CN108431583B - 用于扫描投影仪中的反馈控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种扫描投影仪(100)和方法，其从至少一个光电检测器(110)生成反馈信号。在扫描投影仪中，扫描反射镜(104)被配置成将激光反射到图像区域和过扫描区域内。所述至少一个光电检测器被配置成接收冲击过扫描区域的反射激光的一部分，并且响应于所接收的光部分提供反馈信号。这个反馈信号然后可以用来提供扫描反射镜的精确控制。

Description

用于扫描投影仪中的反馈控制的系统和方法
背景技术
在扫描投影仪中，当扫描反射镜以光栅图案扫描调制光时，通常通过调制来自激光源的光来生成像素。这种使用扫描反射镜来扫描调制光需要对扫描反射镜进行相对精确的控制。具体而言，必须精确控制扫描的物理运动，以便于以光栅图案精确扫描调制光。不幸的是，用于监视和控制扫描反射镜的物理运动的先前技术对于某些扫描投影仪应用来说会不够精确。
附图说明
图1示出了根据本发明的各种实施例的扫描激光投影仪的示意图；
图2示出了根据本发明的各种实施例的示例性图像区域和过扫描区域的部分的示意图；
图3示出了根据本发明的各种实施例的示例性图像区域和过扫描区域的部分的示意图；
图4示出了根据本发明的各种实施例的示例性图像区域和过扫描区域的示意图；
图5示出了根据本发明的各种实施例的包括微透镜阵列的示例性设备；
图6示出了根据本发明的各种实施例的包括投影仪的示例性设备；
图7示出了根据本发明的各种实施例的扫描激光投影仪的示意图；
图8示出了根据本发明的各种实施例的具有扫描反射镜的微机电系统(MEMS)设备的平面图；
图9示出根据本发明的各种实施例的移动设备的框图；
图10示出了根据本发明的各种实施例的移动设备的透视图；
图11示出了根据本发明的各种实施例的平视显示系统的透视图；
图12示出了根据本发明的各种实施例的眼镜的透视图；
图13示出了根据本发明的各种实施例的游戏装置的透视图；以及
图14示出根据本发明的各种实施例的游戏装置的透视图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考附图，该附图以举例说明的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。足够详细地描述这些实施例以使本领域技术人员能够实践本发明。应该理解，本发明的各种实施例虽然不同，但并不一定是相互排斥的。例如，本文结合一个实施例描述的特定特征、结构或特性可以在其他实施例内实现而不偏离本发明的范围。另外，应该理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以修改每个公开的实施例内的各个元件的位置或布置。因此，下面的详细描述不应被视为具有限制意义，并且本发明的范围仅由适当解释的所附权利要求书以及权利要求书所授权的等同物的全部范围来限定。在附图中，贯穿几个视图，相同的附图标号表示相同或相似的功能。
通常，这里描述的实施例提供了一种扫描投影仪，其使用至少一个光电检测器来生成反馈信号，并且使用反馈信号来控制投影仪中的扫描反射镜。在扫描投影仪中，扫描反射镜被配置成将光反射到图像区域和过扫描区域。该至少一个光电检测器被配置成接收冲击过扫描区域的反射光的部分，并且响应于所接收的光部分提供反馈信号。这个反馈信号可以用来提供对扫描反射镜的精确控制，并且从而可以提高在扫描投影仪中的性能。作为一个示例，该反馈信号可以用于补偿在操作环境中的变化，例如温度变化、电源电压变化等。如果这种操作环境变化没有得到补偿，则它们会否则导致在扫描反射镜的控制中的不准确，并且导致在由扫描投影仪产生的图像质量中的不可接受的劣化。
现在转到图1，示出了扫描激光投影仪100的示意图。扫描激光投影仪100包括激光源102、扫描反射镜104和驱动电路106。在操作期间，激光源102提供用像素数据编码的激光，以生成将要被扫描激光投影仪100投影的图像像素。为了便于这一点，驱动电路106控制扫描反射镜104的运动。具体地说，驱动电路106提供激励信号以激励扫描反射镜104的运动。
扫描反射镜104将激光反射到图像区域112和过扫描区域114中，其中，图像区域112由周界116限定。具体地，在扫描光投影仪100的操作期间，扫描反射镜104由驱动电路104控制以将激光反射成光栅图案118，光栅图案118覆盖图像区域112并延伸到过扫描区域114内。
根据这里描述的实施例，至少一个光电检测器110被配置成接收冲击过扫描区域114的反射激光的一部分。该光电检测器110被配置成响应于被光电检测器110接收的反射激光的该部分提供反馈信号。该反馈信号被提供给驱动电路106，并且被驱动电路106用来精确地控制扫描反射镜104的运动。具体地，在一个实施例中，驱动电路106响应于反馈信号修改激励信号，从而有助于精确控制扫描反射镜104的运动。扫描反射镜104的这种精确控制可以有助于改进的图像质量，并且可以进一步有助于新的用于扫描激光投影仪100的用途和应用。
在一些实施例中，反馈信号指示在冲击光电检测器110的光栅图案118中的各种扫描的定时。例如，反馈信号可指示对应于在特定的水平扫描期间何时反射激光首先冲击光电检测器110的光电检测器进入时间，并且同样指示对应于在同一水平扫描期间何时反射激光最后冲击光电检测器110的光电检测器退出时间。
为了便于通过驱动电路106精确控制扫描反射镜104，可以使用反馈信号来确定和控制扫描反射镜104的各种操作参数。例如，反馈信号可以用于确定和控制扫描反射镜104的水平扫描幅度、水平相位对准和/或垂直扫描幅度以及所产生的光栅图案118。
