EP1738215A1 - Determining the excursion of micromirrors in a projection system - Google Patents

Determining the excursion of micromirrors in a projection system

Info

Publication number
EP1738215A1
EP1738215A1 EP04804708A EP04804708A EP1738215A1 EP 1738215 A1 EP1738215 A1 EP 1738215A1 EP 04804708 A EP04804708 A EP 04804708A EP 04804708 A EP04804708 A EP 04804708A EP 1738215 A1 EP1738215 A1 EP 1738215A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
projection
mirror
light
projection system
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04804708A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard Bock
Günter Schrepfer
Marco Werner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Palm Inc
Original Assignee
Siemens AG
BenQ Mobile GmbH and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, BenQ Mobile GmbH and Co OHG filed Critical Siemens AG
Priority to EP04804708A priority Critical patent/EP1738215A1/en
Publication of EP1738215A1 publication Critical patent/EP1738215A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/74—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen

Definitions

  • the invention relates to a projection system according to the preamble of claim 1.
  • Such a projection system and in particular a laser projection system is preferably used in miniaturized projection devices.
  • a promising version of mini-pro ectors is the projection with the help of a laser beam deflected by a micromirror.
  • the beam scans the projection area line by line, similar to the electrode beam in a cathode ray tube.
  • micromirror or general microactuator The structure and operation of such a micromirror or general microactuator is briefly described below.
  • microactuators which have proven themselves in the production of microelectronic components in silicon planar technology and which permit economical production. These include in particular deposition processes for layer production, photolithographic processes for structure transfer and etching processes for structuring.
  • deposition processes for layer production include in particular deposition processes for layer production, photolithographic processes for structure transfer and etching processes for structuring.
  • the prerequisite for the manufacture of such a microsystem is the use of actuators that can be operated with IC-compatible voltages, especially with regard to when these systems are to be used in mobile devices.
  • a micromechanical scanner mirror is understood to be a micro actuator that is used for the controlled deflection of light.
  • these actuators are no longer produced using conventional precision mechanical manufacturing processes, but the above-mentioned processes for microstructuring are used.
  • the basic structure of such an actuator essentially consists of a reflecting mirror plate which is suspended via torsion or bending springs on a frame surrounding the mirror surface.
  • the following are briefly mentioned from the multitude of control options:
  • a current is impressed into a conductor loop applied to the mirror surface. If the current flow in the conductor loop changes, a twisting moment is created on the mirror plate by the external magnetic field.
  • the transverse piezoelectric effect can be used to deflect a mirror plate.
  • the piezoelectric layer is located between two electrodes. When electrical voltage is applied, a mechanical voltage is transmitted to the front part of the mirror plate, which causes a deflection within this area.
  • electrical voltage is applied, a mechanical voltage is transmitted to the front part of the mirror plate, which causes a deflection within this area.
  • the sign of the voltage U is thus a deflection upwards or downwards.
  • Electrostatic excitation This control principle is sometimes the most frequently described method for using these micromechanical scanner mirrors. The process is based on the electrostatic attraction of the electrode and counterelectrode when the voltage is applied.
  • the reflecting mirror plate itself is an electrode, and two counter electrodes are formed by a layer below the plate.
  • the form of excitation for electrostatically deflecting the micromirrors can be roughly divided into two groups.
  • the first group includes mirrors for the quasi-static deflection of light, as is often the case with lasers for material processing. Since the permanent deflection of the mirror depends on the level of the applied voltage, any low vibration frequencies can be achieved.
  • the excitation of the mirror oscillation can take place in resonance, whereby, according to the mechanical quality of the system, higher deflection angles than with quasi-static excitation can be achieved.
  • the vibration frequencies depend on the mechanical structure and range from a few 100Hz to a few 10kHz.
  • the mirror plate itself performs the fast, resonant movement and is attached to an inner frame via two silicon torsion springs. This carries out the slow, quasi-static vibration and is in turn connected to an outer frame by two nickel torsion springs
  • An image is now created by modulating the image data onto the laser beam.
  • This modulated laser beam is fanned out by the scanner mirror and projected as a light beam.
  • Another problem is product safety in laser projectors.
