CN105487224B - 激活投影装置的偏转装置的方法、投影装置及其偏转装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于激活偏转装置(22)的方法，所述偏转装置(22)包括至少一个偏转单元(30)，用于将轨迹投影至投影面(24)的投影装置，其中，偏转装置(22)对引导至其上的电磁辐射进行偏转，以生成轨迹，并且，至少一个偏转单元(30)通过从控制装置(32)发送的激活信号被激活，以产生振荡，在每种情况下具有振荡方向变化处的绕至少一个偏转轴方向的转动振幅，其中，在共振的情况下，振荡具有最大振幅，产生的轨迹在最大振幅处到达投影面(24)的边缘。激活信号以如下方式设置，振荡的转动振幅在振荡的最大振幅的区域以外至少暂时地具有预定值，以及，实现了在投影面(24)上的产生的轨迹的具有预定强度图案的强度分布。本发明还涉及偏转装置(22)以及投影装置。

Description

激活投影装置的偏转装置的方法、投影装置及其偏转装置

技术领域

本发明涉及一种用于激活投影装置的偏转装置的方法、偏转装置以及投影装置。

背景技术

所谓李萨如投影仪(Lissajous projector)已知为现有技术，其中使用了在两个轴中共振或几乎共振从而正弦振动的镜。在此原理中，这些镜子，也表示为共振扫描仪，能够实现比非共振操作扫描仪大得多的振幅。相对于扫描激光投影具有更大振幅，等同于更高的光学分辨率。

由此，DE 10 2009 058 762 A1公开了用于将李萨如图形(Lissajous figures)投影到投影表面上的投影装置的偏转装置，为了使光束绕至少一个第一和第二偏转轴偏转，该偏转装置被设计成用于生成李萨如图形。偏转装置包括，用于生成相对于偏转轴的振荡的偏转单元和用于生成偏转单元的激活信号的控制装置，具有基本上对应于偏转单元的共振频率的第一和第二激活频率，其中偏转单元的品质因数>3000，并且激活装置包括控制回路，该控制回路设计成以取决于所测得的偏转单元的振荡的相位位置的方式闭环控制第一和/或第二激活频率，使得振荡的最大振幅保持在偏转单元的共振区。从而，品质因数Q定义为共振频率f0对带宽B的比值，Q＝f0/B，并且表示振幅随频率而变化的带宽B定义为在阻尼达到3.01dB的位置处的共振峰值的宽度。

除其他外，使用这种类型的共振操作扫描仪，考虑到偏转单元的最小速度，如果利用定义的时间常量对光束强度进行时间积分，投影面的边缘处强度过大的问题将发生在振荡的反转点处。图4下部沿着一条线显示关于时间积分的电磁辐射强度，伴随着具有基本上对应于振荡的共振频率的恒定激活频率(图4，顶部图)的共振扫描仪的共振操作和恒定的最大振荡振幅(图4中心)。可以认识到，线的端点处的强度增大，而线的中间强度最低。由于强度在线的端点处增大，这种扫描仪的应用范围可能是受限制的。

存在一些应用，不期望在端点处的时间积分的光强度增加，而是在另一个位置，例如在线的中间或根据强度图样。这例如可以是具有照射任务的情况，如果，例如被扫描线的中心比线的外侧边界更重要。然而，其他应用旨在实现尽可能均匀的以时间方式对线照射。因此，如果一个区域或表面被照射，边缘处的强度比照射表面中间的强度更高也会发生在光束二维偏转的情况下。

因此，在这种情况下应用以准静态(非共振)方式且几乎匀速移动的扫描仪。然而，由于可用的驱动力较低而不能够实现偏转单元的大振幅的问题，以及偏转单元的很软的弹簧悬架可能成为必要的问题，发生在以准静态的方式运行的扫描仪上。然而，软弹簧悬架通常对于冲击和震动是非常敏感的，并因此直到现在不能够有意义地应用于一些领域，如汽车领域。

然而，具有相应地硬的悬挂的偏转单元的、鲁棒性非常好的扫描仪对冲击和震动较大的应用通常是必要的。在大多数情况下，如果这种扫描仪共振操作，那么它只能生成较高的振幅。

发明内容

因此，本发明的目的是，限定扫描仪的概念，允许实现相对于震动和冲击必要的鲁棒性，其中要避免或减少投影面上不想要的过大的强度。

该目的通过本发明的方法、偏转装置以及投影装置来实现。进一步的发展将在示例性实施例中推导出来。

根据本发明，用于激活(控制)偏转装置的方法包括至少一个偏转单元，并且提出了用于将轨迹投影至投影面的投影装置。所述偏转装置(22)对引导至其上的电磁辐射进行偏转，以生成轨迹，并且，所述至少一个偏转单元通过从控制装置发送的激活信号(控制信号)被激活(控制)，以产生振荡，在每种情况下具有振荡方向变化处的绕至少一个偏转轴方向的转动振幅，其中，在共振的情况下，所述振荡具有最大振幅，产生的轨迹在所述最大振幅处到达所述投影面的边缘。

振荡的转动振幅从而定义为给定振动的方向变化，在任何振荡期间绕偏转轴的偏转板的偏转。偏转单元通常在偏转板的转动振幅具有最小速度。如果振荡的转动振幅，例如以周期函数的形式，如正弦函数，则函数的最大值形成转动振幅。

绕至少一个偏转轴的偏转单元的振荡的最大振幅为绕至少一个偏转轴的偏转单元的振荡振幅在共振的情况下能够达到的最大振幅，即预定的最大激活振幅(预定最大控制振幅)和激活频率(控制频率)在至少一个偏转轴的共振频率区域，优选两个或多于两个轴。投影面的边缘只可以利用偏转单元的最大振幅的存在由产生的轨迹达到或照射到。即，投影表面的边缘只有在以下情况下可以被照射到，由具有预定的最大激活振幅的控制装置给定偏转单元的激活并且激活频率被调谐或匹配至偏转单元的共振频率。这通常在暂态过程(瞬态响应)或动作时间(稳定时间)之后生效。因此，在共振的情况下，偏转单元通常至少时间上地在振荡的最大振幅被操作，为了也能照射投影面的边缘。

