KR101839008B1 - 이미지를 투영하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 이미지를 투영하는 방법이 제공되며, 이 방법은 이미지를 표시하기 위해 디스플레이 표면 상에 투영될 수 있도록 구성되는 광 신호를 제공하는 단계; 및 제 1 구동 신호를 제 1 반사 표면에 인가함으로써 제 1 반사 표면과 동작가능하게 협력하는 액츄에이터를 사용하여 디스플레이 표면에 걸쳐서 광 신호를 주사하기 위해 제 1 반사 표면을 발진하는 단계를 포함하며, 제 1 구동 신호의 상승 시간 또는 하강 시간은 제 1 반사 표면의 발진의 공진 주파수에 반비례한다.

Description

이미지를 투영하는 방법{A METHOD FOR PROJECTING AN IMAGE}

본 발명은 디스플레이 표면(display surface)상에 이미지를 투영하는 방법에 관한 것으로서, 특히 디스플레이 표면에 걸쳐서 투영된 광을 주사하기 위해 하나 이상의 미러들을 발진시키는 것을 수반하는 디스플레이 표면 상에 이미지를 투영하는 방법에 관한 것이지만, 오직 이것에만 국한되는 것은 아니며, 하나 이상의 미러의 발진 구동 신호 형상은 디스플레이 표면 상에 가시적인 이미지의 품질을 개선하기 위해 최적화된다.

MEMS 마이크로미러(micro-mirror) 디바이스는 광 MEMS(Micro-Electrical-Mechanical-System)를 포함하는 디바이스이다. 광 MEMS는 시간에 따라 광을 이동 및 편향시키도록 적응된 원통형, 직사각형 또는 정사각형 마이크로미러를 포함할 수 있다. 마이크로미러는 통상 토션 아암들(torsion arms)에 의해 고정 부분에 연결되고 1축 또는 2축을 따라 틸트(tilt)되고 발진될 수 있다. 상이한 구동 원리들은 정전, 열, 전자기 또는 압전을 포함하여 사용될 수 있다. MEMS 마이크로미러 디바이스들은 이들의 마이크로미러들의 면적이 약 수 mm²인 것이 공지되어 있다. 이 경우에, 패키징을 포함하는 MEMS 디바이스의 치수들은 약 10mm²이다. 이 디바이스는 통상 실리콘으로 제조되고, 추진하는 구동 전자 장치를 포함할 수 있는 패키지에 인캡슐레이션(encapsulation)될 수 있다. 예를 들어 렌즈들, 빔 결합기, 쿼터 웨이브 플레이트(quarter-wave plate)들, 빔 스플리터 및 레이저 칩들과 같은 각종 광 부품들은 예를 들어 투영 시스템과 같은 완성 시스템을 구축하기 위해 패키지된 MEMS와 함께 조립된다.

MEMS 마이크로미러 디바이스들의 전형적인 애플리케이션은 투영 시스템들을 위한 것이다. 투영 시스템에서, 2-D 이미지 또는 비디오는 디스플레이 표면 상에 표시될 수 있으며; 2-D 이미지 또는 비디오의 각 픽셀은 변조된 적색, 녹색 및 청색 레이저 광원들을 예를 들어 빔 결합기에 의해 결합함으로써 생성된다. 변조된 적색, 녹색 및 청색 레이저로부터의 조합된 광은 광 빔(a beam of light)으로서 빔 결합기로부터 방출된다. 빔 결합기로부터 방출되는 광 빔은 펄스들을 포함하고, 각 펄스는 2-D 이미지 또는 비디오의 픽셀에 해당할 것이다. MEMS 마이크로미러 디바이스는 2-D 이미지, 또는 비디오가 픽셀 바이 픽셀(pixel-by-pixel)로 디스플레이 표면 상에 표시되도록 광 빔을 디스플레이 표면에 지향시키고 디스플레이 표면에 걸쳐서 지그재그(zig-zag) 또는 리사쥬(lissajou) 패턴으로 광 빔을 주사하기 위해 발진된다. MEMS 마이크로미러 디바이스 내의 마이크로미러는 2-D 이미지 또는 비디오의 각 픽셀이 연속적으로 재생되도록 광을 좌측으로부터 우측으로 그리고 상단으로부터 하단으로 연속적으로 주사할 것이다. 발진 마이크로미러의 속도는 완전한 2-D 이미지 또는 비디오가 디스플레이 표면 상에서 보여지도록 하는 것이다.

