JP2008535021A - コンパクト音響光学変調器 - Google Patents

Abstract

特に、光透過性の窓を有する筺体内に装着するための、軽量でコンパクトな画像投影モジュールは、ラスタパターンの選択された画像ピクセルが照明され、カラーでＶＧＡ品質の高解像度の画像を生成するように動作する。コンパクト音響光学変調器（ＡＯＭ）は、画像を生成するために、使用される緑色レーザを変調して用いられる。このＡＯＭは、低消費電力、高解像度、小型でコンパクトなサイズ、静かな動作、および最小振動を維持しつつも、二次元画像をカラーで投影するために動作するカラー画像投影システムで使用される。

Description

本発明は、概して、音響光学変調器（ＡＯＭ）、ＡＯＭを作成する方法、ならびにＡＯＭを用いてレーザビームパワーを調整するアレンジメントおよび方法に関し、特に、低消費電力、高解像度、小型でコンパクトなサイズ、静かな動作、および最小振動を維持しつつも、二次元画像をカラーで投影するために動作するカラー画像投影システムで使用するものに関する。

互いに直交する方向に振動して、ラスタパターン上でレーザビームを走査する一対の走査ミラーに基づいて、スクリーン上に二次元画像を投影することは、一般的に公知である。しかしながら、公知の画像投影システムは、典型的には、限られた解像度で、６４０×４８０ピクセルのビデオグラフィックアレイ（ＶＧＡ）品質の四分の一未満で、トゥルーカラーでないように画像を投影する。

真のカラー画像を得るためには、赤色、青色、および緑色のレーザが、１００ＭＨｚ程度の周波数でパルス駆動にされることが必要とされる。現在利用可能な赤色レーザおよび青色レーザは、このような高周波数でパルス駆動にされ得るが、現在利用可能な緑色レーザは、そのようにされ得ない。その結果、音響光学変調器（ＡＯＭ）は、緑色レーザによって発せられる緑色レーザビームの強度を高周波数変調するために使用される。典型的に、ＡＯＭは、緑色ビームが通過する結晶と、該結晶の中に音響波を生成して、変調出力ビームを生成するための音響トランスデューサと、音響ドライブ信号を該トランスデューサにインピーダンス整合するための整合ネットワークとを含む。

しかしながら、公知のＡＯＭの物理的サイズは、比較的大きく、そのため、小型でハンドヘルドのバッテリ作動の用途に、これらのＡＯＭを使用するためには、実用的ではない。例えば、整合ネットワークと結晶とは、典型的には、共通ヒートシンク上に、互いに関連するように間隔を空けて装着される。また、公知のＡＯＭの位置をレーザビームに対して調整するのは、厄介なことである。なぜなら、相当なサイズで多様な移動の自由を有する光学ベンチが要求されるからである。公知の整合ネットワークもまた、手動で同調可能なコンポーネントを使用し、これもまた、アセンブリンコストを高くすることに寄与する。

したがって、本発明の概略的な目的は、コンパクト音響光学変調器（ＡＯＭ）、特に、画像投影アレンジメントに使用されるコンパクトＡＯＭを提供することであり、該アレンジメントは、該アレンジメントから離れた距離にある拡大された範囲全体にわたって、シャープでクリアな二次元カラー画像を投影するものである。

本発明の別の目的は、このようなＡＯＭの物理的サイズを最小化することである。

本発明のまた別な目的は、このようなＡＯＭによって生成されたレーザビーム出力パワーの調整をシンプルにすることである。

本発明のさらに別な目的は、このようなＡＯＭで使用される整合ネットワークの同調を排除することである。

追加の目的は、種々の形状因子を有する多数の装置において有用であって、小型でコンパクトで軽量で携帯可能なカラー画像投影アレンジメントを提供することである。

これらの目的と、本明細書の中で、以下で明らかにされる他の目的とを考慮すると、本発明の一つの特徴は、簡略に述べると、コンパクト音響光学変調器（ＡＯＭ）および該ＡＯＭを製造する方法であって、該ＡＯＭは、結晶、好ましくは音響光学結晶と、音響トランスデューサ、好ましくは、圧電トランスデューサとを含むアセンブリであって、該結晶に入射したレーザビームの強度を、該トランスデューサにより生成された音響波で変調することにより、変調出力ビームを生成するアセンブリを備える。該ＡＯＭはまた、該アセンブリにより支持された整合ネットワークであって、該トランスデューサに対する音響ドライブ信号、好ましくは無線信号のインピーダンス整合のための整合ネットワークと、軸を有するマウントであって、該軸に沿った接合動作と、該軸の周りの円周方向の接合動作のために、該アセンブリと該整合ネットワークとを支持するように動作するマウントとを備える。

したがって、本発明の一つの特徴に従うと、上記整合ネットワークは、上記アセンブリから間隔を空けて装着されておらず、高さ調整のための軸方向のみならず、角度調整のための円周方向にもそれらとともに接合動作するため、該アセンブリ上に装着される。さらに、熱伝導性接着剤が、該整合ネットワークと該アセンブリとの間でも、該アセンブリと上記マウントとの間でも使用され、個別のヒートシンクを使用することなく、該マウントに廃熱を導く。