通常，水平扫描幅度是光栅图案118的水平扫描的度量。在这里描述的实施例中，可以使用激光照射光电检测器110的定时、光电检测器110的位置和水平扫描的频率计算水平扫描幅度。水平相位对准同样是光栅图案118的水平位置的量度。可以通过确定光栅图案118中的左和右扫描之间的定时差，使用反馈信号来计算这样的水平相位对准。垂直扫描幅度同样是光栅图案118的垂直扫描的量度。可以通过确定穿过光电检测器110的扫描的数量来使用反馈信号来计算垂直扫描幅度。下面将更详细地描述这样的实施例的详细示例。
可以以各种方式来实现和限定图像区域112和周界116。例如，在一些实施例中，图像区域112可以被由边界固定装置或微透镜阵列(MLA)围绕的开口来限定。将在下面参考图5和6更详细地描述这样的实施例的示例。
在一些实施例中，光波导可以用于将光引导至光电检测器110。在这样的实施例中，波导可以耦合在光电检测器110和靠近周界116定位的孔径之间，使得孔径接收冲击过扫描区域114的反射激光的部分，并且光波导将反射光的部分传输到光电检测器11。此外，在这样的实施例中，可以与限定周界116的边界固定装置或MLA一起实现孔径和/或波导。
在一些实施例中，光电检测器110可以相对于反射激光的水平扫描方向偏离轴线定位。在这样的实施例中，反射激光的水平扫描将以非正交角度穿过光电检测器。如下面将更详细描述的，这样的实施例可以用于确定特定水平扫描的精确垂直位置。
在一些实施例中，可以实现多个光电检测器110。例如，第二光电检测器110可以被配置成接收冲击过扫描区域114的反射激光的第二部分。这种第二光电检测器110可以被配置成响应于反射激光的第二部分冲击第二光电检测器110提供第二反馈信号。如下面将要描述的，这些实施例可以用于向驱动电路106提供额外的准确度和精度。在一个这样的实施例中，第一光电检测器110可以定位成接近周界116的水平边缘，而第二光电检测器110定位成接近周界116的垂直边缘。
多种设备可以用作光电检测器110。这种设备的示例包括硅光电二极管、光电晶体管或包括其他光敏半导体设备的其他光敏设备。在典型的实施例中，光电检测器110可以相对于水平扫描幅度在尺寸上较小。例如，光电检测器110可以具有约为水平扫描幅度的6％的传感器宽度。但是，这只是一个示例，并且可以使用其他尺寸的设备。
应该注意，在本文的各种实施例的描述中，垂直和水平之间的区别在一定程度上是任意的，因为扫描激光投影仪100的旋转将引起两个轴的旋转。因此，本发明的各种实施例不受术语“水平”和“垂直”限制。
现在转向图2，示出了示例性图像区域212和过扫描区域214的一部分的示意图。如同图1的实施例一样，像素调制的激光被一个或多个扫描反射镜反射成光栅图案218。也如同图1的实施例一样，光栅图案218被投影到图像区域212中并延伸到过扫描区域214中。像素调制激光到光栅图案218的扫描在对应于图像区域212的区域中生成图像。
应该再次注意的是，光栅图案218没有按比例示出。例如，典型的光栅图案218将包括显著更多数量的水平扫描线，其中水平扫描线的数量对应于在光栅图案218中的垂直扫描速率。另外，图示光栅图案218的线不代表产生光栅图案218的激光束的实际尺寸。
图2示出了位于过扫描区域214中的光电检测器216的放大视图，以更清楚地指示反射激光如何可以被光电检测器216检测并用于生成反馈信号。具体而言，在该图示的实施例中，反射激光在T1处冲击光电检测器216的感测区域，如图2所示。随着扫描的继续，反射激光在T2处离开光电检测器216。T1和T2因此对应于光电检测器进入时间和光电检测器退出时间。这个过程在下一个水平扫描中继续。具体而言，反射激光再次在T3处冲击光电检测器216的感测区域，并且然后在T4处再次离开光电检测器。T3和T4因此对应于第二光电检测器进入时间和第二光电检测器退出时间。最后，反射光再次在T5处冲击感测区域，并在T6处退出。
在这些时间期间光电检测器216的输出可以用于生成相应的反馈信号。通过检测这些进入和退出时间并在反馈信号中提供这样的信息，可以使用光电检测器216来提供增强的反馈控制。例如，可以使用反馈信号来确定水平扫描幅度、水平相位对准和/或垂直扫描幅度，并且基于这些参数中的一个或多个来提供反射镜的反馈控制。
具体而言，在知道水平扫描的频率、光电检测器216的位置和感测宽度以及水平扫描的进入和退出时间的情况下，可以计算和控制水平扫描幅度的精确确定。例如，在使用MEMS反射镜的设备中，反射镜的运动是非常高保真度的正弦波。在这样的实施例中，三角关系可以用于非常精确地计算正弦运动的水平幅度。通过执行这样的计算，驱动电路(例如，驱动电路106)可以使用水平扫描幅度来用于扫描反射镜(例如，扫描反射镜104)的反馈控制。
应该注意的是，可以利用来自冲击光电检测器216的仅一次扫描的反馈数据来执行这种计算。因此，T1和T2足以计算水平扫描幅度。但是，可以使用光电检测器的多个通过来提高准确性。在这种情况下，来自附加进入和退出时间(例如，时间T1、T2、T3和T4)的数据可以被平均或组合在一起，以在水平扫描幅度测量中提供更高的准确度。
从光电检测器216生成的反馈信号也可以用于确定水平相位对准，其中，水平相位对准限定光栅图案218的在时间上的水平位置。在这样的实施例中，左和右扫描之间的定时差可以被计算并用于确定水平相位对准。例如，T2和T3之间的时间对应于这些点之间的左扫描的时间。同样，T4和T5之间的时间对应于这些点之间的右扫描的时间。可以计算左扫描和右扫描之间的时间差。该时间差与光电检测器的已知位置一起可以用于确定光栅图案218的水平相位对准。通过执行这样的计算，可以使用水平相位对准来校正激光源(例如，激光源102)的定时，以提供由激光源生成的像素和扫描反射镜(例如，扫描反射镜104)之间的精确对准。