  • the projection beam emerges undeflected from the projection device and can thus exceed the legal irradiation limit values. It is therefore imperative to know for sure whether the mirror is swinging. This means that the laser can be switched off when the mirror is not vibrating.
  • One possible method is to measure the capacitance of the vibrating micromirror in order to obtain information about the deflection of the mirror and thus the position of the laser beam.
  • this method is very complex and imprecise in terms of circuitry, since the measurement is severely disturbed by the superimposed, high excitation voltages for the mirror.
  • the invention has for its object to provide a projection system with a safe and reliable position determination of the micro-oscillating mirror.
  • Figure 1 the projection system according to the invention with an optical position detection
  • Figure 2 a diagram for explanation.
  • the position determination according to the invention takes place reliably and robustly by optical means.
  • FIG. 1 shows a projection system which essentially has a laser 2 as a light source and a micro oscillating mirror 1 in a housing 4.
  • the light source can also be realized by an LED or an IR LED.
  • the laser 2 and the oscillation seal 1 are controlled by a control circuit 7.
  • a laser beam directed onto the mirror 1 is deflected two-dimensionally by the latter and emitted as a projection light beam 6 or projection bundle through a projection opening 5 in the housing 4.
  • light-sensitive components 3 are attached to the edge region of the projection light beam 6 and give corresponding feedback to the control electronics 7 if a light beam hits them. Since the geometry of the beam guidance is known, the position of the mirror 1 can be recognized on the one hand by these pulses and, on the other hand, it can be determined whether the mirror 1 is oscillating.
  • 5 light-sensitive sensors 3 are attached to the edges of the projection opening 4 within the projection housing 4. These can be, for example, CCD / CMOS sensors or other photo elements. If the projection beam hits one of the sensors 3, the latter delivers a pulse which serves as a synchronization signal and thus for determining the position for controlling the micromirror 1 in the control circuit 7.
  • sensors 3 are attached on both sides of the projection opening 5. Depending on the projection method, a single photo element 3 on one side can also be sufficient.
  • the angle between the light beam emitted by the laser 2 and the projection light beam 6 is approximately 90 degrees.
  • An arrangement is also possible in which the laser 2 is located in the vicinity of the projection opening 5.
  • the angle between the light beam emitted by the laser 2 and the projection light beam 6 is approximately 30 degrees.
  • the advantage of the projection system according to the invention is that the projection beam is simultaneously used for determining the position. This means that you can constantly check whether the mirror is swinging even during a projection.
  • the laser must be operated with reduced power to avoid exceeding the radiation protection limit values.
  • the power reduction can be brought about, for example, by pulse width modulation of the laser beam.
  • the actual mirror position is measured by photoelectric elements or light-sensitive sensors 3 at the image edge and with the aid of brightness modulation of the light source.
  • This modulation can be a random pattern or it can also represent a regular signal with a specific course.
  • the modulation is regulated in the control circuit 7.
  • the course can be determined, for example, by a counter content or line number. It is useful to use the modulation of the projection light bundle 6 in the steady state only outside the active area in the edge of the image.
  • FIG. 2 shows the chronological sequence of the projection light bundle 6, for example at the projection opening 5, and a detector signal generated in the sensor 3.
  • the sensor 3 changes the detector signal at a detector position as a function of the deflection of the projection beam 6.
  • the oscillation amplitude of the mirror 1 can then be controlled accordingly by the controller 7, that is to say it can be enlarged or reduced, if necessary.
  • the purpose of the further development is the temporal detection of the position of the light beam 6 relative to photoelectric elements which, as a rule, capture not only one image point but a range of image points in several lines with simple effort.
  • the exact position of the image section relative to these calibration receivers can be determined in order to do so to synchronize the projection device and to precisely regulate the image size.
  • the modulation signal can also be used to keep the energy density of the light beam low during run-up, as long as the expansion is not yet ensured by the deflection of the oscillating mirrors.
  • the development of the invention results in better synchronization of the oscillating mirror 1 and thus a more precise image size regulation in deflection mirror projection systems. Furthermore, it enables a safe start-up and constant monitoring of the deflection function to prevent the energy beam from becoming too large and therefore dangerous.

