JP2008539465A - 電気光学的読取り機および画像投影機におけるスキャンミラーの運動をモニタすること - Google Patents

Abstract

駆動コイルと第１のフィードバックコイルとの間のクロストークは、この駆動コイルの付近に第２のフィードバックコイルを配置すること、ならびに該フィードバックコイルによって生成されたフィードバック信号を処理することによってクロストークを除去することにより、除去される。第２のフィードバックコイルは、第１のフィードバックコイルと同程度のクロストークによって劣化されている。駆動コイルは、画像投影装置または電気光学的読取り機において用いられるスキャンミラーを振動させるために用いられ得る。

Description

本発明は、概して、インディシア（例えば、バーコードシンボル）を読み取るための電気光学的読取り機において、または画像を表示するための画像投影機において、光ビームを掃引するために用いられるスキャンミラーの運動をモニタすることに関し、より具体的には、スキャンミラーの運動を示すフィードバック信号において、クロストークを低減させることに関する。

電気光学的読取り機は、グラフィックインディシア（シンボルとしても公知）の空間的パターンを、時間によって変動する電気信号（これはその後、データにデコードされる）に電気光学的に変換する分野において、周知である。典型的に、光源から生成された光ビームは、レンズによって、光路に沿って、シンボルを含んだターゲットに向けて焦点を合わされる。光ビームは、光路に配置されたスキャンミラーを運動させることにより、シンボル上のラスタパターンに配置された１本のスキャンラインまたは一連のスキャンラインに沿って、反復的に掃引される。光検出器は、シンボルから散乱または反射された光を検出し、アナログ電気信号を生成する。電気回路は、このアナログ信号を、シンボルを構成するバーおよびスペースの物理的な幅に対応するパルス幅を有するデジタル化された信号に変換し、デコーダは、このデジタル化された信号を、シンボルを示すデータに変換する。

この反復的な光ビームの掃引は、駆動部によって、典型的には、軸まわりで振動可能なロータを有するモータによって、実行される。永久磁石およびスキャンミラーは、ロータと一緒に振動可能である。モータは、永久磁石の物理的近くに配置されたボビンに巻かれた駆動コイルによって駆動される。フィードバックコイルもまた、同じボビンに巻かれている。この駆動コイルに印加された交流電圧駆動信号に応答して、駆動コイルによって生成された電磁場は、磁石の永久磁場と相互作用し、これにより、磁石およびミラーを一緒に運動させる。駆動コイルにおける駆動信号の周波数は、ロータの運動と同じものであり、駆動信号の１サイクルは、ロータ運動の１サイクルに対応している。駆動コイルにおける駆動信号の振幅は、ロータの運動の速度に比例する。駆動コイルにおける駆動信号の極性は、ロータの運動の方向とは独立であり、駆動信号の正の半サイクルは、ロータが１つの駆動方向に運動していることを示し、負の半サイクルは、ロータが反対の駆動方向に運動していることを示す。駆動信号のゼロ切断は、それぞれのスキャンラインの各端部において、ロータがその最大動程（ｍａｘｉｍｕｍ ｔｒａｖｅｌ）に到達したときに、発生する。各ゼロ切断において、ロータは一瞬の間だけ停止し、駆動方向に反転する。

フィードバックコイルは、様々な目的に有用である。フィードバックコイルは、磁石の運動の結果として、交流電圧信号（フィードバック信号として公知）を生成する。フィードバックコイルにおいて生成されたフィードバック信号の周波数および極性は、駆動信号における周波数および極性に対応している。フィードバック信号の振幅をモニタするために、例えば、振幅が所定の閾値を下回った場合に、光源をオフにすることにより、駆動信号が正常ではないことを示すために、電気駆動モニタ回路が、しばしば用いられる。フィードバック信号を処理することにより、モータを駆動させ続けるかどうかを決定するために、電気的閉ループ制御回路もまた、しばしば用いられる。フィードバック信号のゼロ切断を処理することにより、スキャン開始（Ｓ−Ｏ−Ｓ；ｓｔａｒｔ−ｏｆ−ｓｃａｎ）信号（これは、ロータの運動を表し、スキャンラインを同期するために用いられる）を導出するために、さらに別の電気回路もまた、しばしば用いられる。

意図された目的は、概ね満たされるが、駆動部の故障をモニタするためのフィードバックコイルの使用、駆動モータを駆動させるためのフィードバックコイルの使用、およびＳＯＳ信号を生成するためのフィードバック信号の使用は、問題を引き起こす。駆動コイルとフィードバックコイルとの間には、望ましくない磁気結合またはクロストークが存在する。そのような望ましくない結合された信号、ならびに結果として生じたノイズおよび歪みを除去するために、通常は電子装置が追加され、結合された信号を積極的に除去し、さらに、制御ループの安定性を保証するために、フィルタリングが必要とされる。フィルタリングは位相遅延を導入してしまうので、ＳＯＳ信号は、ターゲットのシンボルにおける先頭のバーおよびスペースに対して、スキャニング光ビームのビームスポットの正しい位置をもはや表さなくなる。この問題は、従来技術においては、電子装置を追加または調整することにより、用いられているモータのタイプに依存して、ＳＯＳ信号を進行または遅延させることによって、解決されていた。従来技術はまた、光学的フィードバック回路の使用を提案していた。加えて、フィードバックコイルが駆動コイルに結合されるとき、騒々しい耳鳴り音が生成されることがある。