振荡的最大振幅的区域包括与振荡的最大振幅值相差达1％的振幅。作为规律，最大激活振幅是固定地预定的并且不应超过一个值，取决于各偏转单元，例如为了避免损坏偏转单元。

如果只提供一个偏转轴，轨迹可以在投影面上成像在一条线上。然后，投影面的边缘由线的端点确定。投影面可以在另一个维度被扫描，例如通过网格/光栅扫描方法，为了尽管这样的情况下也照亮整个投影表面。方法并不一定限制于单一偏转轴。在电磁辐射绕几个偏转轴偏转的情况下，轨迹可以形成李萨如图形。几个偏转轴，例如2或3可通过例如几个连续布置的偏转单元或单个、多轴偏转单元来实现。李萨如图形可以在投影面的区域上成像。

本申请的上下文中的预定值也可以是一个值区域，或由函数组成。例如，预定的区域可以是相对于时间恒定的或可以时间上变化。此外，预定的值或值区域可以此外周期性地自身重复。然而，预定的值或值区域应当也存在于振荡的最大振幅区域外，并且尤其应当具有比振荡的最大振幅小的值。

利用所提出的方法，可以至少暂时地防止具有振荡的最大振幅的偏转单元的永久共振操作。即，在偏转单元已达到最大振幅之后，通过设置激活信号可以将该偏转单元的振荡的转动振幅设置或减少到小于振荡的最大振幅的振荡的转动振幅。因此，振荡的转动振幅通常不是相对于时间恒定的。投影面内的电磁辐射强度分布可以根据预定图案改变或设置，通过该方法。尤其是，至少可以减少在投影面的边缘处不想要的强度增加。

激活信号通常以取决于最大激活振幅和匹配/调谐到振荡的共振频率的激活频率的方式设置。设置的激活信号可以在开始操作偏转装置之前进行校准。所述校准也可以发生在偏转装置的操作过程中。最大激活振幅和匹配到振荡的共振频率的激活频率，例如可以在开始操作偏转装置之前确定。然后，在设置激活信号时，以如下方式将最大激活振幅和匹配到振荡的共振频率的激活频率考虑在内，使得振荡的转动振幅至少暂时地具有在最大振幅以外的区域预定值，利用设置的激活信号。在每个情况下，要设置的激活信号因而确定强度分布或投影面上的强度图案。

偏转单元的共振频率的移位可以例如由于温度或振荡等外部影响而发生。因此，在这种情况下至少激活信号的激活频率应当适应于偏转单元的移位的共振频率。考虑到这样，在特定的时间间隔对偏转信号重新进行校准可以是必要的。例如，可以在偏转装置的每个启动操作之前进行校准。也可以在固定的时间间隔，如每小时、每天、每周、每月或每年进行校准。

在进一步的改进中，该方法包括以下步骤：

-通过由所述控制装置发送的激活信号激活(控制)所述至少一个偏转单元，用于产生绕所述至少一个偏转轴的共振操作，

-确定表示所述偏转单元的振荡的转动振幅的信号，

-将确定的信号与表示所述振荡的最大振幅的值比较，和

-如果经比较所述振荡的转动振幅的值对应于所述振荡的最大振幅，则以如下方式改变激活信号，使得所述振荡的转动振幅的至少暂时地被减小到所述振荡的最大振幅的区域以外的预定值。

振荡的最大振幅表示的值可以例如存储在控制装置中。

可以设想到，在第一时间间隔内，以如下方式利用第一激活信号激活所述偏转单元，使得所述振荡的最大振幅在瞬态响应后达到，并且，在第二时间间隔内，随后利用第二激活信号激活所述偏转单元，其中，以使得所述振荡的转动振幅被减小的方式，所述第二激活信号不同于所述第一激活信号的振幅，其中，所述第一时间间隔和第二时间间隔是连续的。第一时间间隔的第二时间间隔例如直接地彼此连续并且彼此替换。

在每种情况下，激活信号的时间顺序可以通过将第一和第二时间间隔串在一起而给出。还可以设想到其他的时间间隔。例如，其中选定了大约为零的激活振幅的第三时间间隔在第二时间间隔之后开始。然后振荡的转动振幅同样定为零值。投影面的中间的电磁辐射的驻留时间或时间积分强度可以通过这样增加。此后偏转单元可以再次以谐振方式操作，即第一间隔在第三时间间隔后再出现。所述的时间间隔都应小于30ms，优选地小于10ms。对人眼可见的闪烁效应可以通过这种方式减少或避免。所述的时间间隔可以大于0.05ms或大于0.1ms或大于0.5ms或大于1ms。

在进一步的改进中，直接达到所述振荡的最大振幅之后，利用所述第二激活信号以如下方式激活偏转单元，使得振荡的转动振幅减小至预定值。投影面的边缘区域内的电磁辐射的驻留时间或时间积分强度可以通过这样减小。因此投影面的边缘区域可以限定为围绕投影面的边缘的范围，达到投影面的总范围的10％。因此投影面的边缘区域完全位于投影面内。

在一个实施例中，第一时间间隔的持续时间小于第二时间间隔的持续时间。第二时间间隔的持续时间例如可以为比第一时间间隔的持续时间长至少2倍或至少5倍或至少10倍或至少50倍或至少99。因此，在至少33％的时间内，可利用不对应于共振激活信号的激活信号激活偏转单元。

在所述第二时间间隔内，所述第二激活信号是时间上恒定的或时间地改变或是时间上是周期的。

作为规律，激活信号由激活频率、激活振幅和激活相位确定。激活信号可以例如由具有振幅、频率和相位的正弦函数形成。在一个设计中，为了实现上述识别图案，可以设置或改变激活频率(控制频率)和/或激活振幅(控制振幅)和/或激活相位(控制相位)和/或激活信号的脉冲暂停比，其中可以进行相应的调制等，如振幅调制、频率调制、相位调制、脉冲宽度调制。激活信号的不同参数也可以同时设置或改变或(闭环)控制，例如，激活频率以及激活振幅被设置或改变。振幅调制、频率调制、相位调制和/或脉冲宽度调制的持续时间(调制持续时间)可以小于或等于图片重复持续时间，其中图片重复持续时间被定义为图片重复率(见下文)倒数值。例如，调制持续时间可以小于或等于图片重复持续时间的1/2或1/10或1/60或1/100倍。调制持续时间可以等于第二时间间隔或等于第三时间间隔。

