JP2015536472A - 走査ビームの強度変調 - Google Patents

Abstract

走査式レーザプロジェクタ（１００）は、正弦波状の動作で少なくとも１本の軸上を動く走査ミラー（１６２）を含む。画素は、走査ミラーにより反射されたレーザビームを変調することによって表示される。画素は、レーザビームの位置及び／又は角速度に基づく異なるデューティー比の光パルスを用いて生成される。【選択図】図１

Description

走査ビーム投影システムにおいては、ある固定周波数のＤＡＣクロックで動作しているデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を用いて、出力画素の駆動信号を作り出すことがよくみられる。

投影された光の各点の比例的な寸法（ｐｒｏｐｏｒｔｉｉｏｎａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ、サイズ、次元）を得るために、時間領域（ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ）のなかで見たままのＤＡＣクロック周期の変動する個々の量を、同じ空間的次元の「空間画素」が占有するようになっている。これは、正弦的走査ミラーの速度が変化するためである。

例えば、それぞれの出力空間画素は、ＤＡＣクロックの１つ、２つ、又はより多くの周期から作り出される。通常、所与の点に対する出力光（出力空間画素）は、求められるＤＡＣクロック周期の継続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）にわたって固定振幅となるように変調される。

走査ミラーをスイープすると、最小の出力画素幅（ＤＡＣクロック周期に関して）が、ビームの角速度が最も速い走査領域の中心部で発生する。ビーム（光線）がその正弦波状のスイープの縁部に向かって動くにつれて、出力空間画素が、より大きな数の個々のＤＡＣクロック周期にマッピングされる。

本発明のさまざまな実施形態にかかる、画素駆動発生器（画素駆動生成器）を有する走査式プロジェクタの図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、正弦波状の水平走査軌跡及びビーム位置の関数としてのビーム速度の図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、ビーム位置の関数としての、出力画素によって占められているいくつかのＤＡＣクロック周期の図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、ビーム速度が最大時のレーザ駆動信号発生の図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、ビーム速度が減速された時のレーザ駆動信号発生の図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、ＤＡＣクロック周期の後半を空白化したレーザ駆動信号発生の図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、ＤＡＣクロック周期の前半及び後半を空白化したレーザ駆動信号発生の図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、ＤＡＣクロック周期の前半及び後半を空白化しつつ、単一の駆動乗数を維持しているレーザ駆動信号発生の図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、正規化された振幅駆動信号値の図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、モバイル機器のブロック図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、モバイル機器の図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、ヘッドアップディスプレイシステムの図である。 本発明のさまざまな実施形態にかかる、眼鏡型機器の図である。本発明のさまざまな実施形態にかかる、ゲーム機器の図である。

以下の詳細な説明においては、本発明を実施可能な具体的な実施形態を例示的に示す添付の図面に言及する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することが可能になるように十分に詳細に説明される。本発明のさまざまな実施形態は、互いに異なるものの、互いに排他的なものではないということは理解されるべきである。例えば、１つの実施形態に関連させて本明細書で説明されるある特定の特徴、構造、又は特性は、本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態においても実現可能である。加えて、それぞれの開示される実施形態内での個々の部の位置又は配列は、本発明の範囲から逸脱することなく変更可能であるということも理解されるべきである。それゆえ以下の詳細な説明は、制限的な意味で理解されるべきではなく、本発明の範囲は、適切に解釈された、添付の請求項によってのみ定義され、当該請求項の均等物全般を含む。図面においては、同じ又は類似の機能を有する部分は、複数の図面を通じて、同様の符号によって表現されている。

図１は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、画素駆動発生器（ｐｉｘｅｌ ｄｒｉｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、画素駆動生成器）を有する走査式プロジェクタを示す。プロジェクタ１００は、ビデオ処理部１０２と、画素駆動発生器１０４と、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１２０と、光源１３０と、走査ミラー１６２を有する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置１６０と、ミラー制御回路１９２と、を含む。

稼働時に、ビデオ処理部１０２は、ノード１０１上のビデオデータを受信し、表示される画素の命令された輝度値を示す表示画素データを生成する。ビデオデータ１０１は、球面収差が補正された格子（ｒｅｃｔｉｌｉｎｅａｒ ｇｒｉｄ）上に画素データを配して通常受信される画像ソースデータを示すが、それは必須ではない。例えば、ビデオデータ１０１は、画素の格子を任意の解像度（例えば、６４０×４８０、８４８×４８０、１２８０×７２０、１９２０×１０８０）で示すものであってよい。入力光強度の符号化は通常、光強度を８、１０、１２ビット又はそれより高い解像度で示すものである。

投影装置１００は、ラスターパターンで走査する走査式プロジェクタである。ラスターパターンは、画像ソースのデータ内の球面収差が補正された格子と整合させる（ａｌｉｇｎ）必要はなく、ビデオ処理部１０２は、ラスターパターン上の適切な点に表示される表示画素データを生成するように動作する。例えば、いくつかの実施形態においては、ビデオ処理部１０２は、垂直に及び／又は水平にソース画像データ内の画素間で補間を行い、表示画素値をラスターパターンの走査軌跡に沿って決定する。

ビデオ処理部１０２は、記載される機能を実行することが可能な任意の回路を含む。例えば、いくつかの実施形態においては、ビデオ処理部１０２は、乗算器、シフター、及び加算器のような、補間機能を実行することが可能なデジタル回路を含む。また例えば、いくつかの実施形態においては、ビデオ処理部１０２は、ハードウェア回路を含む場合があり、命令を実行するプロセッサも含む場合がある。