전형적으로, MEMS 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러는 1축을 따라 발진될 수 있다. 그러므로, 디스플레이 표면 상에 2-D 이미지를 표시하기 위해, 투영 시스템은 2개의 MEMS 마이크로미러 디바이스들을 요구할 것이고; 제 1 MEMS 마이크로미러 디바이스는 광을 수평을 따라 주사하기 위해 요구되고, 제 2 MEMS 마이크로미러 디바이스는 광을 수직을 따라 주사하기 위해 요구된다. 제 1 및 제 2 MEMS 마이크로미러 디바이스들은 그들의 각 마이크로미러들의 발진축들이 직교하도록 정확히 배치될 수 있다.

동작 동안, 제 1 MEMS 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러는 빔 결합기로부터 광을 수신하고 광을 제 2 MEMS 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러에 편향시킨다. 제 2 MEMS 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러는 광을 픽셀로서 나타나는 디스플레이 표면에 차례로 편향시킬 것이다. 제 1 MEMS 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러는 광을 수평을 따라 주사하기 위해 발진됨으로써 픽셀 바이 픽셀로 디스플레이 표면 상에 픽셀들의 제 1 행을 표시한다. 픽셀들의 제 1 행이 디스플레이 표면 상에 투영되었을 때, 제 2 MEMS 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러는 제 1 MEMS 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러로부터 수신되는 광이 픽셀들이 표시되는 다음 행을 향해서 지향되도록 그것의 발진 축에 대하여 이동할 것이다. 그 다음, 제 1 MEMS 마이크로미러 디바이스의 마이크로미러는 광을 수평을 따라 주사하여 픽셀들의 다음 행을 표시하기 위해 발진될 것이다. 프로세스는 완전한 이미지가 디스플레이 표면 상에 보여지도록 연속적이다. 전형적으로, 제 2 MEMS 마이크로미러 디바이스 내의 마이크로미러의 발진의 속도는 제 1 MEMS 마이크로미러 디바이스 내의 마이크로미러의 발진의 속도보다 훨씬 더 느릴 것이다. 따라서, 제 2 MEMS 마이크로미러 디바이스 내의 마이크로미러(즉 광을 수직을 따라 주사할 책임이 있는 마이크로미러)는 종종 '저속 미러(slow mirror)'로 지칭되고, 제 1 MEMS 마이크로미러 디바이스 내의 마이크로미러(즉 광을 수평을 따라 주사할 책임이 있는 마이크로미러)는 종종 '고속 미러(fast mirror)'로 지칭된다.

동일한 MEMS 마이크로미러 디바이스 내에 고속 및 저속 마이크로미러를 제공하는 것이 또한 공지되어 있다. 유리하게, 그러한 MEMS 마이크로미러 디바이스들의 경우에, 마이크로미러들은 그들의 발진 축들이 직교하도록 MEMS 마이크로미러 디바이스 내에 제조 단계 동안 미리 배열된다. 추가 장점은 디스플레이 표면 상에 2-D 이미지를 표시하기 위해 투영 시스템이 단지 하나의 그러한 MEMS 마이크로미러 디바이스를 요구한다는 것이다.

