JP2012532345A - 位相同期された共振走査型ディスプレイの投影 - Google Patents

Abstract

走査プロジェクタ（１００）は、二次元で走査するミラー（１４２）を含む。この走査ミラーは、高速走査軸上において共振周波数で振動し、低速走査軸上で、入力されるフレームレートに位相同期される。補間手段（１０４）は、ピクセルクロックが到達するとき、ミラーの位置に基づいて隣接する画素から画素密度のデータを補間する。入力される映像データは、バッファに保存される。完全なフレーム分よりも小さい映像データを、バッファ内に保存することができる。
【選択図】図１

Description

背景
一部のディスプレイは、強度が変化する光線（線、ビーム）を表示画面に走査することで画像を生成する。例えば、投影型ディスプレイによっては、光線を画面の縦横に走査する。光線の走査速度（走査レート）は、一般的には、表示されるデータが投影型ディスプレイに供給される速度とは無関係である。

一部の投影型ディスプレイは、表示するデータを保存する半導体メモリの形態であるフレームバッファを備えている。このフレームバッファは、投影型ディスプレイの走査速度により決定される、異なる速度で入力されて様々な速度で到達する表示データを保存する。ある種のディスプレイでは、フレームバッファが必要な機能を提供するが、フレームバッファは、集積回路上で大量の資源（リソース）を使用する可能性がある。例えば、２４ビット／ピクセルのＶＧＡ（６４０×４８０）ディスプレイは、６４０×４８０×２４ビット、即ち７００万ビットを越える記憶容量を使用する。フレームバッファによって使用される資源はディスプレイの解像度が増加するに従って増加する。

図１は、位相同期された低速走査及び共振高速走査を行う走査型投影システムを図示する。 図２は、走査ミラーを備えた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置の平面図を図示する。 図３は、本発明の様々な実施形態に従った位相同期された低速走査の駆動制御手段を図示する。 図４は、図１の投影システムの稼働に適した例示的な波形を図示する。 図５は、図４の波形を形成する走査軌道を図示する。 図６は、本発明の様々な実施形態に従ったフロー図を図示する。 図７は、本発明の様々な実施形態に従ったモバイル装置のブロック図を図示する。 図８は、本発明の様々な実施形態に従ったモバイル装置を図示する。

実施形態の説明
以下の詳細な説明では、本発明の説明を目的として、本発明を実施したいくつかの実施形態を図示する図面を活用する。これら実施形態は、が本発明を実施できる程度に十分詳細に説明されている。本発明の様々な実施形態は互いにそれぞれ異なっているが、必ずしも互いに排他的なものではない。例えば、１つの実施形態に関してここで説明する特定の特徴、構造または特性は本発明の精神及び権利範囲から逸脱せずに他の実施形態においても適用できる。加えて、それぞれの開示された実施形態における個々の要素の位置または配置は、本発明の精神と権利範囲から逸脱せずに修正が可能である。従って以下の詳細な説明は本発明を限定するものではなく、本発明の権利範囲は適切に解釈される「請求の範囲」、並びに「請求の範囲」が享受すべき均等範囲によってのみ限定される。図面を通して使用されている同一参照番号は同一または類似した機能性を示す。

図１は、位相同期された低速走査及び共振高速走査の機能を備えた走査型投影システムを図示する。投影システム１００は、横列バッファ（行バッファ）１０２と、補間手段１０４と、光源１１０と、光学素子１１２と、フィルタ／ポラライザ１５０と、ミラー１４２を備えたＭＥＭＳ装置１４０（ＭＥＭＳデバイス１４０）と、デジタル位相同期ループ（ＰＬＬ）１７０と、ミラーの駆動制御手段１９０と、を備えている。

作動時には、走査型投影システム１００は、ノード１０１で映像データ（ビデオデータ）を受け取り、ノード１０７で垂直同期（ＶＳＹＮＣ）信号を受け取る。この映像データは、一以上の色／画素（あたり）の画素強度を表す。例えばそれぞれの色を表す８ビットのデータを有する三原色系では、各画素は２４ビット（例：赤、緑及び青のそれぞれに８ビット）で表される。以下は三原色系（赤、緑及び青）に関するものであるが、本発明の様々な実施態様はそれらの色に限定されない。本発明の権利範囲から逸脱せずに、任意の数の色（一色の場合も含む）も利用できる。

いくつかの実施態様においては、映像データは横列単位（行単位）で到達する。例えば、受け取られた最初の映像データは、画像の左上方画素に対応する。続く映像データは、最も上の行の左から右へ続く画素の残り部分、及び引き続き上部の行から底部の行の画素に対応する。画像の右底部に到達すると完全な「フレーム」の映像データが供給されたことになる。映像データのフレーム（コマ）を受け取る速度（レート）をここでは「フレームレート」と称する。垂直同期（ＶＳＹＮＣ）信号はフレーム毎に１回アサートされる（有効な状態となる）。従ってＶＳＹＮＣはそのフレームレートにおいて周期的（定期的）である。

横列バッファ１０２は、一行以上の映像データを保存し、必要に応じて補間手段１０４に映像データを提供する。補間手段１０４はノード１７２のピクセルクロック１７２によって定められた時間に画素間を補間し、画素が表示されるときに電源１１０を駆動するために処理１０５で命令された輝度値を発生させる。