画素駆動発生器１０４は、ビデオ処理部１０２から命令された輝度値を受信し、輝度値をデジタル駆動値及びＤＡＣ制御値にマッピング（ｍａｐ、変換）するが、これらの値は、結果として生じる、表示画素を生成するために用いられる光のパルスの振幅と継続時間との両方を制御するものである。いくつかの実施形態においては、画素駆動発生器１０４は、輝度値をデジタル駆動値にマッピングする（変換する）ルックアップテーブル（ｌｏｏｋ−ｕｐｔａｂｌｅ、探索表）を含む。更に、いくつかの実施形態においては、画素駆動発生器１０４は、命令された輝度及びその他の制御変数に基づいて、ＤＡＣ制御信号を生成するための回路を含む。制御変数の例としては、温度、レーザダイオードの立ち上がり及び立ち下がり時間（ｆａｌｌ ｔｉｍｅ、下降時間）、色、現在の水平走査領域、走査方向、ビデオフレーム、及びビデオライン等が含まれるが、それらに限定されない。

画素駆動発生器１０４は、記載される機能を実行することが可能な任意の回路を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態においては、画素駆動発生器１０４は、命令された輝度を振幅／継続時間のペアに変換することができ、メモリデバイスにより実装される（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ）、乗算器、シフター、加算器、及びルックアップテーブル（探索表）のようなデジタル回路を含む。また例えば、いくつかの実施形態においては、画素駆動発生器１０４は、ハードウェア回路を含む場合があり、命令を実行するプロセッサも含む場合がある。

デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１２０は、デジタルのレーザ駆動振幅値を、アナログ電流に変換する。ＤＡＣ１２０は、固定周波数ＤＡＣクロック、レーザ駆動振幅値、及びＤＡＣ制御信号を受信する。ＤＡＣクロックは、位相同期ループ（ＰＬＬ）のような任意の好適な回路により、ソースとして利用することができる。本明細書においては、「固定周波数」という用語は、多くの要因に基づいてわずかに変化する周波数を有するクロック信号を指すために用いられる。そのような要因には、ＰＬＬ変動、発振器の位相ノイズ、機械的振動等が含まれるが、それらに限定されない。ＤＡＣクロックの周期は、本明細書では、「ＤＡＣクロック周期」と呼ぶものとする。

いくつかの実施形態においては、画素駆動発生器から受信するＤＡＣ制御信号は、ＤＡＣ１２０により生成される、結果として生じるレーザ駆動信号のデューティサイクルを制御するための１つ又はそれよりも多くの信号を含む。例えば、画素駆動発生器１０４は、ＤＡＣクロック周期より短いレーザ駆動時間を可能にするために、ゼロ復帰（ＲＴＺ）信号をＤＡＣ１２０に提供することができる。ＲＴＺ信号は、表示画素の水平空間位置の微調整を提供することができる。

光源１３０は、ＤＡＣ１２０から駆動電流信号を受信し、当該受信信号に反応してグレースケール値を有する光を生成する。光源１３０は、単色の光源であってもよく、又は複数の異なる色の光源であってもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、光源１３０は、赤、緑、及び青の光源を含む。これらの実施形態においては、ビデオ処理部１０２は、赤、緑、及び青の光源のそれぞれに対応する表示画素データを出力する。また例えば、光源１３０により生成される光は、可視光であってもそうでなくてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、光源１３０内の１つ又はそれより多くの光源は、赤外（ＩＲ）光を生成してよい。いくつかの実施形態においては、光源１３０は、１つ又はそれより多くのレーザ光生成デバイスを含んでいてよい。例えば、いくつかの実施形態においては、光源１３０はレーザダイオードを含んでいてよい。

光源１３０からの光は、走査ミラー１６２に向けられる。いくつかの実施形態においては、追加的な光学素子が、光源１３０と走査ミラー１６２との間の光路上に含まれる。例えば、プロジェクタ１００は、コリメートレンズ、ダイクロイックミラー、又は任意の他の好適な光学素子を含んでいてよい。

走査ミラー１６２は、ミラー制御回路１９２からノード１９３で受信される電気的刺激に反応して、２本の軸上で偏向させる。２本の軸上を動く間、走査ミラー１６２は、光源１３０により提供される変調された光（ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ）を反射する。反射光はラスターパターンをスイープ（掃引）し、結果として生じる表示を、図中符号１８０の画像平面に作り出す。走査ミラー１６２によりスイープされるラスターパターンの形は、２本の軸上のミラーの動きの関数である。例えば、いくつかの実施形態においては、走査ミラー１６２は、鋸波刺激（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｉｍｕｌｉ）に反応して、第１の軸（例えば、垂直方向の次元）上をスイープし、結果として、実質的に直線状で、一方向の垂直スイープとなる。また例えば、いくつかの実施形態においては、正弦波状の刺激にしたがって、走査ミラー１６２は第２の軸（例えば、水平方向の次元）上をスイープし、結果として、実質的に正弦波状の水平スイープとなる。

ＭＥＭＳ装置１６０は、２つの次元に光を走査する走査ミラーアセンブリの一例である。いくつかの実施形態においては、走査ミラーアセンブリは、２つの次元に（例えば、２本の軸上を）走査する単一のミラーを含む。代替的に、いくつかの実施形態においては、ＭＥＭＳ装置１６０は、１本の軸に沿ってビームを偏向させる１つの走査ミラーと、第１の軸と概ね垂直な第２の軸に沿ってビームを偏向させる他のミラーと、２つの走査ミラーを含むアセンブリであってもよい。

