EP1832110A1 - Kompensation der variierenden zeilenabstandes bei projektionssystemen mit schwingspiegel - Google Patents

Kompensation der variierenden zeilenabstandes bei projektionssystemen mit schwingspiegel

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EP1832110A1
EP1832110A1 EP05819150A EP05819150A EP1832110A1 EP 1832110 A1 EP1832110 A1 EP 1832110A1 EP 05819150 A EP05819150 A EP 05819150A EP 05819150 A EP05819150 A EP 05819150A EP 1832110 A1 EP1832110 A1 EP 1832110A1
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EP
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line
mirror
dimension
movement
line spacing
Prior art date
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EP05819150A
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Inventor
Christian Gammer
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Palm Inc
Original Assignee
BenQ Mobile GmbH and Co OHG
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Publication date
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    • 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 method according to the preamble of patent claim 1.
  • Such projection systems are used, for example, in mobile telephones.
  • One promising design of miniature projectors is the projection of a laser beam deflected by 2D micromirrors.
  • the laser beam scans the projection surface line by line, like the electron beam in a cathode ray tube.
  • An image is created by modulating the image data onto the laser beam.
  • the ratio of the deflection voltage to the position of the pixel on the projection surface or the screen is linear depending on the control current.
  • a corresponding number of horizontal oscillations are carried out in order to meet the requirements for corresponding resolutions, for example VGA (640 pixels x 480 lines).
  • the vertical movement leads to line by line display, and the horizontal movement to the pixel-by-pixel display of the individual pixels.
  • the micromirror oscillates sinusoidally both vertically and horizontally.
  • the distortion is caused by the sinusoidal movement of the vertical mirror axis whose velocity assumes a minimum at the reversal points, ie at the top and at the bottom.
  • a drive with a triangular voltage could be selected.
  • the mirror in the vertical would theoretically perform a linear movement, which would result in a constant speed of the moving mirror plate.
  • the distance between the lines would thus be uniform during the vertical mirror movement and the representation distortion-free.
  • oscillation modes can form due to the mirror properties, which impair the homogeneity of the projection.
  • a sinusoidal voltage is preferably used to control the vertical axis, but due to the compression of the line spacing, a distortion of the image content arises.
  • the invention has for its object to provide for a proj edictionshabilit of the type mentioned compensation of the distorted line spacing.
  • the method according to the invention compensates the distortion of the image content generated via the line-by-line (vertically) and pixel-wise (horizontally) oscillating mirror in the direction of the line movement, by generating a constant line spacing by a corresponding drive in the direction of the pixel movement.
  • FIG. 1 shows a projection concept according to the prior art
  • FIG. 2 shows the compensation according to the invention for the distorted line spacings.
  • the invention is based on a projection system in which a two-dimensionally oscillating micromirror writes lines, for example in a first dimension, and pixels in a second dimension.
  • 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 the position of the mirror in the first dimension, vertically.
  • such a compensation is effected by a sinusoidal frequency change of the horizontal mirror movement.
  • a distorted representation according to FIG. 2-1 can be converted into a distortion-free representation according to FIGS. 2-6 by the sinusoidal change in the horizontal frequency f h in FIG. 2-2.
  • the cause may be that the horizontal mirror axis is often operated in resonance and therefore the maximum deflection amplitude of the mirror axis is achieved only at a certain resonant frequency. If this area is left, the deflection amplitudes of the mirror axis decrease.
  • FIGS. 2-5 a drive according to FIGS. 2-5 is selected in a development of the invention.
  • the inventive method can be used in all Laserproj etechnischsakun in which the proj etechnischsstrahl is deflected via micromirrors.
  • the principle is suitable for compensating the nonlinearities of vertical mirror vibrations.
  • the inventive method can as

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein 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. 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.

