JP5392894B2 - パターン上でデータ信号をスキャンミラーの動きに同期させる装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、ラスタパターンにおけるスキャンラインアラインメントに関し、そして、奇数および偶数のスキャンラインのパターン上でデータ信号を、各スキャンラインに沿って光線を掃引するように動作するスキャンミラーの動きと同期する装置および方法に関し、特に、低電力消費、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少の振動を維持しつつ、２次元画像をカラーで投影するように動作するカラー画像投影システムにおいて使用するための装置および方法に関する。

例えば、左から右にスクリーンを横切って掃引される、奇数の（ｏｄｄ）スキャンライン、および、例えば、右から左にスクリーンを横切って掃引される、偶数の（ｅｖｅｎ）スキャンラインからなるラスタパターン上でレーザビームを掃引するために、互いに直交する方向に振動する１対のスキャンミラーに基づいて、スクリーン上に２次元画像を投影することが一般的に公知である。各スキャンラインは、多数のピクセルを有する。上記レーザビームを放出するレーザは、ビデオ信号に応答してプロセッサによって活性化され、選択されたピクセルを照明させ、可視状態にし、見るためのスクリーン上に画像を生成する。しかしながら、公知の画像投影システムは、典型的には６４０×４８０ピクセルのビデオグラフィックスアレイ（ＶＧＡ)品質の１／４未満という制限された解像度で画像を
投影し、しばしば互いに対する画像オフセットを生成するスキャンライン中のミスアラインメントを被る。

投影される画像の輝度を最大化するために、奇数および偶数のスキャンラインの双方がビデオ信号を保持する、すなわち、画像は、奇数および偶数のスキャンラインの双方におけるビデオデータから構成される。各近接する対の奇数および偶数のスキャンラインは、オフセット画像の形成を妨げるために、互いに整列されなければならない。各近接する対の奇数および偶数のスキャンラインの間のこのような収束またはアラインメントを保証するために、ほぼ完璧な同期化、典型的には０．０１％未満の精度の同期化が、ビデオ信号と、各スキャンラインに沿ったレーザビームの掃引に関係するスキャンミラーの運動との間で維持されなければならない。

当該分野は、このような高い絶対精度を提供する試みのために、様々な位置また速度フィードバック回路を提案してきた。圧電性トランスデューサは、スキャンミラーの運動を検出することを示唆している。さらに、スキャンミラーの運動を示すフィードバック信号を生成するために、永久磁石が電磁コイルの近位のスキャンミラー上に取り付けられる。光学光エミッタおよび光検出器ならびに容量性センサもまた提案されている。

しかしながら、公知のフィードバック回路は、完全に満足のいくものではないことが、経験から示されている。必然的に、典型的には較正手順によって、修正されなくてはならないスキャンライン中のミスアラインメントがあり、該手順においては、画像が、例えば、人または機械のビジョンによって監視されて、スキャンラインが整列されるまでミラー駆動部が調節される。不幸なことに、この較正は、温度の変化、回路のコンポーネントのエージングに順応せず、したがって、消費者が実行することを好まない可能性がある手順を時々繰り返されなければならない。

グラフィックインディシア（例えば、２次元シンボル）の空間パターンを電気光学的に読み取るための特定の電気光学読み取り器はまた、スキャンミラーを動かすことによって、スキャンラインのラスタパターンとしてレーザビームを掃引する。各スキャンラインに
対して、２次元シンボルを読み取るために、シンボルを横切って、左から右または右から左に掃引されて使用されることが、望ましい。

したがって、本発明の一般的な目的は、特に、鮮明で明るい２次元画像を、表示スクリーン上に投影する画像投影装置における使用のために、スキャンラインをラスタパターンに整列させることである。

本発明の別の目的は、奇数および偶数のスキャンラインのパターン上でデータ信号を、各スキャンラインに沿って光線を掃引するように動作するスキャンミラーの動きと同期することである。

本発明のさらに別の目的は、画像投影装置において画像較正を排除することである。

本発明のさらに別の目的は、投影される画像の奇数のスキャンラインと偶数のスキャンラインとの間の完璧に近いアラインメントを達成することである。

追加の目的は、様々な形状要因の多くの機器において有用な、様々な小型、コンパクト、軽量および携帯可能なカラー画像投影装置を提供することである。

これら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、簡単に言うと、奇数および偶数のスキャンラインのパターン上のデータ信号、例えば、ビデオ信号を、各スキャンラインに沿って、光線、特にレーザビームを掃引するように動作するスキャンミラーの動きと同期するための装置および方法にある。