図中符号１８０で結果として生じる表示は、ラスター走査の種々の領域を水平の次元で、更なる議論のために、強調（ｈｉｇｈｌｉｇｈｔ）する。水平走査の、正弦波状の動作の中間部に位置する中央部は、領域１８２として示される。領域１８２は、走査ミラー１６２の水平方向の角速度が最も速い領域である。領域１８４は、走査ミラー１６２の水平方向の角速度がより遅い領域であり、領域１８２より、正弦波状の動作の頂点部分に近い領域である。領域１８６は、走査ミラー１６２の水平方向の角速度が最も遅い領域である。画素は通常、領域１８６には表示されず、正弦波角度偏位（ｓｉｎｕｓｏｉｄ ａｎｇｕｌａｒ ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）のピーク振幅の０．９４倍に通常設定される、水平動作の左右の端部の投影限界線を示す。

稼働時に、画素駆動発生器１０４は、正しい角出力画素（ａｎｇｕｌａｒｏｕｔｐｕｔ ｐｉｘｅｌ）に対応している、最も近いＤＡＣクロック周期、又は部分的周期（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｐｅｒｉｏｄ）を選択する。選択されたＤＡＣクロック周期の数に基づいて、レーザ駆動振幅も修正されることが可能である。例えば、部分的ＤＡＣクロック周期が選択された場合には、振幅をそれにしたがって増加することができる。ＤＡＣクロック周期の選択と駆動振幅の修正は、温度、レーザ特性、色、フレーム数、及び投影領域のような入力情報（制御変数）によっても影響される可能性がある。これらの入力等に基づいて、画素駆動発生器１０４は、光強度出力の関係のための単調な（ｍｏｎｏｔｏｎｉｃ）入力コードを達成するために、適切な振幅/継続時間の出力を決定する。温度の情報は、温度の関数としてのレーザ出力変動の補正を可能とする。立ち上がり時間及び立ち下がり時間のようなレーザ光源特性の説明は、高解像度を実現するための正しい振幅／継続時間の調整を可能とする。フレーム数は、個別の継続時間の変遷（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）のアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ、人為的な結果、不可逆圧縮の副作用）が知覚されることを減少させる、個別の継続時間の変遷の交互の重なり合い（ｏｖｅｒｌａｐ）を可能とする。ライン数（フレーム数に類似する）は、変遷する振幅ステップの正確な水平位置（空間画素）の擬似ランダムディザリングを可能とする。これは、理想的ではないレーザ駆動部によって起こり得る、任意の知覚される画像のアーチファクトを減らすことを、支援する。投影領域の知識は、全体的な投影の品質を高めるための空間画素の配置の適正化を可能とする。

出力空間画素が１より多いクロック周期からなる場合、本発明のさまざまな実施形態は、１つのＤＡＣクロック周期に対してはより大きな振幅で光源１３０を駆動し、出力空間画素に割り当てられた残りのＤＡＣ周期に対しては駆動しない。この方法に価値があるのは、部分的にレーザダイオードがより大きな振幅で駆動されると、より高い（電気的入力パワーを光パワー出力に）変換効率で動作するからである。本明細書に説明される技術を用いて、本発明のさまざまな実施形態は、個々の期間（ＤＡＣクロック周期）又は部分的ＤＡＣクロック周期であるより小さい増分においてパルス幅を減らすことによって、及び同じ出力画素光強度を実現するための駆動振幅を大きくすることによって、光強度を変調する。

この議論は、整数のＤＡＣクロック周期及び半分のＤＡＣクロック周期の画素駆動継続時間に焦点を当てているが、それは本発明を限定するものではない。例えば、いくつかの実施形態はＤＡＣクロック周期を、４、８、１６、又はもっと多くに分割して、基本のＤＡＣクロック周期の部分的増分にする。出力投影画素に対する望ましい出力光強度は、パルス幅を現在の駆動振幅と組み合わせて計算することにより実現することができる。この取り組みは、より低い解像度の振幅とパルス幅の駆動コードとの組み合わせから、光強度の高解像度を実現できる。

図２は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、正弦波状の水平走査軌跡、及びビーム位置の関数としてのビーム速度を示す。Ｘ軸には位置（指向角）をとり、Ｙ軸には時間をとって、水平走査軌跡２２０が示されている。正規化されたビーム速度２１０は、Ｘ軸にビーム位置を、Ｙ軸には速度をとって示されている。図２に示すように、ピーク速度は、水平走査の中央で起こり、速度が最も遅くなるのは、水平走査の端部である。典型的には、入力ビデオの情報は線形の直交形式（ｌｉｎｅａｒｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｆｏｒｍａｔ）に符号化され（ｅｎｃｏｄｅ）、当該フォーマットにおいては、それぞれの画素は、固定された水平及び垂直位置を表し、一定の寸法増分（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）を画素間に有する。走査式のビーム投影においては、直線状の入力は、走査角における直線的な増分にマッピングされる。一定の速度の直線状の斜路（ｌｉｎｅａｒｒａｍｐ,直線ランプ）である垂直走査に対しては、マッピングは、単純に画像の寸法を、所望の投影角に拡大縮小することである。それは、垂直の増分は、時間における一定の増分に対応するからである。しかしながら、水平方向の動作に対しては、速度は一定ではなく、走査が正弦波状の動作の頂点に接近するにつれて遅くなる。矩形の座標に表現された入力画像のコンテンツを、水平走査における同じ数の寸法の「画素」（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ “ｐｉｘｅｌ”）にマッピングするためには、当該走査を、角度の等しい増分に分割することを必要とする。例えば、図２は、±０．９４角度単位の水平投影領域を示す。もし、合計１２８０個の出力（投影）画素が望まれている場合には、それぞれの出力画素が占有するのは、（２＊０．９４）／１２８０ ＝ ０．００１４６角度単位である。