ターゲット上のラスタパターンにおいて光ビームを反復的にスキャンする、シンボル読取り機ではない別の装置としては、表示表面（例えば、スクリーン）上に画像を投影するための、画像投影機がある。典型的に、異なる波長の１つ以上の活性化可能なレーザが、スクリーンに向けてそれぞれのレーザビームを投影する一方で、振動駆動部が、スクリーン上のスキャンラインにおいてレーザビームを掃引する。通常は、互いに直交する方向にビームを掃引するために、一対のスキャンミラーが用いられる。レーザは、各掃引の間に、活性化および不活性化され、視認用のビットマップ画像を、スクリーン上に形成する。読取り機の場合と同様に、これらのスキャンミラーのうちの少なくとも１つは、上述のように、フィードバックコイルおよび駆動コイルを有しているモータを含んだ駆動部によって振動させられるが、それらに付随する問題である、クロストークおよび結合された信号、追加的なハードウェア、位相遅延、および騒々しい耳鳴り音を伴うことになる。クロストークは、画像投影機においては、より深刻な問題となる。なぜならば、スキャンミラーの運動または速度、そしてスキャンミラーによって掃引される各スキャンラインは、右から左のライン（ｒｉｇｈｔ−ｔｏ−ｌｅｆｔ ｌｉｎｅ）および左から右のライン（ｌｅｆｔ−ｔｏ−ｒｉｇｈｔ ｌｉｎｅ）の両方に対して、一定の値になるように、制御されなければならないからである。

したがって、本発明の一般的な目的は、光スキャニング装置（例えば、電気光学的読取り機および画像投影機）におけるフィードバック信号を劣化させるクロストークを、除去できないにしても、低減させることである。

より具体的には、本発明の目的は、スキャンミラーの運動が高精度になるようにモニタすることである。

本発明のさらに別の目的は、駆動部の故障がモニタされることを確実に保証すること、制御ループの安定性を確実に保証すること、位相遅延を有さないＳＯＳ信号を確実に生成すること、およびフィードバック信号をクロストークによって劣化させることなしに、そのような光スキャニングシステムにおける騒々しい音を確実に除去することである。

上述の目的および以後明確化されるその他の目的を踏まえると、本発明の１つの特徴は、簡単に述べると、スキャンミラーの運動をモニタするための装置および方法にある。スキャンミラーは、そのような運動を表しているクロストークによって劣化されていないフィードバック信号を生成することにより、光ビームを掃引するために用いられる。

この装置は、電気光学的読取り機に用いられ得、この場合、光ビームは、シンボルにわたる１つ以上の（好適には、１次元または２次元の）スキャンラインとして掃引される。この装置はまた、画像投影機にも用いられ得、この場合、光ビームは、画像が視認されるスクリーンにわたるスキャンラインのラスタパターンにおいて掃引される。いすれの場合においても、光ビームは、振動運動のためにスキャンミラーが搭載されているロータを有する電気モータによって、動かされる。永久磁場を有する永久磁石は、永久磁石と一緒にミラーを運動させるために、ミラー上に搭載されている。周期的な駆動信号が、駆動コイルに印加され、この駆動コイルは、永久磁場と相互作用する電磁場を生成することによって、磁石およびミラーを反対の駆動方向に振動させ、ターゲット上の互いに直交する方向に延びているスキャンラインのラスタパターンを生成する。読取り機の場合、スキャンラインから導出され、シンボルによって散乱された光の一部分は、シンボルを読み取るために処理される。投影機の場合、ターゲットのスクリーンに画像を形成するために、ビームが各スキャンラインに沿って移動する間に、光源が活性化および不活性化される。

第１のフィードバックコイルは、磁石の付近で、モータに巻きつけられ、ミラーおよび磁石の一緒の運動を表している第１のフィードバック信号を生成する。しかしながら、第１のフィードバックコイルは、駆動コイルの付近に存在しており、駆動コイルとのクロストークによって劣化されている。

本発明にしたがうと、第２のフィードバックコイルは、第１のフィードバックコイルと比較して、磁石から離れて、モータに巻きつけられている。第２のコイルは、第１のフィードバック信号よりも弱い第２のフィードバック信号を生成するが、この第２のフィードバック信号もまた、ミラーおよび磁石の一緒の運動を表している。第２のコイルはまた、駆動コイルの付近に存在しているので、駆動信号とのクロストークによって劣化されている。その後、フィードバック信号は、第１のフィードバック信号からクロストークを除去するために、処理される。例えば、第２のフィードバック信号は、第１のフィードバック信号から減算され得る。結果として、フィードバック信号のクロストークが低減されるが、それでもなお、フィードバック信号はミラーの運動を表している。

第２のフィードバックコイルを用いることにより、クロストークおよび結合された信号の相殺回路は、必要なくなる。フィードバック信号の精度が改善される。フィードバック信号は、位相遅延を全く有さなくなる。変圧器のフィードスルーを第１のフィードバックコイルに考慮することによって、モータの開始時間が遅延されることは、もはやなくなる。コイルの間の変圧器結合に関連する騒々しい音は、全く存在しなくなる。

簡単に述べると、クロストークが低減されたフィードバック信号は、モータの位置および速度、そしてビームの位置の正確な表現である。クロストークが低減されたフィードバック信号は、駆動コイルとフィードバックコイルとの間の信号のフィードスルーによって劣化されない。画像投影機または読取り機の性能は、増強される。