具体而言，可以使用从光电检测器216生成的反馈信号来控制相对于水平扫描位置的像素对准。在这样的实施例中，反馈信号或从反馈信号导出的数据可以被提供给像素驱动发生器或耦合到激光源的其他这样的元件。然后，反馈信号可用于控制激光并提供激光与扫描反射镜的像素对准。在该实施例中，由激光源生成的像素的位置可以被精确地控制并且因此精确地对准。在一个应用中，可以使用这样的实施例来确保像素与微透镜阵列中的透镜组对准。下面将更详细地描述这样的实施例的说明。
从光电检测器216生成的反馈信号也可以用于确定光栅图案218的垂直扫描幅度。例如，可以通过计数在图像帧期间在光电检测器216上发生的扫描的数量来确定垂直扫描幅度。在一个示例中，可以通过驱动电路来调整垂直扫描幅度，使得指定数量的扫描穿过光电检测器216。
现在转到图3，示出了示例性图像区域312和过扫描区域214的一部分的示意图。像图1和2的实施例那样，像素调制的激光被一个或多个扫描反射镜反射成光栅图案318。该光栅图案218被投影到图像区域312中并延伸到过扫描区域314中。
图3再次示出了位于过扫描区域314中的光电检测器316的放大视图。在该实施例中，光电检测器316相对于反射激光的水平扫描方向偏离轴线定位。该离轴位置导致反射激光的水平扫描以相对于光电检测器316的非正交角度穿过光电检测器316。
在该示出的实施例中，反射激光在T1时冲击光电检测器316的感测区域。随着扫描继续，反射激光在T2时离开光电检测器316。T1和T2因此对应于光电检测器进入时间和光电检测器退出时间。这个过程在下一个水平扫描中继续。具体而言，反射激光再次在T3时冲击光电检测器316的感测区域，并且然后在T4时再次退出光电检测器。T3和T4因此对应于第二光电检测器进入时间和第二光电检测器退出时间。
像图2所示的实施例那样，光电检测器316以及进入和退出时间可用于确定和控制水平扫描幅度、水平相位对准和/或垂直扫描幅度。例如，可以计算这些参数并将其用于使用上面参考图2描述的各种技术的反馈控制。
此外，光电检测器316的离轴布置还有助于精确确定影响冲击光电检测器316的端部的扫描的垂直位置。可以通过确定穿过光电可检测器316的底部角部的扫描的进入时间和退出时间来计算扫描的垂直位置的精确确定。例如，可以使用T3和T1之间的时间来确定扫描沿着光电检测器316的底部穿过何处。值得注意的是，当扫描在光电检测器316的这个底部角部向上移动时，扫描穿过的光电检测器316的部分变宽。相反，当扫描向下移动时，扫描穿过的光电检测器316的部分变窄。
在不同垂直位置由扫描穿过的光电检测器316的部分的这种差异可用于精确确定特定扫描的垂直位置。具体而言，通过计算T3和T4之间的时间，并且了解水平扫描的频率和光电检测器316的位置，可以确定冲击光电检测器316的离轴底部边缘的扫描的精确垂直位置。从光电检测器316生成的反馈信号因此可以被驱动电路用来调整扫描反射镜和结果得到的光栅扫描318的垂直位置。
在另一个实施例中，可以测量在扫描穿过期间生成的光电检测器316的输出的幅度并将其用于确定扫描的垂直位置。在这样的实施例中，被扫描穿过的光电检测器316的部分越大，光电检测器316的输出的幅度越高，并且反之亦然。
现在转到图4，示出了示例性图像区域412和过扫描区域414的示意图，图像区域412由周界416限定。像图1的实施例那样，像素调制的激光被一个或多个扫描反射镜反射成光栅图案418。
根据这里描述的实施例，光电检测器420、422、424和426每个都被配置成接收冲击过扫描区域414的反射激光的一部分。光电检测器420、422、424和426每个被配置成响应于它们各自接收的反射激光的部分而提供反馈信号。这样的反馈信号然后可以被提供给驱动电路并且由驱动电路使用以精确地控制用于生成光栅图案418的扫描反射镜的运动。
在图4的实施例中，各种光电检测器被布置在一起提供用于扫描反射镜的反馈控制的有效信息的位置。首先应该注意的是，光电检测器422和424定位在周界416的水平边缘附近。相反地，光电检测器420和426定位在周界416的垂直边缘附近。
此外，光电检测器位于对应于不同水平扫描幅度的位置处。在图4中，线434表示水平扫描路径的中心，并且因此线434表示水平扫描处于零幅度的位置。同样，线436表示达到最大水平扫描幅度的中点，并且因此表示水平扫描幅度处于最大值的50％的位置。类似地，线438和440分别表示水平扫描幅度为最大值的90％和95％的位置。
应该注意的是，不同扫描幅度的这些位置也具有对应的不同运动速率。具体地说，在扫描反射镜中(以及在所得到的光栅图案418中)的运动速率在水平扫描路径的中心附近较高，并且随着幅度增加而减小。此外，应该注意的是，将光电检测器定位在较高水平扫描幅度的区域处有助于提高水平扫描幅度，而将光电检测器定位在较低水平扫描幅度的区域有助于改进水平相位确定。
在这个所示实施例中，光电检测器424被布置成检测处于近似零水平扫描幅度处的反射光，光电检测器422被布置成检测处于水平扫描幅度的大约50％处的反射光，光电检测器420被布置成检测处于水平扫描幅度的大约90％处的反射光，并且光电检测器426被布置成检测在大约95％的水平扫描幅度处的反射光。