命令された輝度値は、光源１１０によって光に変換される。いくつかの実施形態においては、光源１１０はレーザ光源を含む。例えばいくつかの実施形態においては、光源１１０は赤色、緑色及び青色のレーザ光線を発生させるレーザダイオードを含む。これら実施形態では、光源１１０は輝度−電流（Ｌ／Ｉ）参照表とデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）とを含む。光源１１０は、レーザには限定されない。例えば、カラーフィルタや、発光ダイオード（ＬＥＤ）、あるいは端面発光ＬＥＤ等の他形態の光源で簡単に置換することができる。

光学素子１１２は、赤、緑、及び青の光を、光源１１０から受け取る。光学素子１１２とはダイクロイックミラー、レンズ、プリズム、等々の任意の適した光学的構成要素、等々のことである。符号１２７で示される光線は、フィルタ／ポラライザ１５０で反射し、ＭＥＭＳミラー１４２（ＭＥＭＳが備えているミラー１４２）に向けられる。

ＭＥＭＳミラー１４２は、ミラー駆動用制御手段１９０により提供される「駆動信号（ドライブシグナル、ＤＲＩＶＥ ＳＩＧＮＡＬ）」として示される電気刺激に対応して２軸（高速走査軸及び低速走査軸）で回転する。操作にあたっては、ミラー駆動用制御手段１９０はＭＥＭＳ装置１４０に信号を提供し、光線に表示画像を描く軌道を走査させる。ＭＥＭＳミラー１４２は共振周波数にて高速走査軸で振動する。例えばいくつかの実施態様においては、ＭＥＭＳミラー１４２は１８ｋＨｚにて機械的共振を有するように設計される。また例えばいくつかの実施態様においては、ＭＥＭＳミラー１４２は、２４．５ｋＨｚにて機械的共振を有するように設計される。さらに別な実施態様では、ＭＥＭＳミラー１４２は、２７ｋＨｚにて機械的共振を有するように設計される。ここで解説するようにＭＥＭＳミラー１４２の高速走査軸は、表示画像の横列（行）を走査するように方向付けられているが、このことは本発明を限定する条件ではない。

ＭＥＭＳミラー１４２が低速走査軸で動く速度は、プログラムで設定可能である。本発明の様々な実施態様では、低速走査軸でのＭＥＭＳミラー１４２の動きはＶＳＹＮＣ信号に位相同期され、低速走査周波数はビデオソース（映像の情報源）のフレームレートと緊密に調和されている。低速走査周波数をビデオソースのフレームレートと緊密に調和させることで、走査型プロジェクタは、完全なフレームバッファがなくとも操作できる。フレームバッファよりもむしろ、本発明の様々な実施態様においては、映像データの完全なフレームよりも少なく保持するように大きさが規定された、横列バッファ１０２を含む。システムのループ周波数帯域によっては、横列バッファを非常に小さくすることができる。例えば、もしループが非常に小さな誤差で緊密に同期されると、横列バッファはほんの数列となり、存在しないことさえもあり得る。

歪のない操作のためのＭＥＭＳミラーの最小の共振周波数は、入力される（到着する）映像のフレームレートと、入力される映像の中の行の数の関数である。ＭＥＭＳミラーが、到着する映像の行の数以上の線数を描くことができる限り、ＭＥＭＳミラーは、不適切な高速走査レートに起因する歪みを導かない（発生させない）。特殊で限定的ではない実施形態として、入力される映像が４８０本の線を有し、走査プロジェクタが左から右及び右から左に画素を描くことができる場合を、説明する。

この例では、画像の描画には、２４０の高速走査周期が必要である。さらに、画像の先端（上部）と後端（底部）の前端ポーチ及び後端ポーチと同様の、フライバック時間（帰線時間）のための２０％の付帯的時間（オーバーヘッド）が仮定されている。表１はこの条件における６０Ｈｚ、７０Ｈｚ、７２Ｈｚ及び８５Ｈｚのフレームレートに対する最小のＭＥＭＳミラーの共振周波数を示す。

ＭＥＭＳミラーの機械的な共振周波数は、上記最小値よりも高い周波数値であってよい。例えば、もし２４．５ｋＨｚの高速走査ＭＥＭＳミラーが、６０Ｈｚのフレームレートで操作されるならば、垂直でオーバサンプリングとなる。これで４８０行を超える数の横列が画像内に描かれる。いくつかの実施態様においては、ＭＥＭＳミラーは、２７ｋＨｚ以上で共振する。

ＭＥＭＳ装置１４０は、一以上の位置センサを含み、ミラー１４２の位置を検出する。例えば、いくつかの実施態様においては、ＭＥＭＳ装置１４０は、高速走査軸でのミラーの偏向度に比例する電圧を搬送するピエゾ抵抗センサを含む。さらにいくつかの実施態様においては、ＭＥＭＳ装置１４０は、低速走査軸のミラーの偏向度に比例する電圧を搬送する追加のピエゾ抵抗センサを含む。他の実施態様では、処理接続点１４３での位置情報は、一以上のデジタル同期信号の形態である。図１の水平同期（ＨＳＹＮＣ）である同期信号は位置センサによって直接的に生成されるか、正弦位置信号から生成することができる。

