单元检测微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动时的共振频率；滤波单元分别耦接至微机电扫描镜片以及检测单元，并且从检测单元接收共振频率以作为滤波处理的参数；第一控制讯号产生器耦接至滤波单元，并产生具有第一频率及多个谐波成分的第一周期控制讯号至微机电扫描镜片，其中滤波单元接收第一周期控制讯号并过滤该第一周期控制讯号中具有该共振频率的该谐波成分，以控制微机电扫描镜片依照第一频率并以第一摆轴为轴心摆动，使影像光束对应地在平面上沿第一方向来回扫描。

于本发明的一实施例中，滤波单元包括带阻滤波器以及低通滤波器。带阻滤波器过滤具有共振频率的谐波成分，而低通滤波器滤除部分的谐波成分，其中共振频率为带阻滤波器的中心频率。

于本发明的一实施例中，第一周期控制讯号为三角波或锯齿波。

于本发明的一实施例中，微机电投影装置还包括周期波产生器，依序提供具有不同频率的多个周期波至微机电扫描镜片。微机电扫描镜片依照前述多个周期波的频率以第一摆轴为轴心摆动，而检测单元检测微机电扫描镜片的摆动振幅变化，进而取得共振频率。

于本发明的一实施例中，周期波为具有不同频率的多个弦波。

于本发明的一实施例中，微机电投影装置还包括多工器，多工器耦接至滤波单元、周期波产生器以及微机电扫描镜片。多工器依序提供前述多个周期波或提供第一周期控制讯号至微机电扫描镜片。

于本发明的一实施例中，周期波产生器还提供具有第二频率的第二周期控制讯号至微机电扫描镜片以控制微机电扫描镜片依照第二频率以第二摆轴为轴心摆动，使影像光束在平面上沿第二方向来回扫描。

基于上述，本发明提出的投影控制方法，首先检测微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心进行摆动时的共振频率，通过输入多个不同频率的周期波至微机电扫描镜片并观察其摆动振幅变化，可以测得微机电扫描镜片的共振频率，共振频率被提供至滤波单元以作为滤波处理的参数。而滤波单元被利用来对用于控制微机电扫描镜片的第一周期控制讯号进行滤波处理，滤波单元滤除第一周期控制讯号中具有共振频率的谐波成分，使得微机电扫描镜片在投影影像光束时，不受具有共振频率的谐波成分干扰，且能平顺地扫描平面而提供品质较佳的投影画面。

本发明还提出的微机电投影装置透过检测单元以及滤波单元达到过滤第一周期控制讯号的效果。藉由滤除第一周期控制讯号中具有共振频率的谐波成分，微机电投影装置可以提供较佳的影像品质。

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1为本发明为根据本发明的一实施例所绘示的投影控制方法的流程图。