該装置は、中心位置の相対する終端における終端位置間でスキャンミラーを定期的に振動する駆動部を含む。例えば、一連の駆動パルスが、駆動部に定期的に加えられ、スキャンミラーを、機械的な共振周波数、例えば、３０ｋＨｚで振動させる。

該装置はまた、各奇数スキャンラインの掃引中に、該ミラーからの反射のために、第一の光パルスを該スキャンミラーに伝達するため、かつ各偶数スキャンラインの掃引中に、該ミラーからの反射のために、第二の光パルスを該スキャンミラーに伝達するための照明装置、例えば、発光ダイオードまたはレーザを含む。各近接する対の奇数および偶数のスキャンラインに対する第一および第二の光パルスは、同一の持続期間を有し、理想的には、各スキャンラインの中心に伝達される。

該装置は、第一および第二の光パルスによって、スキャンミラーから反射された光を検出するための検出器、例えば光検出器をさらに含んで、それぞれ、第一および第二の検出された信号を生成する。照明装置および検出器は、好ましくは、スキャンミラーの同一の側に位置し、検出器は、ミラーの終端位置の間で、各検出された信号を単調に生成する。

プロセッサは、駆動部、照明装置および検出器に動作するように接続され、第一および第二の検出された信号を処理して、各近接する奇数および偶数のスキャンラインに対するミラーの中心位置を決定し、駆動部を制御して、スキャンラインのパラーンのアラインメントのために、各奇数のスキャンラインに対する中心位置を、各偶数のスキャンラインに対する中心位置と整列させるように動作する。好ましい実施形態において、プロセッサは、各第一の検出された信号を積分して、第一の積分信号を生成する奇数インテグレータと、各第二の検出された信号を積分して、第二の積分信号を生成する偶数インテグレータと、該積分信号を比較し、該積分信号が同一であるときに各近接する奇数および偶数スキャンラインに対するミラーの中心位置を決定するためのマイクロプロセッサとを含む。一旦各スキャンラインに対するミラーの中心位置が知られると、各スキャンラインに対するミラーの終端位置が知られる。全てのスキャンラインの位置が知られ、全てのスキャンラインは互いに整列する。

画像投影装置の場合には、各スキャンラインは、多数のピクセルを有し、該プロセッサは、ビデオ信号に応答して、スキャンライン上で、選択されたピクセルを照明させ、可視状態にし、画像を生成する。全てのスキャンラインのアラインメントによって、オフセット画像は生成されず、従って較正が必要でなくなる。

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角度Ａにわたって、および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角度Ｂにわたって、延在している。以下に記載されているように、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ている。

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、例えば、２００２年３月４日出願の、米国特許出願第１０／０９０，６５３号明細書（この米国特許出願は、本出願の譲受人に譲渡されており、参照により本明細書に援用される）に示されているように、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を有するものを含んでいる。

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ビームを放出する。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のそれぞれ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、青色ビームの輪郭を整形するために、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、２倍の周波数の緑色光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、緑色レーザモジュール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、緑色レーザモジュールの一部分である。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制御電流を調整する。

以下に記載されるように、レーザは、約１００ＭＨｚ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、緑色レーザビームをパルス発振するために、緑色レーザモジュールの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に到達する前に、できるだけ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、第１の水平スキャン角度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、第２の垂直スキャン角度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、米国特許出願第１０／３８７，８７８号（２００３年３月１３日出願）（この米国特許出願は、本出願の譲受人に譲渡されており、参照により本明細書に援用されている）において見出すことができる。以下に記載されているように、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ている。

使用中、周期的な信号は、各トランスデューサに周期的な駆動電圧を印加し、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が延びているとき、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が延びているとき、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、電気的フィードバック信号を生成し、フィードバック制
御回路（図４〜図５には示されていない）に、ワイヤ９４、９６に沿って、電気的フィードバック信号を導く。

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と、周期的な駆動信号の受信に応答して、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奇数または偶数の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（ａｌｉ
ｇｎｍｅｎｔ）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おり、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、および緑色レーザの１つ以上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１１４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、別のフレームが処理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。

