-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Scanner unter Verwendung
von Mikrospiegeln auf Basis von mikroelektromechanischen System(MEMS)-Techniken,
einen Laserbildprojektor, der den optischen Scanner einsetzt, und
ein Verfahren zum Betreiben des Laserbildprojektors, und insbesondere
einen optischen Mehrzweckmikroscanner, einen Laserbildprojektor,
der den optischen Scanner einsetzt, der keine Einschränkungen
beim Hochgeschwindigkeitsbetrieb aufweist, die mit geeignetem Laserstrahlabtasten
auf einen Bildschirm in Verbindung stehen, und ein Verfahren zum
Betreiben des Laserbildprojektors.
-
Für Laserbildprojektoren
wird ein Laserstrahl sowohl in horizontaler wie vertikaler Richtung
abgetastet, um ein Bild auf einem Bildschirm zu bilden. Für ein allgemeines
National-Standard-System-Committee(NTSC)-Bildsignal wird ein Laserstrahl horizontal bei
15,75 kHz und vertikal bei 60 Hz gescannt. Ein bewegtes Bild besteht
aus 30 Bildrahmen pro Sekunde und jedes stehende Bild besteht aus
525 horizontalen Abtastlinien (siehe 9B). Eine
vertikale Abtasteinheit tastet den Bildschirm einmal von oben nach
unten ab, während
eine horizontale Abtasteinheit 525 Abtastlinien auf dem Bildschirm
abtastet. Eine horizontale Abtasteinheit muss nach horizontalem
Abtasten einer einzelnen Linie von links nach rechts schnell zum
linken Ausgangspunkt zurückzukehren,
5-10 Mal schneller als die vorhergehende Abtastrate von links nach
rechts, um Lichtverlust zu vermeiden.
-
1 zeigt
die Struktur eines optischen Systems eines herkömmlichen Laserbildprojektors.
Eine Lichtquelle 100 ist ein Weißlichtlaser, der weißes Licht
emittiert. Halbleiterlaser in roter (R), grüner (G) und blauer (B) Farbe
oder ein wellenlängenkonvertibler
Feststofflaser können
als Lichtquelle 100 verwendet werden. Ein Lichtseparator 250 trennt
weißes Licht
in monochrome Strahlen in R, G und B. Der Strahlseparator 250 weist
zwei dichromatische Spiegel 670a und 680a und
einen starken Reflexionsspiegel 690a auf. Die dichromatischen
Spiegel 670a und 680a trennen das weiße Licht,
das ein Linsensystem 220 und einen den optischen Pfad verändernden
Reflexionsspiegel 210 durchlaufen hat, in Strahlen von R,
G, B, und der starke Reflexionsspiegel 690a verändert den
optischen Pfad des monochromatischen Strahlen, die den dichromatischen
Spiegel 680a durchlaufen hat. Die getrennten monochromatischen Strahlen
in R, G und B werden durch Fokussierlinsen 640a, 650a und 660a fokussiert
und fallen auf akustisch-optische Modulatoren (AOMs) 610, 620 bzw. 630 und
werden basierend auf einem Bildsignal moduliert. Kollimatorlinsen 640b, 650b und 660b zur Kollimation
der modulierten Laserstrahlen zurück in die selben parallelen
Strahlen wie vor dem Eintritt in die Fokussierlinsen 640a, 650a und 660a,
sind neben den AOMs 610, 620 und 630 angeordnet.
Die basierend auf dem Bildsignal modulierten R-, G- und B-Strahlen
werden durch eine Strahlkombinationseinrichtung 650 zu
einem einzigen Kombinationsstrahl kombiniert. Die Strahlkombinationseinrichtung 650 weist
zwei dichromatische Spiegel 670b und 680b auf
und einen stark reflektierenden Spiegel 690b. Der kombinierte
Strahl fällt
durch stark reflektierende Spiegel 710 und 720 auf
einen polygonalen Spiegel 800. Da der kombinierte Strahl
auf den polygonalen Spiegel 800 einfällt, der als horizontale Abtasteinheit
dient, wird der kombinierte Strahl horizontal abgetastet. Ein horizontaler
Abtaststrahl passiert Relay-Linsen 310 und 320,
die zwischen dem polygonalen Spiegel 800 und einem Galvanometer 700 angeordnet
sind, und wird auf einer Spiegelseite des Galvanometers 700 fokussiert.