图2为根据本发明的一实施例所绘示的影像光束的投影示意图。

图3为根据本发明的一实施例所绘示的第一周期控制讯号的示意图。

图4A为根据本发明一实施例所绘示的检测微机电扫描镜片的共振频率的流程图。

图4B为根据本发明一实施例所绘示的微机电扫描镜片的频率响应波德图(Bodeplot)。

图5为根据本发明的一实施例所绘示的微机电(MEMS)投影装置的示意图。

图6为根据本发明的一实施例所绘示的滤波单元540的示意图。

附图符号说明

10：平面

500：微机电投影装置

510：微机电扫描镜片

520：检测单元

530：第一控制讯号产生器

540：滤波单元

542：低通滤波器

544：带阻滤波器

550：周期波产生器

560：多工器

A：最大振幅

t：周期

S110~S150：步骤

S420、S440：步骤

具体实施方式

于本发明实施例中，投影控制方法用于控制微机电(MEMS)扫描镜片。微机电扫描镜片藉由摆动的方式，协助影像光束投影于平面上，并且在平面上进行重复的扫描运动而形成投影画面。图1为本发明为根据本发明的一实施例所绘示的投影控制方法的流程图。参照图1，于步骤S110中，检测微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动时的共振频率。于步骤S120中，提供共振频率至滤波单元以作为滤波处理的参数。于步骤S130中，产生具有第一频率且具有多个谐波成分的第一周期控制讯号。于步骤S140中，以滤波单元过滤第一周期控制讯号，其中滤波单元根据前述参数，过滤第一周期控制讯号中具有共振频率的谐波成分。最后，于步骤S150中，提供第一周期控制讯号至微机电扫描镜片以控制微机电扫描镜片依照第一频率以第一摆轴为轴心摆动，使影像光束对应地在平面上沿第一方向来回扫描。

详细地来说，投影控制方法主要是藉由摆动微机电扫描镜片来投影影像光束于所欲显示影像的平面上，并且进行重复的扫描运动以形成投影画面。图2为根据本发明的一实施例所绘示的影像光束的投影示意图。参照图2，影像光束可受微机电扫描镜片的控制而扫描平面10以形成投影画面。一般而言，微机电扫描镜片的摆动方向是对应于影像光束在平面上10的投影方向。参照本实施例，当微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心进行摆动时，影像光束对应地在平面10上，沿第一方向来回移动以达到投影的目的。更进一步而言，当微机电扫描镜片以第二摆轴为轴心进行摆动时，影像光束则在平面10上沿第二方向进行扫描，以投影影像光束。

藉由控制微机电扫描镜片的摆动频率，影像光束可以依照所需的扫描轨迹扫描平面10。如图2所示，影像光束在第二方向上的移动速度较第一方向上的移动速度来得快。换言之，在操作上，只要将微机电扫描镜片沿第一摆轴进行摆动的摆动频率(如：60Hz)设计为低于沿第二摆轴进行摆动的摆动频率(如：18000Hz)，影像光束即可以形成如图2的扫描轨迹。值得注意的是影像光束扫描平面的方式并不仅局限于前述实施例，而在其它实施例中可以有不同的扫描轨迹。

基于前述实施例，投影控制方法藉由输入周期控制讯号来控制微机电扫描镜片，进而分别影响影像光束在第一方向与第二方向上的移动。重新参照图1中的流程图，于步骤S130中所产生的第一周期控制讯号为具有第一频率的周期波，使得微机电扫描镜片反应于其频率、波形与振幅，以第一摆轴为轴心进行来回摆动，而影像光束在平面10上，得以沿对应的第一方向进行扫描。

值得注意的是，于图2中，当影像光束沿第一方向扫描至一端时，影像光束接着便需快速地返回平面的另一端，以便从头对平面10进行扫描。因此，用以控制微机电扫描镜片的第一周期控制讯号，就其波形而言，电平上升到波峰与电平下降到波谷的速度不同。图3为根据本发明的一实施例所绘示的第一周期控制讯号的示意图。参照图3，第一周期控制讯号为周期三角波，其最大振幅为A，周期为t，且波形的电平从波峰到波谷与波谷到波峰所需的时间不同，使得微机电扫描镜片来回摆动的速度不同，进而让影像光束在第一方向上可以完整地扫描平面10，并且快速地从平面10的一端返回平面10的另一端，来对平面10从头进行扫描。此外，影像光束沿第一方向投影的频率，即为投影画面的画面更新率(FrameRate)。第一周期控制讯号并不以三角波为限，而于其它实施例中可以为锯齿波或其它波形。

非弦波的周期波，通常可由多个谐波成分所组成。举例而言，一个60Hz的三角波，除了基频60Hz的弦波外，还包括多个60倍数的谐波成分，如120Hz、180Hz以及240Hz的谐波。以前述实施例而论，当输入60Hz的三角波作为第一周期控制讯号以控制微机电扫描镜片沿第一摆轴进行摆动时，由于微机电扫描镜片本身也具有共振频率，因此对于第一周期控制讯号的谐波成分中，其频率与微机电扫描镜片的共振频率相近者，会使微机电扫描镜片产生反应而晃荡，进而使得影像光束在平面上沿对应的第一方向的移动不如预期般地平顺移动，产生游移的现象，使投影画面上产生亮线。

