JP2018533300A

JP2018533300A - 走査ビームプロジェクタのパルスレーザ制御

Info

Publication number: JP2018533300A
Application number: JP2018517308A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．マクビティー，パトリック
Original assignee: マイクロビジョン，インク．
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2018-11-08
Also published as: KR20180051635A; US9560328B1; EP3342012A4; KR102594244B1; CN108141002B; CN108141002A; EP3342012A1; WO2017062092A1; EP3342012B1

Abstract

簡潔に述べると、一または複数の実施形態に従って、走査ビームプロジェクタは、ビームを放射するレーザダイオード（１１４）と、表面上にビームを走査して仮想的なピクセルを含む画像を表面上に投影するための走査エンジン（１１０）と、提供されるデジタルビデオ信号に応答してレーザダイオードにビームを放射させる、レーザダイオードに結合されたデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）と、ＤＡＣにデジタルビデオ信号を提供するためのパルスピクセル制御器と、を備えており、パルスピクセル制御器は、ＤＡＣに提供されるデジタルビデオ信号を画像の仮想的なピクセルと位置合わせし、レーザダイオードによって生成するそれぞれの仮想的なピクセルのための最適な波形を選択する。
【選択図】図１

Description

走査ビームビデオプロジェクタ（スキャンビームの映像プロジェクタ）は、理想的には、等間隔の仮想的なピクセル（ｖｉｒｔｕａｌｐｉｘｅｌ、仮想画素）のグリッドを、表面に投影（投射）する。

幾何学的形状、光路歪み、およびスキャナ速度の変化に起因して、それぞれの仮想的なピクセルは、連続的に変化する時間周期で、表面を横切って走査される。デジタル走査ビーム投影の１つの課題は、この連続的に変化する時間周期をデジタル制御システムの固定されたクロック周期に一致させることである。レーザ使用の走査ビームビデオプロジェクタの別の課題は、レーザから連続的に低光量出力（ｌｏｗｌｉｇｈｔｐｏｗｅｒ、低光パワー）を発生させる場合、より高いレーザ出力を発生させるよりも、はるかに効率的でないことである。オフ状態とより高い光量出力との間で調節（ｍｏｄｕｌａｔｅ、変調）することにより、低光量出力を発生させることは、はるかに効率的である。この調節により、映像コンテンツの最大輝度を低減することができる。

従来において、走査レーザを用いるビデオプロジェクタは、レーザ駆動波形を発生させるために、一定のサンプル周波数のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）を使用している。連続的に変化する仮想的なピクセルの周波数とこれらの波形を再同期（ｒｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅ）させるために、デジタルアップサンプリングおよび補間が使用されてもよい。アップサンプリングは、高いバストランザクションのパワーコスト（ｐｏｗｅｒｃｏｓｔ，出力費用、力の損失）を持つ、はるかに高いＤＡＣサンプリングレートを含む。補間は、特にコンピュータ処理の映像コンテンツについて、画像の鮮明さの損失を引き起こす可能性がある。レーザの光学的出力の調節は、いずれも、一定周波数のＤＡＣを用いた２つの直交する方法（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｗａｙ）で、試みられてきた。第一の方法は、同じ波形を有するそれぞれがゼロではないＤＡＣサンプルを提供する。この方法は、レーザスペックルアーチファクトの低減と、効率の向上を示しているが、プロジェクタの最大輝度を大幅に低下させる。第二の方法は、それぞれのピクセルの期間におけるＤＡＣサンプルを一つを除いて全てゼロ（ａｌｌｂｕｔｏｎｅｚｅｒｏ）とする。この方法は、レーザ効率の増加を示すが、アクティブサンプルがそれぞれのピクセルの位置にロックされないので、輝度の低下および著しい映像のアーチファクトを示す。

請求項記載の発明の主題は、明細書の結論部分において特に指摘されるとともに、明確に請求される。ただし、かかる主題は、以下の添付図面と共に読み、以下の詳細な説明を参照することによって理解することができる。

図１は、一または複数の実施形態に従った、パルスピクセル制御器を有するレーザビームスキャナのブロック図である。図２は、一または複数の実施形態に従った、ビームパルス（パルス波形の光線）と仮想的なピクセルの配列、および、ビームパルスの波形選択を図示した図１のレーザビームスキャナの一部分のブロック図である。図３は、一または複数の実施形態に従った、図１のパルスピクセル制御器のブロック図である。図４は、一または複数の実施形態に従った、一定のピクセル幅を有するが可変のビームパルス幅を有する、動的に位置合わせされた（ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙａｌｉｇｎｅｄ）パルスを示す、エネルギーデューティサイクルセレクタを用いた波形選択の図である。図５は、一または複数の実施形態に従った、一定のエネルギーパルス幅を有するが可変なピクセル幅を有する、動的に位置合わせされたパルスを示す、エネルギーデューティサイクルセレクタを用いた波形選択の図である図６は、一または複数の実施形態に従った、仮想的なピクセルの選択された領域にビームパルス波形を配置するための、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）に対するダイナミックエッジエンジンおよびプログラム可能な遅延線の時刻測定と更新の図である。図７は、一または複数の実施形態に従った、表面上に画像を投影する方法のフロー図である。図８は、一または複数の実施形態に従った、走査ビームプロジェクタのためのパルスピクセルを制御するための情報処理システムのブロック図である。図９は、一または複数の実施形態に従った、制御されたパルスピクセルを有する走査ビームプロジェクタを含む情報処理システムの等角図である。図１０は、一または複数の実施形態に従った、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）として配置された、制御されたパルスピクセルを有する走査ビームプロジェクタを含む車両の図である。図１１は、一または複数の実施形態に従った、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）として配置された、制御されたパルスピクセルを有する走査ビームプロジェクタを含むアイウェア（眼鏡型機器）の図である。