しかしながら、水平方向の動作に対しては、走査ミラー１６２（図１）の水平速度が低下するため、増分の角度単位は、時間の一定の期間を占有しない。図２において見ることができるように、投影のエッジにおいて、正規化されたミラー速度は、約０．３５であるが、これは水平走査の中央とくらべて、かなり遅いものである。

本発明のさまざまな実施形態では、ビーム位置が水平走査の中央から遠ざかるにつれて、レーザ駆動信号のデューティサイクルを下げている。いくつかの実施形態においては、レーザ駆動信号の振幅は増加されて、デューティサイクルの減少を補っている。レーザ駆動信号のビーム位置の関数としてのデューティサイクルと振幅のさまざまな実施形態が、図４〜９を参照しながら後述される。

図３は、本発明のさまざまな実施形態に従った、ビーム位置の関数として出力画素によって占められるいくつかのＤＡＣクロック周期を示す。水平走査軌跡２２０が、Ｘ軸に位置（指向角）をとり、Ｙ軸に時間をとり示されている。画素毎のＤＡＣクロック周期３１０は、Ｘ軸にビーム位置をとり、Ｙ軸にＤＡＣクロック周期をとって示されている。図３に示すように、画素毎のＤＡＣクロック周期数は、増加する角度位置の関数として増加する。固定された（一定）ＤＡＣサンプルクロックを有する走査ミラー投影システムにおいて、単位角出力画素の継続時間は、走査領域のエッジで増加する。最短の継続時間の出力画素は中央に発生するので、この領域は、アドレス指定可能な画素の入力対出力の比を確立する。いくつかの実施形態においては、入力画像がオーバーサンプルされるが、それは、１つの入力画素（水平方向の中心部）が、１より大きいＤＡＣクロック周期に対応するということを意味する。例えば、以下に図４を参照しながら説明するように、中心部において、１つの出力画素あたり約１．５ＤＡＣクロック周期で入力画像がオーバーサンプルされる可能性がある。

ＤＡＣサンプルは、個別の期間（間隔、ｉｎｔｅｒｖａｌ）であり、連続的な変数ではないので、出力画素をマッピングしたものを、ＤＡＣクロックの個々の整数周期に対して割り当てることができる。しかしながら、ＤＡＣクロック周期は、角出力画素の（１又はそれより大きい）整数というわけでは必ずしもないので、寸法上の誤差（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｒｒｏｒ）が発生する。本発明のさまざまな実施形態は、正しい角出力画素（例えば、出力画素の重心（ｃｅｎｔｒｏｉｄ、中心軌跡）に最も近いレーザ駆動重心）に対応するＤＡＣクロック周期に最も近い数を選択する。この方法を用いることにより、フル出力解像度が維持できる間に、水平走査中の多くのＤＡＣクロック周期にわたってレーザを駆動しないようにすることを許容できる。追加的に、同等の画像の明るさを維持するために、能動的に駆動が行われるより少ないＤＡＣサンプル周期数は、より大きい振幅にパルス化され、レーザがより高効率で動作するようになる。

いくつかの実施形態においては、変遷が起こる点を変更して、潜在的な画像のアーチファクトを減らそうとしている。例えば、図３においては、１画素当たりＤＡＣクロック周期が１から２になる変遷が、絶対値約０．２５の点で起こる。１２８０個の水平方向の画素を有する７２０ｐ投影画像に対しては、この変遷が起こるのは中心から約１７０番目の画素である。いくつかの実施形態においては、最大振幅が１０ピクセルであるランダムシード（ｒａｎｄｏｍ ｓｅｅｄ、乱数の初期値）が、１６０から１８０画素への正確な変遷をディザリングする。こうして、それぞれの水平走査線は、（特定の範囲内で）独自の変遷位置を有するようになる。これは、レーザ駆動振幅とＤＡＣ制御信号とを決定するための制御変数（線の数、ランダムシード）を用いる、画素駆動発生器１０４（図１）の一例である。

図４は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、ビーム速度が最大の時のレーザ駆動信号の発生を示す。図４に表される実施形態においては、入力画像が１．５倍でオーバーサンプルされる。それはすなわち、１つの出力画素につき１．５のＤＡＣクロック周期が存在する。いくつかの実施形態においては、図４に示されるような出力画素は、入力画素と１対１に対応するので、水平方向の補正は必要ではない。

図４で示されるように、オーバーサンプリングの割合が上昇するとき、レーザ駆動の位置的誤差の重心が減少する。しかしながら、出力画素の位置的誤差を蓄積したもので、いくつかの画素について平均してゼロになるようなものは存在しない。所与の画素の最大の位置的誤差は、非常に短時間のオーバーサンプリング率と比例する。この方法は、ＤＡＣがＤＡＣクロック周期の部分に対して、その出力を空白（ブランク）化する能力を有しているような実施形態においてさらに高めることができる。このような挙動は、ゼロ復帰（ＲＴＺ）機能として、市販のレーザドライバＤＡＣにおいて実行される。１つの例としては、カリフォルニア州ミルピタス（Ｍｉｌｐｉｔａｓ）の、インターシル社（Ｉｎｔｅｒｓｉｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）より入手可能なＩＳＬ５８３１５がある。

中心部でのオーバーサンプリング率が１．５の実施形態においては、水平ビーム速度が最も速い点において、最大デューティサイクルが２／３である。ビームが中心から離れ、速度が遅くなるにつれて、デューティサイクルも減じられる。このことは図５に示されている。

図５は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、ビーム速度が減速された時のレーザ駆動信号の生成を示している。図５は、領域１８４（図１）における操作を一般に表しており、そこではビーム速度はもう最高速度ではない。図５の例においては、オーバーサンプリング率が実質的に２．５になる点まで、ビーム速度が減速されている。これは結果として、デューティサイクルを、約０．４まで低下させられる。