Abstract

The invention relates to a projection system comprising a light source (2), especially a laser light source, wherein a projection light beam (6) is generated by means of an oscillating mirror (1) starting from the light source (2). According to the invention, at least one light sensor (3) is provided in the marginal zone of the projection light beam (6) for detecting the position of the oscillating mirror (1).

Description

Beschreibungdescription
BESTIMMUNG DER AUSLENKUNG VON MIKROSPIEGELN IN EINEM PROJΞKTIONSSYSTEMDETERMINING THE DISPLACEMENT OF MICRO MIRRORS IN A PROJECTION SYSTEM
Die Erfindung betrifft ein Projektionssystem geraäss dem Ober- begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a projection system according to the preamble of claim 1.
Ein solches Projektionssystem und insbesondere Laser- Projektionssystem wird vorzugsweise bei miniaturisierten Pro- jektionsgeräten eingesetzt.Such a projection system and in particular a laser projection system is preferably used in miniaturized projection devices.
In Folge der allgemeinen Miniaturisierung von mobilen Geräten einerseits und der ständig wachsenden darzustellenden Datenmenge andererseits wird es zukünftig immer schwieriger wer- den, diesen beiden Entwicklungen beispielsweise in einem Mobiltelefon gerecht zu werden. Die Miniaturisierung von Projektionsgeräten zu deren Verwendung im Zusammenspiel mit Mobiltelefonen kann einen Ausweg aus diesem Gegensatz bedeuten.As a result of the general miniaturization of mobile devices on the one hand and the constantly growing amount of data to be displayed on the other hand, it will become increasingly difficult in the future to do justice to these two developments, for example in a mobile phone. The miniaturization of projection devices for their use in conjunction with mobile phones can mean a way out of this contrast.
Eine vielversprechende Ausführung von Mini-Pro ektoren ist die Projektion mit Hilfe eines über einen Mikrospiegel abgelenkten Laserstrahls. Dabei scannt der Strahl die Projektionsfläche zeilenweise ab, ähnlich wie der Elektrodenstrahl in einer Kathodenstrahlröhre.A promising version of mini-pro ectors is the projection with the help of a laser beam deflected by a micromirror. The beam scans the projection area line by line, similar to the electrode beam in a cathode ray tube.
Der Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Mikrospiegels oder allgemeiner Mikroaktors wird im folgenden kurz beschrieben.The structure and operation of such a micromirror or general microactuator is briefly described below.
Zur Herstellung von Mikroaktoren werden vorzugsweise Techniken verwendet, die sich bei der Fertigung mikroelektronischer Bauelemente in der Silizium-Planartechnologie bewährt haben und eine wirtschaftliche Fertigung erlauben. Darunter fallen insbesondere Abscheideprozesse zur Schichterzeugung, photoli- thographische Prozesse zur Strukturübertragung und Ätzprozesse zur Strukturierung. Durch die monolithische oder hybride Kombination von mikromechanisch gefertigten Aktoren und der entsprechenden integrierten elektronischen Ansteuerung beziehungsweise Signal erarbeitung entsteht ein Mikrosystem mit im Vergleich zu konventionellen Systemen extrem geringen Abmessungen, höherer Zuverlässigkeit und erweiterten beziehungs- weise neuartigen Funktionen.Techniques are preferably used for the production of microactuators which have proven themselves in the production of microelectronic components in silicon planar technology and which permit economical production. These include in particular deposition processes for layer production, photolithographic processes for structure transfer and etching processes for structuring. Through the monolithic or hybrid combination of micromechanically manufactured actuators and the Corresponding integrated electronic control or signal processing creates a microsystem with extremely small dimensions, higher reliability and extended or new functions compared to conventional systems.
Voraussetzung für die Herstellung eines solchen Mikrosystems ist die Verwendung von Aktoren, die mit IC-kompatiblen Spannungen betrieben werden können, besonders auch im Hinblick darauf, wenn diese Systeme dem Einsatz in mobilen Geräten gerecht werden sollen.The prerequisite for the manufacture of such a microsystem is the use of actuators that can be operated with IC-compatible voltages, especially with regard to when these systems are to be used in mobile devices.
Im Allgemeinen versteht man unter einem mikromechanischen Scannerspiegel einen Mikroaktor, der zur kontrollierten Ab- lenkung von Licht genutzt wird. Um ein größtmögliches Maß an Miniaturisierung zu erreichen, werden diese Aktoren nicht mehr mit konventionellen feinmechanischen Herstellungsverfahren produziert, sondern es werden die oben genannten Verfahren zur Mikrostrukturierung genutzt.In general, a micromechanical scanner mirror is understood to be a micro actuator that is used for the controlled deflection of light. In order to achieve the greatest possible degree of miniaturization, these actuators are no longer produced using conventional precision mechanical manufacturing processes, but the above-mentioned processes for microstructuring are used.
Der grundsätzliche Aufbau eines derartigen Aktors besteht im Wesentlichen aus einer reflektierenden Spiegelplatte die über Torsions- oder Biegefedern an einem die Spiegelfläche umgebenden Rahmen aufgehängt sind. Aus der Vielzahl von Ansteue- rungsmöglichkeiten werden im Folgenden kurz genannt:The basic structure of such an actuator essentially consists of a reflecting mirror plate which is suspended via torsion or bending springs on a frame surrounding the mirror surface. The following are briefly mentioned from the multitude of control options:
• Magnetische Anregung• Magnetic excitation
Hierbei wird in eine auf der Spiegelfläche aufgebrachte Leiterschleife ein Strom eingeprägt. Ändert sich nun der Strom- fluss in der Leiterschleife, so entsteht durch das von außen angelegte Magnetfeld ein tordierendes Moment auf die Spiegelplatte .In this case, a current is impressed into a conductor loop applied to the mirror surface. If the current flow in the conductor loop changes, a twisting moment is created on the mirror plate by the external magnetic field.