因此，在图4的示例中，光电检测器420和426可以被配置并且用于基于它们对应于水平扫描幅度的相对较高百分比(90％和95％)的位置精确地确定水平扫描幅度。类似地，光电检测器424可以被配置并用于基于其在水平扫描的中心处的位置来确定水平相位对准。在水平扫描幅度的中点处的光电检测器422提供可以有效用于水平扫描幅度确定和水平相位对准确定两者的折中位置。
如上所述，可以以各种方式来定义和实现图像区域和过扫描区域。例如，图像区域可以被实现为包括微透镜阵列。通常，微透镜阵列是包括微透镜布置的光学设备，通常称为小透镜。可以从各种材料和使用各种技术制造这种微透镜阵列。微透镜阵列可以包括在支撑衬底上或使用支撑衬底形成的小透镜的一维或二维布置。各个小透镜可以具有不同形状的孔径，包括圆形的和六边形的。微透镜阵列可用于各种应用，包括眼镜和平视显示器(HUD)。下面将讨论这种应用的示例。
现在转到图5，示例性设备500包括微透镜阵列(MLA)502，其中，MLA 502限定图像区域512、过扫描区域514和周界516。MLA 502包括多个小透镜522。在操作期间，多个小透镜522接收图像区域512中的反射激光，并且以可用于生成图像的形式光学地传递光。
根据这里描述的实施例，光电检测器510被配置成接收冲击过扫描区域514的反射激光的一部分。在该实施例中，通过使用光波导518来提供该布置。具体地，每个光波导518耦合在光电检测器510和对应的孔径520之间。孔径520靠近周界516定位，使得每个孔径520接收冲击过扫描区域514的反射激光的一部分，并且对应的光波导518将反射光的该部分传输到光电检测器510。
这样的布置允许一个光电检测器510检测在多个位置处冲击过扫描区域514的反射光。这样的布置是可能的，因为反射激光的扫描使得光一次仅击中一个位置。因此，可以使用一个光电检测器510来响应于光冲击在过扫描区域514中的多个位置而提供反馈信号。
应该注意的是，虽然图5示出了在过扫描区域514内的光电检测器510，但是在其他实施例中，使用光波导520可以有助于将光电检测器放置在过扫描区域之外。在一些应用中，光电检测器510的放置仅受光波导518的有效传输能力的限制。
可以用各种结构和装置来实现光波导518。作为一个示例，可以用光纤实现光波导518，其中，光纤被布置为从孔径520延伸到光电检测器510。在其他实施例中，列举一些非限制性示例，可以用条形波导、矩形波导、肋形波导和分段波导实现光波导518。
在一个实施例中，光波导518可以被实现为MLA 512的一部分。具体地，光波导518可以使用MLA 512形成，或者与MLA 512集成。例如，作为用于形成MLA 512的制造过程的一部分，可以用MLA 512制造光波导518。
应该注意的是，在一些应用中，使用MLA 512可能需要相对于MLA 512的精确的像素对准。具体地，取决于在MLA 512中的小透镜的尺寸和布置，可能需要确保在准确对应于阵列中特定小透镜522的位置的在水平扫描中的时间由激光源生成每个像素。这有助于确保每个像素击中MLA 512中的适当小透镜522。从光电检测器生成的反馈信号可用于控制相对于水平扫描位置的像素对准，并确保这种适当的像素对准。在这样的实施例中，反馈信号或从反馈信号导出的数据可以被提供给像素驱动发生器，并且用于控制至少一个激光源，以提供激光与扫描反射镜的像素对准。
可以定义图像区域和过扫描区域的另一种方式是使用边界固定装置。在这样的实施例中，边界固定装置限定开口，其中，开口居于图像区域中的反射光穿过的虚拟平面中。这种布置可用于各种应用，包括扫描投影仪。下面将讨论这种应用的示例。
现在转到图6，示例性设备600包括投影仪602、边界固定装置604和系统光学设备606。注意，在图6中图示了边界固定装置604的侧视图和正视图。边界固定装置604限定图像区域612、过扫描区域614和周界616。边界固定装置604限定开口622。如配置，开口622驻留在由线624表示的虚拟平面中。在操作期间，通过投影仪602输出的光在虚拟平面处穿过开口622，并冲击系统光学设备606。
根据这里描述的实施例，光电检测器610被配置成接收冲击过扫描区域614的反射激光的一部分。在该实施例中，通过使用光波导618来提供该布置。具体地，每个光波导618耦合在光电检测器610和对应的孔径620之间。孔径620被定位成靠近周界616，使得每个孔径620接收冲击过扫描区域614的反射激光的一部分，并且相应的光波导618将该部分反射光传输到光电检测器610。
现在转到图7，示出了扫描激光投影仪700的示意图。扫描激光投影仪700是可以根据本发明的各种实施例使用的系统类型的示例。扫描激光投影仪700包括图像处理组件702、像素驱动发生器704、红色激光模块706、绿色激光模块708和蓝色激光模块710。来自激光模块的光与二向色712、714和716组合。扫描激光投影仪700还包括折叠镜718、驱动电路720和具有扫描反射镜724的MEMS设备722。
在操作中，图像处理组件702使用二维内插算法处理视频内容，以确定输出像素将由像素驱动发生器显示的每个扫描位置的适当空间图像内容。举例来说，视频内容可表示任何分辨率(例如，640×480、848×480、1280×720、1920×1080)的像素网格。输入光强度编码通常代表8、10、12位或更高分辨率中的光强度。