参照图1，为解决前述问题，投影控制方法于步骤S110中，预先检测微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动时的共振频率，并且于步骤S120中，将所检测的共振频率输入至将对第一周期控制讯号进行滤波处理的滤波单元中，作为滤波处理的参数。

图4A为根据本发明一实施例所绘示的检测微机电扫描镜片的共振频率的流程图。参照图4A，于步骤S420中，依序提供具有不同频率的多个周期波至微机电扫描镜片。接着，于步骤S440中，当微机电扫描镜片依序依照前述多个周期波的频率，并以第一摆轴为轴心摆动时，检测微机电扫描镜片的摆动振幅变化，进而取得微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动时的共振频率。

图4B为根据本发明一实施例所绘示的微机电扫描镜片的频率响应波德图(Bodeplot)。请参照图4B，具体而言，若输入的其中一个周期波的频率最接近或符合微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动的共振频率时，如同图4B的波峰一般，微机电扫描镜片的摆动振幅会受到最大程度的增益，使得其摆动振幅大于输入其它周期波时的摆动振幅。因此，当微机电扫描镜片依序接收不同周期波时，分别纪录微机电扫描镜片在不同的周期波操作下，以第一摆轴为轴心摆动时的最大摆动振幅，并且经过比对后，可知微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动时的共振频率。换言之，能使微机电扫描镜片具有最大振幅增益的周期波，其频率为最接近或符合微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动的共振频率。投影控制方法以本发明的一实施例而言，于步骤S420中所提供的多个周期波可为具有不同频率的多个弦波，藉以检测共振频率。

重新参照图1，于步骤S140中，以滤波单元过滤第一周期控制讯号，而滤波单元是依据前述步骤中所检测的共振频率，过滤第一周期控制讯号中具有共振频率的谐波成分，并且于步骤S150中，提供过滤后的第一周期控制讯号至微机电扫描镜片。滤波单元可以为带阻滤波器(NotchFilter)，并且共振频率为带阻滤波器的中心频率(CenterFrequency)。第一周期控制讯号在滤除具有共振频率的谐波成分后，仍具有第一频率与多个非共振频率的谐波成分。微机电扫描镜片接收经滤波处理后的第一周期控制讯号，并且依照第一频率以第一摆轴为轴心摆动，而影像光束对应地在平面上沿第一方向来回扫描。此外，投影控制方法还提供具有第二频率的第二周期控制讯号至微机电扫描镜片，并利用第二周期控制讯号控制微机电扫描镜片依照第二频率且以第二摆轴为轴心进行摆动，使影像光束在平面上沿第二方向来回扫描。

图6为根据本发明的一实施例所绘示的微机电(MEMS)投影装置的示意图。参照图5，微机电投影装置500包括微机电扫描镜片510、检测单元520、第一控制讯号产生器530以及滤波单元540。微机电扫描镜片510协助影像光束对平面进行重复的扫描运动以形成投影画面，而检测单元520检测微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心摆动时的共振频率。滤波单元540分别耦接至微机电扫描镜片510以及检测单元520，并且从检测单元520接收共振频率以作为滤波处理的参数。第一控制讯号产生器530产生具有第一频率的第一周期控制讯号至微机电扫描镜片510，但滤波单元540会先接收第一周期控制讯号并过滤第一周期控制讯号中具有共振频率的谐波成分，以控制微机电扫描镜片510依照第一频率以第一摆轴为轴心摆动，使影像光束对应地在平面上沿第一方向来回扫描。第一周期控制讯号具有多个谐波成分，并且可以为三角波或锯齿波。