本発明のさらに別の特徴は、上記ＡＯＭのコンポーネントのいずれの向きも変更することなく、上記整合ネットワークと上記アセンブリとの間を直接ポイントツーポイントでワイヤボンディングすることを可能にすることにある。したがって、該整合ネットワークは、上記軸にぼぼ平行な平面にある導電性メッキされたエッジを有するプリント回路基板を含む。該アセンブリもまた、該軸にほぼ平行な平面にある電極を含む。該電極と該メッキされたエッジ面とは、同じ方向にあるので、直接ポイントツーポイントでワイヤボンディングが実行される。対照的に、従来技術は、該アセンブリと該整合ネットワークとの間の異なる方向に向いたポイントの間で、ワイヤがボンディングされることを要求し、これにより、ワイヤボンディングする間に、これらのコンポーネントが位置変更されることを要求することとなる。

コネクタ、好ましくは同軸無線周波数（ＲＦ）コネクタが、上記軸とアラインして、上記基板上に装着される。したがって、本発明のまた別の特徴に従うと、バネ荷重ＲＦプローブが、該ＲＦコネクタに軸方向に接続されることにより、レーザビームが上記結晶に入射する間に、上記音響ドライブ信号を上記トランスデューサに付与する。該レーザビームが結晶に入射する間で、かつ該音響ドライブ信号が、該トランスデューサに付与される間に、上記ＡＯＭの位置は、即座に、調整される。該レーザビームに相対的な該ＡＯＭの高さおよび／または角度位置を変更することによって、該出力ビームのパワーが、調整され、好ましくは、最大値に調整される。該ＡＯＭのこの調整の間に、該ＲＦプローブは、該高さ調整とも該角度調整とも干渉しない。なぜなら、該ＲＦプローブは、該軸に沿って延びるからである。

さらに別の特徴は、上記整合ネットワーク上のインピーダンスの全てを調整不可能にすることによって具現化される。従来技術において、インピーダンスコイルの手動同調は、許容範囲を補償するために使用される。しかしながら、固定インピーダンスを用いることで、このような同調は、回避される。

ＡＯＬの使用および調整は、特に、二次元カラー画像を投影するための画像投影アレンジメントにおいて、特に有益である。該アレンジメントは、装着通路を有するサポートと、赤色レーザビーム、青色レーザビーム、および緑色レーザビームをそれぞれ発する複数の赤色レーザ、青色レーザ、および緑色レーザと；該複数のレーザビームを同一線上にアレンジして、合成ビームを形成するための光学アセンブリと；該サポートからの作動距離で、空間内で走査線のパターンとして、該合成ビームを掃引するためのスキャナであって、各走査線は多数のピクセルを有する、スキャナと；選択されたピクセルを該レーザビームによって照明し、目に見えるようにして、該カラー画像を生成させる、コントローラとを含む。該出力ビーム、特に、緑色ビームの上述のパワー調整を達成するために、該ＡＯＭのマウントは、該軸に沿って、該軸の周りの円周方向に動作するように、該装着通路の中に装着される。

好ましい実施形態において、上記スキャナは、概ね互いに直交する方向に沿って、種々の走査レートで、種々の走査角で、上記合成ビームを掃引するための、一対の振動可能な走査ミラーを含む。該走査レートのうちの少なくとも一つは、ノイズを低減するために、可聴周波数を超え、例えば、１８ｋＨｚを超えている。該走査ミラーの少なくとも一つは、電力消費を最小化するために、慣性ドライブによって駆動される。画像解像度は、好ましくは、ＶＧＡ品質の四分の一を超えるが、典型的には、ＶＧＡ品質と同等であるか、あるいはそれ以上である。上記ＡＯＭ、サポート、レーザ、スキャナ、コントローラ、および光学アセンブリは、好ましくは、３０ｃｍ^３未満の体積を占める。

上記アレンジメントは、種々の形状因子の筺体の中に、交換できるように装着可能であり、該形状因子は、ペン状、ガン（ｇｕｎ）状、あるいは懐中電灯状の装置、携帯情報端末、ペンダント、腕時計、コンピュータ、そして、簡単に言えば、そのコンパクトで小型のサイズによる任意の形状を含むが、これらに限定されない。投影された画像は、広告または指示記号の目的のために、あるいはテレビまたはコンピュータのモニタ画面に、そして、簡単に言えば、表示されるべきものを要望する任意の目的のために使用され得る。

図１の参照番号１０は、例えば、携帯情報端末であるハンドヘルド装置を全体で特定し、この装置の中に、図２に示されるような軽量でコンパクトな画像投影アレンジメント２０が、装着され、このアレンジメントは、この装置から可変距離で二次元カラー画像を投影するように動作可能である。一例として、画像１８は、装置１０に対する距離の作動範囲内に位置決めされている。

図１に示されるように、画像１８は、その画像の水平方向に沿って拡がる光学水平走査角Ａにわたって拡がり、その画像の垂直方向に沿って拡がる光学垂直走査角Ｂにわたって拡がる。以下に記載されるように、画像は、アレンジメント２０内のスキャナによって掃引されたラスタパターンの走査線上の照明されたピクセルと照明されていないピクセルとからなる。

装置１０の平行六面体形状は、アレンジメント２０がインプリメントされ得る筺体の単なる一つの形状因子を示す。この装置は、例えば、本出願と同じ譲受人に譲渡され、本明細書に参考として援用される米国特許出願第１０／０９０，６５３号（２００２年３月４日出願）に示されるように、ペン、セルラ電話、クラムシェル、または腕時計として形作られ得る。

好ましい実施形態において、アレンジメント２０は、体積において、約３０ｃｍ^３未満である。このようにコンパクトでミニチュアサイズであることによって、アレンジメント２０は、大型または小型、携帯型または固定型など多数の様々な形状の筺体の中に装着されることが可能になり、それらの筺体の一部は、オンボードディスプレイ１２、キーパッド１４、および投影される画像が通過する窓１６を有する。