ミラー駆動用制御手段１９０は、位相同期された低速走査駆動部１９２と、共振高速走査駆動部１９４とを備えている。位相同期された低速走査駆動部１９２と共振高速走査駆動部１９４からの出力信号は、ＭＥＭＳ装置１４０に対して駆動信号を作り出すように合算される。

共振高速駆動部１９４は、高速走査軸上において、機械的共振周波数でＭＥＭＳミラー１４２を振動させるように、周期的な励起を提供する。共振高速走査駆動部１９４は、ＨＳＹＮＣ信号をフィードバック信号としてノード１４３（処理接続点１４３）で受けとる。共振高速走査駆動部１９４は、ＨＳＹＮＣ信号の関数としてその出力信号のタイミングまたは振幅を変更させる制御回路を含む。

位相同期された低速走査駆動部１９２は、ノード１９７（処理接続点１９７）に制御信号を提供し、ＭＥＭＳミラー１４２に低速走査軸を掃引（スイープ）させる。ノード１９７の制御信号は、ミラーの運動と組み合わされて作用し、低速走査軸に要求されたミラー運動を提供する。位相同期された低速走査駆動部１９２は、ノード１９３にも制御信号を提供する。これは常に低速走査軸の命令されたミラー位置に対応する。位相同期された低速走査駆動部１９２は、ＭＥＭＳ装置１４０から入力される映像のＶＳＹＮＣ及びＨＳＹＮＣを受け取る。位相同期された低速走査駆動部１９２は、ノード１９７で制御信号を入力されるＶＳＹＮＣに位相同期し、ＭＥＭＳミラー１４２の低速走査掃引を入力される映像のフレームレートに同期する。位相同期された低速走査駆動部１９２の例示的な実施形態が、図３に関して以下で説明される。

ノード１４３上のＨＳＹＮＣ信号もまた、ＰＬＬ１７０に提供される。ＰＬＬ１７０は、少なくとも一つのループ回路を含み、処理１７２でピクセルクロックを生成させる。いくつかの実施態様においては、ピクセルクロックは、ミラーが高速走査軸で光線を掃引する際に、空間的に一定間隔であるピクセルクロックの端部（エッジ）を発生させるように生成される。これらの実施態様では、ピクセルクロックは、時間的に反復的（周期的）ではない。さらに、これらの実施態様では、補間手段１０４は低速走査の範囲（低速走査の次元）の補間を実行するだけである（異なる行の画素データの間）。他の実施態様では、ピクセルクロックは、時間的な周期性でピクセルクロックの端部（エッジ）を発生させるように生成される。これらの実施態様では、ミラーが光線を高速走査軸に掃引する際には、ピクセルクロックは空間的に反復的（周期的）ではない。さらに、これら実施態様では、補間手段１０４は、低速走査の範囲（異なる行の画素データ間）と高速走査の範囲（高速走査の次元、同一行の画素データの間）の両方で補間を実行する。

補間手段１０４は、処理１９３で命令された低速走査ミラー位置と、処理１７２のピクセルクロックと、処理１０３の画素データとを横列バッファ１０２から受け取る。補間手段１０４は、命令された低速走査ミラー位置を利用して、どの画素をそれぞれのピクセルクロックで表示するかを決定する。ピクセルクロックが横列バッファに存在する画素の位置に対応しない場合は、補間手段１０４は近隣の画素データ間を補間し、命令された輝度値を決定する。

図１で示す様々な手段（構成要素）は多様に利用される。例えば、画像処理手段１０２は専用ハードウェア、ソフトウェアまたはその組み合わせで利用できる。相対的に遅い速度で操作するとき、ソフトウェアの動作は表示速度条件を十分に満たす速度であろう。高速で操作するときには、専用ハードウェアが表示速度条件を満たすのに必要となろう。

図２は、走査ミラー（走査される反射鏡）を備えた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置の平面図である。ＭＥＭＳ装置１４０は、固定プラットフォーム（固定された基本構造）２０２、走査プラットフォーム（走査される基本構造）２１４と、走査ミラー１４２とを備えている。走査プラットフォーム２１４は、湾曲部２１０と湾曲部２１２によって、固定プラットフォーム２０２に連結されている。湾曲部２１０と２１２は低速走査軸を形成する。走査ミラー１４２は湾曲部２２０と２２２によって走査プラットフォーム２１４に連結されている。湾曲部２２０、２２２は、高速走査軸を形成する。走査プラットフォーム２１４は、駆動用導線２５０に接続された駆動コイルを有する。駆動用導線２５０に流れる電流は、駆動コイルに電流を発生させる。ＭＥＭＳ装置１４０は一以上の集積ピエゾ抵抗位置センサも内蔵している。ピエゾ抵抗センサ２８０は、走査プラットフォーム２１４（高速走査軸）に対するミラー１４２の運動を表す電圧を発生させる。いくつかの実施態様においては、ＭＥＭＳ装置１４０は、それぞれの軸に対して一つの位置センサを備えている。２つのインターコネクト２６０は、駆動用導線２５０に連結されている。残りのインターコネクト（相互接続端子）は、それぞれの軸に対して集積位置センサを提供する。