详细地来说，微机电投影装置500利用检测单元520与滤波单元540调整第一周期控制讯号，使得用来控制微机电扫描镜片510的第一周期控制讯号中，不具有前述会影响微机电扫描镜片510运作的谐波成分。于本实施例中，微机电投影装置500还包括周期波产生器550，并利用周期波产生器550来协助寻找微机电扫描镜片510的共振频率。具体的叙述如下。

周期波产生器550依序提供具有不同频率的多个周期波至微机电扫描镜片510，而微机电扫描镜片510依照前述多个周期波的频率，以第一摆轴为轴心进行摆动。前述多个周期波可以为具有不同频率的多个弦波。检测单元520检测微机电扫描镜片的摆动振幅变化，并且藉此取得微机电扫描镜片510以第一摆轴为轴心进行摆时的共振频率。检测单元520可以藉由如压电元件(未绘示)检测微机电扫描镜片510的摆动振幅变化，以及波峰检测器(未绘示)与数位讯号处理器(未绘示)来纪录并寻找微机电扫描镜片510的共振频率。

滤波单元540根据检测单元520的检测结果来对第一周期控制讯号进行滤波处理。换言之，检测单元520将所检测到的共振频率输入至滤波单元540作为滤波处理的参数。图6为根据本发明的一实施例所绘示的滤波单元540的示意图。参照图6，滤波单元540包括低通滤波器(Low-passFilter)542以及带阻滤波器544。检测单元520所检测到的共振频率回授至滤波单元540中的带阻滤波器544，并且设定为带阻滤波器544过滤频段的中心频率，藉此过滤第一周期控制讯号中具有共振频率的谐波成分。此外，低通滤波器542则设置来滤除部分的谐波成分，例如具有较高频率的谐波成分，以避免较高频率的谐波成分影响到微机电扫描镜片510以第一摆轴为轴心进行摆动时的摆动频率与摆动振幅。

重新参照图5，于本实施例中，微机电投影装置500还包括多工器560。多工器560耦接至滤波单元540、周期波产生器550以及微机电扫描镜片510，并由多工器560决定依序提供周期波或者提供第一周期控制讯号至微机电扫描镜片510，以避免讯号间彼此混杂。然而，本发明并不以此为限，而多工器560可视使用情况而决定是否设置。

于本发明另一实施例中，周期波产生器550还提供具有第二频率的第二周期控制讯号至微机电扫描镜片510以控制微机电扫描镜片510依照第二频率以第二摆轴为轴心摆动，使影像光束在平面上沿第二方向来回扫描。于本实施例中，第二周期控制讯号可以沿其它线路(未绘示)输入至微机电扫描镜片510。第一周期控制讯号以及第二周期控制讯号可分别控制微机电扫描镜片510以第一摆轴为轴心与以第二摆轴为轴心进行摆动，使得影像光束可以如图2般在平面10上进行重复的扫描，而形成投影画面。此外，在其它实施例中，还可由一第二控制讯号产生器(未绘示)，另行产生第二周期控制讯号并输入至微机电扫描镜片510以控制微机电扫描镜片510的摆动。

综上所述，根据本发明的实施例，投影控制方法先行检测微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心进行摆动时的共振频率，并且过滤第一周期控制讯号中，具有前述共振频率的谐波成分。当微机电扫描镜片以第一摆轴为轴心进行摆动，而影像光束于平面上沿第一方向扫描时，由于第一周期控制讯号已经过滤波处理，使得微机电扫描镜片可依所需的频率以及速度扫描平面以形成投影画面，避免亮线的产生进而影响投影品质。此外，本发明的实施例中，亦提出一种微机电投影装置，由过滤第一周期控制讯号中具有前述共振频率的谐波成分，维持微机电投影装置的成像品质。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (13)