説明の簡単化および／または明瞭化のために、図面に示される要素は、必ずしも縮尺通りに描かれていないことは理解すべきである。例えば、要素のいくつかの寸法は、明瞭化のために他の要素に対して誇張されている。また、適切と考えられる場合、参照番号は、対応するおよび／または類似の要素を示すために、図面間で反復されている。
以下の詳細な説明では、請求の範囲の発明の主題の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細内容が記載されている。しかし、当業者には理解されるであろうこれらの具体的な詳細内容がなくとも、請求の範囲に記載の主題を実施することができる。他の例では、周知の方法、手順、構成要素および／または回路は詳細に説明されていない

以下の説明および／または特許請求の範囲において、結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）、および／または接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）という用語が、それらの派生語と共に使用される。特定の実施形態では、接続されるという用語は、２以上の要素が互いに直接的に物理的および／または電気的に接触していることを示すために使用される。結合されるという用語、２以上の要素が直接的に、物理的および／または電気的接触の状態であることを意味することができる。しかし、結合されるという用語は、２以上の要素が互いに直接接触していないが、それでもなお互いに協働および／または相互作用できることも意味してもよい。例えば、「結合される」は２以上の要素が互いに接触していないが、他の要素または中間要素を介して間接的に結合されていることを意味しうる。最後に、用語「〜の上で（ｏｎ）」、「〜の上で（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）」および「〜の上で（ｏｖｅｒ）」が、二以上の要素が互いに直接的に物理的接触していることを表すのに使用されてもよい。しかし、「ｏｖｅｒ」は二以上の要素が互いに直接接触していないことを意味してもよい。例えば、「ｏｖｅｒ」は、別の要素の上部に一つの要素が存在するが、互いに接触しておらず、別の要素、または別の複数の要素を二つの要素の間に有してもよい。さらに、用語「および／または」は、「および」、「または」、「排他的な−又は」、「いくつかの、しかし全てではない」、「どちらも〜ない」、および／または「両方」を意味してもよいが、特許請求の範囲の発明の主題の範囲はこの点に限定されない。以下の説明および／または請求項では、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、およびその派生語が使用されてもよく、互いに同義語を意味する。

図１を参照すると、一または複数の実施形態に従った、パルスピクセル制御器（ｐｕｌｓｅｄｐｉｘｅｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，パルス波形による画素の制御手段）を有するレーザビームスキャナのブロック図が記載されている。図１に示すように、レーザビームスキャナ１００は、第一の方向に第一の軸を中心として振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｅ）し、第二の方向に第二の軸を中心として振動するように駆動される、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ミラー１１２を備える走査エンジン１１０を備えていることができる。レーザダイオード１１４は、たとえば走査エンジン１１０で反射されるレーザビーム１１６のような光線を放射することができ、ＭＥＭＳミラー１１２は、反射されたビーム１１６を走査して、表面１２０上に画像１１８を生成する。図１は、説明を目的として、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）を基盤とするディスプレイなどの走査ビームディスプレイシステムの一つの種類を図示しているが、多数ある中のいくつか例として、２つの単軸スキャナを使用するもの、回転ポリゴンスキャナ、ガルバノメトリックスキャナ、および、一次元空間光変調器と単一軸スキャナとの組み合わせを使用するシステムを含む、他の種類の走査ディスプレイも、請求される発明の主題として使用されてもよく、特許請求の範囲の発明の主題はこの点に限定されないことに留意すべきである。

一または複数の特定の実施形態では、図１に示すようなレーザビームスキャナ１００は、ＰｉｃｏＰ（登録商標）と呼ばれる米国ワシントン州レッドモンドのマイクロビジョン社により開発されたピコプロジェクタを備えることができる。そのような実施形態では、このピコプロジェクタのレーザダイオード１１４は、それぞれのレーザの出力に近接するレンズを備えた、１つの赤色レーザダイオード、１つの緑色レーザダイオード、および１つの青色レーザダイオードを備えてもよい。これらのそれぞれのレンズは、レーザからの光を集光し、出力で極めて開口数（ＮＡ）の低いビームを提供する、レーザからの光は、ダイクロイック要素（ｄｉｃｈｒｏｉｃｅｌｅｍｅｎｔ）で組み合わされて単一の白色ビームにすることができる。結合されたビーム１１６は、ビームスプリッタおよび／または基本的な折り畳みミラー光学部品を使用して、表面１２０上にラスターパターンで出力ビーム１１６を走査する走査エンジン１００に配置された二軸ＭＥＭＳ走査ミラー１１２に中継されることができる。走査される出力ビーム１１６の位置に同期してレーザを変調することにより、投影画像１１８を生成することができる。一または複数の実施形態では、レーザビームスキャナ１００は、統合型フォトニクスモジュール（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＰｈｏｔｏｎｉｃｓＭｏｄｕｌｅ、ＩＰＭ）として知られる単一のモジュールを備えてもよく、ある実施形態ではＩＰＭの高さが７ミリメートル（ｍｍ）以下であり、他のいくつかの実施形態ではＩＰＭは、高さが５ｍｍ未満であってもよい。さらに、ＩＰＭ１００は、総量で５立方センチメートル（ｃｃ）未満の体積であってもよいが、特許請求の範囲の発明の主題の主題はこの点に限定されるものではない。一または複数の実施形態では、レーザビームスキャナは、入力として受けとった映像信号に応答して、表面１２０上の画像１１８を発生させることができるスタンドアロン装置を備えてもよい。一または複数の実施形態では、以下の図８に関連して表示、説明される情報処理システムに一体化、または結合されてもよい。