用于设置一个或多个期望的识别图案的投影面上的电磁辐射的强度分布的参数可以存储在内存中并且被调用以设置，例如控制装置的内存中。

在一个实施例中，只有激活振幅被设置或改变(振幅调制)，而其他参数(激活频率和激活相位)保持不变。在这种情况下，激活频率基本上与偏转单元的共振频率相匹配。此外，激活信号的激活振幅被调制成，使得偏转单元的振荡的转动振幅作为时间的平均小于振荡的最大振幅。激活信号的激活振幅在第一时间间隔内是最大的。然后，至少在动作时间后偏转单元的振荡的转动振幅对应于振荡的最大振幅。通过降低第二时间间隔内的最大激活振幅，以时移的方式，振荡的转动振幅同样会减小。然后，尽管利用共振激活频率激活，偏转单元的振荡也不再具有最大振幅。至于转动振幅的减小进行得有多快，给出激活振幅的减小取决于偏转单元的品质。因此，例如第二时间间隔内的最大激活振幅的值可以为小于最大激活振幅的90％，或小于70％或小于50％或小于30％或小于10％，或接近零或等于零。振荡的转动振幅通过这样以时移的方式减小，直到其同样假定减小的值或接近零或等于零的值。然后，偏转单元会暂时不再进行振荡。这对应于投影面上的照射线中心或投影面的照射表面的中心处的光强度的增加。偏转单元可以随后再次被激活，例如根据第一时间间隔，在偏转单元的共振频率区域具有最大激活振幅与激活频率。

上述的振幅调制非常快的生效是必要的，因此，一方面，其中固有的人类的眼睛和感官的感知不能够分辨各个变化步骤，但仅能够察觉到时间积分的图案。如果偏转单元具有良好的品质因子，则尽管激活信号的振荡振幅减小，但在后瞬变条件下它不会立即跟随这种振幅变化，而是会继续以较大的振幅振荡，为了偏转单元的更长更大的品质因数。因此，上述振幅调制将实现成最好的，如果偏转单元一方面是要具有足够低的品质因数(等同于高阻尼)，以便能够非常迅速地减小相对于人类感官感知的振荡的振幅，但同时要具有必要的驱动力，以便能够在短时间内振荡至较大振幅(例如，在1/1000秒内)。然而，品质因数应当大于40或大于80，一边实现相对于震动的鲁棒性。

具有较大驱动力的偏转单元可以尤其利用电磁或压电驱动器来实现。热驱动器同样有较高的驱动力，但由于导热性能的限制，通常不能实现此处所述的应用所需的带宽和激活频率。静电驱动器是快速的并且还可设计成使得偏转单元大大衰减，以能够允许振荡振幅的充分迅速的衰减。然而，作为规律，这导致只能实现很低的振荡振幅。偏转单元附近的真空包装可以配合静电驱动器，以达到更大的振荡振幅。通常，真空包装中可以实现1个大气压的正常压力下大于20倍的最大振幅。

在进一步的实施例中，激活频率也可以选择性地被改变(调频)或者除振幅调制外也被改变，以减小振荡的转动振幅。尽管品质因数高，通过将激活信号的激活频率相对于共振频率偏置或失谐，可以成功实现在很短的时间内主动地抑制偏转单元。可以以变化的变化率进行频率调制。例如，可以结合具有随后缓慢变化的激活频率的快速初始频率变化。激活频率也可以增大或减小固定的值。激活频率必须在或大或小的程度上被改变，取决于偏转单元的品质，以减小偏转单元相对于振荡的最大振幅的振荡的转动振幅。因此，具有20kHz的共振频率和例如10000的高品质因数的偏转单元已经可以通过使激活频率失谐几个Hz而完全抑制。激活频率失谐的量不应显著超出偏转单元的共振曲线的带宽B，例如不超过两倍的带宽B。例如，偏转单元的共振频率f0为20kHz并且品质因数Q为10000，应用上述定义品质因数Q＝f0/B，结果为最大共振频率的失谐±4Hz是充分的，一边抑制偏转板并从而减小振荡的转动振幅。品质因数通常可以大于3000，优选地大于10000，尤其优选地大于500000或大于100000。

激活频率可也永久调制，以便至少暂时在振荡的最大振幅的区域以外保持转动振幅。激活频率例如可以在振荡的共振频率左右周期地移动。激活频率例如可以利用三角形函数、矩形函数或正弦函数在共振频率左右进行调制。在这种情况下偏转板只可以在无穷小的时间内以共振频率退出。

激活信号的相位调制也可以选择性地进行或者除频率调制和/或振幅调制外也进行，以至少暂时在振荡的最大振幅的区域以外保持转动振幅。因此，例如利用最大激活振幅与基本上对应于振荡的共振频率的恒定激活频率操作偏转单元。如果现在激活相位被改变成使得偏转单元不再接收其驱动器脉冲在正确的时间点，则驱动脉冲可以利用反相激活部分地完成抑制效果，或完整的抑制效果。

振荡的转动振幅的影响也可以通过激活矩形信号的脉冲暂停比的变化来实现。在实施例中，可以设想到在预定时间点处存在加速效果和抑制效果。如果，例如选择了超过90％的脉冲暂停比，则导致的振荡的转动振幅显著地低于最大值，以这种方式投影面中心的光强度增大。然而，作为规则，最大振幅达到50％并且光可以被“运送”到边缘上。明显地在其之下的值允许振幅再次变得更小。

在一个设计中，可以设置或改变激活频率和/或激活振幅和/或激活相位和/或脉冲暂停比的结合，以影响振荡的转动振幅并实现具有特定强度图案的投影面上生成的轨迹的强度分布。

通常，激活信号以如下方式被设置或改变，使得振荡的转动振幅小于振荡的最大振幅的95％，优选小于90％，甚至更优选小于50％。

根据偏转元件的特性和投影面的分辨率，确定转动振幅的变化区域的设置。变化区域例如被指定为一个轴中最小分辨率的倒数。使用像素时，相对于定义，转动振幅应当优选地变化了多于一个“像素宽度”。例如，偏转元件的转动振幅在极小分辨率为480×640像素的情况下应当变化超过1/480(0.00283)和1/640(0.00146)。