本発明にしたがうと、ラスタパターン１８におけるスキャンラインは、互いに整列されている。記載を簡単にするために、左から右（ｌｅｆｔ−ｔｏ−ｒｉｇｈｔ）に掃引されるスキャンラインは、奇数ライン（ｏｄｄ ｌｉｎｅ）と表され、右から左（ｒｉｇｈｔ−ｔｏ−ｌｅｆｔ）に掃引されるスキャンラインは、偶数ライン（ｅｖｅｎ ｌｉｎｅ）と表されるが、反対に、左から右に掃引されるスキャンラインが、偶数ラインと表され、右から左に掃引されるスキャンラインが、奇数ラインと表されることもあり得る。前方反射表面２１２から表示スクリーンに入射する合成レーザビーム４０、５６、５８を掃引するために、各スキャンラインは、スキャンミラー６４（図８に分離して示されている）によって掃引される。スキャンミラー６４は、ドライバ１６８によって、その機械的共振周波数で周期的に駆動されるが、図９は、時間の関数としての角運動としてプロットされたスキャンミラー６４の正弦波の振動を示している。代表的な偶数ライン２００に対し、時間ｔ_ａは、ミラー６４の１つの端の位置を示している一方で、時間ｔ_ｂは、ミラー６４の反対の端の位置を示している。同様に、代表的な奇数ライン２０１に対し、時間ｔ_ｂおよびｔ_ｃは、ミラー６４の端の位置を示している。

図１０は、整列されたときの、代表的なスキャンライン２００、２０１の上述のビデオ信号を示している。したがって、ライン２００に対するビデオ信号は、ｔ_ａにおいて開始し、ｔ_ｂにおいて終了する一方で、ライン２０１に対するビデオ信号は、ｔ_ｂにおいて開始し、ｔ_ｃにおいて終了する。

図１１は、隣接する偶数ライン２００と奇数ライン２０１との間にミスアラインメント
（ｍｉｓａｌｉｇｈｎｍｅｎｔ）が存在しているときの、ビデオ信号を示している。ここで、ライン２００に対するビデオ信号は、ｔ_ｂにおいて終了しないが、ｔ_ｄの後に終了する。また、ライン２０１に対するビデオ信号は、ｔ_ｃにおいて終了しないが、ｔ_ｅの後に終了する。

図１２は、表示スクリーン上のピクセルの位置を示している概略図である。ミラー２００、２０１、２０２の中心の位置は、それぞれ、点Ａ、Ｂ、Ｃとして示されており、これらは、垂直方向のアラインメントであり、正確な収束（ｃｏｒｒｅｃｔ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）と呼ばれる。しかしながら、ミラーの中心の位置が、点Ａ’、Ｂ’、Ｃ’によって示されているように、スキャンライン２００、２０１、２０２の真ん中からずれている場合、不正確な収束（ｉｎｃｏｒｒｅｃｔ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ）とも呼ばれる、垂直方向のミスアライメントが存在する。本発明は、ラスタパターンの全てのスキャンラインの間で、正確な収束を保証することを目的としている。

本発明にしたがうと、照明器２１４、例えば、発光ダイオードまたはレーザは、スキャンミラー６４の後方反射面２１６と対面するように配置されており、以下に記載されるように、光パルスを伝送し、そこから反射させ、検出器２１８（例えば、フォトダイオード）によって検出させるように、動作可能である。照明器２１４および検出器２１８は、ミラー６４の同じ側に配置される。検出器２１８は、図１３に示されているように、単色応答特性を有しており、検出器は、ミラー６４の１つの端の位置（スキャン角度＝−Ｄ）において最も弱い信号を検出し、ミラー６４の中心の位置（スキャン角度＝ゼロ度）においていくぶん強い信号を検出し、ミラー６４の反対の端の位置（スキャン角度＝＋Ｄ）において最も強い信号を検出する。

図１４は、本発明の好適な実施形態を示しており、上述のコントローラ１１４は、ミラードライバ１６８を介して、スキャンミラー６４を共振させる。図１５は、ミラーが機械的共振周波数で振動するときに、時間の関数としてのミラーの変位を示している。コントローラ１１４は、周期的な駆動振動を生成するが、有利にも、図１６に示されている一連の駆動パルスにおいては、正の駆動パルス２２０は、ミラーの１つの端の位置で生成され、負の駆動パルス２２２は、ミラーの反対の端の位置で生成される。その他の周期的な信号が用いられることがある。