• Thermomechanische Anregung Um bei diesem Verfahren den Aktor zum Auslenkung zu zwingen, wird die Spiegelfläche über zwei Bimetallstreifen aufgehängt. Zum Erwärmen der Streifen wird der Strom über einen hin- und über den anderen zurückgeführt.• Thermomechanical excitation In order to force the actuator to deflect with this method, the mirror surface is suspended over two bimetal strips. To heat the strips, the current is fed back and forth over the other.
• Piezoelektrische Anregung Der transversale piezoelektrische Effekt kann zur Auslenkung einer Spiegelplatte verwendet werden. Die piezoelektrische Schicht befindet sich zwischen zwei Elektroden. Bei angelegter elektrischer Spannung wird auf den vorderen Teil der Spiegelplatte eine mechanische Spannung übertragen, die eine Verbiegung innerhalb dieses Bereichs bewirkt. Abhängig vom• Piezoelectric excitation The transverse piezoelectric effect can be used to deflect a mirror plate. The piezoelectric layer is located between two electrodes. When electrical voltage is applied, a mechanical voltage is transmitted to the front part of the mirror plate, which causes a deflection within this area. Depending on the
Vorzeichen der Spannung U wird somit eine Auslenkung nach o- ben oder unten erzielt.The sign of the voltage U is thus a deflection upwards or downwards.
• Elektrostatische Anregung Dieses Ansteuerungsprinzip ist das bisweilen am häufigsten beschriebene Verfahren zur Nutzung dieser mikromechanischen Scannerspiegel . Das Verfahren beruht auf der elektrostatischen Anziehung von Elektrode und Gegenelektrode bei angelegter Spannung. Beispielsweise bei einem lD-Scannerspiegels stellt die reflektierende Spiegelplatte selbst eine Elektrode dar, und zwei Gegenelektroden werden durch eine Schicht unterhalb der Platte gebildet.• Electrostatic excitation This control principle is sometimes the most frequently described method for using these micromechanical scanner mirrors. The process is based on the electrostatic attraction of the electrode and counterelectrode when the voltage is applied. For example, in an ID scanner mirror, the reflecting mirror plate itself is an electrode, and two counter electrodes are formed by a layer below the plate.
Anhand der unterschiedlichen Einsatzgebiete kann die Anre- gungsform zur elektrostatischen Ablenkung der Mikrospiegel grob in zwei Gruppen eingeteilt werden.Based on the different areas of application, the form of excitation for electrostatically deflecting the micromirrors can be roughly divided into two groups.
Die erste Gruppe beinhaltet Spiegel zur quasistatischen Ablenkung von Licht, wie es häufig bei Lasern zur Materialbear- beitung der Fall ist. Da die permanente Auslenkung des Spiegels abhängig von der Höhe der angelegten Spannung ist, lassen sich damit auch beliebig niedrige Schwingungsfrequenzen realisieren.The first group includes mirrors for the quasi-static deflection of light, as is often the case with lasers for material processing. Since the permanent deflection of the mirror depends on the level of the applied voltage, any low vibration frequencies can be achieved.
Spiegel zur kontinuierlichen, harmonischen Ablenkung vonMirror for the continuous, harmonic distraction of
Licht bilden die zweite Gruppe. Diese Form der Ansteuerung wird überwiegend bei Lesesystemen für Strichcodes eingesetzt. Die Anregung der Spiegelschwingung kann dabei in Resonanz erfolgen, wobei entsprechend der mechanischen Güte des Systems höhere Auslenkwinkel als bei der quasistatischen Anregung erzielt werden können. Die Schwingungsfrequenzen sind hierbei abhängig vom mechanischen Aufbau, und reichen von einigen 100Hz bis einigen 10kHz.Light form the second group. This form of control is mainly used in bar code reading systems. The excitation of the mirror oscillation can take place in resonance, whereby, according to the mechanical quality of the system, higher deflection angles than with quasi-static excitation can be achieved. The vibration frequencies depend on the mechanical structure and range from a few 100Hz to a few 10kHz.
Durch eine kardanische Aufhängung eines 2D-Scannerspiegels ist es möglich die Vorteile der beiden Ansteuerungsformen in einem Chip zu vereinen. Die Spiegelplatte selbst vollzieht hierbei die schnelle, resonante Bewegung und ist über zwei Silizium Torsionsfedern an einem inneren Rahmen befestigt. Dieser führt die langsame, quasistatische Schwingung aus, und wird wiederum durch zwei Nickel Torsionsfedern mit einem äu- ßeren Rahmen verbundenBy gimbaling a 2D scanner mirror, it is possible to combine the advantages of both types of control in one chip. The mirror plate itself performs the fast, resonant movement and is attached to an inner frame via two silicon torsion springs. This carries out the slow, quasi-static vibration and is in turn connected to an outer frame by two nickel torsion springs
Ein Bild entsteht nun, indem die Bilddaten auf den Laserstrahl moduliert werden. Dieser modulierte Laserstrahl wird vom Scanner-Spiegel aufgefächert und als Lichtbündel proje- ziert.An image is now created by modulating the image data onto the laser beam. This modulated laser beam is fanned out by the scanner mirror and projected as a light beam.
Um die Bildinformationen auf den Laserstrahl modulieren zu können ist es erforderlich zu wissen, an welcher Stelle der Projektion sich dieser befindet. Wie von Kathodenstrahlröhren bekannt werden dazu horizontale (zu jedem Zeilenanfang) und vertikale (zu Beginn eines Bildes) Synchronisationsimpulse benötigt, die aus der Spiegelbewegung abgeleitet werden.In order to be able to modulate the image information on the laser beam, it is necessary to know where the projection is located. As known from cathode ray tubes, this requires horizontal (at the beginning of each line) and vertical (at the beginning of an image) synchronization pulses which are derived from the mirror movement.