図２および図３を参照すると、アレンジメント２０は、半導体レーザ２２を含み、この半導体レーザ２２は、電力を与えられるとき、約６３５〜６５５ｎｍで、明るい赤色レーザビームを発する。レンズ２４は、正の焦点距離を有する両面非球面（ｂｉａｓｐｈｅｒｉｃ）凸レンズであり、赤色ビーム内の実質的に全てのエネルギを収集し、回折限界ビームを生成するように動作可能である。レンズ２６は、負の焦点距離を有する凹レンズである。レンズ２４、２６は、装置１０の内側のサポート（明瞭にするために、図２に図示せず）上で離れたそれぞれのレンズホルダによって、保持される。レンズ２４、２６は、赤色ビームプロファイルを作動距離にわたって形作る。

別の半導体レーザ２８は、サポート上に装着され、電力を与えられるとき、約４７５〜５０５ｎｍで、回折限界の青色レーザビームを発する。別の両面非球面凸レンズ３０および凹レンズ３２が、レンズ２４、２６と同様の方法で、青色ビームプロファイルを形作るために用いられる。

５３０ｎｍ程度の波長を有する緑色レーザビームは、半導体レーザによって生成されず、その代わりに、出力ビームが１０６０ｎｍである赤外線ダイオード励起ＹＡＧ結晶レーザを有する緑色モジュール３４によって生成される。非線形周波数倍増結晶は、２つのレーザミラーの間の赤外線レーザキャビティの中に含まれる。このキャビティ内側の赤外線レーザパワーは、キャビティ外側で結合されるパワーより、かなり大きいので、周波数二倍器は、キャビティ内側に二倍周波数の緑色光を生成するのに、より効率的である。レーザの出力ミラーは、１０６０ｎｍの赤外線放射を反射し、倍増された５３０ｎｍの緑色レーザビームを透過させる。ソリッドステートレーザおよび周波数二倍器の正しい動作は、正確な温度制御を要求するので、ペルチエ効果による半導体デバイスが、緑色レーザモジュールの温度を制御するために使用される。熱電冷却器は、印加される電流の極性に依存して、デバイスを加熱するか、あるいは冷却するかのいずれかをし得る。サーミスタは、緑色レーザモジュールの一部であり、そのモジュールの温度をモニタするためのものである。サーミスタからの読み取り情報は、コントローラに供給され、コントローラは、それにしたがって、熱電冷却器への制御電流を調整する。

以下に説明されるように、レーザは、１００ＭＨｚ程度の周波数での動作において、パルス駆動される。赤色半導体レーザ２２および青色半導体レーザ２８は、このような高周波数でパルス化され得るが、現在利用可能な緑色ソリッドステートレーザは、そのようにされ得ない。その結果、緑色モジュール３４を出る緑色レーザビームは、音響光学変調器（ＡＯＭ）３６を用いてパルス駆動され、ＡＯＭ３６は、緑色ビームを回折する結晶の内側に、音響定常波を生成する。しかしながら、ＡＯＭ３６は、ゼロ次非回折ビーム３８と、一次パルス回折ビーム４０とを生成する。ビーム３８、４０は互いから分かれ、両ビームを分離して、望まれないゼロ次ビーム３８を除去するため、ビーム３８、４０は、折り返しミラー４２を有する長い折り返しされた経路に沿ってルーティングされる。代替として、電気光学変調器は、緑色レーザビームをパルス駆動するために、緑色レーザモジュールに対して外側、あるいは内側のいずれかで使用され得る。緑色レーザを変調する他の可能な方法は、電界吸収変調、またはマッハツェンダ干渉計を含む。ＡＯＭは、図２に模式的に示され、図８〜図１４に、より詳細に記載される。

ビーム３８、４０は、正のレンズ４４および負のレンズ４６を通過して、ルーティングされる。しかしながら、回折された緑色ビーム４０のみが、折り返しミラー４８に衝突すること、折り返しミラー４８から反射することを許容される。回折されなかったビーム３８は、好ましくはミラー４８上に装着された吸収器５０によって吸収される。

このアレンジメントは、一対の二色性フィルタ５２、５４を含み、二色性フィルタ５２、５４は、緑色ビーム、青色ビーム、および赤色ビームが、走査アセンブリ６０に到達する前に、これらのビームを、できるだけ同一直線状にするように配置されている。フィルタ５２は、緑色ビーム４０がその中を通過するのを許すが、青色レーザ２８からの青色ビーム５６は、干渉効果によって反射される。フィルタ５４は、緑色ビーム４０および青色ビーム５６がその中を通過することを許容するが、赤色レーザ２２からの赤色ビーム５８は、干渉効果によって反射される。

ほぼ同一直線状のビーム４０、５６、５８は、固定バウンドミラー６２に向けられ、固定バウンドミラー６２から反射して離れる。走査アセンブリ６０は、第一の水平走査角Ａにわたってバウンドミラー６２で反射するレーザビームを掃引するように、第一の走査レートで慣性ドライブ６６（図４〜図５に個別に図示）によって、振動させられ得る第一の走査ミラー６４と、第二の垂直走査角Ｂにわたって第一の走査ミラー６４から反射して離れるレーザビームを掃引するように、第二の走査レートで電磁ドライブ７０によって振動させられ得る第二の走査ミラー６８とを含む。別種の構成において、走査ミラー６４、６８は、単一の二軸ミラーによって置換され得る。

慣性ドライブ６６は、高速低電力消費コンポーネントである。慣性ドライブの詳細は、本出願と同じ譲受人に譲渡され、本明細書に参考として援用される米国特許出願第１０／３８７，８７８号（２００３年３月１３日出願）に見出され得る。慣性ドライブを使用すると、走査アセンブリ６０の電力消費を１Ｗ未満に低減し、カラー画像を投影する場合、以下に記載されるように、１０Ｗ未満に低減する。