図６は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、ＤＡＣクロック周期の後半の空白化を伴う、レーザ駆動信号の発生を示している。図６に示す例は、ドライバがレーザ駆動を、ＤＡＣクロック周期の後半の１／２にわたり空白化する場合に実現される。いくつかの画素がＤＡＣクロック周期全体に渡って駆動され、他の画素は、ＤＡＣクロック周期の１／２だけ駆動される。これにより、出力画素の空間的な整列（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を向上できる。なお、半分の時間だけ駆動される出力画素は、２倍の振幅で駆動される。継続時間及び振幅の乗数に関する決定は、画素駆動発生器１０４（図１）によって、図１に示されるように提供される情報に応じて、決定される。

図７は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、ＤＡＣクロック周期の前半及び後半の空白化を伴う、レーザ駆動信号の発生を示している。図７は他の実装形態を示すものであり、ドライバは、前半又は後半のいずれかを空白化するように命令をされることが可能であり、位置的誤差をさらに減らすことができる。なお、駆動値は、継続時間が短く駆動される場合には、さらに乗算して大きくする。

図８及び９は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、ＤＡＣクロック周期の前半及び後半の空白化を伴う一方で、単一の駆動乗数を維持している、レーザ駆動信号発生を示している。図８においては、駆動継続時間はいつもＤＡＣクロック周期の１周期分と等しい。ＲＴＺ機能が用いられて、ＤＡＣクロック周期の前半又は後半の一方でレーザ駆動を空白化するが、隣接する２つの１／２周期のＤＡＣクロック周期を結合することで振幅は一定に保たれている。図９においては、駆動継続時間はいつもＤＡＣクロック周期の半周期分と等しい。ＲＴＺ機能が用いられて、ＤＡＣクロック周期の前半又は後半の一方でレーザ駆動を空白化するが、隣接する２つの１／２周期のＤＡＣクロック周期を結合することで振幅は一定に保たれている。図４〜９に表される実施形態は、駆動されるＤＡＣクロック周期に位置的補正をしたデータを送る水平補間を用いて、出力画素の位置的誤差の知覚を和らげるようにしてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態においては、垂直補間のみが用いられる。

図１０は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、正規化された振幅の駆動信号値を示している。符号１０２０は、補間を用い、すべてのＤＡＣクロック周期は水平線にわたって駆動されるシステムにおいて強度を一定にするために必要な正規化された振幅の駆動を示す。図からわかるように、走査ミラーの水平速度が遅くなるにつれて駆動振幅は意図的に減少されているが、それはより多くのＤＡＣクロック周期がそれぞれの出力画素をなすからである。図４、図５、図８、及び図９に示す例においては、それぞれの所望の出力画素が、１つのレーザ駆動ＤＡＣクロック周期にのみ対応しており、駆動振幅を水平方向のスイープ全体にわたって、変化させる必要がないからである。このことは、符号１０１０として図１０に示されているが、そこでは正規化された振幅は常に１である。このことは、駆動されるレーザのダイナミックレンジを維持することを支援するために、有利である。図６及び図７の例においては、正規化された振幅は、等倍と二倍とが交互に用いられるパターンになっている。

図１は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、モバイル機器（携帯型機器）のブロック図を示している。図１に示されるように、モバイル機器１１００は、無線インターフェイス１１１０、プロセッサ１１２０、メモリ１１３０、及び走査式プロジェクタ１１０１を含む。走査式プロジェクタ１１０１は、画像平面１８０にラスター画像を描く。走査式プロジェクタ１１０１は、既に前述の図を参照しながら説明したように、１つ又はそれより多くの画素駆動発生器とＤＡＣとを含む。走査式プロジェクタ１１０１は、本明細書で説明する任意の投影装置であってよい。

走査式プロジェクタ１１０１は、画像データを、任意の画像ソースから受信することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、走査式プロジェクタ１１０１は、静止画像を保持するメモリを含む。他の実施形態においては、走査式プロジェクタ１１０１は、ビデオ画像を含むメモリを含む。さらに他の実施形態においては、走査式プロジェクタ１１０１は、コネクタ、無線インターフェイス１１１０、有線インターフェイス等のような外部のソースから受信した映像を表示する。

無線インターフェイス１１１０は、任意の無線送信及び／又は受信機能を含んでいてもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、無線インターフェイス１１１０は、無線ネットワーク上で通信可能なネットワークインターフェイスカード（ＮＩＣ）を含む。また例えば、いくつかの実施形態においては、無線インターフェイス１１１０は、携帯電話機能を含んでいても良い。さらに他の実施形態においては、無線インターフェイス１１１０は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含んでいても良い。当業者は、無線インターフェイス１１１０が、任意のタイプの無線通信機能を、本発明の範囲を逸脱することなく含むことが可能であるということを理解するであろう。

プロセッサ１１２０は、モバイル機器１１００内のさまざまな構成要素と通信可能な任意のタイプのプロセッサであっても良い。例えば、プロセッサ１１２０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のベンダーから入手可能な、内蔵型プロセッサであっても良い。又は、市販のマイクロプロセッサであってもよい。いくつかの実施形態においては、プロセッサ１１２０は、画像データ又はビデオデータを走査式プロジェクタ１１０１に提供する。画像又はビデオデータは、無線インターフェイス１１１０から読み出されても良い。又は無線インターフェイス１１１０から読み出されたデータから引き出されても良い。例えば、プロセッサ１１２０を通じて、走査式プロジェクタ１１０１は、無線インターフェイス１１１０から直接受信した画像又はビデオ表示しても良い。また例えば、プロセッサ１１２０は、無線インターフェイス１１１０から受信した画像及び／又はビデオに加えるオーバーレイを提供しても良い。又は、無線インターフェイス１１１０から受信したデータに基づいて、保存されている映像を変更してもよい（例えば、無線インターフェイス１１１０が位置座標を提供するＧＰＳの実施形態においてマップ表示を修正すること）。