動作時に、外部磁界源（図示されない）は、駆動コイルに磁界をかける。外部磁界源によって、駆動コイルにかけられた磁界は、コイルの平面に磁界構成成分を有し、２つの駆動軸に対して直交しない方向に方向付けられている。コイル巻き線の中の面内電流は、面内磁界と相互作用し、導電体上に面外ローレンツ力を発生させる。駆動電流は、走査プラットフォーム２１４上にループを形成するため、電流は走査軸で正負（符号）を逆転させる。すなわちローレンツ力も走査軸で符号を逆転させ、磁界平面と磁界に対して垂直な方向とにトルクを発生させる。この組み合わせられたトルクは、トルクの周波数内容に応じて２つの走査方向の応答を発生させる。

走査プラットフォーム２１４はトルクに応答し、固定プラットフォーム２０２に対して運動する。湾曲部２１０、２１２、２２０及び２２２は、走査プラットフォーム２１４が固定プラットフォーム２０２に対して角変位するときに捩れることが可能な捩れ部材である。本発明の様々な実施態様においては、走査プラットフォーム２１４は、入力される映像のフレームレートで前後に掃引するように命令される。走査ミラー１４２もトルクに応答して走査ミラー２１４に対して運動するが、走査ミラーは共振周波数で高速走査軸上で運動する。

湾曲部２１０と２１２の長軸は旋回軸（中心軸）を形成する。湾曲部２１０、２１２は、捻れ撓むことのできる柔軟な部材であり、走査プラットフォーム２１４を旋回軸で回転させ、固定プラットフォーム２０２に対して角変位（角度的な変位）を許容する。湾曲部２１０、２１２は、図２で示すような捻れる実施形態には限定されない。例えばいくつかの実施形態においては、湾曲部２１０，２１２は、アーチ型、「Ｓ」字型、又はその他の蛇行した形状であってもよい。ここで「湾曲部」とは、走査プラットフォームを別体のプラットフォーム（走査プラットフォームまたは固定プラットフォーム）に連結させ、走査プラットフォームをその別体のプラットフォームに対して角変位（角運動）させる任意の柔軟な部材のことである。

図２で示すＭＥＭＳ装置は一つの実施形態であり、本発明の様々な実施態様はこの特定の利用形態には限定されない。例えば、高速走査軸での共振性操作と低速走査軸での位相同期状態の操作が可能な操作ミラーが本発明の権利範囲から逸脱せずに利用できる。いくつかの実施形態においては、容量性の櫛型の駆動ミラーが採用される。また例えば複数の走査ミラーが本発明の権利範囲から逸脱せずに利用することができる。第一のミラーを入力される映像のフレームレートに位相同期された第一の軸で運動させ、第二のミラーを共振周波数にて第二軸で振動させることができる。

図３は、本発明の様々な実施形態による位相同期された低速走査駆動制御手段を図示する。位相同期された低速走査駆動制御手段１９２は、波形発生器３３０を含み、ノード１９７に低速走査駆動信号を発生させ、ノード１９３に命令されたミラー位置信号を発生させる。波形発生器３３０は任意の適した手段により利用できる。例えばいくつかの実施形態においては、波形発生器３３０は一以上のメモリと、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を備えることができる。これらのメモリは要求された波形上の点に対応する値を書き込むことができ、ＤＡＣはメモリ内の値を受け取り、低速走査駆動信号及び命令されたミラー位置信号を発生させる。他の実施形態では、波形発生器３３０が、テイラー級数係数及び逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を利用して鋸型波形を発生させる。

位相同期された低速走査駆動制御手段１９２は、計数器３１０、比較器３２０、及びＶＳＹＮＣ発生器３４０をも含む。計数器３１０は、ノード１０７の各ＶＳＹＮＣに対するノード１４３のＨＳＹＮＣ数を数える。これにより、それぞれの入力される映像のフレームのために、ＭＥＭＳミラーの高速走査周期の定格値（公称値、名目値）が決定される。ＶＳＹＮＣ発生器３４０は、低速走査駆動信号からノード３４１に対してＶＳＹＮＣ信号を生成し、比較器３２０はノード１０７に入力される映像のＶＳＹＮＣとノード３４１の低速走査駆動信号ＶＳＹＮＣとのタイミングを比較する。比較器３２０は、ループを閉じるために波形発生器３３０にエラー信号を提供する。波形発生器３３０は、エラー数を減少させるために低速走査駆動信号を調節する。

波形発生器３３０は、ノード１４３でＨＳＹＮＣによりクロック制御（計時）されている。いくつかの実施形態においては、波形発生器３３０はノード１７２でピクセルクロックによりクロック制御されている（図１）。

開始時に、ＶＳＹＮＣ信号がまずノード１０７で検出されると、計数器３１０は入力される映像のフレームあたりの共振高速走査周期の定格値を決定する。続いて波形発生器３３０はこの入力される映像のフレームあたりの高速走査周期数で、低速走査駆動信号を発生させるようにプログラムされる。