Ein auf das Galvanometer 700 fokussierter Laserstrahlspot
wird vertikal abgetastet. Ein vom polygonalen Spiegel 800 und dem
Galvanometer 700 abgetastetes Bild wird durch eine Reflexionsspiegel 850,
der über
dem Galvanometer 700 einem Bildschirm 900 zugewandt
angeordnet ist, auf den Bildschirm 900 projiziert.
-
Beim
herkömmlichen
Laserbildprojektor mit der obigen Konfiguration wird der rotierende
polygonale Spiegel 800 als horizontale Abtasteinheit verwendet.
Der rotierende polygonale Spiegel 800 ist dadurch vorteilhaft,
dass es nicht notwendig ist, schnell zum Ausgangsabtastpunkt zurückzukehren, wie
oben beschrieben. Der polygonale Spiegel 800 wird jedoch
mechanisch gedreht, so dass es Einschränkungen bei der Erhöhung der
Abtastrate und Verringerung der Größe gibt. Daher kann ein kleines Laserfernsehgerät (TV) nicht
mit dem polygonalen Spiegel 800 versehen werden. Aus diesem
Grund wurde ein mikrooptischer Scanner mit einer Struktur auf Basis
eines MEMS-Mikroaktuators als horizontale Abtasteinheit für ein kleines
Laserfernsehgerät (TV)
vorgeschlagen. Entgegen einem mechanischen Rotationsantriebsverfahren
für ein
allgemeines Galvanometerantriebsverfahren ist jedoch eine Rückkehrperiode
(oder Rücklauf)
erforderlich, die um 5-10 Mal kürzer
ist als eine einzelne horizontale Zeilenabtastperiode. Es ist jedoch
sehr schwierig, einen mikrooptischen Scanner herzustellen, der die
Notwendigkeit für
eine solch schnelle Rückführung erfüllt.
-
US-Patent
Nr. 5,025,346 offenbart einen Mikroaktuator, der den elektrostatischen
Effekt mit Kammelektroden nutzt. Dieser Mikroaktuator weist bewegliche
Kammelektroden auf, die auf einer beweglichen Struktur ausgebildet
sind, und stationäre Kammelektroden,
die auf einer stationären
Struktur ausgebildet sind, wobei die beweglichen und stationären Kammelektroden
abwechselnd angeordnet sind. Die bewegliche Struktur ist durch benachbarte Träger gelagert.
Diese Lagerstruktur oszilliert bei einer horizontalen Resonanzfrequenz.
-
Zum
Antrieb entlang zweier oder mehrerer Achsen, zum Beispiel in der
x-y-Ebene, sind für
eine Antriebseinheit mehrere Elektroden erforderlich. Zum Beispiel
weist die Antriebseinheit mindestens drei Elektroden für eine einzige
Achse und Antrieb in eine Richtung auf, und mindestens fünf Elektroden
für eine
einzige Achse und Antrieb in zwei Richtungen.
-
US-Patent
Nr. 5,536,988 offenbart eine Antriebseinheit in Form eines multiaxialen
Mikroaktuators mit einer Mehrzahl von Elektroden, der in selektiven
Bereichen eines Siliciumsubstrats nach einem thermischen Oxidationsisolationsverfahren
ausgebildet ist.
-
Der
herkömmliche
Mikroaktuator weist parallele Antriebskammelektroden auf, die entlang
der Kante einer beweglichen Ebene oder Struktur ausgebildet sind,
und parallele stationäre
Kammelektroden, die auf einer stationären Ebene befestigt sind. Die stationären Kammelektroden
und die Antriebskammelektroden sind abwechselnd einander zugewandt angeordnet.
-
Die
herkömmlichen
Mikroaktuatoren mit dieser Konfiguration weisen Kammelektroden um
die Kante der Ebenen auf, so dass die Größe des gesamten Mikroantriebssystems
in Bezug auf die Ebenen oder bewegliche Struktur vergrößert ist,
wodurch ihre Anwendungen eingeschränkt werden.
-
Eine
Reihe von Veröffentlichungen
offenbaren Hintergrundinformation in Bezug auf diese Erfindung.
EP 1020984 A offenbart
eine dreidimensionale Kammstruktur zum Erzeugen elektrostatischer
Kräfte.