図１２は、本発明のさまざまな実施形態にかかるモバイル機器を示している。モバイル機器１２００は、通信機能を有する又は有しない携帯型の投影デバイスであっても良い。例えば、いくつかの実施形態においては、モバイル機器１２００は、他の機能をほぼ有しない携帯型のプロジェクタであっても良い。また例えば、いくつかの実施形態においては、モバイル機器１２００は、通信に使えるデバイスであっても良いが、例えば、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機等が含まれる。更に、モバイル機器１２００は、無線接続（例えばＷｉＭａｘ）又は携帯電話の接続を介して、より大きなネットワークに接続されていてもよい。あるいは、本デバイスは、規制されないスペクトル通信（例えば、ＷｉＦｉ）接続を介して、データメッセージ又はビデオコンテンツ（ｖｉｄｅｏ ｃｏｎｔｅｎｔｓ）を受け入れてもよい。

モバイル機器１２００は、画像平面１８０に、光を用いて画像を作る走査式プロジェクタ１１０１を含む。モバイル機器１２００はまた、多くの他のタイプの回路をも含む。しかしながら、これらは、わかりやすくするため、図１２からは意図的に省略されている。

モバイル機器１２００は、ディスプレイ１２１０、キーパッド１２２０、音声ポート１２０２、制御ボタン１２０４、カードスロット１２０６、及び音声／ビデオ（Ａ／Ｖ）ポート１２０８を含む。これらの要素のうちのどれも不可欠ではない。例えば、モバイル機器１２００は、ディスプレイ１２１０、キーパッド１２２０、音声ポート１２０２、制御ボタン１２０４、カードスロット１２０６、又はＡ／Ｖポート１２０８のいずれかを有しない走査式プロジェクタ１１０１のみを含んでいてもよい。いくつかの実施形態は、これらの要素のサブセット（ｓｕｂｓｅｔ、部分集合）を含む。例えば、アクセサリプロジェクタ製品は、走査式プロジェクタ１１０１、制御ボタン１２０４、及びＡ／Ｖポート１２０８を含んでいてよい。

ディスプレイ１２１０は、任意のタイプのディスプレイであってもよい。例えば、いくつかの実施形態においては、ディスプレイ１２１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）スクリーンを含む。ディスプレイ１２１０は、画像平面１８０に投影された同じコンテンツ又は異なるコンテンツをいつも表示することができる。例えば、アクセサリプロジェクタ製品は、同じコンテンツをいつも表示することができるが、携帯電話の実施形態は、一方で画像平面１８０に１つのタイプのコンテンツを投影し、他方で別のコンテンツをディスプレイ１２１０に表示してよい。キーパッド１２２０は、電話のキーパッドであってもよく、又は他の任意のタイプのキーパッドであってよい。

Ａ／Ｖポート１２０８は、ビデオ及び／又は音声信号を受け入れる及び／又は送信する。例えば、Ａ／Ｖポート１２０８は、デジタル音声及びビデオデータを運ぶのに適したケーブルを受け入れる、高解像度マルチメディアインタフェース（ＨＤＭＩ（登録商標））ポートのようなデジタルポートであっても良い。さらに、Ａ／Ｖポート１２０８は、複合式入力を受け入れるためのＲＣＡジャックを含んでいても良い。また更に、Ａ／Ｖポート１２０８は、アナログビデオ信号を受け入れるためのＶＧＡコネクタを含んでいても良い。いくつかの実施形態においては、モバイル機器１２００は、Ａ／Ｖポート１２０８を介して外部の信号ソースに繋がれていてよく、Ａ／Ｖポート１２０８を介して受け入れたコンテンツを投影してもよい。他の実施形態においては、モバイル機器１２００は、コンテンツの発信者であり、Ａ／Ｖポート１２０８が、別のデバイスにコンテンツを送信するために用いられても良い。

音声ポート１２０２は音声信号を提供する。例えば、いくつかの実施形態においては、モバイル機器１２００は、音声及びビデオを保存し再生することができるメディアプレーヤである。これらの実施形態においては、ビデオは画像平面１８０に投影され、音声は、音声ポート１２０２で出力されることができる。他の実施形態においては、モバイル機器１２００は、音声及びビデオをＡ／Ｖポート１２０８で受信するアクセサリプロジェクタであっても良い。これらの実施形態においては、モバイル機器１２００は、ビデオコンテンツを画像平面１８０に投影し、音声コンテンツを音声ポート１２０２で出力することができる。

モバイル機器１２００は、カードスロット１２０６も含む。いくつかの実施形態においては、カードスロット１２０６に挿入されたメモリカードが、音声ポート１２０２で出力されることになる音声及び／又は画像平面１８０に投影されることになるビデオデータのソースを提供することができる。カードスロット１２０６は、任意のタイプの固体式のメモリデバイスを受け入れることができる。このようなメモリデバイスには、例えば、マルチメディアメモリカード（ＭＭＣ）、ＳＤ（ｓｅｃｕｒｅ ｄｉｇｉｔａｌ）メモリカード、及びマイクロＳＤカードを含む。先のリストはあくまでも例示的なものであり、それがすべてを網羅しているというわけではない。