図１における参照番号１０は、概略的に、携帯型機器（例えば、パーソナルデジタルアシスタント）を示しており、この携帯型機器には、例えば、図２に示されているような、軽量かつコンパクトな画像投影装置２０が搭載される。また、この携帯型機器は、この機器からの可変距離の地点において、２次元カラー画像を投影するように動作可能である。例えば、画像１８は、機器１０に対する作動距離範囲内に配置される。

図１に示されているように、画像１８は、画像の水平方向に沿って延びている光学的水平スキャンラインＡの上を延びており、さらに、画像の垂直方向に沿って延びている光学的垂直スキャンラインＢの上を延びている。以下に記載されるように、画像は、装置２０におけるスキャナによって掃引されるスキャンラインのラスタパターン上の照明されているピクセルと照明されていないピクセルとから構成される。

機器１０の平行６面体の形状は、装置２０が実装され得るハウジングのフォームファクタのうちの１つを表しているに過ぎない。この機器は、ペン、携帯電話、クラムシェル、または腕時計の形状であり得る。好適な実施形態において、装置２０は、３０ｃｍ^３未満の体積である。このコンパクトかつ小さなサイズは、装置２０が多種多様な形状、すなわち、大小の、携帯型または固定式のハウジングに搭載されることを可能にする。このハウジングは、オンボードディスプレイ１２、キーパッド１４、および画像を投影する窓１６を有するハウジングを含んでいる。

図２および図３を参照すると、装置２０は、半導体レーザ２２を含んでおり、これは、活性化されたときに、約６３５〜６５５ナノメートルの明るい赤色レーザを放出する。レンズ２４は、正の焦点距離を有する非球面状の凸レンズであり、赤色ビームにおけるほぼ全てのエネルギーを収集し、回折が制限された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はそれぞれ、図示されていないレンズホルダによって保持されており、これらのレンズホルダは、機器１０の内部のサポート（図２においては、明確化のために図示されていない）上に離れて配置されている。レンズ２４、２６は、作動距離にわたって赤色ビームの輪郭を整形する。

別の半導体レーザ２８が、サポート上に搭載され、活性化されたときに、約４７５〜５０５ナノメートルの回折が制限された青色レーザビームを放出する。別の非球面状の凸レンズ３０および凹レンズ３２が、レンズ２４、２６と同様の方法で、青色ビームを整形するために、用いられる。

約５３０ナノメートル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ないが、代わりに、赤外線ダイオード励起ＹＡＧ結晶レーザ（その出力ビームは、１０６０ナノメートルである）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２倍化結晶が、赤外線レーザキャビティにおいて、２つのレーザミラーの間に含まれている。キャビティの内部における赤外線レーザの出力は、キャビティの外部において結合された出力よりもはるかに大きいので、周波数ダブラーは、キャビティの内部において、緑色レーザをより効率的に生成する。レーザの出力ミラーは、１０６０ｎｍの赤外放射を反射可能であり、２倍化された５３０ｎｍの緑色レーザビームを伝送可能である。固体レーザおよび周波数ダブラーの正確な動作は、正確な温度制御を必要とするので、Ｐｅｌｔｉｅｒ効果に依存する半導体デバイスが、緑色レーザの温度を制御するために用いられる。熱電気クーラーが、印加された電流の極性に依存して、デバイスを加熱または冷却し得る。サーミスタは、緑色レーザモジュールの温度をモニタするための、緑色レーザの一部分である。サーミスタからの読取りは、コントローラに供給され、このコントローラは、熱電気クーラーに応じて調整する。

以下に記載されるように、レーザは、約１００Ｈｚの周波数でパルス発振する。赤色レーザ２２および青色レーザ２８は、そのような高い周波数でパルス発振し得るが、現在利用可能な緑色固体レーザは、そのように発振することができない。結果として、緑色モジュール３４から放出される緑色レーザビームは、緑色ビームを回折させるために、結晶の内部に音響定常波を形成する音響光学変調器（ＡＯＭ）３６を用いることにより、パルス発振される。しかしながら、ＡＯＭ３６は、０次の回折されていないビーム３８、および１次のパルス発振された回折されたビーム４０を生成する。ビーム３８、４０は、それらを分離して、望ましくない０次のビーム３８を除去するために、互いに分岐（ｄｉｖｅｒｇｅ）する。また、ビーム３８、４０は、フォルディングミラー４２を有する、長い折れ曲がった経路に沿って、ルーティングされる。代替的に、ＡＯＭは、緑色レーザをパルス発振するために、外部または内部のいずれかで、用いられ得る。緑色レーザビームを変調するためのその他の可能な方法は、電子吸収変調、またはＭａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ干渉計を含む。ＡＯＭは、図２に概略的に示されている。

ビーム３８、４０は、正のレンズ４４および負のレンズ４６を介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、フォルディングミラー４８に衝突し、フォルディングミラー４８から反射されることが可能である。回折されていないビーム３８は、好適にはミラー４８に搭載されている吸収体５０によって吸収される。

装置は、一対の２色性フィルタ５２、５４を含んでおり、この一対の２色性フィルタは、緑色ビーム、青色ビーム、赤色ビームを、スキャニングアセンブリ６０に到達するできるだけ前に、同一直線上に形成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、フィルタ５２を通ることを許容するが、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、フィルタ５４を通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。