Ein weiteres Problem ist die Produktsicherheit bei Laserpro- jektoren. Im Falle eines unbewegten Spiegels tritt der Projektionsstrahl unabgelenkt aus dem Projektionsgerät aus und kann so die gesetzlichen Bestrahlungs-Grenzwerte überschreiten. Daher ist es zwingend erforderlich, sicher zu wissen, ob der Spiegel schwingt. So kann bei nicht schwingendem Spiegel der Laser abgeschaltet werden. Eine mögliche Methode ist die Kapazität des schwingenden Mik- rospiegels zu messen, um Aufschluss über die Auslenkung des Spiegels und damit die Position des Laserstrahls zu bekommen. Da die Kapazitätsänderungen sich jedoch üblicherweise im Be- reich unter lpF bewegen, ist diese Methode schaltungstechnisch sehr aufwendig und ungenau, da die Messung durch die überlagerten , hohen AnregungsSpannungen für den Spiegel stark gestört wird.Another problem is product safety in laser projectors. In the case of an unmoved mirror, the projection beam emerges undeflected from the projection device and can thus exceed the legal irradiation limit values. It is therefore imperative to know for sure whether the mirror is swinging. This means that the laser can be switched off when the mirror is not vibrating. One possible method is to measure the capacitance of the vibrating micromirror in order to obtain information about the deflection of the mirror and thus the position of the laser beam. However, since the changes in capacitance are usually in the range below 1pF, this method is very complex and imprecise in terms of circuitry, since the measurement is severely disturbed by the superimposed, high excitation voltages for the mirror.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Projektionssys- tem mit einer sicheren und zuverlässigen Positionsbestimmung des Mikro-Schwingspiegels anzugeben.The invention has for its object to provide a projection system with a safe and reliable position determination of the micro-oscillating mirror.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Patentan- spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features specified in patent claim 1.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Dabei zeigen:The invention is described in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing. Show:
Figur 1: das erfindungsgemäße Projektionssystem mit einer optischen Positionserkennung, und Figur 2: ein Diagramm zur Erläuterung.Figure 1: the projection system according to the invention with an optical position detection, and Figure 2: a diagram for explanation.
Die erfindungsgemäße Positionsbestimmung erfolgt zuverlässig und robust auf optischem Wege.The position determination according to the invention takes place reliably and robustly by optical means.
In der Figur 1 ist ein Projektionssystem dargestellt, das im wesentlichen einen Laser 2 als Lichtquelle und einen Mikro- Schwingspiegel 1 in einem Gehäuse 4 aufweist. Die Lichtquelle kann auch durch eine LED oder eine IR-LED realisiert sein. Der Laser 2 und der Schwing-Siegel 1 werden von einer Steuerschaltung 7 angesteuert. Ein auf den Spiegel 1 gerichteter Laserstrahl wird von diesem zweidimensional abgelenkt und als Projektions-Lichtstrahl 6 beziehungsweise Projektionsbündel durch eine Projektionsöffnung 5 im Gehäuse 4 abgegeben. Erfindungsgemäß sind an im Randbereich des Projektions- Lichtstrahles 6 lichtempfindliche Bauteile 3 angebracht, die eine entsprechende Rückmeldung zu der Steuerelektronik 7 geben, falls ein Lichtstrahl auf sie trifft. Da die Geometrie der Strahlführung bekannt ist, kann über diese Impulse zum einen die Position des Spiegels 1 erkannt und zum anderen festgestellt werden, ob der Spiegel 1 schwingt.FIG. 1 shows a projection system which essentially has a laser 2 as a light source and a micro oscillating mirror 1 in a housing 4. The light source can also be realized by an LED or an IR LED. The laser 2 and the oscillation seal 1 are controlled by a control circuit 7. A laser beam directed onto the mirror 1 is deflected two-dimensionally by the latter and emitted as a projection light beam 6 or projection bundle through a projection opening 5 in the housing 4. According to the invention, light-sensitive components 3 are attached to the edge region of the projection light beam 6 and give corresponding feedback to the control electronics 7 if a light beam hits them. Since the geometry of the beam guidance is known, the position of the mirror 1 can be recognized on the one hand by these pulses and, on the other hand, it can be determined whether the mirror 1 is oscillating.
Zur Realisierung sind innerhalb des Projektionsgehäuses 4 sind an den Rändern der Projektionsöffnung 5 lichtempfindliche Sensoren 3 angebracht. Dies können zum Beispiel CCD/CMOS- Sensoren oder andere Photoelemente sein. Trifft der Projektionsstrahl auf einen der Sensoren 3, so liefert dieser einen Impuls, der als Synchronisationssignal und damit zur Positi- onsbestimmung für eine Steuerung des Mikro-Spiegels 1 in der Steuerschaltung 7 dient.For implementation, 5 light-sensitive sensors 3 are attached to the edges of the projection opening 4 within the projection housing 4. These can be, for example, CCD / CMOS sensors or other photo elements. If the projection beam hits one of the sensors 3, the latter delivers a pulse which serves as a synchronization signal and thus for determining the position for controlling the micromirror 1 in the control circuit 7.
In der Figur 1 sind Sensoren 3 an beiden Seiten der Projektionsöffnung 5 angebracht. Je nach Projektionsverfahren kann auch ein einziges Photoelement 3 an einer Seite ausreichend sein.In FIG. 1, sensors 3 are attached on both sides of the projection opening 5. Depending on the projection method, a single photo element 3 on one side can also be sufficient.