US 5536988 A offenbart
einen MEMS-Mikroaktuator, der für
mehrdimensionale Bewegung gelagert ist. Andere relevante Veröffentlichungen
sind bei Chang-Hyeon Ji et al. "Fabrication
of micro mirror array with hidden joint structures", Emerging Technologies
and Factory Automation Proceedings, 1997, ETFA '97 6th International Conference, CA,
USA, IEEE, US 9. Sept. 1997, Seiten 243-247 und Chung, S-W et al. "Design and fabrication
of a 10×10
micro-spatial light modulator array for phase and amplitude modulation", Sensors and Actuators
A, Elsevier Sequoia S.A., Lausanne, CH, Band 78, Nr. 1, Jan 1999,
Seiten 63-70 zu finden.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird eine optische Scanneranordnung
gemäß Anspruch
1 zur Verfügung
gestellt, umfassend einen ersten optischen Scanner mit einer Reflexionsseite zum
Reflektieren eines einfallenden Laserstrahls in einer ersten Richtung
in einem bestimmten Winkelbereich und einen zweiten optischen Scanner
zum Abtasten eines Laserstrahls, der vom ersten optischen Scanner
in der ersten Richtung abgetastet ist, in einer zweiten Richtung
senkrecht zur ersten Richtung, wobei jeder optische Scanner umfasst:
ein Basissubstrat; eine Ebene mit einer Spiegelseite auf ihrer Oberseite,
die in einem bestimmten Abstand über dem
Basissubstrat angeordnet ist; Träger
zum Halten der Ebene über
dem Basissubstrat; eine Mehrzahl von parallelen stationären Kammelektroden,
die auf dem Basissubstrat so angeordnet sind, dass sie sich im Wesentlichen
in rechten Winkeln nach oben erstrecken; eine Mehrzahl von parallelen
beweglichen Kammelektroden, die am Boden der Ebene so angeordnet
sind, dass sie sich in rechten Winkeln verschränkt mit den stationären Kammelektroden
erstrecken; und Torsionsstäbe,
die an gegenüberliegenden Kanten
der Ebene angeordnet und von den Trägern gestützt sind, so dass sie ein schwenkbares
Lager für die
Ebene bilden.
-
Dies
ergibt eine Anordnung umfassend optische Scanner im Miniaturformat
mit einer effizienten Struktur von Kammelektroden. Die optische
Scanneranordnung ist für
lineare oder 2-dimensionale Abtastung geeignet.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Laserbildprojektor gemäß Anspruch
5 zur Verfügung
gestellt, umfassend: eine Lichtquelle zum Emittieren eines weißen Lichtstrahls;
eine Strahltrenneinheit zum Auftrennen des weißen Lichtstrahls in drei monochromatische
Hauptstrahlen; eine akustisch-optische Modulationseinheit zum Modulieren der
drei monochromatischen Strahlen ausgehend von Farbsignalen; eine
Strahlenkombinationseinheit zum Kombinieren der von der akus tisch-optischen Modulationseinheit
modulierten monochromatischen Strahlen in einen einzigen Kombinationsstrahl;
und eine Laserabtasteinheit zum Abtasten des einzigen Kombinationsstrahls,
so dass ein Bild gebildet wird, wobei die Laserabtasteinheit eine
optische Scanneranordnung wie oben beschrieben umfasst, wobei der erste
optische Scanner einen horizontalen Abtastspiegel zum horizontalen
Abtasten des einzigen Kombinationsstrahls aufweist und der zweite
optische Scanner einen vertikalen Abtastspiegel zum vertikalen Abtasten
eines vom horizontalen Abtastspiegel einfallenden Strahls aufweist.
-
Dieser
Aspekt der Erfindung ergibt einen Laserbildprojektor unter Verwendung
des oben beschriebenen optischen Scanners, bei dem die Abtastrichtung
einer horizontalen Abtastlinie abwechselnd geändert wird, um einen redundante
Rücklaufperiode
zu eliminieren, so dass korrekte Bildwiedergabe bei einer relativ
geringen Betriebsgeschwindigkeit erreicht werden kann.
-
Es
ist bevorzugt, dass der horizontale Abtastspiegel den einzigen Kombinationsstrahl
kombiniert mit den monochromatischen Strahlen abwechselnd von links
nach rechts und von rechts nach links abtastet. Es ist bevorzugt,
dass die Laserabtasteinheit ferner einen Speicher zum temporären Speichern
einer horizontal von rechts nach links abgetasteten Bildinformation
umfasst.
-
Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Betreiben eines Laserbildprojektors
wie oben beschrieben gemäß Anspruch
10 zur Verfügung,
umfassend: abwechselndes horizontales Abtasten des einzelnen Strahls,
der aus den modulierten monochromatischen Strahlen kombiniert ist,
von links nach rechts und von rechts nach links.
