DE102004063554A1 - Compensation of the varying line spacing in projection systems with oscillating mirrors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der verzerrten Zeilenabstände bei einem Projektionssystem mit 2-D-Schwingspiegel, bei dem die zeilenweise Bewegung in einer ersten Dimension (vertikal) durch eine sinusförmige Ansteuerung des Schwingspiegels erfolgt. Erfindungsgemäß wird die Frequenz der pixelweisen Bewegung in einer zweiten Dimension (horizontal) derart in Abhängigkeit der Spiegelposition in der ersten Dimension gesteuert, so dass sich ein konstanter Zeilenabstand ergibt.The invention relates to a method for compensating the distorted line spacing in a projection system with 2-D oscillating mirror, in which the line by line movement in a first dimension (vertical) by a sinusoidal control of the oscillating mirror. According to the invention, the frequency of the pixel-by-pixel movement in a second dimension (horizontal) is controlled in dependence on the mirror position in the first dimension, so that a constant line spacing results.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method according to the preamble of the claim 1.

Solche Projektionssysteme finden beispielsweise bei Mobiltelefonen Verwendung.Such Projection systems are used, for example, in mobile phones.

In Folge der allgemeinen Miniaturisierung von mobilen Endgeräten einerseits und der ständig wachsenden darzustellenden Datenmenge andererseits wird es zukünftig immer schwieriger, diesen beiden Entwicklungen in einem Mobiltelefon gerecht zu werden. Die Miniaturisierung von Projektionsgeräten zu deren Verwendung im Zusammenspiel mit Mobiltelefonen kann einen Ausweg aus diesen gegensätzlichen Anforderungen bedeuten.In Result of the general miniaturization of mobile devices on the one hand and the ever growing On the other hand, it will always be in the future harder to cope with these two developments in a mobile phone to become. The miniaturization of projection devices to their Use in interaction with mobile phones can be a way out from these opposing ones Requirements mean.

Eine viel versprechende Ausführung von Mini-Projektoren ist die Projektion mit Hilfe eines über 2D-Mikrospiegel abgelenkten Laserstrahls. Dabei scannt der Laserstrahl die Projektionsfläche zeilenweise ab, wie der Elektrodenstrahl in einer Kathodenstrahlröhre. Ein Bild entsteht, indem die Bilddaten auf den Laserstrahl moduliert werden. Allerdings ist bei der Kathodenstrahlröhre das Verhältnis von Ablenkspannung zur Position des Bildpunktes auf der Projektionsfläche beziehungsweise dem Bildschirm in Abhängigkeit vom Steuerstrom linear.A promising design From mini projectors is the projection using a via 2D micromirror deflected laser beam. The laser beam scans the projection area line by line like the electron beam in a cathode ray tube. One Image is created by modulating the image data onto the laser beam become. However, in the cathode ray tube, the ratio of Deflection voltage to the position of the pixel on the screen or depending on the screen from the control current linear.

Während einer beispielsweise vertikalen Spiegelbewegung von oben nach unten werden entsprechend viele horizontale Schwingungen ausgeführt um die Anforderungen für entsprechende Auflösungen beispielsweise VGA (640Pixel × 480Zeilen) zu erfüllen. Die vertikale Bewegung führt zur zeilenweisen Darstellung, und die horizontale Bewegung zur pixelweisen Darstellung der einzelnen Bildpunkte.During one For example, vertical mirror movement from top to bottom correspondingly many horizontal vibrations carried out around the Requirements for corresponding resolutions for example, VGA (640 pixels × 480 lines) too fulfill. The vertical movement leads for line by line, and the horizontal motion to the pixel-by-pixel Representation of the individual pixels.

Ein mögliches Projektionskonzept wird an Hand von 1 erläutert. Hierbei schwingt der Mikrospiegel sowohl vertikal als auch horizontal sinusförmig. Bei der zeilenweisen Bewegung in einer ersten Dimension, hier vertikal, werden die nacheinander die Zeilen geschrieben. Bei der pixelweisen Bewegung in einer zweiten Dimension, hier horizontal, werden die einzelnen Bildpixel geschrieben.A possible projection concept will be on hand of 1 explained. In this case, the micromirror oscillates sinusoidally both vertically and horizontally. When moving line by line in a first dimension, here vertically, the lines are written one after the other. In the pixel-wise movement in a second dimension, here horizontally, the individual image pixels are written.

Bei dieser Ansteuerung mit einer Überlagerung von zwei Schwingungen mit konstanter Frequenz, insbesondere von zwei Sinusschwingungen, kommt es in vertikaler Richtung zu einer Stauchung des Zeilenabstandes im unteren und oberen Projektionsbereich. Die dargestellten Projektionslinien beschreiben den Weg des Laserstrahls auf der Projektionsfläche der durch einen Mikrospiegel abgelenkt wird (nicht explizit dargestellt).at this control with an overlay of two oscillations with constant frequency, in particular of two sinusoids, it comes in a vertical direction to a Compression of the line spacing in the lower and upper projection area. The illustrated projection lines describe the path of the laser beam on the projection screen which is deflected by a micromirror (not explicitly shown).