Weiter ist in der Figur 1 eine Anordnung dargestellt, bei der der Winkel zwischen dem vom Laser 2 abgegebenen Lichtstrahl und dem Projektions-Lichtstrahl 6 ca. 90 Grad beträgt. Es ist auch eine Anordnungen möglich, bei der sich der Laser 2 in der Nähe der Projektionsöffnung 5 befindet. Hierbei beträgt der Winkel zwischen dem vom Laser 2 abgegebenen Lichtstrahl und dem Projektions-Lichtstrahl 6 ungefähr 30 Grad.1 shows an arrangement in which the angle between the light beam emitted by the laser 2 and the projection light beam 6 is approximately 90 degrees. An arrangement is also possible in which the laser 2 is located in the vicinity of the projection opening 5. Here, the angle between the light beam emitted by the laser 2 and the projection light beam 6 is approximately 30 degrees.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen ProjektionsSystems ist, dass der Projektionsstrahl gleichzeitig für die Positionsbestimmung verwendet wird. So kann auch während einer Projektion ständig kontrolliert werden, ob der Spiegel schwingt.The advantage of the projection system according to the invention is that the projection beam is simultaneously used for determining the position. This means that you can constantly check whether the mirror is swinging even during a projection.
Soll das Schwingen des Spiegels außerhalb eines Projektionsbetriebes festgestellt werden, beispielsweise nach dem Ein- schalten des Projektors, so muss der Laser dazu mit verringerter Leistung betrieben werden um eine Überschreitung der Strahlenschutzgrenzwerte zu vermeiden. Die LeistungsVerringerung kann beispielsweise durch eine Pulsweitenmodulation des Laser-Strahles bewirkt werden.Should the oscillation of the mirror be determined outside of a projection operation, for example after the switch the projector, the laser must be operated with reduced power to avoid exceeding the radiation protection limit values. The power reduction can be brought about, for example, by pulse width modulation of the laser beam.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Messung der tatsächlichen Spiegelstellung durch photoelektrische Elemente beziehungsweise lichtempfindliche Sensoren 3 am Bildrand und mit Hilfe einer Helligkeitsmodulation der Lichtquelle. Diese Modulation kann ein Zufallsmuster sein oder aber auch ein regelmäßiges Signal darstellen mit einem bestimmten Verlauf. Die Modulation wird in der Steuerschaltung 7 geregelt.In a further development of the invention, the actual mirror position is measured by photoelectric elements or light-sensitive sensors 3 at the image edge and with the aid of brightness modulation of the light source. This modulation can be a random pattern or it can also represent a regular signal with a specific course. The modulation is regulated in the control circuit 7.
Der Verlauf kann dabei beispielsweise durch einen Zählerinhalt oder Zeilennummer bestimmt sein. Sinnvollerweise wird die Modulation des Projektions-Lichtbündels 6 im eingeschwungenem Zustand nur außerhalb des aktiven Bereichs im Bildrand verwendet .The course can be determined, for example, by a counter content or line number. It is useful to use the modulation of the projection light bundle 6 in the steady state only outside the active area in the edge of the image.
In der Figur 2 sind die zeitliche Abfolge des Projektions- Lichtbündels 6, beispielsweise an der Projektionsöffnung 5, und ein im Sensor 3 generiertes Detektorsignal dargestellt. Wie der selbsterklärenden Darstellung zu entnehmen wird durch den Sensor 3 an einer Detektorposition in Abhängigkeit von der Auslenkung des Projektionsstrahles 6 das Detektorssignal verändert. Von der Steuerung 7 kann dann die Schwingungsamp- litude des Spiegels 1 entsprechend gesteuert werden, das heisst gegebenenfalls vergrössert oder verkleinert werden.FIG. 2 shows the chronological sequence of the projection light bundle 6, for example at the projection opening 5, and a detector signal generated in the sensor 3. As can be seen from the self-explanatory illustration, the sensor 3 changes the detector signal at a detector position as a function of the deflection of the projection beam 6. The oscillation amplitude of the mirror 1 can then be controlled accordingly by the controller 7, that is to say it can be enlarged or reduced, if necessary.
Sinn der Weiterbildung ist die zeitliche Erkennung der Position des Lichtstrahls 6 zu photoelektrischen Elementen, welche mit einfachem Aufwand in der Regel nicht nur einen Bildpunkt, sondern einen Bereich von Bildpunkten in mehreren Zei- len auffangen. Durch Korrelation des Modulationssignals zum empfangenen Signal kann die genau Position des Bildabschnitts zu diesen Kalibrierempfängern festgestellt werden, um damit die Projektionsvorrichtung zu synchronisieren und die Bildgröße genau auszuregeln.The purpose of the further development is the temporal detection of the position of the light beam 6 relative to photoelectric elements which, as a rule, capture not only one image point but a range of image points in several lines with simple effort. By correlating the modulation signal to the received signal, the exact position of the image section relative to these calibration receivers can be determined in order to do so to synchronize the projection device and to precisely regulate the image size.
Des weiteren kann das Modulationssignal auch verwendet werden um beim Hochlaufen die Energiedichte des Lichtstrahls niedrig zu halten, solange die Aufweitung durch die Ablenkung der schwingenden Spiegel noch nicht gesichert ist.Furthermore, the modulation signal can also be used to keep the energy density of the light beam low during run-up, as long as the expansion is not yet ensured by the deflection of the oscillating mirrors.
Die Weiterbildung der Erfindung ergibt eine bessere Synchro- nisation des Schwingspiegels 1 und damit eine genauere Bildgrößenausregelung bei AblenkspiegelprojektionsSystemen. Weiter ermöglicht sie einen gefahrenloser Anlauf und eine ständige Überwachung der Ablenkfunktion zum Verhindern einer zu großen und damit gefährlicher Energiedichte des Lichtstrahls. The development of the invention results in better synchronization of the oscillating mirror 1 and thus a more precise image size regulation in deflection mirror projection systems. Furthermore, it enables a safe start-up and constant monitoring of the deflection function to prevent the energy beam from becoming too large and therefore dangerous.