-
Durch
abwechselndes Verändern
der Abtastrichtung einer horizontalen Abtastlinie kann dieses Verfahren
einen redundante Rücklaufperiode eliminieren,
so dass korrekte Bildwiedergabe bei einer relativ geringen Betriebsgeschwindigkeit
erreicht werden kann.
-
Es
ist bevorzugt, dass ein in entgegengesetzte Richtung zu einem Eingabebildsignal
abgetastetes Bildsignal beim abwechselnden horizontalen Abtasten
von links nach rechts und von rechts nach links in einem Speicher
temporär
gespeichert wird und in umgekehrter Reihenfolge derart ausgegeben wird,
dass ein korrektes Bild angezeigt werden kann.
-
Beispiele
der Erfindung werden nun ausführlich
mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 eine
schematische Ansicht eines herkömmlichen
Laserbildprojektors ist;
-
2 eine
Perspektivansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines optischen
Scanners ist, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
-
3 eine
Schnittansicht des optischen Scanners entlang der Linie X-X von 2 ist,
der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
-
4 eine
Photographie eines optischen Scanners ist, der bei der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
-
5 eine
Photographie eines optischen Scanners ist, der bei der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, die die Anordnung von Antriebskammelektroden
unten an einer Ebene und von stationären Kammelektroden oben auf
einem Substrat zeigt;
-
6 eine
Photographie eines optischen Scanners ist, der bei der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, die zeigt, dass die stationären Kammelektroden
auf dem Substrat in zwei Gruppen unterteilt sind;
-
7 eine
schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Scanneranordnung
gemäß der Erfindung
ist, die zwei optische Scannereinheiten von 2 einsetzt;
-
8 eine
schematische Ansicht eines Laserbildprojektors gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, die optische Scanner mit Mikrospiegeln aufweist;
-
9A und 9B ein
herkömmliches
horizontales Abtastverfahren darstellen, und insbesondere 9A ein
herkömmlichen
horizontales Abtastsignal zeigt und 9B die
Abtastrichtung auf einem Bildschirm in Abhängigkeit vom horizontalen Abtastsignal
von 9A zeigt; und
-
10A und 10B ein
horizontales Abtastverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellen, und insbesondere 10A ein
horizontales Abtastsignal zeigt und 10B die
Abtastrichtung auf einem Bildschirm in Abhängigkeit vom horizontalen Abtastsignal
von 10A zeigt.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines optischen Scanners wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, ist in den 2 und 3 gezeigt.
Mit Bezug zu 2 ist eine Ebene 1a von
Trägern 6 über einem
Substrat 5 gelagert, das zum Beispiel aus Pyrexglas gebildet
ist. Hier sind beide Seiten der Ebene 1a von den Trägern 6 gelagert.
Es sind Torsionsstäbe 2 in
der Mitte der Seiten der Ebene 1a gelegen und lagern die
Ebene 1 derart, dass die Ebene 1 zickzackförmig schwenken
kann. Die Torsionsstäbe 2 sind
mit den Trägern 6 verbunden.
-
Wie
in 3 gezeigt ist die Oberseite der Ebene 1a durch
eine Spiegelseite 1 gebildet. Eine Mehrzahl von parallelen
Antriebskammelektroden 3 sind an der Unterseite der Ebene 1a ausgebildet,
so dass sie eine bestimmte Höhe
aufweisen. Die Mehrzahl von Antriebskammelektroden 3 sind
durch Linie I-I in zwei Gruppen unterteilt.
-
Andererseits
sind eine Mehrzahl von parallelen stationären Kammelektroden 4 an
der Oberseite des Substrats 5 ausgebildet, so dass sie
eine bestimmte Höhe
aufweisen, die zu den Antriebskammelektroden 3 senkrecht
sind. Die Mehrzahl von stationären
Kammelektroden 4 sind auch durch die Linie I-I in zwei
Gruppen unterteilt, die mit den Antriebskammelektroden 3 ausgerichtet
sind.