図１３は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、ヘッドアップディスプレイシステムを示している。プロジェクタ１１０１は、符号１３００に示すヘッドアップディスプレイを投影するために、自動車のダッシュボードに搭載される形で示されている。図１３には、自動車のヘッドアップディスプレイが示されているが、これは本発明を限定しない。例えば、本発明のさまざまな実施形態は、航空機用、航空交通管制用、及びその他の用途のヘッドアップディスプレイを含む。

図１４は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、眼鏡型機器を示している。眼鏡型機器１４００は、その眼鏡型機器の視野内に、表示を投影するためのプロジェクタ１１０１を含む。いくつかの実施形態においては、眼鏡型機器１４００はシースルーであり、他の実施形態においては、眼鏡型機器１４００は不透明である。例えば、眼鏡型機器は、拡張現実感用途に用いられても良い。装着者は、物理的世界と重ね合わされたプロジェクタ１１０１からの表示を見ることができる。また例えば、眼鏡型機器は、装着者の見るものすべてがプロジェクタ１１０１により生成される仮想現実用途に用いられてもよい。プロジェクタ１１０１が１つだけ図１４には示されているが、これは本発明を限定しない。例えば、いくつかの実施形態においては、眼鏡型機器１４００は、１つの目に対して１つずつの、２つのプロジェクタを含む。

図１５は、本発明のさまざまな実施形態にかかる、ゲーム機器を示している。ゲーム機器１５００は、１人又は複数の使用者が、ゲーム環境を見て、対話交流することを可能にする。ゲームは、投影装置１１０１を含む装置であるゲーム機器１５００の動き、位置、又は向きに基づいてナビゲートされる。手動操作用ボタン、フットペダル、言葉による命令（ｖｅｒｎａｌ ｃｏｍｍａｎｄｓ）のような他の制御用インターフェイスもまた、ゲーム環境中のナビゲーション、ゲーム環境との対話交流に貢献することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、トリガー１５４２は、１人又は複数の使用者が一人称の観点のビデオゲーム環境、すなわち、「一人称シューターゲーム」として知られるビデオゲーム環境にいるという幻想に貢献する。投影される表示は、ゲームアプリケーションと使用者の動作とを組み合わせて制御可能であるので、ゲーム機器１５００は、これらの使用者に対して、高度に信用可能な、又は「没入型」の環境を作り出す。

多くの他の一人称の観点のシミュレーションがまた、地震関連の３Ｄ地質探査、宇宙遊泳計画、ジャングルの林冠探検、自動車の安全教育、医療教育等の活動のために、ゲーム機器１５００により作り出される可能性がある。触覚インターフェイス１５４４は、反動、振動、震動、ガタガタ感等、多様な出力信号を提供することができる。触覚インターフェイス１５４４は、タッチセンサー式のディスプレイスクリーン又はスタイラスペンを必要とするディスプレイスクリーンのようなタッチセンサー式の入力機能を含んでいても良い。追加的な触覚インターフェイス、例えば、動きに対して感応的なプローブ用の入力及び／又は出力機能がまた、本発明のさまざまな実施形態に含まれる。

ゲーム機器１５００はまた、一体型音声スピーカ、分離型スピーカ、又はヘッドホンのような音声出力デバイスを含んでいても良い。これらの種類の音声出力デバイスは、有線的に、又は無線技術を介してゲーム機器１５００に接続されていても良い。例えば、無線式ヘッドホン１５４６は、使用者に、サウンド効果をブルートゥース接続を通じて提供するが、任意の同様の無線技術により自由に代替されても良い。いくつかの実施形態においては、無線式ヘッドホン１５４６は、マイクロホン１５４５又はバイノーラル式マイクロホン１５４７を含むことができるが、それにより複数の使用者、指導者、又は観察者が、通信可能になる。バイノーラル式マイクロホン１５４７は、通常、それぞれのイヤーピースにマイクを含み、使用者の頭の陰で修正された音声をキャプチャするようになっている。この機能は、他のシミュレーション参加者によって、バイノーラル聴取及び音像定位のために使用されても良い。

ゲーム機器１５００は、距離、周囲の明るさ、動き、位置、向き等を測る、任意の数のセンサ１５１０を含んでいても良い。例えば、ゲーム機器１５００は、デジタルコンパスを用いて、絶対的方位を検知することができる。また、相対的動きを、ｘ−ｙ−ｚジャイロスコープ又は加速度計を用いて検知することができる。いくつかの実施形態においては、ゲーム機器１５００は、別の加速度計又はジャイロスコープをも含み、デバイスの相対的な向き、又はデバイスの急加速や急減速を検知する。他の実施形態，においては、ゲーム機器１５００は、全地球測位衛星（ＧＰＳ）センサを含み、使用者が地球上の空間を移動するにつれて、その絶対的位置を検知する。

ゲーム機器１５００は、バッテリ１５４１及び／又は診断用ライト１５４３を含んでいても良い。例えば、バッテリ１５４１は、充電可能なバッテリであってよく、診断用ライト１５４３は、現在、どのくらいバッテリが充電されているかを示すことができるようになっている。他の例においては、バッテリ１５４１は、取り外し可能なバッテリクリップであってよく、ゲーム機器１５００は、追加のバッテリ、電気的キャパシタ又はスーパーキャパシタを有していてよく、放電したバッテリが充電されたバッテリと交換される間に機器の継続的な稼働を可能にする。他の実施形態においては、診断ライト１５４３が、使用者又はサービス担当の技術者に、このデバイス内に含まれる又はこのデバイスに接続されている電子部品のステータスについて、知らせることが可能である。例えば、診断用ライト１５４３は、受信している無線信号の強度を示し、又はメモリカードの有無を示すことができる。診断用ライト１５４３は、有機発光ダイオード又は液晶ディスプレイスクリーンのような、任意の小型スクリーンにより代替することができる。そのようなライト又はスクリーンは、ゲーム機器１５００外面上に設けてもよく、この機器のシェルが半透明又は透明の場合には外面下に設けてもよい。