然后，将该内容映射到红色、绿色和蓝色激光源中的每个的命令电流，使得来自激光器的输出强度与输入图像内容一致。在一些实施例中，该过程在超过150MHz的输出像素速率下发生。然后，将激光束引导到安装有超高速万向节的二维双轴激光扫描反射镜724上。在一些实施例中，使用MEMS工艺从硅制成该双轴扫描反射镜。垂直旋转轴准静态操作，并创建垂直锯齿形光栅轨迹。垂直轴也被称为慢速扫描轴。在扫描反射镜的谐振模式下操作水平轴。在一些实施例中，MEMS设备使用电磁致动，使用包含MEMS管芯和永久磁体的小型子组件以及电接口的微型组件实现电磁致动，但是各个实施例在此方面不受限制。例如，一些实施例采用静电或压电致动。在不脱离本发明的范围的情况下可以采用任何类型的镜驱动。
水平谐振轴也被称为快速扫描轴。在一些实施例中，通过组合水平轴上的正弦分量和垂直轴上的锯齿分量来形成光栅图案726。在这些实施例中，输出光束728以正弦图案从左到右来回扫描，并且以锯齿图案垂直扫描(从上到下)，并且显示器在回扫期间从下到上(自下而上)消隐。
应该注意的是，图7示出了光束从顶部到底部垂直扫描时的正弦图案，但没有显示从下到上的回扫。在其他实施例中，使用三角波控制垂直扫描，使得不存在回扫。在更进一步的实施例中，垂直扫描是正弦的。本发明的各种实施例不受用于控制垂直和水平扫描或产生的光栅图案726的波形的限制。
驱动电路720向MEMS设备722提供驱动信号。驱动信号包括用于控制扫描反射镜724在快速扫描轴上的谐振角运动的激励信号，并且还包括用于引起在慢扫描轴上的偏转的慢扫描驱动信号。在快扫描轴和慢扫描轴两者上产生的镜面偏转导致输出光束728在图像区域730和过扫描区域732两者中生成光栅扫描726。在操作中，激光源为每个输出像素产生光脉冲，并且当光束728穿过光栅图案726时，扫描反射镜724反射光脉冲。驱动电路720还接收来自MEMS设备722的反馈信号。来自MEMS设备722的反馈信号可以描述反射镜的最大偏转角，也在此被称为反馈信号的幅度。
根据这里描述的实施例，至少一个光电检测器734被配置成接收冲击过扫描区域732的反射激光的一部分。该光电检测器734被配置成响应于由光电检测器110接收的反射激光的该部分提供反馈信号。该反馈信号被提供给驱动电路720，并且被驱动电路720用于精确地控制扫描反射镜724的运动。
在操作中，驱动电路720激励扫描反射镜724的谐振运动，使得反馈信号的幅度恒定。如光栅图案726所示，这在快速扫描轴上提供恒定的最大角偏转。用于激励扫描反射镜724的谐振运动的激励信号可以包括幅度和相位。驱动电路720包括反馈电路，其修改激励信号幅度以保持反馈信号幅度基本恒定。另外，驱动电路720可以修改激励信号以控制光栅图案726的水平相位对准和垂直位置。
为了有助于这一点，可以用硬件、可编程处理器或任何组合来实现驱动电路720。例如，在一些实施例中，在专用集成电路(ASIC)中实现驱动电路720。此外，在一些实施例中，在ASIC中执行一些较快的数据路径控制，并且由软件可编程微处理器提供总体控制。
尽管在图7中示出了红色、绿色和蓝色激光源，各种实施例不受由激光源发射的光的波长的限制。例如，在一些实施例中，取代可见光或补充可见光，发射不可见光(例如，红外光)。
应该注意的是，虽然图7示出了具有单个MEMS设备722和单个扫描反射镜724的实施例，但是这只是一个示例实现。作为另一个示例，可替代地用包括两个扫描反射镜的扫描反射镜组件实现扫描激光投影仪，其中，一个反射镜被配置成沿着一个轴偏转，而另一个反射镜被配置成沿着基本垂直于第一轴的第二轴偏转。
这种实施例可以包括第二MEMS设备、第二扫描反射镜和第二驱动电路。第一扫描反射镜可以被配置成生成水平扫描运动，并且第二扫描反射镜被配置成生成垂直运动。因此，一个扫描反射镜的运动确定了水平扫描幅度，并且另一个扫描反射镜的运动确定了垂直扫描幅度。
在这样的实施例中，光电检测器的每个(例如，图7的光电检测器734)可以被配置成生成提供给一个或多个驱动电路(例如，驱动电路720)的反馈信号。反馈信号然后可以被第一驱动电路用来控制第一扫描反射镜和结果得到的水平扫描幅度，并且可以被第二驱动电路用来控制第二扫描反射镜和结果得到的垂直扫描幅度。因此，光电检测器可用于生成反馈信号以便于精确控制多个扫描反射镜的运动。
在操作中，驱动电路720激励扫描反射镜724的谐振运动，使得反馈信号的幅度恒定。如光栅图案726所示，这在快速扫描轴上提供恒定的最大角偏转。用于激励扫描反射镜724的谐振运动的激励信号可以包括幅度和相位。驱动电路720包括反馈电路，其修改激励信号幅度以保持反馈信号幅度基本恒定。另外，驱动电路720可以修改激励信号以控制光栅图案726的水平相位对准和垂直位置。
现在转到图8，示出了具有扫描反射镜的微机电系统(MEMS)设备的平面图。MEMS设备800包括固定平台802、扫描平台840和扫描反射镜816。扫描平台840通过挠曲件810和812耦合到固定平台802，并且扫描反射镜16通过挠曲件820和822耦合到扫描平台840。扫描平台840具有连接到驱动线850的驱动线圈，驱动线850由从驱动电路(例如，驱动电路720)提供的驱动信号驱动。驱动信号包括激励信号以激励扫描反射镜816在快速扫描轴上的谐振运动，并且还包括慢速扫描驱动信号以引起扫描平台840在慢速扫描轴上的非谐振运动。进入驱动线850中的电流驱动在驱动线圈中产生电流。在操作中，外部磁场源(未示出)在驱动线圈上施加磁场。由外部磁场源施加在驱动线圈上的磁场在线圈平面中具有分量，并且相对于两个驱动轴非正交地定向。线圈绕组中的平面内电流与面内磁场相互作用，以在导体上产生平面外洛伦兹力。由于驱动电流在扫描平台840上形成回路，所以电流穿过扫描轴反转符号。这意味着洛伦兹力也会穿过扫描轴反转符号，产生在磁场的平面内以及垂直于磁场的扭矩。该组合扭矩根据扭矩的频率分量在两个扫描方向上产生响应。