一または複数の実施形態において、レーザビームスキャナ１００は、ビーム１１６をラスターパターンで表面１２０に沿って走査し、画像１１８を生成するときの、走査ビーム１１６のパルス発生を制御するためのパルスピクセル制御器１２６を含む。パルスビームは、画像１１８上の予定されたピクセル位置でパルス波形を発生させ、予定されたピクセル位置は、仮想的なピクセルとして参照することができる。ビームパルスから表面１２０上で発生した波形は、画像１１８の実際の物理量としてのピクセル値を含む。パルスピクセル制御器１２６は、ビームパルスを適切なタイミングで整列させることによって、仮想的なピクセルが表面１２０上の位置を変更するときにビームパルスの物理的位置が仮想的なピクセルと一致することができるように、ビームパルスを発生させるように構成することができる。さらに、パルスピクセル制御器１２６は、それぞれのピクセルについて最大限に効率的な波形を選択することによって、ピクセルごとのビームパルスの出力効率（ｐｏｗｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を最大とするように構成することができる。仮想的なピクセルのビームパルスの配列と波形選択とは、以下に、より詳細に説明される。

一または複数の実施形態で、ビデオプロセッサ１２２は、ビデオデータの入力を受信し、当該ビデオデータをビデオバッファに提供し、ビデオバッファは、順に、ビデオデータをパルスピクセル制御器１２６に供給する。パルスピクセル制御器は、ビデオデータに対応するデジタル信号をデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１２８に提供する。デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１２８は、アナログ信号に応答してレーザビーム１１６を放射するためのレーザダイオード１１４を駆動するために、デジタル信号をアナログ信号に変換する。仮想的なピクセルに対するビームパルスの位置の決定を容易にするために、センサ（図示せず）を走査エンジン１１０に配置して、ＭＥＭＳミラー１１２の瞬間的位置に関するフィードバックを提供してもよい。例えば、湾曲アームについてのＭＥＭＳミラー１１２の回転量を示す湾曲アームの撓み量に比例する電気信号を発生させる、ＭＥＭＳミラー１１２の湾曲アーム上に配置された圧電センサを介して、フィードバックが提供される。フィードバック信号は、センサフィードバック信号をミラー位置推定器１３４に対するデジタル信号として提供するためのセンサフィードバック１３０として、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１３２に提供されることができる。ミラー位置推定器１３４は、ＭＥＭＳミラー１１２の位置を推定し、推定されたミラー位置をメモリアドレス計算器１３６に提供する。メモリアドレス計算器１３６は、ビームパルスに対応する画像１１８のピクセルのピクセルアドレスを決定する。ピクセルアドレスは、パルスピクセル制御器１２６に供給され、その結果、画像１１８の仮想的なピクセルでビームパルスを整列させ、ビームパルスを提供するために、パルスピクセル制御器１２６は正しいタイミングの調整量、または遅延を決定することができる。さらに、もう一つのセンサ（図示せず）が、センサフィードバック１３８をもう一つのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１４０に提供するために、レーザダイオード１１４によって放射されるビーム１１６の強度を決定することができる。もう一つのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１４０は、順次、デジタル信号をレーザフィードバックプロセッサ１４２に提供する。レーザフィードバックプロセッサ１４２は、パルスによるビーム波形の強度を決定し、この情報をパルスピクセル制御器１２６に提供し、パルスピクセル制御器１２６が、レーザダイオード１１４によって発生するビームパルスのエネルギーを制御することを可能にする。その結果、パルスピクセル制御器１２６は、センサフィードバック１３０およびセンサフィードバック１３８を使用して、画像１１８の仮想的なピクセルに対して、ビームパルスの配列を容易にするとともに、十分なピクセルエネルギーを維持している間にビームパルスの波形を制御してレーザビーム１１６のオフタイム（ｏｆｆ−ｔｉｍｅ、消灯時間）を最大にすることができる。ビームパルスの配列および波形選択の更なる詳細が、図２を参照して以下に説明される。

図２を参照して、一または複数の実施形態に従った、仮想的なピクセルとビームパルスの配列とビームパルスの波形選択を図示している、図１のレーザビームスキャナの部分的ブロック図を、以下で説明する。図２が示すように、走査ビームディスプレイ１００は、ダイナミックエッジエンジン（ｄｙｎａｍｉｃｅｄｇｅｅｎｇｉｎｅ，ＤＥＥ)２１０、エネルギーデューティサイクルセレクタ（ｅｎｅｒｇｙｄｕｔｙｃｙｃｌｅｓｅｌｅｃｔｏｒ，ＥＤＳ）２１４、およびプログラム可能な遅延線（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｄｅｌａｙｌｉｎｅ）２１６を備えており、それらは全て、図１のパルスピクセル制御器１２６の機能のブロックを含むことができる。図２のレーザビームディスプレイ１００の配置は、例示のために簡略化されている、また、図示されている要素は必ずしも比例または縮尺で描かれていないことに留意すべきである。図２に示す概念的配置では、レーザダイオード１１４は、ビームパルス２２４を発生させるために、走査エンジン１１０のＭＥＭＳミラー１１２で反射されるレーザビーム１１６を放射する。ビームパルス２２４は、望ましい位置での画像１１８の仮想的なピクセル２２２を含む、実体ピクセル（ｐｈｙｓｉｃａｌｐｉｘｅｌ、物理的な画素）を含む。ダイナミックエッジエンジン２１０は、ビームパルス２２４を、対応する仮想的なピクセル２２２と位置合わせする（ａｌｉｇｎ、整列させる）。走査エンジン１１０は、レーザビーム１１６をその水平方向の走査経路に沿って方向付けするため、ダイナミックエッジエンジン２１０は、ビームパルス２２４の遅延時間を、プログラム可能な遅延線２１６で制御することによって、仮想的なピクセル２２２に対するビームパルス２２４のタイミングを制御する。ビデオデータ２１８は、クロック２２０によって制御されているので、規則的なクロック間隔（ｒｅｇｕｌａｒｃｌｏｃｋｉｎｔｅｒｖａｌ）で受信される。このため、ビデオデータは、所定の対応する仮想的なピクセル２２２内で、所定のビームパルス２２４を位置合わせするために、それぞれのピクセルに対してクロック基準（ｃｌｏｃｋｂａｓｉｓ）毎に時間的にわずかに遅延されてもよい。遅延量はクロック基準によりクロック毎に変化してもよく、これにより、各ビームパルス２２４の位置合わせを、対応するそれぞれの仮想的なピクセル２２２毎に個別に調整してもよい。さらに、エネルギーデューティサイクルセレクタ２１４は、それぞれの仮想的なピクセル２２４のための波形の効率を最大とし、または最大に近くなるように、それぞれの個々のビームパルス２２４の波形を選択することができる。ビームパルス２２４のための波形選択の更なる詳細は、以下の図３および図４に表示および説明されている。