ゲーム機器１５００の他の構成要素は、本デバイスから取り外し可能、脱着可能、又は分離可能であってよい。例えば、投影装置１１０１は、ゲーム機器のハウジング１５４９から脱着可能又は分離可能であってもよい。いくつかの実施形態においては、投影装置１１０１のサブ構成要素は、ゲーム機器のハウジング１５４９から脱着可能又は分離可能であるが、それでもなお機能する。

本発明がある実施形態と関連させて説明されてきたが、当業者ならば容易に理解できるように、本発明の範囲から逸脱することなく修正や変更を加えることが可能であるということは理解されるべきである。そのような、修正や変更は、本発明の、及び添付の請求項の範囲に含まれるものとみなされる。

１００ プロジェクタ
１０１ ノード／ビデオデータ
１０２ ビデオ処理部
１０４ 画素駆動発生器（画素駆動生成器）
１２０ デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）
１３０ 光源
１６０ 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置
１６２ 走査ミラー
１８０ 画像平面
１８２ 領域
１８４ 領域
１８６ 領域
１９２ ミラー制御回路
１９３ ノード
１１００ モバイル機器
１１０１ 走査式プロジェクタ／投影装置
１１１０ 無線インターフェイス
１１２０ プロセッサ
１１３０ メモリ
１２００ モバイル機器
１２０２ 音声ポート
１２０４ 制御ボタン
１２０６ カードスロット
１２０８ Ａ／Ｖポート
１２１０ ディスプレイ
１２２０ キーパッド
１４００ 眼鏡型機器
１５００ ゲーム機器
１５４１ バッテリ
１５４２ トリガー
１５４３ 診断用ライト
１５４４ 触覚インターフェイス
１５４５ マイクロホン
１５４６ 無線式ヘッドホン
１５４７ バイノーラル式マイクロホン
１５４９ ハウジング

Claims (15)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源からの光を反射するための、少なくとも一つの軸上で正弦波状のパターンを走査する走査ミラーと、
   固定周波数のＤＡＣクロックを受信し、画素を表すデジタル駆動値を受信し、前記レーザ光源をアナログ信号で駆動する、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）と、
   前記デジタル駆動値を発生させる画素値の発生器であって、デジタル駆動信号が、ビームの角速度が遅くなった時に前記固定周波数のＤＡＣクロックよりも少ない周期を占めることを特徴とする画素値発生器と、
   を備えている走査式レーザプロジェクタ。
2. 前記デジタル駆動信号が、前記固定周波数のＤＡＣクロックの部分的周期を占めることを特徴とする請求項１に記載の走査式レーザプロジェクタ。
3. 前記デジタル駆動信号が、異なる出力画素のための変化する継続時間を占めることを特徴とする請求項１に記載の走査式レーザプロジェクタ。
4. 前記デジタル駆動信号は、前記継続時間が短いとき、より大きな振幅に駆動されることを特徴とする請求項３に記載の走査式レーザプロジェクタ。
5. 前記ＤＡＣが、ゼロ復帰（ＲＴＺ）機能を含んでおり、且つ前記画素値発生器が、ＲＴＺを実行させる制御信号で前記ＤＡＣを駆動することを特徴とする請求項１に記載の走査式レーザプロジェクタ。
6. 前記デジタル駆動信号の一部分を空白とするために前記ＲＴＺが用いられたときに、前記画素値発生器が前記デジタル駆動値に振幅の乗数を適用することを特徴とする請求項５に記載の走査式レーザプロジェクタ。
7. 画素を表示するために変調されたレーザビームを第一の軸上で共振走査し、
   前記ビームの角速度が遅くなるときレーザビーム変調のデューティサイクルが減じられることを特徴とする走査式レーザプロジェクタ。
8. 前記デューティサイクルが減じられたとき、前記変調されたレーザビームの振幅が増やされることを特徴とする請求項７に記載の走査式レーザプロジェクタ。
9. 固定周波数クロックのいくつかの周期に亘って前記レーザ光源を駆動するためのデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を備えており、それぞれの画素が、同数の周期で描かれることを特徴とする請求項７に記載の走査式レーザプロジェクタ。
10. 固定周波数クロックのいくつかの周期に亘って前記レーザ光源を駆動するためのデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を備えており、すべての画素が同数の周期で描かれるわけではないことを特徴とする請求項７に記載の走査式レーザプロジェクタ。
11. 固定周波数クロックのより少ない周期数に亘って前記レーザ光源を駆動することによって、前記デューティサイクルが減じられることを特徴とする請求項７に記載の走査式レーザプロジェクタ。
12. 固定周波数クロックの部分的周期に亘って前記レーザ光源を駆動することによって、前記デューティサイクルが減じられることを特徴とする請求項７に記載の走査式レーザプロジェクタ。
13. 固定周波数クロックの部分的周期に亘って前記レーザ光源が駆動されたとき、前記変調したレーザビームの前記振幅が増やされることを特徴とする請求項１２に記載の走査式レーザプロジェクタ。
14. ビデオ情報を受信可能な無線受信器と、
    前記ビデオ情報を表示するための走査式レーザプロジェクタであって、画素を描くために、変調されたレーザビームを第一の軸上で共振走査する走査ミラーを含む走査式レーザプロジェクタと、を備え、
    前記ビームの角速度が遅くなるとき前記レーザビーム変調のデューティサイクル減じられることを特徴とするモバイル機器。
15. 携帯電話を含むことを特徴とする請求項１４に記載のモバイル機器。

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