ほぼ同一直線上にあるビーム４０、５６、５８は、固定式のバウンスミラー６２に配向され、このバウンスミラー６２から反射される。スキャニングアセンブリ６０は、第１のスキャンミラー６４であって、慣性駆動部６６（図４〜図５において分離して示されている）によって、第１のスキャンレートで振動させられ、水平スキャン角度Ａにわたって、バウンスミラー６２から反射されたレーザビームを掃引する、第１のスキャンミラー６４と、第２のスキャンミラー６８であって、電磁駆動部７０によって、第２のスキャンレートで振動させられ、垂直スキャン角度Ｂにわたって、第１のスキャンミラー６４から反射されたレーザビームを掃引する、第２のスキャンミラー６８とを含んでいる。異なる構成において、スキャンミラー６４、６８は、単一の２軸ミラーによって置換され得る。

慣性駆動部６６は、高速であって低電力消費型のコンポーネントである。慣性駆動部の詳細は、本出願の同一出願人によって、２００３年３月１３日に出願された、米国特許出願公開第１０／３８７，８７８号明細書に記載されており、この米国特許出願は、参照により本明細書に援用される。以下に記載されるように、慣性駆動部の使用は、スキャニングアセンブリ６０の電力消費を１ワット未満に低減させ、カラー画像を投影する場合には、１０ワット未満に低減させる。

駆動部６６は、ヒンジによってスキャンミラー６４を支持するための可動フレーム７４を含んでいる。このヒンジは、一対の同一直線上のヒンジ部分７６、７８を含んでおり、これらヒンジ部分は、ヒンジ軸に沿って延びており、スキャンミラー６４の対向領域とフレームの対向領域との間に接続される。図示されているように、フレーム７４は、必ずしもスキャンミラー６４を囲んでいる必要はない。

フレーム、ヒンジ部分、およびスキャンミラーは、ワンピースの、ほぼ平面状の、厚さが約１５０μであるシリコン基板から製造される。このシリコン基板は、オメガ形状のスロット（上部の平行なスロット部分、下部の平行なスロット部分、および中央のＵ形状のスロット部分を有している）を形成するためにエッチングされる。スキャンミラー６４は、好適には楕円形状を有しており、スロット部分において自由に運動することができる。好適な実施形態において、楕円形の形状のスキャンミラーの軸に沿った寸法は、７４９μ×１６００μである。各ヒンジ部分は、幅２７μ、長さ１１３０μである。フレームは、長方形の形状を有しており、幅３１００μ、長さ４６００μである。

慣性駆動部は、ほぼ平面状の印刷回路基板８０に搭載され、フレームを直接的に運動させたり、慣性によって、ヒンジ軸のまわりでスキャンミラー６４を間接的に振動させたりするように動作可能である。慣性駆動部の一実施形態は、一対の圧電トランスデューサ８２、８４を含んでおり、この一対の圧電トランスデューサは、基板８０に対して垂直に延びており、ヒンジ部分７６の両側におけるフレーム７４の間隔を空けられた部分（ｓｐａｃｅｄ ａｐａｒｔ ｐｏｒｔｉｏｎ）と接触する。各トランスデューサの１つの端部と各フレーム部分との間の永久的な接触を保証するために、接着剤が用いられ得る。各トランスデューサの反対側の端部は、基板８０の後方から突出しており、ワイヤ８６、８８によって、周期交流電源（図示されず）に電気的に接続される。

使用中、周期信号は、各トランスデューサに周期的駆動電圧を印加し、それぞれのトランスデューサの長さを交互に伸縮させる。トランスデューサ８２が延びている場合、トランスデューサ８４は収縮し、その逆に、トランスデューサ８４が延びている場合、トランスデューサ８２は収縮する。これにより、間隔を空けられたフレーム部分を同時に押したり引いたりし、フレームをヒンジ軸のまわりで捩れさせる。駆動電圧は、スキャンミラーの共振周波数に対応する周波数を有している。スキャンミラーは、初期の休止位置から運動させられ、共振周波数でヒンジ軸のまわりを振動するまで、運動させられる。好適な実施形態において、フレームおよびスキャンミラーは、約１５０μの厚さであり、スキャンミラーは高いＱ係数を有している。各トランスデューサによる約１μの運動は、２０ｋＨｚ以上のスキャンレートでスキャンミラーの振動を引き起こし得る。

別の一対の圧電トランスデューサ９０、９２は、基板８０に対して垂直に延びており、ヒンジ部分７８の両側におけるフレーム７４の間隔を空けられた部分と永久的に接触する。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することにより、フレームの振動運動をモニタし、ワイヤ９４、９６を介することにより、電気的フィードバック信号を、フィードバック制御回路（図示されず）に導く。

代替的に、フィードバックのために、圧電トランスデューサ９０、９２を用いる代わりに、磁気的なフィードバックが用いられ得る。ここで、磁石は、高速ミラーの背後に搭載され、振動する磁石によって生成された変化する磁場をピックアップするために、外部コイルが用いられる。

光がスキャンミラーの外表面から反射され得るが、ミラー６４の表面を、金、銀、アルミニウムから構成された鏡面反射コーティング、または特別に設計された高い反射性の誘電性のコーティングを用いることによって、コーティングすることが望ましい。