動作時に、低速走査駆動信号は、必要に応じて低速走査駆動信号を入力される映像のフレームレートに位相同期するように変更される。いくつかの実施態様においては、低速走査駆動信号は、実際の映像のフレームあたりの高速走査周期数が一定となるように、フライバック時間を補正するだけで修正される。他の実施態様では、低速走査駆動信号は、映像のフレーム内で整数または整数ではない数で、高速走査周期を変えることで修正される。これら実施態様では、各フレーム内の画素位置が変更されるが、それでも補間手段１０４（図１）は、それぞれのピクセルクロックで表示される正しいデータを決定する。

異なる実施態様では、垂直方向の空白間隔（ブランク間隔）は、低速走査駆動信号が入力される映像のフレームレートに位相同期するために、必要に応じて整数の高速走査周期で修正される。これら実施態様では、１以上の高速走査周期が必要に応じて垂直方向の空白周期に挿入または取り出され、内部の低速走査駆動部と外部の垂直同期との間の同期関係を維持する。

図３で示す様々な手段（構成要素）は、任意の好ましい形態で利用される。例えばいくつかの実施態様においては、図３で示す全ての手段が、デジタル及びアナログの、ハードウェア要素において利用される。また例えば、いくつかの実施態様においては、図３の手段はデジタルハードウェアとソフトウェアの組み合わせ、並びにアナログの構成要素で利用できる。例えば、マイクロプロセッサが、入力される映像のフレームあたりの高速走査周期の定格値を受け取り、処理３２０で比較し、波形発生器３３０をプログラムすることができる。

図４は、図１の投影システムの操作に適した例示的な波形を図示している。低速走査用偏向波形４１０は鋸歯型の波形であり、高速走査の偏向波形４２０は、Ｔ_Ｈの周期を有する正弦波形である。ミラー１４２が波形４１０と波形４２０に従って、その低速走査軸及び高速走査軸で偏向すると、図５で示す走査された光線軌道（ビーム軌道）が得られる。

波形４１０と波形４２０とによるミラー１４２の偏向は、適切なドライブ信号を備えたＭＥＭＳ装置１４０の駆動によって達成できる。いくつかの実施形態においては、高速走査の偏向周波数はミラーの共振周波数であり、その周波数での非常に小さな励起が、所望の偏向をもたらす。低速走査偏向のための鋸歯型のドライブ信号は、様々な周波数の正弦波の合体から導かれよう。低速走査偏向のためのドライブ信号もまた、例えば波形発生器３３０（図３）のような波形発生器にプログラムされている特定の点から導くことができる。

鋸歯型の低速走査用偏向波形４１０は、垂直掃引部分とフライバック部分とを含む。いくつかの実施態様においては、画素は垂直掃引部分において表示され、フライバック部分においては表示されない。フライバック部分は画像視野界の上部への光線の「フライバック」に対応する。空白波形４８０は、図４においても図示されている。走査される光線が、空白（存在しない）状態（画素は非表示）であり、垂直掃引中には空白状態ではない。

垂直同期（ＶＳＹＮＣ）信号４０２は、図４にも図示されている。ＶＳＹＮＣは、一つの映像のフレームごとに一度入力される（到着する）映像のＶＳＹＮＣである。本発明の様々な実施態様によれば、ミラー駆動用の制御手段（図１）の低速走査駆動制御部は、ＶＳＹＮＣを受け取り、低速走査駆動信号を修正し、低速走査用偏向波形４１０の周期をＶＳＹＮＣに位相同期させる。いくつかの実施態様においてはフライバック時間のみが修正される。いくつかの実施態様においては、フライバック時間は整数の周期Ｔ_Ｈによって修正される。さらに別の実施態様においては、垂直掃引時間及び／又はフライバック時間が変更される。低速走査駆動信号のいずれの部分においても、本発明の権利範囲から逸脱せずに、位相同期工程の中で修正することができる。

水平同期（ＨＳＹＮＣ）信号４４０もまた、図４に図示されている。ＨＳＹＮＣ信号４４０は、処理１４３でのミラー位置信号に対応する（図１）。ＨＳＹＮＣは、高速走査用偏向波形の周期あたりに数値が１上昇する端部（エッジ）を有するデジタル信号である。ＨＳＹＮＣは、レベル検出器に高速走査用偏向波形を通過させることによって作成される。波形４２０に従った高速走査偏向は、ＭＥＭＳ装置１４２の位置センサによって測定され、ＨＳＹＮＣは高速走査の偏向周期と同じ周期Ｔ_Ｈを有する。

説明を明瞭化するために、図４はフレームあたりのいくつかの高速走査周期のみを図示する。実際にはこれよりも多数の高速走査周期が存在する。例えば高速走査共振周波数２４．５ｋＨｚ及びフレームレート６０Ｈｚでは、１フレームあたり約４０８の高速走査周期を発生させる。

図５は、正弦波の水平高速走査要素と非正弦波の垂直低速走査要素とを有している走査軌道を示している。走査軌道５００は、図４で示す低速走査ミラーによる偏向及び高速走査ミラーによる偏向に対応する。走査軌道５００は、方眼５０２（マス目、グリッド）で重畳されて図示されている。方眼５０２は、表示画像を提供する縦列及び横列の画素を表す。横列の画素は、水平破線と整合しており、縦列の画素は垂直破線と整合している。画像は破線の交点で発生する画素によって造られる。走査軌道５００で光線は前後左右に正弦波形で掃引し、一定速度で垂直に掃引する。いくつかの実施態様においては、軌道は「フライバック」中に素早く上昇し、画素は再描画中には表示されない。