表示振荡的转动振幅的信号可以包含不同的测量结果、读数或信号。振荡的振幅例如可以被直接测量。振荡的相位和频率可以通过直接测量振幅的过程中得到。

振荡的转动振幅表示的信号也可以选择性地或者额外地包括投影面上的电磁辐射的时间积分强度。振荡的转动振幅也可以通过这种强度测量来确定。如果整个投影面，尤其是投影面的边缘被照射，通常偏转单元至少暂时地以最大振幅振荡。如果磁辐射的强度增大在投影面的边缘上测量，则这暗示了振荡的转动振幅对应于的最大振幅。强度测量可以利用光学传感器而生效，例如CMOS，CCD、光电二极管、光电倍增管或光电管。

可选地或附加地，偏转单元的振荡的相位位置的转动振幅可以被检测到或确定。相位位置或转动振幅从而可以根据偏转单元的角位置确定。因此，振荡的零交叉可以用于确定相位位置。在零交叉处相位例如是0或pi。偏转单元优选在0相位和pi相位处不同，一边能够区分开两个相位0和pi。以这种方式可以毫不含糊地分配零交叉点的相位位置和时间。给出零交叉点的时间点的知识，假定偏转单元正弦振荡，偏转单元的振荡形状可以由正弦函数建模。相位可以继续以连续的方式或时间间隔的方式来测量。因此，时间间隔应当小于振荡周期，例如小于振荡周期的1/6的。以这种方式可以不利用正弦函数对振荡形状进行建模。

控制装置可以包括所设计的控制回路，以取决于偏转单元的振荡的相位位置的方式，以如下方式闭环控制激活频率或激活振幅，使得振荡的转动振幅有的预定值。这种控制回路在DE 102009 058762A1中举例描述。

在实施例中，振荡的转动振幅或相位位置或振荡的振幅被光学地、电容性地、磁性地，电阻性地、压阻性地、压电性地测量。

在进一步的设计中，激活信号被设置或改变成使得电磁辐射的强度分布至少在投影面的中间获得局部最大值。此外，激活信号被设置或改变成使得所述电磁辐射的强度分布至少在投影面的边缘处或边缘区域中具有局部最小值。

因此，激活信号可以被设置或改变成两个条件都符合，即电磁辐射的强度分布在投影面的中间获得局部最大值，且在投影面的边缘处或边缘区域中具有局部最小值，参见图7。根据方法的不同应用，可以设置和/或改变投影面内电磁辐射的强度最大值和强度最小值。可以设想到，电磁辐射以如下方式偏转，使得电磁辐射在投影面的中间的驻留时间(驻留持续时间)大于在投影面的边缘，参见图7。

利用现有技术中的网格/光栅方法，图片点的重复率是固定设置的。例如，网格被从上到下或从左到右地扫描。如果网格/光栅方法的过程中出现外部影响引起的温度波动、振动或敲击，就会出现图片的扰动或闪烁。

如果轨迹没有固定的重复率，利用振动、敲击和高达120℃(从-40℃到80℃)的温度波动起作用的应用，可以是有利的，例如在汽车领域。甚至可以为每个单独的轨迹选择另一个无限序列的扫描。以这种方式，可以增加方法的灵活性和鲁棒性。

在实施例中，激活信号被设置或改变成使得轨迹不是静止的和/或轨迹不具有固定的重复率。如果提供了几个偏转轴，则各偏转轴的激活频率也因此也不需要是彼此的整数比。利用图片投影装置，这将意味着没有固定的、可预测的图片存储读出过程的顺序，因为投影面的扫描顺序不是恒定的。

轨迹时间上的变化进一步产生有利的条件，可随激光投影产生的意外的斑点图案明显减少了，因为它并不总是相同的，二手在投影面上有不同的散射中心。然而，这导致斑点图案也变化并以叠加和时间上综合的方式被眼睛被平均化。这是想比于利用静止轨迹的所有激光投影方法的优势。

图片重复率描述不同轨迹彼此相继连续的速率。图片重复率为至少30Hz，尤其是至少60Hz，优选为至少100Hz，尤其优选为400Hz。人眼可察觉到的闪烁效应或频闪效应可以通过这种方式减少。

作为规律，高分辨率图片的投影需要极其迅速的偏转单元，如HDTV分辨率的情况。偏转单元的共振振荡的频率应当为至少1000Hz，以满足这些需求。共振频率优选大于3000Hz，尤其是大于10kHz或大于30kHz。

根据本发明，可以得到一种用于将轨迹投影至投影面的投影装置的偏转装置，偏转装置设计成偏转电磁辐射以产生轨迹，所述偏转装置包括：

-至少一个偏转单元，用于产生绕至少一个偏转轴的振荡，和

-控制装置，用于生成所述偏转单元的激活信号。

在另一实施例中，所述偏转装置包括用于检测表示所述偏转单元的振荡的转动振幅的测量结果信号的模块。所述偏转装置尤其设计成实施上述的方法。

本申请中还提出了一种投影装置，其具有上述的偏转装置和光束源(辐射源)的投影装置，该光束源用于生成第一波长或第一波长区域的电磁辐射。提供照明屏幕作为投影面，并且被设计成将偏转的电磁辐射的第一波长或第一波长区域转换成第二波长或第二波长区域。因此，第二波长或第二波长区域通常在能量上低于第一波长或第一波长区域。第二波长或第二波长区域优选包含可见光。

除了偏转装置之外，优选地另外提供调制单元，用于以如下方式调制辐射源的电磁辐射的强度，取决于要投影的图片和投影面上的电磁辐射的位置，以及将图片投射到投影面上的投影装置。在一个实施例中，辐射源的电磁辐射的强度是恒定的，同时激活信号设置为实现具有预定强度图案的强度分布。在本申请的范围内，恒定的电磁辐射强度表示，在设置激活信号时电磁辐射的强度波动不超过在预定平均值左右的10％或不超过5％或不超过1％。在另一实施例中，辐射源的电磁辐射的强度被调制，同时激活信号设置为实现具有预定强度图案的强度分布。