電磁駆動部７０（図８において分離して示されている）は、第２のスキャンミラー６８の背後に一緒に搭載されている永久磁石２００（図９参照）と、周期的な駆動信号に応答して、周期的な磁場を生成するように動作可能な電磁駆動コイル７２とを含んでいる。周期的な磁場が、磁石の永久磁場と磁気的に相互作用し、磁石および第２のスキャンミラー６８を振動させることができるように、駆動コイル７２は、磁石２００に隣接している。

慣性駆動部６６は、好適には５ｋＨｚ以上、より好適には約１８ｋＨｚ以上の高速のスキャンレートで、スキャンミラー６４を振動させる。この高速スキャンレートは、不可聴周波数なので、ノイズおよび振動を最小化する。電磁駆動部７０は、約４０Ｈｚの低速のスキャンレートで、スキャンミラー６８を振動させる。この低速のスキャンレートは、過剰なフリッカを有さずに画像が人間の目の網膜に残存することを可能にするためには、十分速いスキャンレートである。

高速ミラー６４が水平スキャンラインを掃引し、低速ミラー６８が水平スキャンラインを垂直に掃引することにより、ラスタパターンを形成する。このラスタパターンは、画像を構成するほぼ平行なスキャンラインのグリッドまたは系列である。各スキャンラインは、多数のピクセルを有している。画像の解像度は、好適には、１０２４×７６８ピクセルのＸＧＡ品質である。制限された作動範囲にわたって、高精細度のテレビ標準規格、すなわち、７２０ｐ、１２７０×７２０ピクセルで表示することができる。一部のアプリケーションにおいて、この１／２の３２０×４８０ピクセルのＶＧＡ品質、またはこの１／４の３２０×２４０ピクセルのＶＧＡ品質で十分である。最小でも、１６０×１６０ピクセルの解像度が所望される。

ミラー６４、６８の役割は、ミラー６８が高速、ミラー６４が低速というように、入れ替えられ得る。ミラー６４はまた、垂直スキャンラインを掃引するように設計され得、この掃引事象において、ミラー６８は、水平スキャンラインを掃引し得る。また、慣性駆動部は、ミラー６８を駆動させるために用いられ得る。特に、ミラーは、電気機械的駆動部、電気的駆動部、機械的駆動部、静電気的駆動部、磁気的駆動部、または電磁気的駆動部のうちのいずれかによって駆動され得る。

低速ミラーは、画像が表示される間に、一定速度の掃引モードで動作する。ミラーの戻りの間に、このミラーは、かなり高い固有周波数で、最初の位置を掃引する。ミラーの戻り動程の間に、レーザは、デバイスの電力消費を低減させるために、オフにされ得る。

図６は、図２と同じ視点による、装置２０の実際の実装である。上述のコンポーネントは、トップカバー１００およびサポート平面１０２を含むサポートに搭載されている。ホルダ１０４、１０６、１０８、１１０、１１２のそれぞれは、フォルディングミラー４２、４８、およびフィルタ５２、５４、およびバウンスミラー６２を、共通の配列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）に保持している。各ホルダは、サポートに固定するように搭載された配置ポストを受け入れるための、複数の配置スロットを有している。このようにして、ミラーおよびホルダが、正確に配置される。示されているように、３つのポストが存在しているので、２つの角度調整と、１つの横方向の調整とが可能である。各ホルダは、その最終的な位置に接着され得る。

画像は、スキャンラインにおける１つ以上のピクセルの選択的な照明によって構成される。図７を参照して以下に詳細に記載されるように、コントローラ１１４は、３つのレーザビームによって、ラスタパターンにおける選択されたピクセルを照明させ、可視状態にする。例えば、赤色電力コントローラ１１６、青色電力コントローラ１１８、および緑色電力コントローラ１２０のそれぞれは、赤色レーザ２２、青色レーザ２８、および緑色レーザ３４に電流を導くことにより、これらレーザを活性化することによって、選択されたピクセルの各々において、それぞれの光ビームを放出すること、ならびに赤色レーザ、青色レーザ、および緑色レーザに電流を導かないことにより、これらレーザを不活性化することによって、選択されていないその他のピクセルを照明しないことが可能である。照明されたピクセルおよび照明されていないピクセルの結果として得られたパターンは、人間または機械によって読取り可能な情報またはグラフィックに関する任意の表示であり得る画像を含んでいる。

図１を参照すると、ラスタパターンが、拡大図で示されている。レーザビームは、ある端点から開始して、慣性駆動部によって、水平方向に沿って、所定の水平スキャンレートで、反対の端点まで掃引され、スキャンラインを形成する。その後、レーザビームは、電磁駆動部７０によって、垂直方向に沿って、所定の垂直スキャンレートで、別の端点まで掃引され、第２のスキャンラインを形成する。その後のスキャンラインの形成は、同じ方法で行われる。

マイクロプロセッサ１１４または制御回路の制御のもとで、電力コントローラ１１６、１１８、１２０の動作によって、レーザを活性化するか、またはレーザを選択された回数だけオンおよびオフにパルス発振することにより、ラスタパターンに画像が形成される。所望の画像におけるピクセルが可視であることが所望されるときにのみ、レーザは、可視光を生成して、オンにされる。各ピクセルの色は、ビームの１つ以上の色によって決定される。可視光のスペクトルにおける任意の色は、赤色レーザ、青色レーザ、および緑色レーザを選択的に重ね合わせることにより、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構成されるグリッドである。画像は、選択されたピクセルのビットマップである。全ての文字または数字、任意のグラフィカルデザインまたはロゴ、および機械読取り可能なバーコード記号さえも、ビットマップ画像として形成され得る。