ドライブ６６は、ヒンジによって走査ミラー６４を支持するための可動フレーム７４を含み、ヒンジは、ヒンジ軸に沿って延び、走査ミラー６４の対向する領域とフレームの対向する領域との間で接続された一対の同一直線上のヒンジ部分７６、７８を含む。フレーム７４は、図示されるように、走査ミラー６４を取り囲む必要はない。

フレーム、ヒンジ部分、および走査ミラーは、一片のほぼ平坦なシリコン基板から作成され、このシリコン基板は、厚さ約１５０μである。シリコンは、上部平行スロット断面、下部平行スロット断面、およびＵ型中央スロット部分を有するオメガ型スロットを形成するようにエッチングされる。走査ミラー６４は、好ましくは、卵型を有し、このスロット断面の中を移動するのは自由である。好ましい実施形態において、卵型の走査ミラーの軸に沿った寸法は、７４９μ×１６００μである。各ヒンジ部分の寸法は、測定すると、幅２７μおよび長さ１１３０μである。フレームは、幅３１００μおよび長さ４６００μの長方形の形状を有する。

慣性ドライブは、ほぼ平坦なプリント回路基板８０上に装着され、フレームを直接動作させるように、ヒンジ軸の周りで走査ミラー６４を慣性によって間接的に振動させるように動作可能である。慣性ドライブの一つの実施形態において、一対の圧電トランスデューサ８２、８４を含む。この一対の圧電トランスデューサは、基板８０に垂直に延び、ヒンジ部分７６の両側でフレーム７４の間隔を空けて位置する部分と接触している。各トランスデューサの一端と各フレーム部分との間での恒久的な接触を確保するために、接着剤が使用され得る。各トランスデューサの対向する一端は、基板８０の後方から外に突き出て、周期的交流電源（図示せず）にワイヤ８６、８８によって電気的に接続される。

使用において、周期的信号が、周期的駆動電圧を各トランスデューサに印加し、これによって、個々のトランスデューサは、交互に長さが伸び縮みする。トランスデューサ８２が伸びるとき、トランスデューサ８４は縮み、またその逆にもなる。これによって、間隔を空けて位置するフレーム部分を同時に押し引きすることで、フレームをヒンジ軸の周りで捩れ（ｔｗｉｓｔ）させる。駆動電圧は、走査ミラーの共振周波数に対応する周波数を有する。走査ミラーは、自身がまた共振周波数でヒンジ軸の周りを振動するまで、その初期静止位置から移動する。好ましい実施形態において、フレームおよび走査ミラーは、厚さ約１５０μであり、走査ミラーは、高いＱ係数を有する。各トランスデューサによる１μ程度の移動は、２０ｋＨｚを超える走査レートで、走査ミラーの振動を生じさせ得る。

別の一対の圧電トランスデューサ９０、９２は、基板８０に垂直に延びて、ヒンジ部分７８の両側でフレーム７４の間隔を空けて位置する部分と恒久的に接触する。トランスデューサ９０、９２は、フィードバックデバイスとして機能し、フレームの振動動作をモニタし、電気フィードバック信号を生成して、ワイヤ９４、９６に沿ってフィードバック制御回路（図示せず）に導く。

代替として、フィードバック用の圧電トランスデューサ９０、９２を使用する代わりに、磁気フィードバックが使用され得る。ここで、磁石は、高速ミラーの背面に装着され、外部コイルは、振動する磁石によって変化する磁場を拾うために使用される。

光は、走査ミラーの外側表面で反射し得るが、ミラー６４の表面を鏡面コーティングでコーティングすることが望ましい。該鏡面コーティングは、金、銀、アルミニウム、または特別に設計された高反射誘電コーティングからなる。

電磁気ドライブ７０は、第二の走査ミラー６８の後ろに接して、一緒に装着された永久磁石と、周期的駆動信号を受信することに応答して、周期的磁場を生成するように動作可能な電磁コイル７２とを含む。コイル７２は、磁石に隣接している。これは、周期的磁場が磁石の永久磁場と磁気的に相互作用して、磁石を振動させ、次いで、第二の走査ミラー６８とを振動させるようにするためである。

慣性ドライブ６６は、走査ミラー６４を高速で、好ましくは、５ｋＨｚを超える走査レートで、より具体的には、１８ｋＨｚ程度またはそれ以上で振動させる。この高速走査レートは、非可聴周波数であり、したがって、ノイズおよび振動を最小化する。電磁ドライブ７０は、走査ミラー６８を４０Ｈｚ程度のより遅い走査レートで振動させる。この走査レートは、過度のちらつき（ｆｌｉｃｋｅｒ）なしに、人間の目の網膜に画像を持続させることを可能にするのに十分速い。

より速いミラー６４は、水平走査線を掃引し、より遅いミラー６８は、水平走査線を垂直に掃引することによって、ラスタパターンを生成する。このラスタパターンは、画像が構築される概ね平行な走査線の格子または配列である。各走査線は、多数のピクセルを有する。画像の解像度は、好ましくは、ＸＧＡ品質の１０２４×７６８ピクセルである。限られた作動範囲にわたって、７２０ｐで示される高精細度テレビ標準の１２７０×７２０ピクセルが表示され得る。一部のアプリケーションにおいては、１／２ＶＧＡ品質の半分である３２０×４８０ピクセル、あるいは１／４ＶＧＡ品質である３２０×２４０ピクセルでも十分である。最低でも、１６０×１６０ピクセルの解像度が望まれる。