在优选的实施例，偏转单元包括至少一个微镜，其中表示镜的偏转的光学总扫描角度是>30度，优选>40度，更优选>60度。从而，微镜可以为双轴微镜万向悬架在扭簧上，但也可以使用一个接一个布置的单轴微镜。通常，偏转设备中使用的镜将绕着彼此正交布置的两轴振荡。然而，不同于90度的角度也可包含在扫描与偏转轴之间。

偏转装置不一定局限于一个或两个偏转轴。也可以应用例如三个或更多连续布置的单轴偏转单元或单个的三轴或多轴偏转单元。因此，也可以使用具有例如三个或更多扭转悬架和/或弯曲弹簧悬架的扫描仪，以实现复杂、紧凑的李萨如轨迹。

实施例不限制于特定的构造方式的扫描仪，例如到镜的万向悬架或专用驱动方式，如利用电极梳的驱动方式。前提条件总是，提供的投影面在足够的速度和密度下由投影光束扫描。这也可以通过执行器实现，其不通过镜处偏转实现光束偏转，但利用折射或衍射的元件。

所提出的方法、偏转装置和投影装置可以应用在不同的应用程序中，例如激光投影显示器、照射系统或激光材料加工的机器。例如，在移动消费产品中提供的微型投影机，但只作为飞机和汽车上容易平视的显示器，属于相关申请。其他领域的应用可以为显示仪表板或数据眼镜/护目镜。可以具有显示特性的车灯系统表示另一应用。

附图说明

本发明的示例性实施例将在附图中表示并在随后的描述中更详细地解释。

图中所示：

图1为偏转装置的示意图；

图2为具有梳状驱动器的双轴万向悬架微镜的俯视图；

图3为具有偏转装置的投影装置的示意图；

图4示出了在恒定激活频率(上部图)和恒定的振荡的转动振幅(中部图)下沿图片高度的电磁辐射的累积强度(下部图)；

图5示出了根据本发明一个实施例的、在非恒定的激活频率(上部图)和非恒定的振荡的转动振幅(中部图)下、沿图片高度的电磁辐射的强度分布；

图6示出了根据本发明实施例的、在非恒定的激活频率(上部图)和非恒定的振荡的转动振幅(中部图)下、沿图片高度的电磁辐射的强度分布；

图7示出了根据本发明实施例的、在非恒定的激活频率(上部图)和非恒定的振荡的转动振幅(中部图)下、沿图片高度的电磁辐射的强度分布；

图8示出了在共振激活频率和最大振荡振幅下、投影面上的电磁辐射的累积强度；

图9示出了根据本发明实施例的、在非恒定的激活频率和非恒定的振荡的转动振幅下、表面上的电磁辐射的强度分布；

图10示出了根据本发明另一实施例的、表面上的电磁辐射的强度分布；

图11为根据本发明所述方法的实施例的框图；

图12示出了根据本发明实施例的、在非恒定的激活频率(上部图)和非恒定的振荡的转动振幅(中部图)下、沿图片高度的电磁辐射的强度分布；

图13示出了根据本发明实施例的、在非恒定的激活频率(上部图)和非恒定的振荡的转动振幅(中部图)下、沿图片高度的电磁辐射的强度分布。

附图中为重复出现的特征提供了相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中，偏转单元示意性地表示为30，其作为偏转元件31，包括双轴万向悬架微镜31(two-axis,cardanically suspended micromirror)。对于每个轴，在频率f1和频率f2且激活振幅A1和A2，通过从激活装置32发送的激活信号，驱动偏转元件或微镜31(其驱动未详细表示出)，频率f1和频率f2作为激活信号。

激活装置32包括设计成对激活信号进行闭环控制的控制回路34。图1中表示的控制回路34仅仅示意性地表示成用于两个轴，但可以为每个振荡轴提供控制回路。测量微镜31偏转的测量装置33被提供用于检测振荡的振幅或相位位置。振荡的振幅或相位位置可以借助光学传感器或电容式传感器、压阻式传感器或压电式传感器检测到。

共振镜的位置和相位位置可以通过监视器激光束和位敏2D光电二极管(PSD)以时间分辨(time-resolved)方式而光学地检测到。不同的光电流在PSD的四个pick-up电极处变小，取决于在镜处偏转的入射激光束的位置，并且通过电流-电压转换器和随后形成差、形成和以及最后形成商(差除以和)转换为时间分辨的XY位置信号。

关于压阻式测量方法，在扭转振荡期间产生且依赖于偏转角的扭转弹簧中的机械应力，使传感器结构中发生电阻变化。作为规则，这由惠斯登电桥(Wheastone bridge)求值并传送与扭转角成比例的输出信号。

相对于例如基于铝氮化层或铅锆钛酸盐层的压电传感器，扭转弹簧的拧紧产生引起电荷转移的晶格变化。空间电荷变化可以测量为与倾斜角度成比例的电压。

利用电容估算方法，评价了静态和移动传感器电极指(sensor electrodefingers)之间的且取决于倾斜角度时间上地改变的电容。根据文献已知一系列不同的评价方法。所谓的载频方法是经常应用的。为此，高频率调制电压被应用于传感器梳状结构。指状电容器的移动产生的电容电流，其信号形状表示载波信号的振幅调制。利用振幅调制，信息通过镜移动来获取并且可通过相乘(混合)和过滤来提取。

在图2示出可用于图1中的双轴万向悬架微镜5。示出了静电式的远轴梳状驱动器7(axis-remote comb drives)和近轴梳状驱动器8(axis-close comb drives)，并且这些还可以用作传感器电极。镜板5通过扭转弹簧6在可移动的框架9中被悬挂起来，该可移动框架9进而通过固定芯片框架11中的扭转弹簧片10。框架9可以静电式梳状驱动器12被引入共振，其中用于可移动框架9的驱动目的和传感器目的的近轴梳状电极已被省略，以更好的概括。