ここで図３を参照して、一または複数の実施形態に従った、図１のパルスピクセル制御器のブロック図が説明される。図３に示すように、パルスピクセル制御器１２６は、ピクセルアドレスおよびエネルギー信号を受信して、エネルギーデューティサイクルセレクタ２１４に、ピクセル位置、幅、およびエネルギー信号を出力する、ピクセルタイミングデコーダ３１０を備えることができる。エネルギーデューティサイクルセレクタ２１４は、レーザ逆モデルブロック（ｌａｓｅｒｉｎｖｅｒｓｅｍｏｄｅｌｂｌｏｃｋ）３１２に対して、ピクセル位置、幅、エネルギー、および波形を提供する。レーザ逆モデルブロックは、センサフィードバック信号１３０、１３８、及びエネルギーデューティサイクルセレクタ２１４からのエネルギーおよび波形信号を含むフィードフォワード信号３１６を受信した、モデルパラメータ推定ブロック３１４からの信号を受け取る。これに加えて、モデルパラメータ推定ブロック３１４は、レーザ逆モデルブロック３１２からのＤＡＣ値である内部フィードバック３１８を受信する。内部フィードバック３１８は、フィードフォワード信号３１６と共に、センサフィードバック信号１３０および１３８で許容されるであろう時間尺度（ｔｉｍｅｓｃａｌｅ）よりも速い時間尺度で、レーザ逆モデルブロック３１２のパラメータを調整するために使用することができる。レーザ逆モデルブロック３１２は、ＤＡＣ値、ＤＡＣ位置、およびＤＡＣ１２８のためのクリア位置（消去位置）信号を、ダイナミックエッジエンジン２１０に提供する。以下の図６に示すように、ダイナミックエッジエンジン２１０は、ＤＡＣサンプルの位置合わせを提供する。以下の図４および図５を参照して説明するように、エネルギーデューティサイクル制御器２１４は、ビームパルスの波形の選択を提供する。

ここで図４を参照すると、一または複数の実施形態に従った、一定のピクセル幅を有するがビームパルス幅を変化する動的に位置合わせされたパルスを示すエネルギーデューティサイクルセレクタを伴う波形選択の図が説明される。図４に示すように、エネルギーデューティサイクルセレクタ２１４は、対応する仮想的なピクセル２２２のために、レーザビーム１１６のビームパルスの波形選択を提供する。出力効率を最大にするために、エネルギーデューティサイクルセレクタ２１４は、それぞれのピクセルのための、最も効率的な、達成可能な波形を決定する。波形は、仮想的なピクセル２２２の命令された光エネルギー（ｃｏｍｍａｎｄｅｄｏｐｔｉｃａｌｅｎｅｒｇｙ）および時間周期（期間）に基づいて決定されてもよい。レーザダイオード１１４とそれによるレーザビーム１１６のオフタイムを最大とし、一方で十分なピクセルのエネルギー精度を維持する波形が選択される。このような波形選択の工程は、結果として、単一の拡大縮小された（ｓｃａｌｅｄ）パルス波形の構成によって、レーザビームディスプレイ１００の全体的な効率を向上させることができる。また、最も明るいピクセルのためにピクセル全体に亘って一定値である波形を使用することにより、波形選択の工程は、走査ビームディスプレイ１００が等価なパルスではないディスプレイの輝度と同等の最大輝度を維持することを可能にする。