ミラー６４、６８の役割は、ミラー６８がより速くなればなるほど、ミラー６４がより遅くなるように、逆にされ得る。ミラー６４はまた、垂直走査線を掃引するように設計され得、この場合、ミラー６８は、水平走査線を掃引する。また、慣性ドライブは、ミラー６８を駆動するためにも使用され得る。実際、いずれのミラーも、電気機械ドライブ、電気ドライブ、機械ドライブ、静電気ドライブ、磁気ドライブ、または電磁気ドライブによって駆動され得る。

遅いミラーは、画像が表示されている間、一定速度掃引モードで動作される。ミラーが戻る間、ミラーは、著しくより高いその本来の周波数で、初期位置に戻るように掃引される。ミラーが戻る移動の間、レーザは、デバイスの消費電力を削減するために、遮断され得る。

図６は、図２のアレンジメントと同じ斜視図法における、アレンジメント２０の実用的なインプリメンテーションである。上述のコンポーネントは、サポート上に装着され、このサポートは、トップカバー１００およびサポートプレート１０２を含む。ホルダ１０４、１０６、１０８、１１０、１１２は、それぞれ折り返しミラー４２、４８、フィルタ５２、５４、およびバウンドミラー６２と相互に位置合わせして、保持する。各ホルダは、サポート上に動かないように装着された位置決めポストを受けるために、複数の位置決めスロットを有する。したがって、ミラーおよびフィルタは、正しく置かれる。図示されるように、３つのポストがあり、これによって、２つの角度調整と、１つの横方向調整とが可能になる。各ホルダは、その最終位置に、接着剤で付けられ得る。

画像は、１つ以上の走査線内のピクセルの選択的な照明によって構成される。以下に、図７を参照して、さらに詳細に記載されるように、コントローラ１１４は、ラスタパターン内の選択されたピクセルが３つのレーザビームによって照明されて、可視となるようにさせる。例えば、赤色パワーコントローラ１１６、青色パワーコントローラ１１８、および緑色パワーコントローラ１２０は、それぞれ赤色レーザ２２、青色レーザ２８、および緑色レーザ３４に電流を導き、これらのレーザに電力を与えて、それぞれのレーザビームを各選択されたピクセルで発するようにし、また、赤色レーザ、青色レーザ、および緑色レーザに電流を導かずに、これらのレーザから電力を遮断し、その他の選択されなかったレーザビームを照明しないようにする。この結果、照明されたピクセルと照明されなかったピクセルとで得られるパターンは、画像を備え、この画像は、人間またはマシンで読み取り可能な情報またはグラフィックの任意の表示であり得る。

図１を参照すると、ラスタパターンが、拡大図に示される。レーザビームは、エンドポイントで始まり、水平走査レートで水平方向に沿って慣性ドライブによって、対向するエンドポイントまで掃引され、１つの走査線を形成する。そのとき、レーザビームは、垂直走査レートで垂直方向に沿って別のエンドポイントに電磁ドライブ７０によって掃引され、第二の走査線を形成する。連続的な走査線の形成が、同じ方法で行われる。

画像は、マイクロプロセッサ１１４の制御下で、つまりパワーコントローラ１１６、１１８、１２０の動作による制御回路の制御下で、選択された時間にレーザをオンオフするように電力を与えるか、つまりパルス駆動することによって、ラスタパターンの中に形成される。所望の画像の中のピクセルが、見られるべきと望まれるときのみ、レーザは可視光を生成し、ターンオンする。各ピクセルの色は、ビームのうちの１つ以上の色によって決定される。可視光スペクトルの任意の色が、赤色レーザ、青色レーザ、および緑色レーザのうちの１つ以上を選択的に重ね合わせることによって形成され得る。ラスタパターンは、各ライン上の複数のピクセル、および複数のラインからなる格子である。画像は、選択されたピクセルのビットマップである。各文字または数字、任意のグラフィカル設計またはロゴ、およびマシンで読み取り可能なバーコードシンボルでさえも、ビットマップ化された画像として形成され得る。

図７に示されるように、垂直および水平の同期化データと、ピクセルおよびクロックデータとを有する入力ビデオ信号は、マイクロプロセッサ１１４の制御下にある赤色バッファ１２２、青色バッファ１２４、および緑色バッファ１２６に送信される。１つのフルＶＧＡフレームの格納は、多数のキロバイトを要求し、２つのフルフレームのためにバッファ内に十分なメモリを有することが望ましい。これは、一方のフレームが処理され、投影されている間に、他方のフレームが書き込まれることを可能にするためである。バッファされたデータは、速度プロファイラ１３０の制御下にあるフォーマッタ１２８と、赤色ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３２、青色ＬＵＴ１３４、および緑色ＬＵＴ１３６とに送信され、これにより走査によって生じる固有の内部歪みと、投影された画像を表示する角度によって生じる幾何学歪みとを訂正する。この結果得られる赤色デジタル信号、青色デジタル信号、および緑色デジタル信号は、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１３８、１４０、１４２によって、赤色アナログ信号、青色アナログ信号、および緑色アナログ信号に変換される。赤色アナログ信号および青色アナログ信号は、赤色レーザドライバ（ＬＤ）１４４および青色ＬＤ１４６に供給され、赤色ＬＤ１４４および青色ＬＤ１４６はまた、赤色パワーコントローラ１１６および青色パワーコントローラ１１８に接続される。緑色アナログ信号は、ＡＯＭ無線周波数（ＲＦ）ドライバ１５０に供給され、次いで、緑色レーザ３４に供給され、緑色レーザもまた、緑色ＬＤ１４８と、緑色パワーコントローラ１２０とに接続される。