-
Im
optischen Scanner mit der Konfiguration oszilliert die Ebene 1a durch
elektrostatische Kraft, die zwischen den Antriebskammelektroden 3 und den
stationären
Kammelektroden 4 ausgeübt
wird, die durch Linie I-I unterteilt sind. Wenn zum Beispiel eine
Anziehungskraft zwischen den Antriebskammelektroden 3 und
den stationären
Kammelektroden 4 wirkt, die links der Linie I-I angeordnet
sind, dreht sich die Ebene 1a nach links. Wenn indessen
eine Anziehungskraft zwischen den Antriebskammelektroden 3 und
den stationären
Kammelektroden 4 wirkt, die rechts der Linie I-I angeordnet
sind, dreht sich die Ebene 1a nach rechts. Die Ebene 1a kehrt
durch eine Selbstrückstellkraft
in ihre ursprüngliche
Position zurück,
die auf dem Elastizitätsmodul
der Torsionsstäbe 2 basiert.
Die elektrostatische Kraft wird durch abwechselndes Anlegen von
Spannung auf die linke und rechte Seite induziert, so dass die Ebene 1a oszilliert.
-
In
den 2 und 3 ist keine Leitungsschicht
zur Zufuhr eines elektrischen Signals zu den Antriebskammelektroden 3 und
den stationären Kammelektroden 4 dargestellt.
Die Leitungsschicht für
die Antriebskammelektroden 3 und den stationären Kammelektroden 4 ist
im Substrat 5 ausgebildet. Ein elektrisches Signal zum
Antrieb der Antriebskammelektroden 3 wird von der auf dem
Substrat 5, den Trägern 6 und
der Ebene 1a ausgebildeten Leitungsschicht zugeführt. Die
Leitungsschicht kann leicht nach einer üblichen Technik ausgebildet
werden, und daher wird eine Beschreibung der Ausbildung der Leitungsschicht
hier nicht angegeben.
-
4 ist
eine Photographie eines optischen Scanners, der bei der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, der als Probestück hergestellt ist. 5 ist
eine Photographie der Anordnung der Antriebskammelektroden 3,
die unten an der Ebene 1a ausgebildet sind, und der stationären Kammelektroden 4,
die oben am Substrat 5 ausgebildet sind. 6 ist eine
Photographie der Anordnung der stationären Kammelektroden 4,
die auf dem Substrat 5 ausgebildet sind, in der die stationären Kammelektroden 4 in zwei
Gruppen unterteilt sind, wie es zuvor beschrieben wurde. Diese unterteilte
Struktur ist auch für
die unten an der Ebene 1a ausgebildeten Antriebskammelektroden 3 gezeigt.
-
Der
optische Scanner mit der Konfiguration wie oben beschrieben kann
für zahlreiche
Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel kann ein einzelner oder eine
Mehrzahl von optischen Scannern bei einem Laserbildprojektor gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet werden, der später beschrieben wird, einem
Laserdrucker, der lineares Laserstrahlabtasten benötigt, und
einem Strichcodeablesegerät. Zum
linearen Abtasten wird ein optischer Scanner eingesetzt. Für 2-dimensionale
flächige
Abtastung werden mindestens zwei optische Scanner verwendet. In
diesem Fall, bei dem ein Gerät
zwei optische Scanner einsetzt, tastet einer der optischen Scanner einen
Laserstrahl in x-Richtung ab und der andere optische Scanner führt Abtastung
in der y-Richtung durch, wobei der Strahl in x-Richtung abgetastet
wird. Deshalb kann durch Abtasten eines flächigen Bildschirms mit einem
Laserstrahl ein Bild angezeigt werden, oder es kann ein lineares
Lichtsignal von einem Bild eines abgetasteten Objekts erhalten werden.
-
7 ist
eine schematische Ansicht eines 2-dimensionalen optischen Mehrzweckscanners,
der zwei optische Scannereinheiten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einsetzt. Mit Bezug zu 7 ist
ein erster optischer Scanner 180 zum Abtasten eines Lichtstrahls
in einer ersten Richtung vor einer Lichtquelle 190 gelegen, die
einen Lichtstrahl in einer konstanten Richtung emittiert. Der erste
optische Scanner 180 reflektiert den von der Lichtquelle 190 einfallenden
Strahl im Bereich eines bestimmten Winkels in die x-Richtung. Ein zweiter
optischer Scanner 170 ist auf dem Ausbreitungspfad des
vom ersten optischen Scanner 180 reflektierten Strahls
gelegen, so dass der vom ersten optischen Scanner 180 reflektierte
Strahl in die y-Richtung senkrecht zur x-Richtung reflektiert wird.
-
Ein
Reflexionsspiegel 185 ist auf dem Ausbreitungspfad des
reflektierten Strahls vom zweiten optischen Scanner 170 gelegen.