グラフ４１０は、ナノ秒（ｎｓ）単位のピクセル幅に対するミリジュール（ｍＪ）単位の望ましいピクセルの光エネルギーを示している。領域４１２では、ピクセル幅が非常に狭いため、ピクセル幅は達成することが不可能である。領域４１４では、レーザダイオード１１４は、この領域のより短い時間でピクセルエネルギーのレベルを達成することができないので、光エネルギーが達成不可能である。領域４１６では、光エネルギーは達成可能であるが、ピクセルの期間内でパルスを止めるためには時間が不十分であり、光エネルギーは十分なピクセルエネルギーを維持する。領域４１８では、仮想的なピクセル２２２の幅は一定であるが、ビームパルス２２４の幅は変化する可能性がある。図４に示すように、領域４１６内の垂直な線４２０は、一定値のピクセル幅を表す。領域４１６内でピクセルの光エネルギーを増加させるために、対応するビームパルス２２４の振幅は、ビームパルス２２４の幅が一定のままである一方で、ピクセルエネルギー値の増加と共に振幅が増加している。ピクセルの光エネルギーを領域４１８内の、例えば垂直線４２２に沿って増加させるために、ビームパルス２２４の幅は増加するピクセルエネルギー値と共に増加し、一方で、ビームパルス２２４の振幅は一定のままである。従って、エネルギーデューティサイクルセレクタ２１４は、動的に位置合わせされたビームパルス２２４のために、領域４１８からビームパルス２２４の波形を選択する。結果として、領域４１８において、ビームパルス２２４の動的な位置合わせおよび波形選択は、最大振幅が選択されることを可能にし、最大振幅は、レーザダイオード１１４の動作（Ｉ_ＴＨ）の閾値を常に超過し、レーザダイオード１１４の動作のより大きな効率性を提供する閾値を常に超過し、その閾値に接近する、またはその値を下回ることはない。さらに、ビームパルス２２４は仮想的なピクセル２２２の中心部内に整列され、当該仮想的なピクセル２２２は、ビームパルス２２４が仮想的なピクセル２２２の端部にある場合に発生する可能性のあるピクセルのぼやけ（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）を回避する。さらに、各ピクセルの最大輝度は、ビームパルス２２４が仮想的なピクセル２２２の中心に位置合わせされたときに達成することができる。

ここで図５を参照すると、一または複数の実施形態に従った、一定のエネルギーパルス幅を有するがピクセル幅が変化する、動的に位置合わせされたパルスを示すエネルギーデューティサイクルセレクタを用いた波形選択の図が説明される。図５のグラフ５１０は、以下の例外を除き、図４のグラフ４１０と実質的に同様である。グラフ５１０は、望ましいピクセルの光エネルギー（Ｅ_ｉ）に対するパルス幅（Ｗ_ｉ）を示す。水平な線５１２に沿った一定のピクセルエネルギーのために、仮想的なピクセル２２２の幅が変化してもよい。領域４１６内で、線５１２に沿った一定のピクセルエネルギーのために、ビームパルス２２４は幅が増加し、ビームパルス２２４は振幅が減少する。領域４１８内では、線５１２に沿った一定のエネルギーのために、仮想的なピクセル２２０の幅は可変であってもよいが、ビームパルス２２４の幅および高さは一定のままである。従って、エネルギーデューティサイクルセレクタ２１４は、与えられた仮想的なピクセル２２２の幅に基づき、領域４１８からのビームパルス２２４の波形を選択することができる。

ここで図６を参照すると、一または複数の実施形態に従った、仮想的なピクセルの選択された領域にビームパルス波形を配置するための、ダイナミックエッジエンジンおよびプログラム可能な遅延線のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）に対する時間測定（ｔｉｍｅ計時）と更新（ｕｐｄａｔｅ）の図を説明する。図６が示すように、ダイナミックエッジエンジン２１０は、例えば、仮想的なピクセル２２２の端部またはその近傍ではなくむしろ仮想的なピクセル２２２の中心に、対応する仮想的なピクセル２２２内でビーム１１６としてレーザダイオード１１４から放出されるビームパルス２２４の配列を制御するために、プログラム可能な遅延線２１６を制御し、且つＤＡＣ１２８に提供される値を制御する。ＤＡＣ１２８に提供されたサンプルの位置合わせまたは再配列は、クロック基準により（ｂｙｃｌｏｃｋｂａｓｉｓ、クロックに基づいて）、クロックを使用して（ｏｎｃｌｏｃｋ）プログラム可能な遅延線２１６を動的に再構成することによって、ダイナミックエッジエンジン２１０によって実行することができる。プログラム可能な遅延線２１６は、ＤＡＣ１２８への更新（ｕｐｄａｔｅ）を正確に計時して（ｔｉｍｅ）、その仮想的なピクセル２２２の中心またはその近傍で命令されたビームパルス２２４を配置して形成する。ダイナミックエッジエンジン２１０によるビームパルス２２２４の位置合わせは、例えば、画像１１８の外観を軟調（ｓｏｆｔｅｎ）にする可能性のあるＤＡＣサンプルの補間の使用を回避することにより、画像１１８のシャープネスの増加を提供することができる。さらに、ダイナミックエッジエンジン２１０によるビームパルス２２４の位置合わせは、ビームパルス２２４が仮想的なピクセル２２２と整合しない場合に生じる可能性のある画像アーチファクトを回避することができる。

一度ビームパルス２２４の幅が既知になると、ビームパルス２２４の値は、ダイナミックエッジエンジン２１０によってパケット化されることができる。ダイナミックエッジエンジン２１０に提供される入力６１０の波形は、ＤＡＣコード値、ＤＡＣ位置の値、およびクリア位置の値のためのパケット化されたＤＡＣ波形６１４を備える。ＤＡＣ１２８に提供される出力６１２の波形は、ビームパルス２２４を仮想的なピクセル２２２と位置合わせするための、プログラム可能な遅延線２１６から受信したＤＡＣクロック値、クリア値、およびＤＡＣコードの値を含む。連続領域ではなくむしろパルス領域内でＤＡＣ波形６１４をパケット化することによって、最大または最大に近い効率および明るさが達成されることができる。いくつかの実施形態では、画像１１８をズームアウトすると、画像１１８のいくつかのピクセルは小さすぎる場合がある。この場合、仮想的なピクセル２２２の幅は、適用すべきビームパルス２２４の波形の最小閾値よりも小さい。その結果、ダイナミックエッジエンジン２１０は、次のアドレスのための画像データを待つことができ、２つの仮想的なピクセル２２２を単一のビームパルス２２４の波形と組み合わすことができるが、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこれらの点に限定されるものではない。