Description

Beschreibung
Kompensation der variierenden Zeilenabstandes bei Proj ektionssystemen mit Schwingspiegel .
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Solche Proj ektionssysteme finden beispielsweise bei Mobilte- lefonen Verwendung .
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 Proj ektionsgeräten zu deren Verwendung im Zusammenspiel mit Mobiltelefonen kann einen Ausweg aus diesen gegensätzlichen Anforderungen bedeuten .
Eine viel versprechende Ausführung von Mini-Proj ektoren ist die Proj ektion mit Hilfe eines über 2D-Mikrospiegel abgelenkten Laserstrahls . Dabei scannt der Laserstrahl die Proj ektionsfläche 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 Proj ektionsfläche beziehungsweise dem Bildschirm in Abhängigkeit vom Steuerstrom 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 x 480Zeilen) zu erfüllen . Die vertikale Bewegung führt zur zeilenweisen Darstel- lung, und die horizontale Bewegung zur pixelweisen Darstellung der einzelnen Bildpunkte . Ein mögliches Proj ektionskonzept wird an Hand von Figur 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 .
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 Proj ektionsbereich . Die dargestellten Proj ektionslinien beschreiben den Weg des Laserstrahls auf der Proj ektionsfläche der durch einen Mikrospiegel abgelenkt wird (nicht explizit dargestellt) .
Die Verzerrung entsteht durch die sinusförmigen Bewegung der vertikalen Spiegelachse, deren Geschwindigkeit in den Umkehr- punkten, das heisst oben und unten, ein Minimum annimmt .
Hierdurch werden in dieser Zeit mehr horizontale Schwingungen ausgeführt, als dies im mittleren Proj ektionsbereich der Fall ist .
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 Proj ektion be- einträchtigen . 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 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Proj ektionsverfahren der eingangs genannten Art eine Kompensation der verzerrten Zeilenabstände anzugeben .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenem Merkmale gelöst .
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.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Variation der horizontalen Ansteuerpulse zur Kompensation der nichtlinearen Spiegeleigenschaften .
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeich- nung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben . Dabei zeigen :
Figur 1 ein Proj ektionskonzept gemäß dem Stand der Technik, Figur 2 die erfindungsgemäße Kompensation der verzerrten Zei- lenabstände .
Die Erfindung geht aus von einem Proj ektionssystem, bei dem ein zweidimensional schwingenden Mikrospiegel beispielsweise in einer ersten Dimension Zeilen und in einer zweiten Dimen- sion Pixel schreibt . 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 .
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 Figur 2-1 durch die si- nusförmige Änderung der Horizontalefrequenz fh in Figur 2-2 in eine verzerrungsfreie Darstellung nach Figur 2-6 übergeführt werden .
Aufgrund der Spiegeleigenschaften kann die sinusförmige Fre- quenzänderung dazu führen, dass die Amplituden hA (Figur 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 Figur 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 .
Um diesem Effekt entgegen zu wirken wird bei einer Weiterbildung der Erfindung eine Ansteuerung nach Figur 2-5 gewählt .
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 .
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen Laserproj ektionsgeräten eingesetzt werden, in denen der Proj ektionsstrahl über Mikrospiegel abgelenkt wird. Das Prinzip eignet sich für die Kompensation der Nichtlinearitäten der vertikalen Spie- gelschwingungen . Das erfindungsgemäße Verfahren kann als
Schaltung, FPGA (ASIC) Modul oder als Programm in einem Mikro- controller oder DSP implementiert werden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zu Kompensation der verzerrten Zeilenabstände bei einem Proj ektionssystem mit 2D-Schwingspiegel, bei dem die zeilenweise Bewegung in einer ersten Dimension (vertikal) durch eine sinusförmige Ansteuerung des Schwingspiegels erfolgt, 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 die Frequenz der pixelweisen Bewegung in einer zweiten Dimen- sion (horizontal) derart in Abhängigkeit der Spiegelposition in der ersten Dimension gesteuert wird, so dass sich ein konstanter Zeilenabstand ergibt .
2. Verfahren 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 die Frequenzabhängigkeit in der zweiten Dimension sinusförmig ausgebildet ist .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , 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
Amplitudenänderungen (hA) bei der pixelweisen Bewegung durch eine zeilenweise Anpassung der Ansteuerpulshöhe (hP) kompensiert werden .
EP05819150A 2004-12-30 2005-12-12 Kompensation der variierenden zeilenabstandes bei projektionssystemen mit schwingspiegel Withdrawn EP1832110A1 (de)

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