Ein Bildschirm 186, auf dem der Lichtstrahl schließlich einfällt, ist
auf dem Ausbreitungspfad des vom Reflexionsspiegel 185 reflektierten
Strahls gelegen. Alternativ kann der Bildschirm 186 an
der Position des Reflexionsspiegels 185 gelegen sein. In
diesem Fall ist der Reflexionsspiegel 185 nicht angebracht.
-
Obwohl
der optische Scanner von 7 als Struktur dargestellt ist,
bei der ein flächiges
Bild unter Verwendung der Punktlichtquelle ausgebildet wird, kann
der optische Scanner in der umgekehrten Struktur konstruiert sein.
Insbesondere kann der Bildschirm 186 ein abzutastendes
Objekt sein und die Lichtquelle 190 kann durch einen Photodetektor
ersetzt sein. In diesem Fall dient der optische Scanner als Bildscanner
zum Ablesen eines Bildes des Objekts als lineares elektrisches Signal.
Dieser Bildscanner kann als allgemeiner Bildscanner zum Erzeugen
einer Computerbilddatei von einer Photographie oder als Strichcodeableseeinrichtung
zum Ablesen von Produktstrichcodes verwendet werden. Mit anderen
Worten, für
den optischen Scanner gemäß der vorliegenden
Erfindung mit der in 7 gezeigten Konfiguration kann
die Strahlausbreitungsrichtung in Abhängigkeit vom Zweck der Anwendung
geändert
werden, und es können
geeignete optische Elemente an den Enden des Strahlausbreitungspfads
des optischen Scanners entsprechend den Änderungen angeordnet werden.
-
Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
eines Laserbildprojektors gemäß der vorliegenden
Erfindung, die zwei optische Scan ner mit der oben beschriebenen
Konfiguration einsetzt, ausführlicher
beschrieben. Beim Laserbildprojektor gemäß der vorliegenden Erfindung
setzt eine Laserabtasteinheit (LSU) mit einem Mikrospiegel die Abtastung
entlang horizontaler Abtastlinien ohne Notwendigkeit für ein Rücklaufintervall
fort, indem die Abtastrichtung abwechselnd geändert wird. Als Folge davon
kann normale Bildwiedergabe mit dem optischen Scanner implementiert
werden, der eine relativ geringe Abtastrate aufweist. Zu diesem
Zweck wird ein in der entgegengesetzten Richtung abgetastetes Bildsignal
in einem Pufferspeicher gespeichert, und wird in umgekehrter Reihenfolge
ausgegeben, um das korrekte Bild anzuzeigen. Die Struktur des Laserbildprojektors
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird unten ausführlich
beschrieben.
-
8 zeigt
die optische Struktur eines Laserbildprojektors gemäß der vorliegenden
Erfindung, der optische Scanner mit Mikrospiegeln aufweist. Mit Bezug
zu 8 ist eine Lichtquelle 10 ein Weißlichtlaser,
der weißes
Licht emittiert. Halbleiterlaser in roter (R), grüner (G)
und blauer (B) Farbe oder ein wellenlängenkonvertibler Feststofflaser
können
als Lichtquelle 10 verwendet werden. Eine Strahltrenneinheit 25 trennt
das weiße
Licht, das ein Linsensystem 22 und einen den optischen
Pfad verändernden Reflexionsspiegel 21 durchlaufen
hat, in monochromatische Strahlen von R, G und B. Die Strahltrenneinheit 25 weist
zwei dichromatische Spiegel 67a und 68a und einen
starken Reflexionsspiegel 69a auf. Die dichromatischen
Spiegel 67a und 68a trennen das weiße Licht
in R-, G-, B-Strahlen und der starke Reflexionsspiegel 69a verändert den
optischen Pfad des monochromatischen Strahls, der den dichromatischen
Spiegel 68a passiert hat. Die aufgetrennten monochromatischen
R-, G- und B-Strahlen werden von Fokussierlinsen 64a, 65a und 66a fokussiert,
die auf akustisch-optische Modulatoren (AOMs) 61, 62 bzw. 63 einfallen,
und werden basierend auf einem Bildsignal moduliert. Kollimatorlinsen 64b, 65b und 66b zur
Kollimation der modulierten Laserstrahlen zurück in die selben parallelen
Strahlen wie vor dem Ein tritt in die Fokussierlinsen 64a, 65a und 66a, sind
neben den AOMs 61, 62 und 63 angeordnet.