Die Verzerrung entsteht durch die sinusförmigen Bewegung der vertikalen Spiegelachse, deren Geschwindigkeit in den Umkehrpunkten, das heisst oben und unten, ein Minimum annimmt. Hierdurch werden in dieser Zeit mehr horizontale Schwingungen ausgeführt, als dies im mittleren Projektionsbereich der Fall ist.The Distortion is caused by the sinusoidal motion of the vertical Mirror axis, whose speed in the reversal points, that is above and below, take a minimum. This will be in this time executed more horizontal vibrations than in the middle Projection area is the case.

Anstatt der sinusförmigen Anregung in der Vertikalen könnte eine Ansteuerung mit einer Dreieckspannung gewählt werden. Hierbei würde der Spiegel in der Vertikalen theoretisch eine lineare Bewegung vollziehen, was eine gleich bleibende Geschwindigkeit der bewegten Spiegelplatte zur Folge hätte. Der Abstand zwischen den Zeilen wäre somit während der vertikalen Spiegelbewegung einheitlich und die Darstellung verzerrungsfrei. Jedoch können sich bei einer Ansteuerung mit einer Dreieckspannung aufgrund der Spiegeleigenschaften Schwingungsmoden ausbilden, die die Homogenität der Projektion beeinträchtigen.Instead of the sinusoidal Stimulation in the vertical could a control with a triangular voltage can be selected. This would be the mirror theoretically perform a linear motion in the vertical, what a constant speed of the moving mirror plate would result. The distance between the lines would thus be during the vertical mirror movement uniform and the presentation distortion-free. However, they can when driven with a triangular voltage due to the mirror properties Form vibration modes that affect the homogeneity of the projection.

Aus diesem Grund wird zur Ansteuerung der vertikalen Achse vorzugsweise eine sinusförmige Spannung verwendet, wobei aber durch die Stauchung des Zeilenabstandes eine Verzerrung des Bildinhaltes entsteht.Out For this reason, it is preferable to drive the vertical axis a sinusoidal voltage used, but by the compression of the line spacing a Distortion of the image content arises.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Projektionsverfahren der eingangs genannten Art eine Kompensation der verzerrten Zeilenabstände anzugeben.Of the Invention is based on the object for a projection method of the type mentioned above to specify a compensation of the distorted line spacing.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenem Merkmale gelöst.These The object is achieved by the solved in claim 1 given features.

Das erfindungsgemäße Verfahren kompensiert die Verzerrung des über den zeilenweise (vertikal) und pixelweise (horizontal) schwingenden Spiegels erzeugten Bildinhaltes in Richtung der Zeilenbewegung, indem durch eine entsprechende Ansteuerung in Richtung der Pixelbewegung ein konstanter Zeilenabstand erzeugt wird.The inventive method compensates for the distortion of over line-by-line (vertical) and pixel-by-pixel (horizontal) swinging Mirror generated image content in the direction of the line movement, by an appropriate control in the direction of pixel movement a constant line spacing is generated.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Variation der horizontalen Ansteuerpulse zur Kompensation der nichtlinearen Spiegeleigenschaften.at a development of the invention, a variation of the horizontal Control pulses for compensation of the non-linear mirror properties.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Dabei zeigen:in the The invention will be described below with reference to a drawing embodiment described. Showing:

1 ein Projektionskonzept gemäß dem Stand der Technik, 1 a projection concept according to the prior art,

2 die erfindungsgemäße Kompensation der verzerrten Zeilenabstände. 2 the inventive compensation of the distorted line spacing.

Die Erfindung geht aus von einem Projektionssystem, bei dem ein zweidimensional schwingenden Mikrospiegel beispielsweise in einer ersten Dimension Zeilen und in einer zweiten Dimension Pixel schreibt.The The invention is based on a projection system in which a two-dimensional oscillating micromirror, for example, in a first dimension Lines and pixels in a second dimension.

Die Grundidee des Erfindung beruht darauf, dass die Frequenz der Spiegelbewegung in der zweiten Dimension, horizontal, geändert wird in Abhängigkeit von der Stellung des Spiegels in der ersten Dimension, vertikal. Somit kann erreicht werden, dass in Abschnitten, in denen sich der Spiegel vertikal sehr schnell bewegt, mehr Zeilen dargestellt werden als in Bereichen, in denen sich der Spiegel vertikal sehr langsam bewegt. Hierdurch wird ein konstanter Zeilenabstand über ein Bild hinweg erzeugt.The The basic idea of the invention is based on the fact that the frequency of the mirror movement in the second dimension, horizontal, is changed depending on from the position of the mirror in the first dimension, vertical. Thus, it can be achieved that in sections in which the Mirror moves vertically very fast, more lines are displayed as in areas where the mirror is vertical very slowly emotional. This will cause a constant line spacing over Image created across.

Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine derartige Kompensation durch eine sinusförmige Frequenzänderung der horizontalen Spiegelbewegung. Im Idealfall kann dabei eine verzerrte Darstellung nach 2-1 durch die sinusförmige Änderung der Horizontalefrequenz fh in 2-2 in eine verzerrungsfreie Darstellung nach 2-6 übergeführt werden.In one possible embodiment of the invention, such a compensation is effected by a sinusoidal frequency change of the horizontal mirror movement. Ideally, this may be a distorted representation after 2 - 1 by the sinusoidal change of the horizontal frequency f h in 2 - 2 in a distortion-free representation after 2 - 6 be transferred.

Aufgrund der Spiegeleigenschaften kann die sinusförmige Frequenzänderung dazu führen, dass die Amplituden hA (2-4) der horizontalen Schwingung sich ebenfalls sinusförmig ändern. Dies führt zwar zu einer Darstellung mit konstantem Zeilenabstand, ergibt aber unterschiedliche Amplituden der Zeilenlänge nach 2-3.Due to the mirror properties, the sinusoidal frequency change can cause the amplitudes h A ( 2 - 4 ) of the horizontal oscillation also change sinusoidally. Although this leads to a representation with constant line spacing, but gives different amplitudes of the line length after 2 - 3 ,

Die Ursache kann darin liegen, dass die horizontale Spiegelachse oftmals in Resonanz betrieben wird und deshalb die maximale Auslenkungsamplitude der Spiegelachse nur bei einer bestimmen Resonanzfrequenz erreicht wird. Wird dieser Bereich verlassen so nehmen die Auslenkamplituden der Spiegelachse ab.The The reason may be that the horizontal mirror axis often is operated in resonance and therefore the maximum deflection amplitude the mirror axis reached only at a certain resonant frequency becomes. If this area is left, the amplitude of deflection will increase from the mirror axis.

Um diesem Effekt entgegen zu wirken wird bei einer Weiterbildung der Erfindung eine Ansteuerung nach 2-5 gewählt.To counteract this effect is in a development of the invention, a control after 2 - 5 selected.

Hierbei erfolgt zusätzlich zur Frequenzänderung der horizontalen Pixelbewegung eine Variation der Ansteuerpulshöhe hP über den Bildbereich. In Bereichen mit niedriger Horizontalfrequenz fh werden die Spannungen der Ansteuerpulse erhöht, um gleiche Spiegelauslenkamplituden zu erreichen wie dies bei der Resonanzfrequenz der Fall ist.In this case, in addition to the frequency change of the horizontal pixel movement, a variation of the drive pulse height h P occurs over the image area. In regions of low horizontal frequency f h , the voltages of the drive pulses are increased to achieve equal mirror excursion amplitudes as is the case with the resonant frequency.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen Laserprojektionsgeräten eingesetzt werden, in denen der Projektionsstrahl über Mikrospiegel abgelenkt wird. Das Prinzip eignet sich für die Kompensation der Nichtlinearitäten der vertikalen Spiegelschwingungen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Schaltung, FPGA(ASIC) Modul oder als Programm in einem Mikrocontroller oder DSP implementiert werden.The inventive method can be used in all laser projection devices in which the projection beam over Micromirror is deflected. The principle is suitable for compensation of nonlinearities the vertical mirror oscillations. The inventive method can as a circuit, FPGA (ASIC) module or as a program in a microcontroller or DSP.

Claims (3)

Verfahren zu Kompensation der verzerrten Zeilenabstände bei einem Projektionssystem mit 2D-Schwingspiegel, bei dem die zeilenweise Bewegung in einer ersten Dimension (vertikal) durch eine sinusförmige Ansteuerung des Schwingspiegels erfolgt, dadurch gekennzeichnet dass die Frequenz der pixelweisen Bewegung in einer zweiten Dimension (horizontal) derart in Abhängigkeit der Spiegelposition in der ersten Dimension gesteuert wird, so dass sich ein konstanter Zeilenabstand ergibt.A method for compensating the distorted line spacing in a projection system with a 2D oscillating mirror, wherein the line-wise movement in a first dimension (vertical) by a sinusoidal control of the oscillating mirror, characterized in that the frequency of the pixel-wise movement in a second dimension (horizontally) in such a way is controlled in dependence on the mirror position in the first dimension, so that there is a constant line spacing. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Frequenzabhängigkeit in der zweiten Dimension sinusförmig ausgebildet ist.Method according to claim 1, characterized that the frequency dependence sinusoidal in the second dimension is trained. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass Amplitudenänderungen (hA) bei der pixelweisen Bewegung durch eine zeilenweise Anpassung der Ansteuerpulshöhe (hP) kompensiert werden.Method according to claim 1 or 2, characterized in that amplitude changes (h A ) in the pixel-by-pixel movement are compensated by line-by-line adaptation of the drive pulse height (h P ).
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