挠曲件810和812的长轴形成枢转轴。挠曲件810和812是经受扭转挠曲的柔性构件，由此允许扫描平台840在枢转轴上旋转并且相对于固定平台802具有角位移。挠曲件810和812不限于图8中所示的扭转实施例。例如，在一些实施例中，挠曲件810和812具有其他形状，例如弧形、“S”形或其他蛇形形状。这里使用的术语“挠曲件”是指将扫描平台耦合到另一平台(扫描或固定)并且能够移动的任何柔性构件，该移动允许扫描平台相对于另一平台具有角位移。
扫描反射镜816在由挠曲件820和822形成的第一轴上枢转，并且在由挠曲件810和812形成的第二轴上枢转。第一轴在本文中被称为水平轴或快速扫描轴，并且第二轴在这里被称为垂直轴或慢速扫描轴。在一些实施例中，扫描反射镜816在水平轴上以机械谐振频率进行扫描，导致正弦水平扫描。此外，在一些实施例中，扫描反射镜816以非谐振频率垂直扫描，因此可以独立地控制垂直扫描频率。
在典型的实施例中，MEMS设备800还将包含一个或多个集成压阻式位置传感器。例如，压阻式传感器880可以被配置成生成表示反射镜816相对于扫描平台840的位移的电压，并且该电压可以被提供回驱动电路。此外，在一些实施例中，在一个扫描轴上提供位置传感器，而在其他实施例中，为两个轴提供位置传感器。
应该注意的是，提供MEMS设备800作为示例，并且本发明的各种实施例不限于该特定实施方式。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，可以并入能够以二维扫描以便以光栅图案反射光束的任何扫描反射镜。同样例如，可以利用扫描反射镜的任何组合(例如，两个反射镜：每个轴一个反射镜)来以光栅图案反射光束。此外，可以使用任何类型的反射镜驱动机构而不偏离本发明的范围。例如，虽然MEMS设备800在具有静磁场的移动平台上使用驱动线圈，但是其他实施例可以包括在具有固定平台上的驱动线圈的移动平台上的磁体。此外，反射镜驱动机构可以包括静电驱动机构。
上述扫描激光投影仪(例如，图1的扫描激光投影仪100)可以在各种各样的设备中实现并且用于各种应用。将不参照图9-14讨论这些类型的设备的几个具体示例。在每种情况下，以上描述的各种实施例可以用这种设备或作为这种设备的一部分来实现。
转向图9，示出了根据各种实施例的移动设备900的框图。具体而言，移动设备900是其中可以实现上述扫描激光投影仪(例如，扫描激光投影仪100、扫描激光投影仪700)的设备的类型的示例。如图9所示，移动设备900包括无线接口910、处理器920、存储器930和扫描激光投影仪902。扫描激光投影仪902包括配置在过扫描区域信号中的光电检测器，以提供如上所述的反馈信号。扫描激光投影仪902可以从任何图像源接收图像数据。
例如，在一些实施例中，扫描激光投影仪902包括保存静止图像的存储器。在其他实施例中，扫描激光投影仪902包括包含视频图像的存储器。在又一些实施例中，扫描激光投影仪902显示从诸如连接器、无线接口910或有线接口等的外部源接收的图像。
无线接口910可以包括任何无线发送和/或接收能力。例如，在一些实施例中，无线接口910包括能够通过无线网络进行通信的网络接口卡(NIC)。又例如，在一些实施例中，无线接口910可以包括蜂窝电话能力。在另外的实施例中，无线接口910可以包括全球定位系统(GPS)接收器。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，无线接口910可以包括任何类型的无线通信能力。
处理器920可以是能够与移动设备900中的各种组件进行通信的任何类型的处理器。例如，处理器920可以是可从专用集成电路(ASIC)供应商处获得的嵌入式处理器，或者可以是市场上可买到的微处理器。在一些实施例中，处理器920向扫描激光投影仪100提供图像或视频数据。图像或视频数据可以从无线接口910检索或者可以从自无线接口910检索的数据中导出。例如，通过处理器920，扫描激光投影仪902可以显示从无线接口910直接接收的图像或视频。又例如，处理器920可以提供覆盖以添加到从无线接口910接收的图像和/或视频，或者可以基于从无线接口910接收的数据改变存储的图像(例如，修改其中无线接口910提供位置坐标的GPS实施例中的地图显示)。
转向图10，示出了根据各种实施例的移动设备1000的透视图。具体而言，移动设备1000是其中可以实现如上所述的扫描激光投影仪(例如，扫描激光投影仪100、扫描激光投影仪700)的设备的类型的示例。移动设备1000可以是具有或不具有通信能力的手持式扫描激光投影仪。例如，在一些实施例中，移动设备1000可以是具有很少或没有其他能力的扫描激光投影仪。又例如，在一些实施例中，移动设备1000可以是可用于通信的设备，包括例如蜂窝电话、智能电话、平板计算设备或全球定位系统(GPS)接收器等。此外，移动设备1000可以经由无线(例如，蜂窝)连接到较大网络，或者该设备可以经由未受管制的频谱(例如，WiFi)连接来接受和/或发送数据消息或视频内容。
移动设备1000包括扫描激光投影仪1020、触敏显示器1010、音频端口1002、控制按钮1004、卡槽1006和音频/视频(A/V)端口1008。这些元件都不是必需的。例如，移动设备可以仅包括扫描激光投影仪1020而没有任何触敏显示器1010、音频端口1002、控制按钮1004、卡槽1006或A/V端口1008。一些实施例包括这些元件的子集。例如，辅助投影仪可以包括扫描激光投影仪1020、控制按钮1004和A/V端口1008。智能手机实施例可以组合触敏显示设备1010和投影仪1020。