コントローラ１１４はまた、照明器ドライバ２２４を介して、図１７に示されているように、第１の光パルス２２６、第２の光パルス２２８で、照明器２１４を変調する。光パルスは、１８０°の位相だけ分離され、同じ持続時間を有している。第１の光パルス２２６は、代表的な奇数スキャンライン２０１の中心に伝送されるが、第２の光パルス２２８は、代表的な偶数スキャンライン２０２の中心の近くに伝送される。

図１８は、検出器２１８の応答を示している。スキャンライン２０１の間で、ビームが左から右に掃引されるとき、信号２３２は、図１３の単色応答特性にしたがって、検出器によって、上昇が検出される。スキャンライン２０２の間で、ビームが右から左に掃引されるとき、信号２３４は、ここでもまた図１３の単色応答特性にしたがって、検出器によって、下降が検出される。

検出された信号２３２、２３４は、増幅器２３０に導かれる。左から右へのインテグレータ（ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ）２３６は、信号２３２を積分し、図１９〜図２０における、左から右への積分されたパルス２４０を生成する。右から左へのインテグレータ２３８は、信号２３４を積分し、図１９〜図２０における、右から左への積分されたパルス２４２を生成する。

積分されたパルス２４０、２４２は、コントローラ１１４に供給される。光パルス２２６、２２８（図１７）が、隣接するスキャンライン２０１、２０２（図１５）のそれぞれのちょうど中心に存在している場合、積分されたパルス２４０、２４２（図１９）は、ミラーの中心の位置（ゼロ度）において一致し得る。なぜならば、ミラー６４は、反対の方向に、光パルス２２６、２２８の両方の間にちょうど同じ角度を掃引し得るからである。光パルス２２６、２２８（図１７）が、代表的な隣接するスキャンライン２０１、２０２（図１５）のちょうど中心の位置に存在しない場合、積分されたパルス２４０、２４２（図２０）は、ミラーの中心の位置においては、一致しない。例えば、図２０は、積分されたパルス２４０、２４２が、ミラーの中心の位置においてずれていることを示している。コントローラ１１４は、ずれ条件（ｏｆｆｓｅｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を検出し、ミラードライバ１６８を制御することにより、駆動パルス２２０、２２２の位相をシフトさせ、中心の位置における、積分されたパルス２４０、２４２の対称性を復元させる。言い換えると、スキャンミラーは、位相の位置を正確に知られていることが前提とされなければならない。一旦ミラーの中心の位置が知られると、その端の位置もまた知られる。ミラー６４は、奇数掃引（ｏｄｄ ｓｗｅｅｐ）および偶数掃引（ｅｖｅｎ ｓｗｅｅｐ）の両方の間に、一定の速度でスキャンされる。各スキャンラインは、同数のピクセルを有している。したがって、各偶数スキャンライン上のピクセルは、各奇数スキャンライン上のピクセルと整列される。このようにして、スキャンラインは、正確に収束され、従来技術のように、較正されるべき、ずれのある画像は生成されない。

上述のように、光パルス２２６、２２８の持続時間は、スキャンミラーの各周期に対して等しい。この持続時間は、次の周期では等しいとは限らず、好適には周期ごとにランダムに変化する。言い換えると、各周期の光パルスに対する持続時間は等しいが、各周期の次の周期に対しては、異なっている。この特徴は、誤差を除去することが目的である。例えば、塵がミラー６４の後方反射面２１６上に蓄積することによって、図１３の検出器の応答曲線上の予測不可能な位置に、スパイクまたはノイズを引き起こし得る。そのようなスパイクは、ミラーの中心位置における積分されたパルス２４０、２４２の整合性に悪影響を与えるので、次の周期に対して、パルス２２６、２２８の持続時間をランダムに変化させることによって、そのようなスパイクは、十分多くの周期にわたって無視され得る。

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であり、この携帯型機器は、そこからの作動距離において画像を投影する。 図２は、図１の機器に取り付けるための画像投影装置の、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の装置に用いるための慣性駆動部の前から見た斜視図である。 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、本発明にしたがう同期化装置の一部分の概略図である。 図９は、時間に対するミラー運動のグラフである。 図１０は、代表的なスキャンラインに正確に収束されたビデオ信号のグラフである。 図１１は、代表的なスキャンラインに不正確に収束されたビデオ信号のグラフである。 図１２は、表示スクリーン上に正しく収束されたピクセルと正しく収束されていないピクセルとの概略図である。 図１３は、ミラーのスキャン角度の関数としての検出器の応答特性のグラフである。 図１４は、本発明にしたがう同期化装置の電気回路図である。 図１５は、時間に対するミラーの変位のグラフである。 図１６は、ミラーを駆動させるために用いられる駆動パルスのグラフである。 図１７は、照明器を変調させるために用いられる照明器パルスのグラフである。 図１８は、検出器によって検出された検出信号のグラフである。 図１９は、積分された信号がミラーの中心の位置にマッチするときの、ミラーのスキャン角度に対する積分された信号のグラフである。 図２０は、図１９に類似したグラフであるが、ミラーの中心の位置における積分された信号のミスマッチを示している。