図７にはまた、赤色フォトダイオード増幅器１５２、青色フォトダイオード増幅器１５４、および緑色フォトダイオード増幅器１５６を含むフィードバック制御も示され、これらのフォトダイオード増幅器は、赤色アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５８、青色Ａ／Ｄ変換器１６０、および緑色Ａ／Ｄ変換器１６２に接続され、次いで、これらのＡ／Ｄ変換器は、マイクロプロセッサ１１４に接続されている。熱は、サーミスタ増幅器１６４によってモニタされ、サーミスタ増幅器１６４は、Ａ／Ｄ変換器１６６に接続され、次いで、Ａ／Ｄ変換器１６６は、マイクロプロセッサに接続されている。

走査ミラー６４、６８は、ドライバ１６８、１７０によって駆動され、ドライバ１６８、１７０は、アナログ駆動信号をＤＡＣ１７２、１７４から供給され、ＤＡＣ１７２、１７４は、次いで、マイクロプロセッサに接続される。フィードバック増幅器１７６、１７８は、走査ミラー６４、６８の位置を検出し、フィードバックＡ／Ｄ１８０、１８２に接続され、次いで、フィードバックＡ／Ｄ１８０、１８２は、マイクロプロセッサに接続される。

パワー管理回路１８４は、高速オンタイムを可能にしながらも、パワーを最小化するように動作する。この動作は、緑色レーザを全時間にわたってオンに保ち、赤色レーザおよび青色レーザの電流をレーザ化閾値より少し低く保つこととによって行われるのが好ましい。

レーザ安全遮断回路１８６は、走査ミラー６４、６８のいずれが定位置から外れている場合、レーザを遮断するように動作する。

図２〜図３および図６に模式的に示されたＡＯＭ３６は、個別に、図８に詳細な斜視図で、図９に展開図で示される。ＡＯＭ３６は、レーザビーム、例えば、緑色レーザ３４からの緑色ビームが通過する結晶２００、例えば、二酸化テルルと、該結晶を介して音響波を生成するための音響トランスデューサ２０２、例えば、圧電トランスデューサとを有する。

図９に最適に示されるように、緑色ビーム２０４は、結晶の平坦な側面表面２０６に入射し、該結晶を一方向に通過し、該結晶の反対側の側面表面を通って出る。音響波は、このビーム通路に垂直な横方向に沿って、該結晶を通過する。図１３に最適に示されるように、音響波は、該結晶の前方側面表面２０８から後方側面表面２１０を通る。従来と同様に、結晶を通過するレーザビームは、ブリユアン散乱と呼ばれるプロセスで、音響波によって、その通路から逸れる。出力レーザビームは、この音響波の存在によって変調される。出力緑色レーザビームは、上述のように、ゼロ次非回折ビーム成分３８と、一次回折ビーム成分４０とを有する。それは、投影画像の緑色成分を生成するために、その出力パワーが本発明に従って調整されるべきよリ有用な回折ビーム成分４０である。

ＡＯＭ３６は、音響ドライブ信号、例えば、無線周波数をトランスデューサ２０２にインピーダンス整合するための整合ネットワーク２１２をさらに備える。整合ネットワーク２１２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）２１４を含み、ＰＣＢ２１４上に、電気コネクタ、例えば、同軸無線周波数（ＲＦ）コネクタ２１６が、調節できない受動コンポーネント、例えば、図１４に示されるようなインダクタＬ１、Ｌ２、Ｌ３およびコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とともに装着される。ＰＣＢ２１４は、ＰＣＢのエッジ２２２に、凹凸のある壁（ｃａｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）または半円状ノッチ２１８、２２０を有する。これらのノッチは、個々に導電性メッキされる。

本発明の一つの特徴に従うと、整合ネットワーク２１２は、結晶とトランスデューサとのアセンブリの頂部に、好ましくは、両面熱伝導性低弾性率の接着テープ２２４を用いて、該アセンブリの上側の平坦な表面と接触した平坦な表面領域に装着される。これが、整合ネットワークがヒートシンク上で結晶から間隔を空けて配置されている従来技術のＡＯＭと際立った差異である。

順に、このアセンブリは、マウント２３０上に装着され、マウント２３０は、円筒部分２３２と平坦なプラットホーム部分２３４とを有する。このアセンブリの下部の平坦な表面は、プラットホーム部分２３４と接触する平坦な表面エリア内で、ここでも両面熱伝導性低弾性率の接着テープ２２６を用いて装着される。図１３に最適に示されるように、円筒部分２３２は、中心軸２２８を有し、ＲＦコネクタ２１６は、この軸と同軸である。

上述のサポートプレート１０２は、ＡＯＭの下にある棚（ｓｈｅｌｆ）２３６を有する。図１３に示されるように、棚２３６は、装着通路２３８を有し、該装着通路２３８の中には、円筒部分２３２が、軸２２８に沿って移動する自由（高さ調整用）と、軸２２８の周り、いずれかの円周方向に移動する自由（時計回りおよび半時計回りの角度調整用）とをでもって受けとめられる。結晶とトランスデューサとのアセンブリと、整合ネットワークとは、マウントの頂部に全てスタックされるので、これらのコンポーネントの全ては、接合動作に関与する。

円筒部分２３２の内部は、マウントを軸方向に上下させて、および／またはマウントを円周方向に回転させるツールと係合するための直径長のリブ２４０（図１１も参照）を有する。より詳細に以下に記載されるように、入射レーザビームに対して結晶が所望の位置に到達すると、紫外線硬化接着剤のような硬化可能な接着剤２４２が、マウントと棚との間に導入され、該マウントを調整された位置に固定する。