触敏显示器1010可以是任何类型的显示器。例如，在一些实施例中，触敏显示器1010包括液晶显示器(LCD)屏幕。在一些实施例中，显示器1010不是触敏的。显示器1010可以总显示或不总是显示由扫描激光投影仪1020投影的图像。例如，配件产品可以总是在显示器1010上显示投影图像，而移动电话实施例可以在显示器1010上显示不同内容的同时投影视频。除了触敏显示器1010之外，一些实施例也可以包括小键盘。A/V端口1008接受和/或发送视频和/或音频信号。例如，A/V端口1008可以是数字端口，诸如接受适合于携带数字音频和视频数据的电缆的高清晰度多媒体接口(FIDMI)接口。此外，A/V端口1008可以包括RCA插孔口以接受或发送复合输入。另外，A/V端口1008可以包括VGA连接器以接受或发送模拟视频信号。
在一些实施例中，移动设备1000可以通过A/V端口1008连接到外部信号源，并且移动设备1000可以投影通过A/V端口1008接受的内容。在其他实施例中，移动设备1000可以是内容的始发者，并且A/V端口1008用于将内容传送到不同的设备。
音频端口1002提供音频信号。例如，在一些实施例中，移动设备1000是可以记录和播放音频和视频的媒体记录器。在这些实施例中，可以通过扫描激光投影仪1020来投影视频，并且可以在音频端口1002处输出音频。
移动设备1000还包括卡槽1006。在一些实施例中，插入卡槽1006中的存储卡可以提供要在音频端口1002输出的音频和/或要由扫描激光投影仪1020投影的视频数据的源。卡槽1006可以接收任何类型的固态存储器设备，包括例如安全数字(SD)存储卡。
转向图11，示出了根据各种实施例的平视显示系统1100的透视图。具体而言，平视显示系统1100是其中可以实现上述扫描激光投影仪(例如，扫描激光投影仪100、扫描激光投影仪700)的设备的类型的示例。平视显示系统1100包括扫描激光投影仪1102。具体而言，扫描激光投影仪1102被示为安装在车辆仪表板中以投影平视显示器。尽管在图11中示出了汽车平视显示器，但是这不是限制，并且其他应用是可能的。例如，各种实施例包括航空电子应用、空中交通管制应用和其他应用中的平视显示器。
转向图12，示出了根据各种实施例的眼镜1200的透视图。具体而言，眼镜1200是其中可以实现上述扫描激光投影仪(例如，扫描激光投影仪100、扫描激光投影仪700)的设备的类型的示例。眼镜1200包括扫描激光投影仪1202以在眼镜的视场中投影显示器。在一些实施例中，眼镜1200是透明的，并且在其他实施例中，眼镜1200是不透明的。例如，眼镜1200可以用在增强现实应用中，其中，佩戴者可以看到来自投影仪1202的覆盖在物理世界上的显示。并且例如，眼镜1200可以用于虚拟现实应用中，其中，由投影仪1202生成佩戴者的整个视野。
尽管图12中仅示出一个投影仪1202，但是这不是限制，并且其他实现也是可能的。例如，在一些实施例中，眼镜1200包括两个投影仪1202，每只眼睛一个。
转向图13，示出了根据各种实施例的游戏装置1300的透视图。游戏装置1300允许一个或多个用户观察游戏环境并与之互动。在一些实施例中，基于包括扫描激光投影仪1302的装置的游戏装置1300的运动、位置或定向来对游戏进行导航。其他控制接口诸如手动操作按钮、脚踏板或口头命令也可以有助于游戏环境的周围的导航或与游戏环境的互动。例如，在一些实施例中，触发器1342有助于一个或多个用户处于第一人称视角游戏环境(通常称为“第一人称射击游戏”)中的幻象。因为投影显示器的尺寸和亮度可以由游戏应用结合用户的移动来控制，所以游戏装置1300为这些用户创建高度可信或“沉浸式”的环境。
对于诸如3D地震地质勘探、太空行走计划、丛林树冠探索、汽车安全指令、医学教育等的活动，游戏装置1300也可以创建许多其他第一人称视角模拟。触觉界面1344可以提供各种输出信号，诸如反冲、振动、震动、隆隆声等。触觉界面1344还可以包括触敏输入特征，诸如触敏显示屏或需要触控笔的显示屏。另外的触觉接口例如用于运动敏感探针的输入和/或输出特征也包括在本发明的各种实施例中。
游戏装置1300还可以包括音频输出设备，诸如集成音频扬声器、远程扬声器或耳机。这些类型的音频输出设备可以使用有线或通过无线技术连接到游戏装置1300。例如，无线耳机1346通过BLUETOOTHTM连接向用户提供声音效果，尽管任何种类的类似的无线技术都可以自由地替代。在一些实施例中，无线头戴式耳机1346可以包括麦克风1345或双耳麦克风1347，以允许多个用户、指导者或观察者进行通信。双耳麦克风1347通常在每个耳件上包括麦克风，以捕捉由用户的头影改变的声音。此特征可用于其他模拟参与者的双耳听觉和声音定位。
游戏装置1300可以包括测量环境亮度、运动、位置和方向等的任何数量的传感器1310。例如，游戏装置1300可以用数字罗盘检测绝对航向，并用x-y-z陀螺仪或加速度计检测相对运动。在一些实施例中，游戏装置1300还包括第二加速计或陀螺仪以检测设备的相对方位或其快速加速或减速。在其他实施例中，游戏装置1300可以包括全球定位卫星(GPS)传感器，以在用户在地面空间中行进时检测绝对位置。
游戏装置1300可以包括电池1341和/或诊断灯1343。例如，电池1341可以是可再充电电池，并且诊断灯1343可以指示电池的当前充电。在另一个示例中，电池1341可以是可移除的电池夹，并且游戏装置1300可以具有额外的电池、电容器或超级电容器以在用充电的电池更换放电的电池的同时允许设备的继续操作。在其他实施例中，诊断灯1343可以向用户或服务技术人员通知包括在该设备内或连接到该设备的电子部件的状态。例如，诊断灯1343可以指示接收到的无线信号的强度或存储卡的存在或不存在。