図７に示されているように、入ってくるビデオ信号は、垂直同期化データおよび水平同期化データならびにピクセルデータおよびクロックデータを有しており、マイクロプロセッサ１４４の制御のもとで、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、多くのキロバイトを必要とし、１つのフレームが書き込まれている間に、別のフレームが処置および投影されることを可能にするために、バッファにおいて、２つのフルフレームのために十分なメモリを有していることが望ましい。バッファされたデータは、速度プロファイラ１３０の制御のもとで、フォーマッタ１２８、および赤色ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３２、青色ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３４、緑色ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３６に送信され、スキャニングによって引き起こされた固有の内部歪み、および投影された画像の表示角度によって引き起こされた幾何学的歪みを補正する。結果として得られた赤色デジタル信号、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、赤色レーザデバイス（ＬＤ）１４４および青色レーザデバイス（ＬＤ）１４６に供給され、これらはまた、赤色コントローラ１１６および青色コントローラ１１８にも接続されている。緑色アナログ信号は、ＡＯＭ無線周波数（ＲＦ）ドライバ１５０に、そして次に緑色レーザ３４に供給され、これはまた、緑色ＬＤ１４８に、そして緑色電力コントローラ１２０にも接続されている。

フィードバック制御もまた、図７に示されており、赤色アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５８、青色アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６０、緑色アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１６２、そしてマイクロコントローラ１１４に接続された、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を含んでいる。Ａ／Ｄ変換器１６６、そしてマイクロプロセッサに接続されたサーミスタ増幅器１６４によって、熱がモニタされる。

スキャンミラー６４、６８は、ドライバ１６８、１７０によって駆動され、これらには、ＤＡＣ１７２、１７４からのアナログ駆動信号が供給される。上記ＤＡＣ１７２、１７４は、マイクロコントローラに接続されている。フィードバック増幅器１７６、１７８は、スキャンミラー６４、６８の位置を検出し、フィードバックＡ／Ｄ１８０、１８２、そしてマイクロプロセッサに接続されている。

電力管理回路１８４は、電力を最小化する一方で、好適には、緑色レーザを常にオンに維持し、赤色レーザおよび青色レーザの電流をレージング閾値未満に維持することによって、高速オンタイム（ｆａｓｔ ｏｎ−ｔｉｍｅｓ）を可能にするように、動作可能である。

レーザ安全停止回路１８６は、スキャンミラー６４、６８のいずれか一方が、適切な場所から外れていることを検出された場合に、レーザをオフにするように動作可能である。

再び図８〜図９を参照すると、永久磁石２００およびスキャンミラー６８を振動させるための電磁駆動部７０は、上部支持部２０２、下部支持部２０４、およびボビン２０６を含んでおり、このボビンのまわりには、駆動コイル７２が巻かれている。駆動コイル７２が周期的な駆動信号によって活性化されるときに、駆動コイルは、交流磁場を生成し、これは、磁石の永久磁場と相互作用することによって、磁石２００およびミラー６８を振動させる。上部支持部２０２は、磁石を駆動コイルの付近に移動させるための、凹部２０８を有している。

上述のように、スキャンミラー６４の位置および運動をモニタするだけではなく、スキャンミラー６８の位置および運動をもモニタすることが望ましい。このために、第１のフィードバックコイル２１０が、磁石２００の付近で、ボビン２０６に巻かれており、磁石２００およびミラー６８の一緒の運動を表している、第１のフィードバック信号を生成する。しかしながら、第１のフィードバックコイル２１０はまた、駆動コイル７２の付近にも存在している。駆動コイルと第１のフィードバックコイルとの間には、望ましくない磁気結合（変圧器のフィードスルーまたはクロストークとも称される）が存在しており、これは、第１のフィードバック信号を劣化させる。

そのようなクロストークを、除去できないにしても、低減させるために、第２のフィードバックコイル２１２がボビン２０６のまわりに巻かれ、第１のフィードバックコイル２１０と比べて、磁石２００から離れて配置される。図９に示されているように、第２のコイル２１２は、軸まわりに、第１のコイル２１０よりも磁石から離れて配置されている。第２のコイル２１２は、第２のフィードバック信号を生成するが、第２のコイルは第１のコイルよりも離れた位置にあるので、第２のフィードバック信号は、第１のフィードバック信号よりも弱い。第２のコイルはまた、駆動コイル７２の付近に配置されており、駆動コイルからの同じクロストークによって、劣化させられる。

本発明にしたがうと、第１のフィードバック信号および第２のフィードバック信号は、第１のフィードバック信号からクロストークを除去することによって、クロストークが低減されたフィードバック信号（これは、スキャンミラー６８の運動を正確に表している）を生成するために、処理される。このクロストークが低減された信号は、フィードバック増幅器１７８に導かれ、フィードバックＡ／Ｄ １８２において、デジタル信号に変換され、マイクロコントローラ１１４に導かれる。そのような処理は、第１のフィードバック信号から第２のフィードバック信号を減算することにより、両方のフィードバック信号における同じクロストークを相殺することを含んでいる。そのような減算は、コンパレータを介して、両方のフィードバック信号を供給することによって実行されるか、または電子的な反転（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）によって実行される。電子的な反転は、好適には、図１０に示されているようなものであり、ここでは、第１のフィードバックコイル２１０が、第１の円周方向（例えば、時計まわり）に巻かれ、第２のフィードバックコイル２１２が、反対の円周方向（例えば、反時計まわり）に巻かれ、フィードバックコイル２１０、２１２は、直列に電気的に接続されている。クロストークが低減されたフィードバック信号は、出力端子１、４に現れる。駆動コイル７２に対する周期的な駆動信号は、入力端子２，３に現れる。