Die basierend auf dem Bildsignal modulierten R-, G- und B-Strahlen
werden durch eine Strahlkombinationseinrichtung 65 zu einem
einzigen Kombinationsstrahl kombiniert. Die Strahlkombinationseinrichtung 65 weist
zwei dichromatische Spiegel 67b und 68b auf und
einen stark reflektierenden Spiegel 69b. Der kombinierte
Strahl fällt
auf einen horizontalen Abtastspiegel 80 einer Laserabtasteinheit
(LSU) 1000, die ein Merkmalselement der vorliegenden Erfindung
ist. Insbesondere fällt
der kombinierte Strahl auf den horizontalen Abtastspiegel 80 der
LSU 1000 und wird horizontal abgetastet. Der horizontale
Abtaststrahl wird auf einer Spiegelseite eines vertikalen Abtastspiegels 70 der
LSU 1000 fokussiert und vertikal abgetastet. Ein von den
horizontalen und vertikalen Abtastspiegeln 80 und 70 abgetastetes
Bild wird durch einen Reflexionsspiegel 85, der über dem
vertikalen Abtastspiegel 70 angeordnet ist, auf einen Bildschirm 90 projiziert.
-
Die
LSU 1000 mit dem horizontalen Abtastspiegel 80,
dem vertikalen Abtastspiegel 70 und dem Reflexionsspiegel 85 wird
unter Verwendung von mikroelektromechanischen System(MEMS)-Techniken als
Mikrostruktur hergestellt. Ein optischer Scanner auf Basis einer
MEMS-Technik weist die mit Bezug zu den 2 bis 6 beschriebene
Struktur auf. Daher beinhaltet die LSU 1000 die optischen
Scanner, deren Struktur zuvor beschrieben wurde. Insbesondere der
vertikale Abtastspiegel 70 und der horizontale Abtastspiegel 80 sind
als separate optische Scanner ausgebildet. Die Funktionen des vertikalen Abtastspiegels 70 und
des horizontalen Abtastspiegels 80 werden durch die Spiegelseite 1 der
Ebene 1a des zuvor beschriebenen optischen Scanners ausgeführt.
-
Das
Endziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Laser-TV-Empfänger durch
Reduzierung der Größe eines
Laserbildprojektors zu implementieren, indem solche mikrooptischen
Scanner verwendet werden. Durch Ersetzen des polygonalen Spiegels und
das Galvanometers, die als die herkömmlichen LSUs dienen, gegen
zwei optische Miniaturscanner mit Mikrospiegeln bei Anwendung eines
für Hochgeschwindigkeitsbildprozesse
geeigneten Antriebsverfahrens, ist es möglich, ein Laser-TV in hoher
Qualität
zu implementieren.
-
Ein
Verfahren zum Betreiben eines Laserbildprojektors gemäß der vorliegenden
Erfindung wird mit Bezug zu den 10A und 10B in Vergleich zum herkömmlichen Verfahren beschrieben, das
in den 9A und 9B dargestellt
ist. Die 9A und 10A zeigen
ein herkömmliches
horizontales Abtastsignal bzw. ein horizontales Abtastsignal gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die 9B und 10B zeigen
die Abtastrichtungen eines Laserstrahls auf einem Bildschirm gemäß dem herkömmlichen
horizontalen Abtastsignal bzw. dem horizontalen Abtastsignal gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beim herkömmlichen
horizontalen Abtastsignal wird im Intervall der durchgezogenen Linie
des horizontalen Abtastsignals, wie in 9A gezeigt, eine
einzelne horizontale Linie, die von einer durchgezogenen Linie in 9B bezeichnet
ist, von links nach rechts abgetastet. Nach dem Einzelzeilenabtasten
kehrt im Intervall der unterbrochenen Linie von 9A der
Laserstrahl entlang einer unterbrochenen Linie von 9B 5-10
Mal schneller als die horizontale Abtastrate von links nach rechts
zur ursprünglichen
Abtaststartposition nach links zurück. Das herkömmliche
Verfahren zum Betreiben zeigt durch sequentielles Wiederholen des
horizontalen Abtastens von links nach rechts und der horizontalen Rücklaufbewegung
von rechts nach links ein Bild an. Nach dem herkömmlichen Betriebsverfahren
ist für die
Bildanzeige in hoher Auflösung
horizontales Abtasten in Hochgeschwindigkeit erforderlich. Es gibt jedoch
eine Begrenzung bei der Erhöhung
der Abtastrate beim optischen Scanner.