图3中示出了李萨如激光投影装置的布置。此投影装置包括根据图1的偏转装置，其中此处真空封装的双轴镜扫描仪用附图标记22表示。提供具有时间上恒定的辐射强度的三个连续波束激光器18作为波束源(辐射源)，其光线或辐射由准直器20平行化并且由波束统一系统21塑造成同轴波束15。所应用的激光灯具有400nm的波长。激光源18也可以有不同的颜色，如红色、绿色和蓝色等。同轴光束15通过镜像扫描仪22的倾斜玻璃盖23被引导至镜子上。偏转的激光束16以双轴的方式照射投影面24。投影面24可以设计成将激光灯的波长从400mm转换为例如600nm的波长的照射屏幕50。数字图片数据通过输入25被传送至数字信号处理和控制单元13，其中对应于图片数据的控制脉冲被传送至模拟控制单元17。在33处表示出用于测量偏转单元23的镜的偏转的测量装置33，并且该测量装置33连接至该信号处理和控制单元13。后者还控制模拟电压放大器14。这与信号处理和控制单元13的零件形成了根据图2的激活装置，其中此处仅表示出用于两个偏转轴的一个激活信号引线，激活频率为f1，f2且激活振幅为A1和A2。

未示出的调制单元，用于以取决于待投影的图片的方式调制连续光束激光18的电磁辐射强度，并且可另外提供对投影面24上的电磁辐射的位置。

偏转轴的偏转单元的共振频率分别是11kHz和11.5kHz。图片重复率为大于60Hz，但小于600Hz，例如500Hz。激活信号由闭环控制单元34闭环控制，使得运动轨迹不是静止的或运动轨迹没有固定的重复率。

投影装置适用于汽车领域中的应用，例如投影装置可应用为汽车前照灯。图3中示出的投影装置尤其设计成用于实施后续描述的方法。

图4到7中示出的强度仅限于用于进一步概述的一个偏转轴。此外，只有激活信号的激活频率和绕一个偏转轴的振荡的转动振幅在图4到7中示出。

图4的下部图示出了沿一条线(图片高度)的强度分布，正如利用现有技术的偏转装置所实现的。在顶部图中根据时间绘制激活信号的激活频率，而在中部图中根据时间绘制偏转单元的转动振幅。将激活频率调到偏转单元的共振频率。此外，激活振幅具有最大预定值。考虑到这样，偏转单元基本上优选地或接近谐波地以最大振幅振荡。在谐波振荡反转点处，偏转单元的移动减慢。以这种方式，偏转单元的边缘处的光的驻留时间大于偏转单元的中部。因此，线的边缘点处的偏转激光灯的驻留时间高于线的中间处。考虑到这样，线的边缘点处的光的时间积分强度比线的中间处的大。

图5、6和7(下部图)中示出了具有沿着投影面24上的一条线的设定强度图案的光的强度分布，并且该强度分布通过根据本发明的方法的设计可得到。在图5，6和7中进一步根据时间绘制了激活信号的激活频率(上部图)以及振荡的转动振幅(中部图)。由此，激活频率可从控制装置得到。表示偏转单元的振荡的转动振幅的信号由测量装置连续地检测。

以下参照图5和图11。时间间隔t1，t2在图5中示出。在时间间隔t1内，根据正弦函数，以对应于偏转的共振频率的第一恒定激活频率激活偏转单元。正弦激活信号的激活振幅具有最大预定值。从而，在时间间隔t1中控制装置利用激活信号激活偏转单元，由此可以产生具有最大振幅的共振振荡，参见图11中的步骤70。偏转单元的振荡的转动振幅在动作时间内增大，直到它达到其在共振的情况下的最大值(最大振幅)。

振荡的转动振幅不断地被测量，参见图11中的步骤71，并且将其与振荡的最大振幅相比较，参见步骤72。如果振荡的转动振幅对应于最大值，则闭环单元调制激活频率，参见图12中的步骤73。在所表示的示例性实施例中，激活频率不在达到振荡的最大振幅后立即被调制，而是在达到振荡的最大振幅后的固定的、预定时间t1'之后。激活频率的调制在间隔t2开始时发生。因此，激活频率是利用具有恒定频率的正弦函数来调制的。偏转单元不再以由激活频率变化产生的共振方式而驱动。偏转单元的振荡由不同于共振频率的激活频率抑制，以这种方式减小振荡的转动振幅。时间间隔t2末端处的振荡的转动振幅达到大致对应于振荡最大振幅38％的值。由于振荡的转动振幅的减小，测得的光强度以线的中间的方向从线的边缘点移位。与图4的光强度相比，图5中有两个局部最大值M1和M2，并且这些在每种情况下都位于线的边缘点和中间线之间。接着，在随后的时间间隔t1内的激活频率再次匹配振荡的共振频率。考虑到这样，振荡的转动振幅再次增大。时间间隔t1和t2在示例性实施例中长度相等。

以下参照图6。在时间间隔t1内，偏转单元以匹配振荡共振频率的激活频率被驱动。实施例中示出的激活振幅是恒定的，并且具有最大预定值。从而，在时间间隔t1内，控制装置以激活信号激活偏转单元，利用该激活信号可以产生具有最大振幅的共振振荡。由于这一原因，动作时间内的振荡的转动振幅增大到最大振幅。当振荡的转动振幅对应于振荡的最大振幅时，激活频率的调制立即开始(时间间隔t2内)。因此，振荡的振幅仅在时间上无穷短的点处达到最大振幅。激活信号的频率调制此后导致转动振幅减小到最大振幅的38％。时间间隔t2的持续时间大约是时间间隔t1的持续时间的三倍。激活频率在时间上周期性地利用正弦函数被调制，如图5所示。激活频率再次被控制为振荡的共振频率。

关于光强度从边缘点以线的中间的方向移位的另一个实例在图7中示出。在时间间隔t1内，偏转单元首先通过施加具有与振荡共振频率相匹配的激活频率的激活信号而振荡。在示出的实例中，激活振幅是恒定的且具有最大值。在时间间隔t1内，控制装置利用共振激活信号激活偏转单元。在达到偏转单元的最大角或共振振荡时，激活频率的频率调频立即开始，使得振荡的转动振幅从时间间隔t2开始再一次降低。这个实例中的振荡的转动振幅在时间间隔t2中减小到约为零的值。振荡的转动振幅通过不适应频率的激活信号在时间间隔t3内保持在此处，直到偏转单元由于激活频率更新变化至基本上对应于偏转单元的共振频率的共振激活频率而开始再次振荡起来。在时间间隔t3内，不适应激活频率是10890Hz，并从而比偏转单元的共振频率11kHz少110Hz。具有非偏转角的偏转板的驻留时间越长，导致强度最大值M3移位至图片中间，而强度最小值位于边缘。时间间隔t1和t3在所示实例中长度相等。