図１に関して説明したように、走査軌道５００を発生させる投影システムは、共振周波数で高速走査軸上で振動し、入力される映像のフレームレートに位相同期された低速走査偏向を有する走査ミラーを備えている。この低速走査の偏向パターンと高速走査の偏向パターンとの組み合わせは、方眼５０２の画素には必ずしも位置的に対応しない表示画素となる。例えばピクセルクロックの端部（エッジ）は、格子５０２の横列ｎの画素Ｐ_ｍの下方及び画素Ｐ_ｍ＋１の上方の点５３０で発生する。いくつかの実施態様においては、投影システムは画素の密度値を一次元で補間する。例えば投影システムはＰ_ｎ，ｍとＰ_{ｎ，ｍ＋１}との間の画素密度値を補間し、得られた画素密度を点５３０で表示する。

一例として、補間手段１０４（図１）は、Ｐ_ｎ，ｍとＰ_{ｎ，ｍ＋１}の間で補間し、新しい画素密度Ｐ_ｎｅｗを以下のように決定する。

ここで、ｂは横列ｍからＰ_ｎｅｗの画素位置までのわずかな横列方向の距離である。

他の実施態様では、投影システムは二次元で画素密度値を補間することができる。例えば、投影システムはＰ_ｎ，ｍ、Ｐ_{ｎ＋１，ｍ}、Ｐ_{ｎ，ｍ＋１}、及びＰ_{ｎ＋１，ｍ＋１}の間で画素密度値を補間し、得られた画素密度を点５３１で表示する。

一例として、補間手段１０４（図１）はＰ_ｎ，ｍ、_{Ｐｎ＋１，ｍ}、Ｐ_{ｎ，ｍ＋１}、及びＰ_{ｎ＋１，ｍ＋１}の間を補間し、新しい画素密度を以下のように決定する。

ｂは横列ｍからＰ_ｎｅｗの画素位置までのわずかな横列の距離であり、αは縦列ｎからＰ_ｎｅｗの画素位置までのわずかな縦列の距離である。

動作時に、横列バッファ１０２（行バッファ、図１）は、補間処理データを収容するために必要な数と同じ数だけの横列の画素データのみを保持する。各々の水平掃引に先立って、横列バッファは、必要な映像データだけを保持するように更新される。例えば新しく入力される映像データは、横列バッファに保存され、画像の中で既に横断された（走査された）行の画素データに対応する古い映像は廃棄される。完全なフレームバッファが必要とされないために、大きさと消費電力は節約される。

図６は、本発明の様々な実施形態のフロー図を示す。実施形態によっては、方法６００またはその一部は、位相同期された低速走査軌道及び共振高速走査軌道を備えたラスター走査型プロジェクタにより実行される。この実施形態は、前出の図で示されている。他の実施形態では、方法６００は集積回路または電子システムで実行される。方法６００は、この方法を実行する装置の種類によって限定されない。方法６００の様々なステップ（工程）はこの順序であっても、また異なる順序であっても実行することができる。さらにいくつかの実施形態においては、図６で示す工程の一部は、方法６００から省略される。

方法６００は、ブロック６１０で開始する。ここでは、走査ミラーは、共振周波数で高速走査軸上で振動する。本発明の様々な実施態様では、これはミラーの機械的な共振周波数である、周期的な信号でＭＥＭＳミラー１４２を励起することに対応する。

処理６２０で、入力されるＶＳＹＮＣあたりの出力されるＨＳＹＮＣの数が数えられる。これは計数器３１０（図３）の操作に対応する。出力されるＨＹＳＮＣは、高速走査軸の周期に対応する。入力されるＶＳＹＮＣあたりの出力されるＨＳＹＮＣの数は、入力される映像のフレームあたりの高速走査周期数に対応する。

処理６３０で、初期の低速走査の速度は低速走査軸の走査ミラーのために設定されている。これは、低速走査軌道を、入力される映像のフレームレートに近い初期の速度で掃引する波形発生器３３０のプログラミングに対応する。

処理６４０で、低速走査軸の走査ミラーの運動は、入力ＶＳＹＮＣに位相同期されている。この位相は、低速走査のリフレッシュレートを、入力される映像のフレームレートに同期する。

処理６５０で、入力される映像データの１枚のフレームよりも少ないデータが、バッファに保存される。これは横列バッファ（図１）の操作に対応する。低速走査の掃引が、入力される映像のフレームレートに位相同期されているため、フレーム全部のデータよりも少ないデータが保存される。このことは、高速走査の掃引の数が、映像データの行数とは等しくないにもかかわらず、正しい。

処理６６０で、バッファに保存されている画素データが補間される。いくつかの実施態様においては、画素データは高速走査の範囲または低速走査の範囲だけで補間され、他の実施態様では、画素データは低速走査の範囲と高速走査の範囲の両方で補間される。