図７を参照して、一または複数の実施形態に従った、画像を表面上に投影する方法のフロー図が説明される。図７は、方法７００の動作の、１つの特定の順序および数を示し、一方で、他の実施形態では、方法７００は、様々な他の順序で、より少ない動作を含むことができる。特許請求の範囲に記載された主題の範囲は、これらの点に限定されない。いくつかの実施形態では、いくつかのブロックの動作は、同時にまたは少なくとも部分的に同時に行われてもよく、いくつかのブロックの動作は、順次行われてもよいが、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこれらの点に限定されるものではない。ブロック７１０で、ビーム１１６は、表面１２０上を走査するように生成されることができる。ブロック７１２で、表面１２０上に投影される画像に対応するビデオ信号に応答して、表面１２０上でビームを走査することができる。ブロック７１４で、ビームパルス２２４が画像１１８の仮想的なピクセルで、表面１２０上に生成される。ブロック７１６で、クロック基準によりクロック上でビームパルス２２４を遅延させることにより、ビームパルス２２４を仮想的なピクセル２２４と位置合わせさせることができる。ブロック７１８で、対応する仮想的なピクセル２２２の各々のためのビームパルス２２４の波形が選択されることができる。ブロック７２０で、仮想的なピクセル２２２のための十分なエネルギーを維持しつつレーザビーム１１６のオフタイムを最大としてもよく、例えば、ピクセルの明るさを最大とする一方で、エネルギー効率をも最大とする。いくつかの実施形態では、図７の方法７００は、電子メモリなどの非一時的な記憶媒体を含む製造された物品に記憶されたコードまたは命令として実施することができ、コードまたは命令は、プロセッサ、ロジック、または他の回路に、その方法を全体的または部分的に実行させることができるが、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこれらの点に限定されるものではない。このようなプロセッサおよび非一時的な記憶媒体を備えるメモリ装置の一例が、以下に、図８を参照して詳細に説明される。

図８を参照して、一または複数の実施形態に従った、パルスレーザ制御を利用したＭＥＭＳレーザビームディスプレイを有する情報処理システムのブロック図を説明する。情報処理システム８００は、スマートフォン、タブレット、携帯型ゲーム装置、パーソナルコンピュータ等のような、いくつかのタイプのコンピューティングプラットフォームの一例を示すものの、情報処理システムは、図８に示されているよりも多い、またはより少ない要素、および／または異なる要素の組み合わせを含んでもよい。ただし、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこれらの点に限定されない。情報処理システム８００は、例えば、表示面に画像を投影するため、さらに、パルスレーザ制御を実現するための投影表示として、図１のレーザビームディスプレイ１００を利用することができるが、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこれらの点に限定されるものではない。

一または複数の実施形態では、情報処理システム８００は、アプリケーションプロセッサ８１０と、ベースバンドプロセッサ８１２を含んでいてもよい。アプリケーションプロセッサ８１０は、アプリケーションおよび情報処理システム８００のための様々なサブシステムを実行するための汎用プロセッサとして利用することができる。アプリケーションプロセッサ８１０は、単一のコアを含むことができ、あるいは複数のプロセッシングコアを含むことができ、例えば、一または複数のコアは、デジタル信号プロセッサまたはデジタル信号処理コアを含んでいてもよい。さらに、アプリケーションプロセッサ８１０は、同じチップ上に配置されたグラフィックスプロセッサまたはコプロセッサを含むことができ、その代わりに、アプリケーションプロセッサ８１０に結合されたグラフィックスプロセッサ８１０は、別個のグラフィックスチップを含むことができる。アプリケーションプロセッサ８１０は、キャッシュメモリなどのオンボードメモリを含むことができ、さらに、動作中にアプリケーションを記憶および／または実行するための同期型ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）８１４、および、情報処理システム８００の電源が切られていても、アプリケーションおよび／またはデータを記憶するＮＡＮＤフラッシュ８１６などの外部記憶装置に結合されてもよい。一または複数の実施形態では、情報処理システム８００を動作または構成する命令、および／または、ここに説明される方法で動作するその構成要素またはサブシステムのいずれかが、非一時的な記憶媒体を含む製造品に記憶することができる。一または複数の実施形態では、記憶媒体は、本明細書に記載され説明される任意の記憶装置を含むことができるが、特許請求の発明主題の範囲はこの点に限定されるものではない。ベースバンドプロセッサ８１２は、情報処理システム８００のための広帯域無線機能を制御することができる。ベースバンドプロセッサ８１２は、ＮＯＲフラッシュ８１８のこのような広帯域無線機能を制御するためのコードを格納することができる。ベースバンドプロセッサ８１２は、例えば、第３世代（３Ｇ）または第４世代（４Ｇ）ネットワーク、または同等のネットワーク、あるいは、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）ネットワークなどの、それよりも上位のネットワークを介して、ブロードバンドネットワーク信号を変調および／または復調するために使用される無線広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）トランシーバ８２０を制御する。ＷＷＡＮトランシーバ８２０は、ＷＷＡＮ広域ネットワークを介して無線周波数信号を送受信するための一または複数のアンテナ８２４にそれぞれが結合された、一または複数の出力増幅器８２２に結合する。また、ベースバンドプロセッサ８１２は、一または複数の適切なアンテナ８２８に結合され、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、および／または、ＩＥＥＥ８０２．００ａ／ｂ／ｇ／ｎ規格などを含む振幅変調（ＡＭ）または周波数変調（ＦＭ）の無線規格を介して通信可能な、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）を制御することができる。アプリケーションプロセッサ８１０およびベースバンドプロセッサ８１２に関して、単なる例示的な実施形態であることに留意すべきであり、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこれらの点に限定されない。例えば、ＳＤＲＡＭ８１４、ＮＡＮＤフラッシュ８１６、および／またはＮＯＲフラッシュ８１８の任意のうちの１つまたは複数は、磁気メモリ、カルコゲニドメモリ、相変化メモリ、またはオボニックメモリのような他のタイプのメモリ技術を含むことができるが、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこの点に限定されるものではない。