诊断灯1343也可以由任何小型屏幕诸如有机发光二极管或液晶显示屏幕代替。如果这种设备的外壳是半透明或透明的，则这些灯或屏可以在游戏装置1300的外表面上或在表面下方。游戏装置1300的其他组件可以是从该设备可移除的、可拆卸的或可分离的。例如，扫描激光投影仪1302可以是可从游戏外壳1389拆卸或分离的。在一些实施例中，扫描激光投影仪100的子部件可以是可从游戏外壳1389拆卸或分离的，并且仍然起作用。
转向图14，示出了根据各种实施例的游戏装置1400的透视图。游戏装置1400包括按钮1404、显示器1410和投影仪1402。在一些实施例中，游戏装置1400是独立的装置，其不需要用于用户玩游戏的较大的控制台。例如，用户可以在观看显示器1410和/或投影内容的同时玩游戏。在其他实施例中，游戏装置1400作为较大游戏控制台的控制器来操作。在这些实施例中，用户可以结合观看显示器1410和/或投影内容来观看连接到控制台的较大屏幕。
在一个实施例中，提供了一种扫描激光投影仪。该扫描激光投影仪包括：至少一个激光源；被配置成反射所述激光的扫描反射镜；周界，限定所述周界内的图像区域以及所述周界外的过扫描区域，所述图像区域和过扫描区域被配置成接收所反射的激光；光电检测器，被配置成接收冲击所述周界外的所述过扫描区域的所反射的激光的一部分，所述光电检测器被进一步配置成响应于由所述光电检测器接收的所反射的激光的所述部分提供反馈信号；以及，驱动电路，被配置成提供激励信号以激励所述扫描反射镜的运动，所述驱动电路被配置成响应于所述反馈信号而修改所述激励信号。
在另一个实施例中，提供了一种方法。所述方法包括：控制扫描反射镜的运动以便以在周界内的图像区域和在所述周界外的过扫描区域上的图案反射激光；检测过扫描区域中的反射激光的一部分；响应于反射激光的被检测部分提供反馈信号；并响应于反馈信号修改扫描反射镜的运动。
尽管已经结合某些实施例描述了本发明，但应该理解，如本领域技术人员容易理解的那样，在不脱离本发明的范围的情况下可以采取修改和变化。这样的修改和变化被认为是在本发明和所附权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种扫描激光投影仪，包括：
至少一个激光源；
扫描反射镜，所述扫描反射镜被配置成反射激光；
周界，所述周界限定所述周界内的图像区域以及所述周界外的过扫描区域，所述图像区域和过扫描区域被配置成接收反射的激光；
光电检测器，所述光电检测器被配置成接收冲击所述周界外的所述过扫描区域的反射的激光的部分，所述光电检测器被进一步配置成响应于由所述光电检测器接收的反射的激光的所述部分提供反馈信号；以及
驱动电路，所述驱动电路被配置成提供激励信号以激励所述扫描反射镜的运动，所述驱动电路被配置成响应于所述反馈信号而修改所述激励信号，
其中，所述周界被由边界固定装置围绕的开口限定，其中，所述开口居于所述图像区域中的反射的激光穿过的虚拟平面中。
2.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，其中，所述光电检测器相对于反射的激光的水平扫描定位在离轴的位置，使得反射的激光的所述水平扫描以非正交角度穿过所述光电检测器。
3.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，还包括光波导，所述光波导耦合在所述光电检测器和位于所述周界附近的孔径之间，使得所述孔径接收冲击所述过扫描区域的反射的激光的所述部分，并且所述光波导将反射的激光的所述部分传输到所述光电检测器。
4.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，还包括第二光电检测器，所述第二光电检测器被配置成接收冲击所述周界外的所述过扫描区域的反射的激光的第二部分，所述第二光电检测器还被配置成响应于冲击所述光电检测器的反射的激光的所述第二部分而提供第二反馈信号。
5.根据权利要求4所述的扫描激光投影仪，其中，所述光电检测器与所述周界的水平边缘相邻，并且其中，所述第二光电检测器与所述周界的垂直边缘相邻。
6.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，还包括与所述边界固定装置集成的光波导，所述光波导耦合在所述光电检测器和位于所述周界附近的孔径之间，使得所述孔径接收冲击所述过扫描区域的反射的激光的所述部分，并且所述光波导将反射的激光的所述部分传输到所述光电检测器。
7.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，其中，所述反馈信号指示在帧期间穿过所述光电检测器的扫描的数量，并且其中，所述驱动电路被配置成至少部分地基于所确定的扫描穿过的数量确定所述扫描的垂直扫描幅度。
8.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，其中，所述光电检测器相对于反射的激光的水平扫描定位在离轴的位置，使得反射的激光的所述水平扫描以非正交角度穿过所述光电检测器，并且其中，所述反馈信号指示用于穿过所述光电检测器的角部的扫描的光电检测器进入时间和光电检测器退出时间，并且其中，所述驱动电路被配置成至少部分地基于在穿过所述光电检测器的所述角部时的所述光电检测器进入时间和所述光电检测器退出时间确定所述扫描的垂直扫描幅度。
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