Claims

Patentansprüche claims
1. Projektionssystem mit einer Lichtquelle (2), insbesondere mit einer Laser-Lichtquelle, bei dem ausgehend von der Lichtquelle (2) über einen Schwingspiegel (1) ein Projektions-Lichtbundel (6) erzeugt wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zumindest einen im Randbereich des Pro ektions-Lichtbündels (6) angeordneten Licht-Sensor (3) zur Erfassung der Position des Schwingspiegels (1) .1. Projection system with a light source (2), in particular with a laser light source, in which, starting from the light source (2) via an oscillating mirror (1), a projection light bundle (6) is generated, characterized by at least one in the edge region of the projection -Light beam (6) arranged light sensor (3) for detecting the position of the oscillating mirror (1).
2. Projektions System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t d a s s das Projektions-Lichtbundel (6) zumindest in einem Teilbe- reich eines zu projizierenden Bildes in seiner Helligkeit moduliert ist, und durch Korrelation der Modulation des Projektions-Lichtbündels (6) und eines Detektorsignales vom Licht-Sensor (3) die Position des Schwingspiegels (1) bestimmbar ist. 2. Projection system according to claim 1, characterized in that the projection light bundle (6) is modulated in its brightness at least in a partial area of an image to be projected, and by correlating the modulation of the projection light bundle (6) and a detector signal from the light -Sensor (3) the position of the oscillating mirror (1) can be determined.
EP04804708A 2004-04-01 2004-12-07 Determining the excursion of micromirrors in a projection system Withdrawn EP1738215A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04804708A EP1738215A1 (en) 2004-04-01 2004-12-07 Determining the excursion of micromirrors in a projection system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04008022 2004-04-01
EP04804708A EP1738215A1 (en) 2004-04-01 2004-12-07 Determining the excursion of micromirrors in a projection system
PCT/EP2004/053312 WO2005106562A1 (en) 2004-04-01 2004-12-07 Determining the excursion of micromirrors in a projection system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1738215A1 true EP1738215A1 (en) 2007-01-03

Family

ID=34924550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP04804708A Withdrawn EP1738215A1 (en) 2004-04-01 2004-12-07 Determining the excursion of micromirrors in a projection system

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20070222953A1 (en)
EP (1) EP1738215A1 (en)
JP (1) JP2007531023A (en)
CN (1) CN101023387A (en)
WO (1) WO2005106562A1 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI311205B (en) * 2006-04-28 2009-06-21 Benq Corporatio Optical system and projector utilizing the same
JP4946964B2 (en) * 2008-04-16 2012-06-06 船井電機株式会社 Laser projector
JP5428541B2 (en) * 2009-06-03 2014-02-26 リコーイメージング株式会社 Micro mirror device
CN101609250B (en) * 2009-06-18 2011-01-05 北京理工大学 Swing mirror angle scanning characteristic test device for camera
US8636367B1 (en) * 2010-10-15 2014-01-28 Magic Lantern, Llc System and method for controlling multiple beams illuminating projected images
CN102540648B (en) * 2010-12-25 2016-01-06 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 Portable electron device
TWI463241B (en) * 2010-12-29 2014-12-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Portrable electronic device
AT514438B1 (en) 2013-07-04 2015-01-15 Zizala Lichtsysteme Gmbh vehicle headlights
JP6790523B2 (en) * 2015-08-26 2020-11-25 株式会社リコー Actuator control devices, drive systems, video equipment, image projection devices, actuator control methods, and moving objects
DE102015222523A1 (en) * 2015-11-16 2017-05-18 Robert Bosch Gmbh Device and method for deflecting a light beam
DE102016200590A1 (en) * 2016-01-19 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Lighting device and method for monitoring a lighting device
CN105842971B (en) * 2016-05-27 2018-05-11 华为技术有限公司 A kind of projection arrangement and method
JP7177351B2 (en) * 2019-02-25 2022-11-24 ミツミ電機株式会社 Optical scanning device and its control method