1.一种投影控制方法，用于控制一微机电扫描镜片，该微机电扫描镜片协助一影像光束对一平面进行重复的扫描运动而形成一投影画面，其特征在于该投影控制方法包括：

检测该微机电扫描镜片以一第一摆轴为轴心摆动时的一共振频率；

提供该共振频率至一滤波单元以作为滤波处理的一参数；

产生具有一第一频率的一第一周期控制讯号，该第一周期控制讯号具有多个谐波成分；

以该滤波单元过滤该第一周期控制讯号，其中该滤波单元根据该参数，过滤该第一周期控制讯号中具有该共振频率的该谐波成分；以及

提供过滤后的该第一周期控制讯号至该微机电扫描镜片以控制该微机电扫描镜片依照该第一频率以该第一摆轴为轴心摆动，使该影像光束对应地在该平面上沿一第一方向来回扫描。

2.如权利要求1所述的投影控制方法，其中检测该微机电扫描镜片的该共振频率的步骤，还包括：

依序提供具有不同频率的多个周期波至该微机电扫描镜片；以及

当该微机电扫描镜片依照该些周期波的频率以该第一摆轴为轴心摆动时，检测该微机电扫描镜片的摆动振幅变化，进而取得该共振频率。

3.如权利要求2所述的投影控制方法，该些周期波为具有不同频率的多个弦波。

4.如权利要求1所述的投影控制方法，该第一周期控制讯号为一三角波或一锯齿波。

5.如权利要求1所述的投影控制方法还包括：

提供具有一第二频率的一第二周期控制讯号至该微机电扫描镜片以控制该微机电扫描镜片依照该第二频率以一第二摆轴为轴心摆动，使该影像光束在该平面上沿一第二方向来回扫描。

6.如权利要求1所述的投影控制方法，其中该滤波单元为一带阻滤波器，并且该共振频率为该带阻滤波器的一中心频率。

7.一种微机电投影装置，适于将一影像光束投影于一平面上以形成一投影画面，其特征在于该微机电投影装置包括：

一微机电扫描镜片，协助该影像光束对该平面进行重复的扫描运动以形成该投影画面；

一检测单元，检测该微机电扫描镜片以一第一摆轴为轴心摆动时的一共振频率；

一滤波单元，分别耦接至该微机电扫描镜片及该检测单元，并且从该检测单元接收该共振频率以作为滤波处理的一参数；以及

一第一控制讯号产生器，耦接至该滤波单元并产生具有一第一频率的一第一周期控制讯号至该微机电扫描镜片，其中该第一周期控制讯号具有多个谐波成分，该滤波单元接收该第一周期控制讯号并过滤该第一周期控制讯号中具有该共振频率的该谐波成分，以控制该微机电扫描镜片依照该第一频率以该第一摆轴为轴心摆动，使该影像光束对应地在该平面上沿一第一方向来回扫描。

8.如权利要求7所述的微机电投影装置，该滤波单元包括：

一带阻滤波器，过滤具有该共振频率的该谐波成分，其中该共振频率为该带阻滤波器的一中心频率；以及

一低通滤波器，滤除部分的该些谐波成分。

9.如权利要求7所述的微机电投影装置，该第一周期控制讯号为一三角波或一锯齿波。

10.如权利要求7所述的微机电投影装置，还包括：

一周期波产生器，依序提供具有不同频率的多个周期波至该微机电扫描镜片，该微机电扫描镜片依照该些周期波的频率以该第一摆轴为轴心摆动，而该检测单元检测该微机电扫描镜片的摆动振幅变化，进而取得该共振频率。

11.如权利要求10所述的微机电投影装置，该些周期波为具有不同频率的多个弦波。

12.如权利要求10所述的微机电投影装置，还包括：

一多工器，耦接至该滤波单元、该周期波产生器以及该微机电扫描镜片，其中该多工器依序提供该些周期波或提供该第一周期控制讯号至该微机电扫描镜片。

13.如权利要求10所述的微机电投影装置，该周期波产生器还提供具有一第二频率的一第二周期控制讯号至该微机电扫描镜片以控制该微机电扫描镜片依照该第二频率以一第二摆轴为轴心摆动，使该影像光束在该平面上沿一第二方向来回扫描。