トランスデューサ２０２は、図１３で左に面するその垂直側面に電極２４４（図１２参照）を有する。メッキされたノッチ２１８、２２０もまた、同じ方向、すなわち、図１３で左に面する垂直側面表面を有する。第一のワイヤボンド２４６は、ノッチ２１８と電極２４４との間で接続される。第二のワイヤボンド２４８は、ノッチ２２０とトランスデューサのグラウンドとの間で接続される。ノッチは、トランスデューサの電極面に張り出す。各ワイヤボンドは、ワイヤボンディングの間に、いずれのコンポーネントの向きも変更することなく、一つのポイントから別のポイントへと直接なされる。これは、各ワイヤの相対する端部が異なる方向に向いており、それゆえ、ワイヤボンディングの間に、コンポーネントの向きを変えることを要求する従来のワイヤボンディングとは、際立った差異である。

緑色ビームの出力パワー、好ましくは、その回折ビーム成分４０を調整するために、緑色レーザ３４は、エネルギを与えられ、さらに、音響ドライブ信号は、ＲＦコネクタ２１６によって、トランスデューサに導かれる。好ましい機構において、バネ荷重プローブは、ＲＦコネクタと電気的接触するように、軸方向に置かれる。次いで、結晶の入射面２０６の高さおよび／または角度が、マウントを移動させることによって、該入射レーザビームに対して位置決めされる。回折ビーム成分４０の出力パワーが最大になるとき、マウントの位置、従って、入射面２０６の位置は、接着剤２４２を付与することによって固定される。ＲＦコネクタ２１６の位置が、軸２２８とアラインすることによって、ＲＦプローブが調整と確実に干渉しなくなることに、留意されたい。換言すれば、たとえ、ＲＦプローブが、調整の間に、ＲＦコネクタ２１６に接続されていても、そのＲＦプローブは、調整の間に、移動する必要はない。

既に述べたように、整合ネットワークのインピーダンスの全ては、固定されており、すなわち、同調可能ではない。これは、エアコイルが存在するために、従来の整合ネットワークが、非常にかさばり、小型のハンドヘルドのバッテリ作動の用途に不適となる従来技術の同調エアコイルと、際立った差異である。

本発明は、ＡＯＭ、ＡＯＭを作成する方法、ならびにＡＯＭを用いてレーザビームパワーを調整するアレンジメントおよび方法を、特に、カラー画像投影アレンジメントおよび方法で使用のために、具現化するように、例示され、説明されてきたが、本発明の精神から何ら逸脱することなく、様々な修正および構造的な変更がなされ得るので、本発明は、示された詳細に限定されることは、意図されない。

新規であるとしてクレームされ、特許証により保護されるべきことを望まれるものが、添付の特許請求の範囲に述べられている。

図１は、自身からの作動距離で、画像を投影しているハンドヘルド装置の斜視図である。 図２は、図１の装置にインストールするための、本発明に従う画像投影アレンジメントの拡大された上からの斜視図である。 図３は、図２のアレンジメントの上平面図である。 図４は、図２のアレンジメントに使用する慣性ドライブの斜視正面図である。 図５は、図４の慣性ドライブの斜視背面図である。 図６は、図２のアレンジメントの実用的なインプリメンテーションの斜視図である。 図７は、図２のアレンジメントの動作を記述する電気概略ブロック図である。 図７は、図２のアレンジメントの動作を記述する電気概略ブロック図である。 図８は、図６のアレンジメントで使用されるような音響光学変調器（ＡＯＭ）の斜視図である。 図９は、図８のＡＯＭの分解図である。 図１０は、図８のＡＯＭの上平面図である。 図１１は、図８のＡＯＭの下平面図である。 図１２は、図８のＡＯＭの正面立面図である。 図１３は、図１１のライン１３−１３での断面図であり、図６のアレンジメントのサポート上に装着されて示される。 図１４は、図８のＡＯＭで用いられる整合ネットワークの電気概略図である。

Claims (20)