在所描述的示例性实施例中，只有激活频率被改变。示例性实施例中激活振幅没有改变且具有最大值，以这种方式线的边缘点可以照射到投影面上。当然，激活信号的激活振幅和/或激活相位和/或脉冲暂停比值可以选择性地被改变或者除激活频率外也被改变(见下文)。

时间间隔t1、t2、t3和t4优选地短于30ms或短于10ms。对人眼可见的闪烁效应可以通过这种方式减少或避免。时间间隔t1、t2、t3和t4可能大于0.05ms或大于0.1ms或大于0.5ms或大于1ms。

图8示出了投影面上的强度分布，正如通常利用根据现有技术的具有两个偏转轴的偏转设备实现的。而图4中示出了一维情况(沿一条线的强度分布)，图8示出了二维情况(在一个表面上的强度分布)如图8所示。表面的边缘区域60中的综合光强度比表面的中间区域61高。激活频率f1、f2与偏转单元的共振频率匹配。激活振幅是A1，A2，并且还是最大的。偏转单元在每种情况下以这种方式利用恒定的转动振幅基本上优选地或接近谐波地以最大振幅绕两偏转轴振荡。在谐波振荡反转点处，偏转单元的移动减慢。考虑到这样，偏转单元的边缘处的光的驻留时间大于偏转单元的中间部。因此，该表面的边缘区域60中综合光强度高于该表面的中间处。

图9中示出了可以由根据本发明的一个实施例所述的方法实现的表面上的光强度分布。图9的实施例对应于在两个维度中的图7的实施例。相应的偏转装置因而包括两个偏转轴，以这种方式，李萨如图形可以在投影面上产生。振荡的转动振幅通过激活频率f1和f2的频率调制被减少(拓展至对应于图7的实施例的两个维度)。以这种方式，围绕表面的中间61的区域62中的光的驻留时间大于该表面的边缘地区60。因此，图9的强度分布不同于图8的强度分布。在图9中，围绕表面的中间61的区域62具有比邻近该区域62的区域63更高的综合光强度。

图10中示出了可以由根据本发明的另一实施例所述的方法实现的表面上的光强度分布。在图8和9中，偏转单元包括两个偏转轴。图10表示出图8和9的结合的形式。第一激活信号是图10中的恒定的共振激活信号。因此第一激活信号未被调制。第二个激活信号被调制，为了至少暂时地减少偏转单元的振荡的第二转动振幅。以这种方式偏转单元绕第一偏转轴共振地振荡，而偏转单元至少暂时地，例如在时间间隔t2内，不再绕第二偏转轴共振地振荡。考虑到这样，边缘区64中的强度分布基本不变，并且对应于图8的边缘区域60。此外，由于第二激活信号的调制，具有增大的光强度的条带65大致位于表面的中间。

图11为根据本发明所述方法的实施例的框图。图11示出了以下步骤：

在步骤70中，通过共振激活信号(共振控制信号)激活(控制)偏转单元30；

在步骤71中，检测振荡的转动振幅；

在步骤72中，将振荡的转动振幅与振荡的最大振幅进行比较；以及

在步骤73中，如果转动振幅对应于最大振幅，则以使得振荡的转动振幅减小到预定值的方式来改变激活信号。在步骤73之后，再从步骤70开始。

以下参照图12。图12中示出了时间间隔t1、t2。在时间间隔t1内，利用对应于偏转单元的共振频率的恒定激活频率，激活偏转单元。激活振幅在所示的实例中有最大值。激活相位在时间间隔t1内是恒定的。偏转单元的振荡的转动振幅在动作时间t1内增大，直到它达到其最大振幅时的最大值。

振荡的转动振幅被不断地测量并与振荡的最大振幅比较。如果振荡的转动振幅对应于振荡的最大振幅，则激活相位被改变。在示出的示例性实施例中，的示例中，激活相位在达到最大振荡振幅后立即被调制。激活相位的调制发生在时间间隔t2的开始。激活相位从而变化了180°或pi。通过激活相位的变化，以反相的方式驱动偏转单元。偏转单元的振荡以这种方式被抑制，偏转单元的振荡的转动振幅以这种方式被减少。振荡的转动振幅在时间间隔t2结束时减小到约为零的值。通过振荡的转动振幅的减小，测得的光强以线的中间的方向从线的边缘点移位。与图4的光强度相比，图12中的线的中间存在最大值。在线的边缘点处测量最小光强度。接着，在随后的时间间隔t1内的激活相位再次变化了180°或pi。然后，利用激活信号再次将偏转单元在相位上激励成振荡。因此，振荡的转动振幅再次增大。在示出的示例性实施例中，共振频率为10kHz，而品质因数是50。

以下参照图13。图13中示出了时间间隔t1、t2、t3、t4。在时间间隔t1、t2、t3、t4内，利用对应于偏转单元的共振频率的恒定激活频率，激活偏转单元。激活振幅在时间间隔t1内有最大值。此外，激活相位在时间间隔t1内是恒定的。因此，在时间间隔t1内，控制装置利用共振激活信号激活偏转单元。偏转单元的振荡的转动振幅在振荡(oscillating-in)或动作时间t1内增大，直到它达到其最大振幅时的最大值。

振荡的转动振幅不断地被测量并且与振荡的最大振幅比较。当振荡的转动振幅对应于最大振幅时，激活相位被改变。在示出的示例性实施例中，激活相位在达到振荡的最大振幅后立即被改变。激活相位的变化发生在时间间隔t2的开始。激活相位从而变化了180°或pi。通过激活相位的变化，以反相的方式操作偏转单元，并且这在示出的实例中由激活相位的负值表示。偏转单元的振荡以这种方式被抑制，振荡的转动振幅以这种方式被减小。振荡的转动振幅在时间间隔t2结束时达到约为零的值。在时间间隔t3内，激活相位再次变化了180°或pi。激活振幅的值在时间间隔t3内约为最大激活振幅的60％。激活振幅在时间间隔t4内增大至约为最大激活振幅的80％的值。这导致振荡的转动振幅进一步增大。激活振幅随后在时间间隔t1内增大至最大激活振幅。因此，激活信号仅在时间间隔t1内是共振激活信号。在示出的示例性实施例中，时间间隔t1、t2、t3、t4是等长的，而时间间隔t2大致为时间间隔t1的一半。