図７は本発明の様々な実施形態によるモバイル装置（移動可能な装置）のブロック図である。図７で示すように、モバイル装置７００は、無線インターフェース７１０、プロセッサ７２０及び走査型プロジェクタ１００を含む。走査型プロジェクタ１００は、符号１５２で示されるようにラスター画像を描く。走査型プロジェクタ１００は、図１に関連して説明した。いくつかの実施態様においては、走査型プロジェクタ１００は、一軸（一方の軸）で共振周波数にて振動し、別軸（他の軸）では入力される映像に位相同期された走査ミラーを備えている。

走査型プロジェクタ１００は、任意の画像源からの画像データを受け取ることができる。例えばいくつかの実施形態においては、走査型プロジェクタ１００は、静止画像を保存するメモリを含む。別なる実施形態では、走査型プロジェクタ１００は、ビデオ画像を含むメモリを備えている。さらに別なる実施形態では、走査プロジェクタ１００は、例えばコネクタといった外部ソースである無線インターフェース７１０等々によって受け取った画像を表示する。

無線インターフェース７１０は、任意の無線送信及び／又は受信性能を含むことができる。例えば、いくつかの実施態様においては、無線インターフェース７１０は、無線ネットワークを経由して通信できるネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）を含む。例えばいくつかの実施態様においては、無線インターフェース７１０は、セルラー式電話機能を含む。さらに別なる実施態様では、無線インターフェース７１０は、全地球測位システム（ＧＰＳ）の受信機を含む。当業者であれば理解するであろうが、無線インターフェース７１０は本発明の権利範囲から逸脱せずに任意の形式の無線通信機能を含むことができる。

プロセッサ７２０は、モバイル装置７００の様々な構成要素と通信できる任意のタイプのプロセッサであることができる。例えば、プロセッサ７２０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の供給者から入手可能な組込型プロセッサであってもよく、或いは商業的に入手可能なマイクロプロセッサであってもよい。いくつかの実施態様においては、プロセッサ７２０は、画像またはデータを走査型プロジェクタ１００に提供する。画像または映像データは、無線インターフェース７１０から入手できる。または無線インターフェース７１０から入手したデータから導き出すことができる。例えばプロセッサ７２０を介して走査プロジェクタ１００は無線インターフェース７１０から直接的に受信した画像または映像を表示できる。また例えば、プロセッサ７２０は、無線インターフェース７１０から受信した画像及び／又は映像に加えるオーバレイ（重畳画像）を提供できる。または、無線インターフェース７１０から受信したデータに基づいて保存された画像を変更できる（例：無線インターフェース７１０が位置座標を提供するＧＰＳという実施態様で、マップ表示を修正）。

図８は、本発明の様々な実施形態に従ったモバイル装置を図示する。モバイル装置８００は、通信機能を備えた、あるいは備えていない、ハンドヘルドタイプ（手持ち式）の投影装置でよい。例えばいくつかの実施態様においては、モバイル装置８００は、他の機能をほとんど、あるいは全く備えていない手持ち式のプロジェクタでよい。また例えばいくつかの実施態様においては、モバイル装置８００は、セルラーフォン、スマートフォン、個人用デジタル補助装置（携帯型情報端末、ＰＤＡ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、等々を含んで通信に利用できる装置でよい。さらに、モバイル装置８００は、無線（例：ＷｉＭａｘ）またはセルラー式接続を介してさらに大規模なネットワークに接続できる。またはこの装置はデータメッセージまたは映像コンテンツを、規制されない帯域接続（スペクトル接続、例：ＷｉＦｉ）を経由して受け取ることができる。

モバイル装置８００は、走査型プロジェクタ１００を含み、符号１５２に示されるように、光で画像を生成する。モバイル装置８００は、多数の別型の回路も含むことができるが、それらは図面の簡素化のために図８では省略されている。

モバイル装置８００は、ディスプレイ８１０、キーパッド８２０、オーディオポート８０２、制御ボタン８０４、カードスロット８０６及びオーディオ／ビデオ（Ａ／Ｖ）ポート８０８を備えている。これらの要素は、いずれも本発明に必須なものではない。例えばモバイル装置８００は、ディスプレイ８１０、キーパッド８２０、オーディオポート８０２、コントロールボタン８０４、カードスロット８０６またはＡ／Ｖポート８０８を一切含まずに、走査型プロジェクタ１００のみを備えていることができる。いくつかの実施態様においては、これら要素のサブセット（部分的な集合体）が含まれる。例えば、アクセサリプロジェクタ製品は、走査型プロジェクタ１００、制御ボタン８０４及びＡ／Ｖポート８０８を含むことができる。

ディスプレイ８１０は、任意の種類のディスプレイを使用することができる。例えば、いくつかの実施態様においては、ディスプレイ８１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーンを含む。ディスプレイ８１０は、符号１５２のように、投影されたものと同じ内容を常に表示することができ、または異なる内容を常に表示できる。例えばアクセサリプロジェクタ製品は常に同じ内容を表示でき、モバイル電話の実施態様では、符号１５２で一つの種類のコンテンツを投影し、ディスプレイ８１０に異なる内容を表示する。キーパッド８２０は、電話のキーパッドであってもよく、また異なるタイプのキーパッドであってもよい。