２つのフィードバックコイルを用いると、電気的なノイズを除去することができるだけではなく、その他の形態のノイズをも低減させることができる。例えば、スキャンミラー６８が、外部の衝撃または振動を受けるとき、これらの力は磁石に伝わり、その後、これらの力は両方のフィードバックコイルによって感知される。

本発明は、上述のように、画像投影システムにおけるスキャンミラーの運動をモニタすることのみには限定されず、図１１に示されているタイプの電気光学的な読み取り機２２０においても用いられ得る。この電気光学的読み取り機２２０は、作動距離内に配置されたインディシア（例えば、バーコードシンボル２２４）を電気光学的に読み取るための読み取り機である。読み取り機２２０は、ピストルグリップハンドル２２１と、手動作動式トリガ２２２とを有しており、このトリガ２２２は、押されたときに、光ビーム２２３がシンボル２２４に配向されることを可能にする。読み取り機２２０は、ハウジング２２５を含んでおり、このハウジング２２５においては、光源２２６、光検出器２２７、信号処理回路２２８、およびバッテリーパック２２９が収容されている。ハウジングの前面における光透過性の窓２３０は、光ビーム２２３がハウジングから放出されることを可能にし、光２３１がシンボルから散乱されて、ハウジングに入ることを可能にする。アクセスを容易にするために、有利にも、キーボード２３２およびディスプレイ２３３が、ハウジングの上壁（ｔｏｐ ｗａｌｌ）に提供され得る。

使用中に、ハンドル２２１を保持しているオペレータは、ハウジングをシンボルに向けて照準を合わせ、トリガを押す。光源２２６は、光ビームを放出し、これは、光学的に変化させられ、光学的焦点調節アセンブリ２３５によって焦点を合わせられ、シンボル２２４上にビームスポットを形成する。ビームは、ビームスプリッタ２３４からスキャンミラー２３６に送られ、このスキャンミラー２３６は、モータ駆動部２３８によって、１秒当たり少なくとも２０スキャンのスキャンレートで振動する。スキャンミラー２３６は、このスキャンミラー２３６に入射するビームをシンボル２２４へと反射し、シンボルにわたるスキャンにおいて、所定のスキャンパターンでビームスポットを掃引する。スキャンパターンは、いくつかの例を挙げると、スキャン方向に沿う、シンボルに沿って縦方向に延びているスキャンラインであるか、または互いに直交する方向に沿って配置された一連のスキャンラインであるか、または全方向性のパターン（ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｐａｔｔｅｒｎ）であり得る。

反射された光２３１は、スキャンパターンにわたって可変輝度を有しており、窓２３０を通り、スキャンミラー２３６に送られる。このスキャンミラー２３６において、光２３１は、スプリッタ２３４へと反射させられ、さらに、アナログ電気信号を変換するための光検出器２２７へと反射させられる。信号処理回路２２８は、信号をデジタル化およびデコードすることにより、シンボルにおけるエンコードされたデータを抽出する。

駆動モータ２３８は、図１２において、駆動コイル２４０および第１のフィードバックコイル２４２（両方とも共通のボビンに巻かれている）を有するものとして、より詳細に示されている。信号処理回路２２８は、駆動回路２４４に制御信号を送信するように動作可能な制御回路２４６を含んでおり、次にこの駆動回路２４４は、永久磁石（図示されず）と相互作用する電磁場を生成し、モータ２３８を駆動させるために、駆動コイル２４０に駆動信号を送信する。

上述のように、第１のフィードバックコイル２４２もまた、磁石と相互作用し、駆動信号と同じ周波数の、様々な目的に有用な電気的フィードバック信号を生成する。例えば、駆動回路２４４は、駆動コイルに供給された駆動信号の振幅を調整するために、閉ループ回路において、エラー比較器を含んでいる。また、フィードバック信号は、上述のＳＯＳ信号を導出するために用いられ、これは、スキャンラインの同期化のために、マイクロプロセッサに供給される。加えて、フィードバック信号は、駆動部の故障をモニタするために用いられる。

本発明の１つの特徴にしたがうと、第２のフィードバックコイル２４８をモータ２３８上に配置することが目的である。上述のように、両方のコイル２４２、２４８は、駆動コイル２４０との電磁結合によって、同じ程度、品質が劣化する。フィードバックコイル２４２、２４８のそれぞれによって生成されたフィードバック信号を減算することにより、クロストークが除去される。

新規であって、特許証によって保護されることが望まれるものとして請求されている内容は、請求の範囲に述べられている。

図１は、携帯型機器の斜視図を示しており、この携帯型機器は、作動距離にある地点に画像を投影する。 図２は、図１の機器に取り付ける画像投影装置の拡大された、上から見た、斜視図である。 図３は、図２の装置の上面図である。 図４は、図２の装置に用いる慣性駆動部の前からみた斜視図である。 図５は、図４の慣性駆動部の後ろから見た斜視図である。 図６は、図２の装置の実際の実装の斜視図である。 図７−１は、図２の装置の動作を示す電気回路図である。 図７−２は、図２の装置の動作を示す電気回路図である。 図８は、図６の装置の詳細に関する拡大された斜視図である。 図９は、図８の直線９−９に沿って切り取られた断面図である。 図１０は、図８の詳細に関する電気回路図である。 図１１は、インディシアを読み取るための携帯型機器の概略図である。 図１２は、図１１の機器における本発明の使用を示すブロック図である。