Claims (8)

1. 奇数のスキャンラインおよび偶数のスキャンラインのパターン上でデータ信号を、各スキャンラインに沿って光線を掃引するように動作可能なスキャンミラーの動きに同期させる装置であって、
   中心位置の両側の終端における終端位置と終端位置との間で、該スキャンミラーを周期的に振動させる駆動部と、
   各奇数のスキャンラインの掃引中に、該スキャンミラーからの反射のために第一の光パルスを該スキャンミラーに伝送し、かつ、各偶数のスキャンラインの掃引中に、該スキャンミラーからの反射のために第二の光パルスを該スキャンミラーに伝送する照明装置であって、第一の対の互いに隣接する奇数および偶数のスキャンラインの該第一および第二の光パルスは、同一の伝送持続時間である、照明装置と、
   該第一および第二の光パルスによって、該スキャンミラーから反射される光を検出することにより、第一および第二の検出信号をそれぞれ生成する検出器と、
   該駆動部と該照明装置と該検出器とに動作可能に接続されたプロセッサであって、該プロセッサは、該第一および第二の検出信号を処理することにより、互いに隣接する奇数および偶数のスキャンラインの各々に対して該ミラーの中心位置を決定し、かつ、該スキャンラインのパターンのアラインメントのために、各奇数のスキャンラインに対する該中心位置と、各隣接する偶数のスキャンラインに対する該中心位置とを整列させるように該駆動部を制御する、プロセッサと
   を備え、
   第二の対の互いに隣接する奇数および偶数のスキャンラインの該第一および第二の光パルスの伝送持続時間は、該第一の対の伝送持続期間とは異なり、
   該照明装置は、レーザ、または、発光ダイオードである、装置。
2. 前記装置は、レーザビームを前記光線として放出するレーザを含み、各スキャンラインは、所定の数のピクセルを有し、前記プロセッサは、ビデオ信号に応答して、該スキャンライン上の選択されたピクセルが照明され、可視状態にされることにより、画像を生成するように該レーザを活性化する制御装置を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記スキャンミラーは、前記レーザビームが入射する第一の反射面と、前記光パルスが入射する第二の反射面とを有する、請求項２に記載の装置。
4. 前記照明装置は、変調可能な光源であり、前記検出器は、光検出器であり、該光源および該光検出器は、前記スキャンミラーの同一の側に位置し、該スキャンミラーの前記第二の反射面に面している、請求項３に記載の装置。
5. 前記光検出器は、前記第一および第二の検出信号を生成し、該第一および第二の検出信号は、該第一および第二の検出信号が単調に増加するか減少するように前記スキャンミラーの終端位置と終端位置との間で検出される、請求項４に記載の装置。
6. 前記駆動部は、前記スキャンミラーを周期的に振動させるための周期的なミラー駆動信号を生成する、請求項１に記載の装置。
7. 前記プロセッサは、各第一の検出信号に対して積分演算を実行することにより、第一の積分信号を生成する奇数インテグレータと、各第二の検出信号に対して積分演算を実行することにより、第二の積分信号を生成する偶数インテグレータと、該第一の積分信号と該第二の積分信号とを比較し、互いに隣接する奇数および偶数のスキャンラインの各々に対する前記ミラーの前記中心位置において該第一の積分信号と該第２の積分信号とが同一であるか否かを決定する制御装置とを含む、請求項１に記載の装置。
8. 前記プロセッサは、前記第一の対の互いに隣接する奇数および偶数のスキャンラインの前記第一および第二の光パルスの前記伝送持続時間が同一であるように維持し、かつ、前記第二の対の互いに隣接する奇数および偶数のスキャンラインの該第一および第二の光パルスの該伝送持続時間が、該第一の対の該伝送持続時間と異なるように変更するように動作する制御装置を含む、請求項１に記載の装置。
   

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