Ａ／Ｖポート８０８は、ビデオ信号及び／又はオーディオ信号を受信及び／又は送信する。例えばＡ／Ｖポート８０８は、デジタルオーディオ及び映像データを転送するために適したケーブルを受け入れるデジタルポートとすることができる。さらに、Ａ／Ｖポート８０８は、複合入力を受け付けるためのＲＣＡジャックを含むことができる。さらにまた、Ａ／Ｖポート８０８は、アナログビデオ信号を入力できるＶＧＡコネクタを含むことができる。いくつかの実施態様においては、モバイル装置８００は、Ａ／Ｖポート８０８を経由して外部の信号源に繋ぐことが可能であり、モバイル装置８００は、Ａ／Ｖポート８０８を経由して受け取ったコンテンツを、投影することができる。他の実施態様では、モバイル装置８００は、コンテンツの生成元であり、Ａ／Ｖポート８０８は異なる装置にコンテンツを送信するために使用される。

オーディオポート８０２は、オーディオ信号を提供する。例えば、いくつかの実施態様においては、モバイル装置８００は、オーディオ及び映像を保存して再生できるメディアプレーヤである。これらの実施態様では、映像は符号１５２に示されるように投影され、オーディオはオーディオポート８０２で出力される。他の実施態様では、モバイル装置８００は、オーディオと映像をＡ／Ｖポート８０８で受け取るアクセサリプロジェクタであってもよい。これら実施態様では、モバイル装置８００は、符号１５２で示されるように映像コンテンツを投影し、オーディオポート８０２でオーディオコンテンツを出力することができる。

モバイル装置８００は、カードスロット８０６も含む。いくつかの実施態様においては、カードスロット８０６に挿入されたメモリカードは、オーディオポート８０２で出力されるオーディオソース及び／又は符号１５２で投影される映像データを提供する。カードスロット８０６は、如何なるタイプの半導体メモリデバイス、例えば、マルチメディアメモリカード（ＭＭＣ）、メモリスティックＤＵＯ、セキュアデジタル（ＳＤ）メモリカード及びスマートメディアカードを受け入れることができる。これらは例示であって、本発明を限定するものではない。

本発明はいくつかの実施態様及び実施形態を基にして説明されているが、当業者であれば容易に理解するように、本発明の精神と権利範囲の中で、それらに多様な修正及び変形を施すことが可能である。そのような修正並びに変形は本発明の権利範囲及び「請求の範囲」に属するものである。

Claims (15)

1. 低速走査軸と高速走査軸とを含む二軸で、角変位するように運動する走査ミラーと、
   前記走査ミラーを、前記走査ミラーの共振周波数で前記高速走査軸上で運動するように励起し、且つ入力される映像のフレームレートに位相同期された軌道で、前記低速走査軸上で運動させる制御システムと、
   を備えていることを特徴とする装置。
2. 前記制御システムは、ビデオソースからの外部垂直同期（ＶＳＹＮＣ）信号を受け取り、前記走査ミラーから水平同期（ＨＳＹＮＣ）信号を受け取るように連結されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記制御システムは、それぞれの外部ＶＳＹＮＣに対応する複数の内部ＨＳＹＮＣの数を数える計数手段を備えていることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記制御システムは、それぞれの外部ＶＳＹＮＣに対する内部ＨＳＹＮＣの数に対応して初期の低速走査速度を設定するように機能することを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 前記制御システムは、外部垂直同期（ＶＳＹＮＣ）を、発生した低速走査駆動信号と比較し、その比較結果に基づいて低速走査駆動信号を補正するように機能することを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 映像データの完全なフレームよりも少ないデータを保持するためのビデオバッファを更に備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記バッファの中に保持されている横列の画素データの間を補間する補間手段を更に備えていることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 前記バッファの中に保持されている画素データの縦列の間を補間する補間手段を更に備えていることを特徴とする請求項６記載の装置。
9. 前記補間手段は、前記バッファの中に保持されている画素データの横列と縦列との間を補間することを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 走査型投影システムを操作する方法であって、
    共振周波数で、高速走査軸上で走査ミラーを振動させるステップと、
    低速走査軸での前記走査ミラーの運動を、入力された垂直同期（ＶＳＹＮＣ）信号に位相同期させるステップと、
    を備えていることを特徴とする方法。
11. 入力される垂直同期（ＶＳＹＮＣ）信号あたりの、前記高速走査軸上で振動する走査ミラーによって生成され出力される水平同期（ＨＳＹＮＣ）信号の数を数えるステップと、
    前記低速走査軸上での前記走査ミラーの初期の垂直走査速度を設定するステップと、
    を更に備えていることを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 位相同期するステップは、整数の周期によって、共振周波数で前記低速走査軸上での前記走査ミラーのサイクルタイムを補正するステップを備えていることを特徴とする請求項１０記載の方法。
13. バッファの中に、１フレームよりも小さな、入力された映像データを保存するステップを更に備えていることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記バッファの隣接する横列の画素データの間を、補間（垂直補間）するステップを更に備えていることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記バッファの隣接する縦列の画素データの間を、補間（水平補間）するステップを更に備えていることを特徴とする請求項１３記載の方法。

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