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH598609A5 (en) 1976-08-04 1978-05-12 Hasler Ag Position indicator for optical scanner or recorder
US4686363A (en) * 1986-01-21 1987-08-11 Printware, Inc. Self-resonant scanner biasing system
US4934773A (en) 1987-07-27 1990-06-19 Reflection Technology, Inc. Miniature video display system
DE68929443T2 (en) * 1988-09-06 2003-04-24 Canon Kk Exposure level controller
US5032924A (en) 1989-04-10 1991-07-16 Nilford Laboratories, Inc. System for producing an image from a sequence of pixels
US5221933A (en) * 1991-06-28 1993-06-22 Eastman Kodak Company Beam scanning galvanometer with low inertia mirror and magnet
US5519518A (en) * 1993-12-27 1996-05-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Display apparatus with a variable aperture stop means on each side of the modulator
US5930019A (en) * 1996-12-16 1999-07-27 Fuji Xerox Co., Ltd. Light scanning device, optical device, and scanning method of optical device
US20010007483A1 (en) * 1997-01-24 2001-07-12 Jacques Chauvin Circuit for convergence setting in a projection television display
US6636274B1 (en) * 1999-08-10 2003-10-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Image display device
JP4199893B2 (en) 1999-12-28 2008-12-24 株式会社リコー Image forming apparatus
DE10024079A1 (en) * 2000-05-17 2001-11-22 Asclepion Meditec Ag Determining energy and position of pulsed laser beam of ophthalmologic excimer laser for cornea surgery, deflects beam periodically onto measurement sensor
US7423787B2 (en) * 2001-03-01 2008-09-09 Ricoh Company, Ltd. Optical scanning module, device, and method, and imaging apparatus
US6937372B2 (en) * 2001-07-11 2005-08-30 Canon Kabushiki Kaisha Light beam deflecting apparatus, image forming apparatus utilizing the same and drive method therefor
US6844951B2 (en) * 2002-12-23 2005-01-18 Lexmark International, Inc. Stationary coil oscillator scanning system
JP4088188B2 (en) * 2003-04-07 2008-05-21 セイコーエプソン株式会社 projector
US7133061B2 (en) * 2004-06-14 2006-11-07 Texas Instruments Incorporated Multilaser bi-directional printer with an oscillating scanning mirror
JPWO2006115210A1 (en) * 2005-04-22 2008-12-18 松下電器産業株式会社 Projection display device
US7436564B2 (en) * 2005-08-03 2008-10-14 Seiko Epson Corporation Light scanning apparatus and method to prevent damage to an oscillation mirror in an abnormal control condition via a detection signal outputted to a controller even though the source still emits light

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2005106562A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101023387A (en) 2007-08-22
US20070222953A1 (en) 2007-09-27
JP2007531023A (en) 2007-11-01
WO2005106562A1 (en) 2005-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005002190B4 (en) Scanner and method for operating a scanner
EP1738215A1 (en) Determining the excursion of micromirrors in a projection system
WO2006063577A1 (en) Method and projector for image projection
EP2924477A1 (en) Optoelectronic device and method for recording object information
DE102013209436A1 (en) Apparatus and method for generating a lighting pattern
DE112006000757T5 (en) Laser beam focusing arrangement and method
EP2895294B1 (en) Laser processing device
DE102014220115A1 (en) A method for driving a deflection device for a projection device, deflection device for a projection device and projection device
WO2015165608A1 (en) 3d coarse laser scanner
DE102019208606A1 (en) Distance measuring device
DE102005002189A1 (en) Device for determining a position of a light beam and method for operating a device for determining a position of a light beam
DE102021100872A1 (en) CONTROL STRUCTURE FOR OSCILLATORS WITH NON-LINEAR FREQUENCY RESPONSE
WO2016081966A1 (en) Measuring the vibration amplitude of a scanner mirror
EP2929293B1 (en) Drive and compensation circuit for capacitive mems structures
DE102017117697A1 (en) Method for operating a deflection device of an optical sensor device of a motor vehicle, deflection device, optical sensor device and motor vehicle
DE102007047010B4 (en) Micromechanical device for modulation of electromagnetic radiation and optical system with the same
EP2687906A2 (en) Device and method for controlling the positioning of a movable single mirror
WO2014041129A1 (en) Device for deflecting a laser beam
EP3309520A1 (en) Angle measurement system for determination of an angle of rotation
DE102005018856A1 (en) Infrared pyrometer temperature measurement spot display unit has electrically or magnetically controlled micro mirror arrays steering light beam
EP2339367A1 (en) Laser scanner
DE2356978B2 (en) DEVICE FOR AUTOMATIC FOCUSING (AUTO-FOCUSING), IN PARTICULAR FOR PHOTOGRAPHIC CAMERAS
DE3807659C2 (en)
DE102010003608A1 (en) Method for characterizing movable micro-mirror for projector used in e.g. digital camera, involves determining function parameters of micro-mirror by evaluating device, based on detected portions of test image of micro-mirror
DE102016200599A1 (en) MEMS device and method of operation for a MEMS device

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20060810

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB IT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20070124

19U Interruption of proceedings before grant

Effective date: 20070101

19W Proceedings resumed before grant after interruption of proceedings

Effective date: 20090602

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: PALM, INC.

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: PALM, INC.

R17C First examination report despatched (corrected)

Effective date: 20091005

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20100701