Claims (10)

1. スキャンミラーの運動をモニタするための装置であって、
   ａ）永久磁石および活性化可能な駆動コイルを含んでいる駆動部であって、該永久磁石は、永久磁場を有しており、該永久磁石と一緒に運動させるために、該ミラー上に搭載されており、該活性化可能な駆動コイルは、周期的な駆動信号によって活性化されたときに、該磁石の該永久磁場と相互作用する電磁場を生成し、該ミラーおよび該磁石と一緒に運動する、駆動部と、
   ｂ）該ミラーおよび該磁石の一緒の運動を表している第１のフィードバック信号を生成するための、該磁石の付近の第１のフィードバックコイルであって、該第１のフィードバックコイルはまた、該駆動コイルの付近にも存在しており、該第１のフィードバック信号はまた、駆動信号とのクロストークによって劣化されている、第１のフィードバックコイルと、
   ｃ）第２のフィードバックコイルであって、該第１のフィードバックコイルと比べて、該磁石から離れて配置されており、該第１のフィードバック信号よりも弱い第２のフィードバック信号を生成するように動作可能であり、該第２のフィードバック信号もまた、該ミラーおよび該磁石の一緒の運動を表しており、該第２のフィードバックコイルはまた、該駆動コイルの付近にも存在しており、該第２のフィードバック信号はまた、該駆動信号との該クロストークによって劣化されている、第２のフィードバックコイルと、
   ｄ）該フィードバック信号を処理するための手段であって、該第１のフィードバック信号から該クロストークを除去することにより、該スキャンミラーの運動を表している、クロストークが低減されたフィードバック信号を生成する、手段と
   を備えている、装置。
2. 前記駆動部は、ボビンを含んでおり、前記駆動コイルおよび前記フィードバックコイルは、該ボビンのまわりに巻かれている、請求項１に記載の装置。
3. 前記処理手段は、前記第１のフィードバック信号からの前記第２のフィードバック信号の減算を含んでいる、請求項１に記載の装置。
4. 前記処理手段は、１つの円周方向に巻かれている第１のフィードバックコイル、反対の円周方向に巻かれている第２のフィードバックコイル、および該第１のフィードバックコイルと該第２のフィードバックコイルとを直列に接続するための手段を含んでいる、請求項１に記載の装置。
5. 前記装置は、レーザをさらに含んでおり、該レーザは、前記スキャンミラーにレーザビームを配向し、該スキャンミラーは、該スキャンミラーの運動の間に、該ビームを掃引するために、該スキャンミラーから、該ビームを反射させる、請求項１に記載の装置。
6. スキャンミラーの運動をモニタするための方法であって、
   ａ）永久磁場を有する永久磁石を、該永久磁石と一緒に運動させるために、該ミラー上に搭載するステップと、
   ｂ）周期的な駆動信号によって、駆動コイルを活性化し、該磁石の該永久磁場と相互作用する電磁場を生成することにより、該ミラーおよび該磁石を一緒に運動させるステップと、
   ｃ）該ミラーおよび該磁石の一緒の運動を表している第１のフィードバック信号を生成するために、第１のフィードバックコイルを該磁石の付近に搭載するステップであって、該第１のフィードバックコイルはまた、該駆動コイルの付近にも存在しており、該第１のフィードバック信号はまた、駆動信号とのクロストークによって劣化されている、ステップと、
   ｄ）該第１のフィードバックコイルと比べて、該磁石から離れて、第２のフィードバックコイルを配置し、該第１のフィードバック信号よりも弱い第２のフィードバック信号を生成するステップであって、該第２のフィードバック信号もまた、該ミラーおよび該磁石の一緒の運動を表しており、該第２のフィードバックコイルはまた、該駆動コイルの付近にも存在しており、該第２のフィードバック信号はまた、駆動信号との該クロストークによって劣化されている、ステップと、
   ｅ）該フィードバック信号を処理するステップであって、該第１のフィードバック信号から該クロストークを除去することにより、該スキャンミラーの運動を表している、クロストークが低減されたフィードバック信号を生成する、ステップと
   を包含する、方法。
7. 前記方法は、前記駆動コイルおよび前記フィードバックコイルをボビンに巻きつけることをさらに含んでいる、請求項６に記載の方法。
8. 前記処理するステップは、前記第１のフィードバック信号から前記第２のフィードバック信号を減算することによって実行される、請求項６に記載の方法。
9. 前記処理するステップは、前記第１のフィードバックコイルと前記第２のフィードバックコイルとを直列に電気的に接続すること、および該第１のフィードバックコイルおよび該第２のフィードバックコイルを反対の円周方向に巻きつけることによって実行される、請求項６に記載の方法。
10. 前記方法は、前記スキャンミラーにレーザビームを配向するステップをさらに含んでおり、該スキャンミラーは、該スキャンミラーの運動の間に、該ビームを掃引するために、該スキャンミラーから、該ビームを反射させる、請求項６に記載の方法。

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