一または複数の実施形態では、アプリケーションプロセッサ８１０は、様々な情報またはデータを表示するためのディスプレイ８３０を駆動することができ、さらに、ユーザからのタッチ入力を、例えば、指またはスタイラスで、タッチスクリーン８３２を介して受け取ることができる。例えば、環境光センサ８３４によって検出される環境光の明度の係数としてディスプレイ８３０の輝度値またはコントラスト値を制御するように、情報処理システム８００が動作している環境光の量を検出するために、環境光センサ８３４を利用してもよい。アプリケーションプロセッサ８１０によって処理されるおよび／またはＮＡＮＤフラッシュ８１６に少なくとも一時的に記憶された画像を捕捉するために、一または複数のカメラ８３６を利用してもよい。さらに、アプリケーションプロセッサは、情報処理システム８００の位置、動作、および／または配向を含む、様々な環境特性を検出するための、ジャイロスコープ８３８、加速度計８４０、磁力計８４２、オーディオコーダ／デコーダ（ＣＯＤＥＣ）８４４および／または適切なＧＰＳアンテナ８４８に結合されたグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）制御器８４６に結合していてもよい。代替的には、制御器８４６は、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）制御器を備えてもよい。オーディオＣＯＤＥＣ８４４は一または複数のオーディオポート８５０に結合され、例えば、ヘッドホンおよびマイクロフォンジャックなどのオーディオポート８５０を介して情報処理システムに結合された内部装置および／または外部装置のいずれかを介してマイクロフォン入力およびスピーカ出力を提供してもよい。さらに、アプリケーションプロセッサ８１０は、例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート、高精細マルチメディアインタフェース（ＨＤＭＩ（登録商標））ポート、シリアルポート等の一または複数のＩ／Ｏポート８５４に結合するために、一または複数のＩ／Ｏトランシーバ８５２に結合する。さらに、一または複数のＩ／Ｏトランシーバ８５２は、セキュアデジタル（ＳＤ）または加入者識別モジュール（ＳＩＭ）のような、任意の着脱式メモリのための一または複数のメモリスロット８５６に結合してもよいが、特許請求の発明主題の範囲はこれらの点に限定されるものではない。一または複数の実施形態では、レーザビームディスプレイ１００は、一または複数のＩ／Ｏトランシーバ８５２に結合されてもよく、情報処理システム８００のハウジング内に一体化されていてもよく、またはハウジングの外部に配置されてもよいが、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこれらの点に限定されるものではない。

図９を参照して、一または複数の実施形態に従ったパルスレーザ制御を利用したレーザビームディスプレイ１００を含む情報処理システムの等角図を説明する。図９の情報処理システム９００は、図８の情報処理システム８００の具体的な実施形態を表すことができる。情報処理システム９００は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ネットブック、ノート型コンピュータ、インターネット閲覧装置、タブレット、パッド等を含む複数のタイプのコンピュータプラットフォームのいずれかを備えてもよいが、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこれらの点に限定されない。図９に示す例では、本明細書で説明されるように、例えば、ここで説明されるように、走査出力ビーム９２０を提供して画像を投影するために、および／またはパルスレーザ制御を行うために、情報処理システム９００はレーザビームディスプレイ１００を収容するためのハウジング９１０を備えることができる。情報処理システム９００は任意で、タッチスクリーンディスプレイ、キーボード９１４または他の制御ボタンまたはアクチュエータ、任意のマイク入力を有するスピーカまたはヘッドホンジャック９１６、制御ボタン９１８、メモリカードスロット９２０、および／または入出力（Ｉ／Ｏ）ポート９２２、またはそれらの組み合わせであってもよい、ディスプレイ９１２を含むことができる。さらに、情報処理システム９００は、他の形状因子と、図示されているよりも少ないまたは多い特徴を含んでもよいが、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこれらの点に限定されない。

図１０を参照して、一または複数の実施形態に従ったヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）として配備されたパルスレーザ制御を利用したレーザビームディスプレイを含む車両の図を説明する。図１０に示す実施形態では、レーザビームディスプレイ１００は、例えば自動車１０１０のダッシュボードに配置するなど、車両１０１０に配置することができ、レーザビームディスプレイ１００は、車両の操作者または搭乗者が見ることができる画像１０２０を投影することができる。図１０は、パルスレーザ制御をディスプレイプロジェクタとして利用するレーザビームディスプレイ１００の一例の配置を示すが、同様の他の配置が提供されてもよく、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこの点に限定されるものではない。

図１１を参照して、一または複数の実施形態に従ったヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）としてパルスレーザ制御を利用したレーザビームディスプレイを含むアイウェアの図を説明する。図１１に示す実施形態では、レーザビームディスプレイビームスキャナ１００は、アイウェア１１１０、または、アイウェア１１１０のフレームに取り付けられる、および、アイウェア１１１０の着用者が見ることができる画像１１２０を投影できる他のヘッド装着装置に配備することができる。図１１は、混合モード深度検出をディスプレイプロジェクタとして利用するレーザビームディスプレイ１００の配備の一例を示すが、他のタイプの同様の配備が提供されてもよく、特許請求の範囲に記載された主題の範囲はこの点に限定されるものではない