-
Hingegen
funktioniert beim Laserbildprojektor gemäß der vorliegenden Erfindung,
bei dem zum Zwecke der Miniaturisierung der horizontale Mikroabtastspiegel
anstelle des polygonalen Spiegels verwendet wird, der als herkömmliche
horizontale Abtasteinheit dient, der horizontale Mikroabtastspiegel auf
Basis des 10A gezeigten horizontalen Abtastsignals.
Wie in 10A gezeigt ist, weist dieses horizontale
Abtastsignal kein Rücklaufintervall
auf und ist nur mit durchgezogenen Linien dargestellt. Die vorliegende
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierliches horizontales
Abtasten ohne Rücklaufintervall
möglich
ist. Wie in 10B gezeigt kann auf diese Weise
auf Basis des horizontalen Abtastsignals von 10A eine
einzelne horizontale Abtastung von links nach rechts von einer weiteren
horizontalen Abtastung von rechts nach links gefolgt sein. Der gesamte
Inhalt eines Bildes wird durch Wiederholen des horizontalen Abtastens von
links nach rechts und des horizontalen Abtastens von rechts nach
links realisiert. Gemäß dem Verfahren
zum Betreiben der vorliegenden Erfindung kann das horizontale Abtasten
kontinuierlich durchgeführt werden,
ohne redundantes Rücklaufintervall,
das beim herkömmlichen
Betriebsverfahren unumgänglich
ist. Auf diese Weise kann das korrekte Bild realisiert werden, obwohl
die Abtastrate des Mikrospiegels des Laserbildprojektors gemäß der vorliegenden Erfindung
geringer ist als die der herkömmlichen
Abtasteinheit. Mit anderen Worten, wenn die in 10B dargestellte Abtastverfahrensweise beim optischen Mikroscanner
angewendet wird, der in der vorliegenden Erfindung verwendet ist,
besteht keine Notwendigkeit zur schnellen Rückkehr zur Abtastausgangsposition
(Rücklaufverfahren),
so dass das korrekte Bild in hoher Auflösung angezeigt werden kann,
ohne die Einschränkungen,
die mit Hochgeschwindigkeitsbetrieb des optischen Scanners verbunden
sind. In einem bevorzugten Verfahren ist eine Zeile des von rechts
nach links abgetasteten Bildes gegenläufig zum ursprünglichen
Eingabebildsignal, so dass das übertragene
Bildsignal in einem Pufferspeicher gespeichert wird und in umgekehrter
Abfolge ausgegeben wird, um das korrekte Bild anzuzeigen. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Verfahren zum Betreiben, das kein Rücklaufintervall
nach einer einzelnen horizontalen Abtastung benötigt, beim optischen Mikroscanner
angewendet, so dass eine zufriedenstellende Bildanzeige selbst bei
einer relativ niedrigen Betriebsgeschwindigkeit implementiert werden
kann.
-
Wie
zuvor beschrieben ist der bei der vorliegenden Erfindung verwendete
optische Scanner durch seine Miniaturstruktur gekennzeichnet, so dass
seine Anwendungen erweitert werden können. Der Laserbildprojektor
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist anstelle des rotierenden polygonalen Spiegels zum
horizontalen Abtasten und dem vertikalen Abtastgalvanometer optische
Scanner mit Mikrospiegeln auf, und wird derart betrieben, dass eine einzelne
horizontale Abtastung von links nach rechts, ohne redundantes Rücklaufintervall,
von einer weiteren horizontalen Abtastung von rechts nach links
gefolgt ist. Deshalb kann im Vergleich zum herkömmlichen Betriebsverfahren,
das schnelle Rückkehr
um das 5-10-fache schneller als die horizontale Abtastrate benötigt, die
Betriebsgeschwindigkeit merklich reduziert werden, so dass Einschränkungen
durch den Hochgeschwindigkeitsbetrieb beim optischen Scanner für Bildanzeige
in hoher Auflösung überwunden werden
können.
Außerdem
trägt die
ausgewogene Links-Rechts-Betriebsweise dazu bei, Schäden des optischen
Scanners mit erhöhter
Zuverlässigkeit
zu vermeiden.
-
Während diese
Erfindung insbesondere mit Bezug zu bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für die Fachleute,
dass verschiedene Veränderungen
in Form und Details hierzu vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.