因此，在图13中，为了改变或设置的转动振幅，对激活振幅以及激活相位进行调制。通过振荡的转动振幅的减小，测得的光强度以线的中间的方向从线的边缘点移位。与图4的光强度相比，在图13中的线的中间存在强度最大值。最小光强度在线的边缘点处被测量。

可选地，对振荡振幅或偏转单元的相位位置的测量或确定也可以去掉。在这种情况下，例如，图5、6、7、9、10、12或13中所示出的激活信号以振荡的转动振幅至少暂时地具有不同于振荡的最大振幅的值的方式设置。投影面24上的电磁辐射的强度分布的强度图案，以及图5、6、7、9、10、12或13中所示出的，也可以通过设置来实现。在这种情况下，激活信号预先校准可以是有利的。

入射到投影面上的电磁辐射的强度分布的各强度图案的激活信号及其参数，例如可以存储在控制装置的内存中并且被调用。

Claims (23)

1.一种用于激活偏转装置(22)的方法，所述偏转装置(22)包括至少一个偏转单元(30)，用于将轨迹投影至投影面(24)的投影装置，其中，所述偏转装置(22)对引导至其上的电磁辐射进行偏转，以生成轨迹，

并且，所述至少一个偏转单元(30)通过从控制装置(32)发送的激活信号被激活，以产生在每种情况下具有在振荡方向变化处的、绕至少一个偏转轴方向的转动振幅的振荡，其中，在共振的情况下，所述振荡具有最大振幅，产生的轨迹在所述最大振幅处到达所述投影面(24)的边缘,

其特征在于，

所述激活信号以如下方式设置，使得所述振荡的转动振幅在所述振荡的最大振幅的区域以外至少暂时地具有预定值，

以及，实现了在所述投影面(24)上的所述产生的轨迹的具有预定强度图案的强度分布。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具有以下步骤：

-通过从所述控制装置发送的激活信号激活所述至少一个偏转单元，用于产生绕所述至少一个偏转轴的共振振荡，

-确定表示所述偏转单元(30)的振荡的转动振幅的信号，

-将确定的信号与表示所述振荡的最大振幅的值比较，以及

-如果经比较所述振荡的转动振幅的值对应于所述振荡的最大振幅，则以如下方式改变所述激活信号，使得所述振荡的转动振幅至少暂时地被减小到所述振荡的最大振幅的区域以外的预定值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在第一时间间隔内，以如下方式利用第一激活信号激活所述偏转单元(30)，使得所述振荡的最大振幅在瞬态响应后实现，并且，在第二时间间隔内，随后利用第二激活信号激活所述偏转单元(30)，其中，所述第二激活信号不同于所述第一激活信号，使得所述振荡的转动振幅减小，其中，所述第一时间间隔和第二时间间隔是连续的。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过所述第一激活信号达到所述振荡的最大振幅之后，立即利用所述第二激活信号以如下方式激活所述偏转单元(30)，使得所述振荡的转动振幅减小至预定值。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在所述第二时间间隔内，所述第二激活信号是暂时恒定的或暂时改变的或是暂时周期的。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述第一时间间隔的持续时间小于所述第二时间间隔的持续时间。

7.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述激活信号的激活频率和/或激活振幅和/或激活相位和/或脉冲暂停比被设置或改变，以实现预定的强度图案。

8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述激活信号以如下方式被设置或改变，使得所述振荡的转动振幅小于所述振荡的最大振幅的95％。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述激活信号以如下方式被设置或改变，使得所述振荡的转动振幅小于所述振荡的最大振幅的90％。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述激活信号以如下方式被设置或改变，使得所述振荡的转动振幅小于所述振荡的最大振幅的50％。

11.根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述确定的信号包括所述偏转单元(30)的振荡的转动振幅或相位位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述振荡的转动振幅或相位位置被光学地、电容性地、磁性地，电阻性地、压阻性地、压电性地测量。

13.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述激活信号被设置或改变成使得所述电磁辐射的强度分布至少在所述投影面(24)的中间具有局部最大值和/或在所述投影面(24)的边缘处具有局部最小值。

14.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述电磁辐射以如下方式偏转，使得所述电磁辐射在所述投影面(24)的中间的驻留时间大于所述电磁辐射在所述投影面(24)的边缘的驻留时间。

15.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述激活信号被设置或改变成使得所述轨迹不是静止的和/或所述轨迹不具有固定的重复率。

16.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述偏转单元(30)的共振振荡的频率为至少1000Hz。

17.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，图片重复率为至少30Hz。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述图片重复率为至少60Hz。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述图片重复率为至少100Hz。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述图片重复率为至少400Hz。

21.一种用于将轨迹投影至投影面(24)的投影装置的偏转装置，所述偏转装置设计成偏转电磁辐射以产生所述轨迹，包括：

-至少一个偏转单元(30)，用于产生绕至少一个偏转轴的振荡，

-控制装置(32)，用于生成所述偏转单元(30)的激活信号，和，按情况

-用于检测表示所述偏转单元(30)的振荡的转动振幅的测量结果信号的工具(33)，

其中，所述偏转装置设计成实施根据权利要求1至15任一项所述的方法。

22.一种投影装置，其具有根据权利要求21所述的偏转装置(22)并且具有用于产生具有第一波长或第一波长区域的电磁辐射的辐射源(18)，其中，提供照明屏幕作为投影面(24)，并且被设计成将偏转的电磁辐射的所述第一波长或者第一波长区域转换成第二波长或第二波长区域。

23.根据权利要求22所述的投影装置，其特征在于，提供调制单元，用于以取决于待投影的图片和所述投影面上的电磁辐射的位置的方式调制辐射源的电磁辐射的强度。