特許請求の範囲に記載された主題の範囲は、ある程度の特殊性をもって記載されているが、特許請求の範囲に記載された主題の範囲の趣旨および／または範囲から逸脱することなく、その要素を当業者が変更できることを理解すべきである。走査ビームプロジェクタパルスレーザ制御に関係する発明の主題およびその付随する実用性の多くは、前述の説明によって理解されるであろう。また、請求された発明主題の範囲および／または趣旨から逸脱することなく、またはその材料の優位性の全てを犠牲にすることなく、および／または、実質的な変更をそこに加えることなく、構成要素の形式、構造および／または構成に様々な変更を加えることができることは明らかであろう。ここで説明される形態は、単にその説明的な実施形態に過ぎない。請求項はかかる変更を網羅し、および／または含むことを意図している。

Claims

走査ビームプロジェクタであって、
ビームを放射するレーザダイオードと、
表面上に仮想的なピクセルを含む画像を投影するために、前記表面上にビームを走査する走査エンジンと、
前記レーザダイオードに結合されたデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）であって、当該ＤＡＣに提供されるデジタルビデオ信号に応答して、前記レーザダイオードに前記ビームを放射させるデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）と、
前記デジタルビデオ信号を前記ＤＡＣに提供するためのパルスピクセル制御器であって、前記パルスピクセル制御器は、前記ＤＡＣに提供された前記デジタルビデオ信号を前記画像の前記仮想的なピクセルと位置合わせさせ、前記仮想的なピクセルのために前記レーザダイオードが発生させる最適な波形を選択することを特徴とする走査ビームプロジェクタ。
前記パルスピクセル制御器は、対応する仮想的なピクセルのためのピクセルを形成するために、前記ＤＡＣへの更新の計時に基づいて、クロック基準によりクロック上でプログラム可能な遅延線のセットを構成するダイナミックエッジエンジンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の走査ビームプロジェクタ。
前記パルスピクセル制御器は、対応する仮想的なピクセルのための最大または最大に近い効率の波形を提供するためのエネルギーデューティサイクルセレクタを備えることを特徴とする請求項１に記載の走査ビームプロジェクタ。
前記波形は、前記仮想的なピクセルの、望ましい光エネルギーおよび時間間隔の少なくとも一部に基づいて選択されることを特徴とする請求項３に記載の走査ビームプロジェクタ。
前記波形は、十分なピクセルエネルギーを維持する一方で、前記レーザダイオードのオフタイムを最大または最大に近くなるように選択されることを特徴とする請求項３に記載の走査ビームプロジェクタ。
前記走査エンジンの位置を推定し、且つ前記走査エンジンの位置を前記パルスピクセルの制御器に提供して、前記仮想的なピクセルに対する、前記ＤＡＣに提供された前記デジタルビデオ信号の位置合わせを容易にする、位置推定器をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の走査ビームプロジェクタ。
画像を表面に投影する方法であって、
画像を作成するために、前記表面を走査するビームを生成するステップであって、前記画像が仮想的なピクセルを含んでおり、
前記画像に対応するビデオ信号に応答して、前記表面に前記ビームを走査するステップと、
前記画像の前記仮想的なピクセルで、前記表面上にビームパルスを生成するステップであって、クロック基準による所定のクロック上の量によって前記ビームパルスを遅延させていることにより、前記ビームパルスが前記仮想的なピクセルと位置合わせされていることを特徴とする画像を表面に投影する方法。
前記ビームパルスは、プログラム可能な遅延線のセットによって遅延されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
前記ビームパルスを前記仮想的なピクセルの選択された領域に配置するために、前記ビームパルスは、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）への、時間の更新が遅延されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
情報処理システムであって、
プロセッサおよび前記プロセッサに結合されたメモリと、
前記プロセッサに結合されており、前記プロセッサに保存された画像を投影する走査ビームプロセッサであって、前記走査ビームプロセッサが、
ビームを放射するレーザダイオードと、
前記画像を表面に投影するために前記ビームを前記表面上に走査する走査エンジンであって、前記画像が仮想的なピクセルを含んでいることを特徴とする、走査エンジンと、
前記画像に対応して提供されたビデオ信号に応答して、前記レーザダイオードに前記ビームを放射させる、前記レーザダイオードと結合されたデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）と、
前記デジタルビデオ信号を前記ＤＡＣに提供するパルスピクセル制御器であって、前記ＤＡＣに提供された前記デジタルビデオ信号を、前記画像の前記仮想的なピクセルと位置合わせさせ、前記仮想的なピクセルに関する前記レーザダイオードが発生させた最適な波形を選択する前記パルスピクセル制御器と、
を備えていることを特徴とする情報処理システム。
前記パルスピクセル制御器は、対応する仮想的なピクセルのためのピクセルを形成するために、前記ＤＡＣへの更新の計時に基づいて、クロック基準によりクロック上でプログラム可能な遅延線のセットを構成するダイナミックエッジエンジンを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の情報処理システム。
前記パルスピクセル制御器は、対応する仮想的なピクセルのための最大または最大に近い効率の波形を提供するためのエネルギーデューティサイクルセレクタを備えることを特徴とする請求項１０に記載の情報処理システム。
前記波形は、前記仮想的なピクセルの、望ましい光エネルギーおよび時間間隔の少なくとも一部に基づいて選択されることを特徴とする請求項１２に記載の情報処理システム。
前記波形は、十分なピクセルエネルギーを維持する一方で、前記レーザダイオードのオフタイムを最大または最大に近くなるように選択されることを特徴とする請求項１２に記載の情報処理システム。
前記走査エンジンの位置を推定し、且つ前記走査エンジンの位置を前記パルスピクセルの制御器に提供して、前記仮想的なピクセルに対する、前記ＤＡＣに提供された前記デジタルビデオ信号の位置合わせを容易にする、位置推定器をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の情報処理システム。