1. コンパクト音響光学変調器（ＡＯＭ）であって、
   ａ）結晶と音響トランスデューサとを含むアセンブリであって、該結晶に入射したレーザビームの強度を、該トランスデューサにより生成された音響波で変調することにより、変調出力ビームを生成するアセンブリと、
   ｂ）該アセンブリにより支持された整合ネットワークであって、該トランスデューサに対する音響ドライブ信号のインピーダンス整合のための整合ネットワークと、
   ｃ）軸を有するマウントであって、該軸に沿った接合動作と、該軸の周りの円周方向の接合動作のために、該アセンブリと該整合ネットワークとを支持するように動作するマウントと
   を備えている、コンパクト音響光学変調器。
2. 前記マウントは、前記軸の周りに対称的な円筒部分と、該軸の半径方向に延びるプラットホーム部分とを有する、請求項１に記載のＡＯＭ。
3. 前記プラットホーム部分上に前記アセンブリを装着する表面エリア用の接着剤をさらに備えている、請求項２に記載のＡＯＭ。
4. 前記アセンブリは、上部表面と、該アセンブリの該上部表面上に前記整合ネットワークを装着する表面エリア用の接着剤とを有する、請求項２に記載のＡＯＭ。
5. 前記整合ネットワークは、プリント回路基板と、前記軸に対して軸を合わせて該基板上に装着されるコネクタを含む、請求項１に記載のＡＯＭ。
6. 前記整合ネットワークは、前記基板上に調整不可能なインピーダンスを含む、請求項５に記載のＡＯＭ。
7. 前記マウントは、前記軸に沿って、かつ該軸周りの円周方向に該マウントを移動させるツールと係合するための係合部分を含む、請求項２に記載のＡＯＭ。
8. 前記整合ネットワークは、前記軸の半径方向に延びるプリント回路基板を含み、
   該基板は、前記軸にほぼ平行な平面にある少なくとも一つの導電性メッキされたエッジを有し、
   前記トランスデューサもまた、該軸にほぼ平行な平面にある電極と、該少なくとも一つのメッキされたエッジと該電極との間で電気的に接続された少なくとも一つのワイヤボンドとを有する、請求項１に記載のＡＯＭ。
9. コンパクト音響光学変調器（ＡＯＭ）を作成する方法であって、
   ａ）軸を有するマウント上に、結晶と音響トランスデューサとを含むアセンブリを装着するステップであって、該アセンブリは、該結晶に入射したレーザビームの強度を、該トランスデューサにより生成された音響波で変調することにより、変調出力ビームを生成するように動作する、ステップと、
   ｂ）該アセンブリ上に整合ネットワークを装着するステップであって、該整合ネットワークは、該トランスデューサに対する音響ドライブ信号のインピーダンス整合のために動作し、該整合ネットワークと該アセンブリとは、該軸に沿った接合動作と、該軸の周りの円周方向の接合動作のために、該マウントにより支持される、ステップと
   を包含する、方法。
10. 前記アセンブリは、接着剤で前記マウント上に装着された表面エリアであり、前記整合ネットワークは、接着剤で前記アセンブリ上に装着された表面エリアである、請求項９に記載の方法。
11. レーザビームパワーを調整するためのアレンジメントであって、
    ａ）装着通路を有するサポートと、
    ｂ）該サポートにより支持され、レーザビームを発するレーザと、
    ｃ）結晶と音響トランスデューサとを有するアセンブリを含む音響光学変調器（ＡＯＭ）であって、該アセンブリは、該結晶に入射したレーザビームの強度を、該トランスデューサにより生成された音響波で変調することにより、パワーを有する変調出力ビームを生成するように動作し、該ＡＯＭは、該アセンブリにより支持された整合ネットワークであって、該トランスデューサに対する音響ドライブ信号のインピーダンス整合のための整合ネットワークを含み、該ＡＯＭは、軸を有するマウントであって、該アセンブリと該整合ネットワークとを支持するために動作するマウントを含み、該マウントは、該軸に沿った、該軸の周りの円周方向の該レーザビームに対する調整位置への動作のために、該装着通路の中に装着され、該調整位置において、該変調出力ビームの該パワーが、調整された値に設定される、ＡＯＭと
    を備えている、アレンジメント。
12. 前記変調出力ビームは、ゼロ次非回折ビーム成分と、一次回折ビーム成分とを含み、前記マウントは、該回折ビーム成分のパワーを調整するために、可動である、請求項１１に記載のアレンジメント。
13. 前記サポートは、前記変調出力ビームを集束するための光学アセンブリと、該サポートからの作動距離で、空間内で走査線のパターンのように、該変調出力ビームを掃引するスキャナであって、各走査線は多数のピクセルを有する、スキャナと、選択されたピクセルを該変調出力ビームによって照明し、目に見えるようにして、画像を生成させるコントローラと
    を含む、請求項１１に記載のアレンジメント。
14. 前記マウントは、前記軸に対して対称的な円筒部分と、該軸の半径方向に延びるプラットホーム部分とを有する、請求項１１に記載のアレンジメント。
15. 前記プラットホーム部分上に前記アセンブリを装着する表面エリア用の第一の接着剤と、該アセンブリの上部表面上に前記整合ネットワークを装着する表面エリア用の第二の接着剤とをさらに備えている、請求項１４に記載のアレンジメント。
16. 前記整合ネットワークは、プリント回路基板と、前記軸に対して軸合わせして該基板上に装着されるコネクタとを含む、請求項１１に記載のアレンジメント。
17. 前記マウントは、前記軸に沿って、かつ該軸周りの円周方向に該マウントを移動させるツールを係合するための係合部分を含む、請求項１４に記載のアレンジメント。
18. レーザビームパワーを調整する方法であって、
    ａ）サポート内に装着通路を形成するステップと、
    ｂ）レーザを該サポート上で支持し、レーザビームを発するために該レーザにエネルギを与えるステップと、
    ｃ）該装着通路内に軸を有するマウントを装着するステップであって、該マウントは、該軸に沿った、該軸の周りの円周方向の該レーザビームに対する動作のためである、ステップと、
    ｄ）該マウント上に音響光学変調器（ＡＯＭ）アセンブリを装着するステップであって、該マウントは、該ＡＯＭとの接合動作のためであり、該アセンブリは、結晶と音響トランスデューサとを含み、該結晶に入射したレーザビームの強度を、該トランスデューサにより生成された音響波で変調することにより、パワーを有する変調出力ビームを生成するように動作する、ステップと、
    ｅ）該トランスデューサに付与される音響ドライブ信号のインピーダンス整合のために、整合ネットワークを該アセンブリ上に装着するステップと、
    ｆ）該レーザに電力を与える間で、かつ該音響ドライブ信号を付与して、該変調出力ビームの該パワーを調整された値に調整する間に、該装着通路の中に該マウントを移動するステップと
    を包含する、方法。
19. 前記整合ネットワークは、前記軸とアラインされるコネクタを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記移動するステップは、前記マウントを係合する可動ツールによって実行される、請求項１８に記載の方法。

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