다른 MEMS 마이크로미러 디바이스들은 2개의 직교 발진 축을 따라 발진할 수 있는 단일 2-D 마이크로미러를 포함한다. 동작 동안, 단일 2-D 마이크로미러는 빔 결합기로부터 변조된 광을 수신하고 광을 픽셀로서 나타나는 디스플레이 표면에 편향시킨다. 단일 2-D 마이크로미러는 광을 수평을 따라 주사하기 위해 제 1 발진 축을 따라 발진됨으로써 디스플레이 표면 상에 픽셀들의 제 1 행을 표시할 것이다. 픽셀들의 제 1 행이 디스플레이 표면 상에 투영되었을 때, 단일 2-D 마이크로미러는 픽셀들이 표시되는 다음 행을 향해서 빔 결합기로부터 수신되는 광이 지향되도록 제 2 발진 축에 대하여(제 1 발진 축과 직교함) 발진된다. 단일 2-D 마이크로미러는 광을 빔 결합기로부터 수평을 따라 주사하기 위해 제 1 발진 축을 따라 발진함으로써 디스플레이 표면 상에 픽셀들의 다음 행을 표시할 것이다. 프로세스는 완전한 이미지가 디스플레이 표면 상에 보여지도록 연속적이다. 2-D 마이크로미러는 제 1 및 제 2 발진 축 둘 다에 대하여 동시에 발진되는 것이 또한 가능하다. 2개의 직교 발진 축을 따라 발진할 수 있는 단일 2-D 마이크로미러를 사용하는 장점은 디스플레이 표면 상에 2-D 이미지를 표시하기 위해 단일 마이크로미러만이 요구된다는 것이다. 전형적으로, 제 1 발진 축에 대한 단일 2-D 마이크로미러의 발진의 속도는 제 2 발진 축에 대한 단일 2-D 마이크로미러의 발진의 속도보다 훨씬 더 크며; 따라서, 제 1 발진 축(즉 단일 2-D 마이크로미러가 광을 수평을 따라 주사하기 위해 발진되는 축)은 "고속 축(fast axis)"으로서 공지되어 있고, 제 2 발진 축(즉 단일 2-D 마이크로미러가 광을 수직을 따라 주사하기 위해 발진되는 축)은 "저속 축(slow axis)"으로 공지되어 있다.

각 발진 축들에 대한 마이크로미러들의 발진의 속도는 디스플레이 표면 상에 보여지는 투영된 이미지의 품질에 크게 영향을 준다. 예를 들어, 고속 미러가 그의 발진 축에 대하여 너무 빠르게 발진되면, 이 때 디스플레이 표면 상의 연속적인 픽셀들 사이의 간격은 너무 커질 것이고 투영된 이미지는 디스플레이 표면 상에 흐리게 나타날 것이다. 반대로, 고속 미러가 그의 발진 축에 대하여 너무 느리게 발진되면, 이 때 연속적인 픽셀들의 중첩이 디스플레이 표면 상에 생성할 수 있고 디스플레이 표면 상에 가시적인 투영된 이미지의 품질은 손상될 것이다.

통상, "고속 미러"는 발진의 그의 기계적 공진 주파수에서 발진되거나, 단일 2-D 마이크로미러의 경우에 그것은 통상 "고속 축"에 대한 발진의 그의 기계적 공진 주파수에서 발진된다. 그러므로, "고속 미러" 또는 "고속 축"에 대한 단일 2-D 마이크로미러의 발진의 속도는 다른 특성들(전력 소비, 주사 각도)을 손상시키지 않고 더 이상 증가될 수 없다. 대조적으로, "저속 미러"의 발진의 속도 및 "저속 축"에 대한 단일 2-D 마이크로미러의 발진의 속도는 증가 및 조작될 수 있다.

"저속 미러"의 발진의 속도는 바람직하게는 고속 미러가 행을 따라 주사할 때 광이 표시 스크린에 걸쳐서 지그재그 패턴으로 주사되도록 저속 미러는 매우 느리게 발진되도록 한다.

고속 미러 및 저속 미러는 2-D 이미지 또는 비디오의 각 픽셀이 디스플레이 표면에 투영되었을 때까지 계속 발진되어야 한다. 디스플레이 표면에 걸쳐서 투영기(projector)로부터 광을 주사하는 프로세스는 연속적으로 반복되고 완전한 이미지가 디스플레이 표면 상에 보여지는 것을 보장하는 속도에서 수행된다. 따라서, 2-D 이미지 또는 비디오의 픽셀들 각각을 표시하기 위해 투영기로부터의 광이 디스플레이 표면에 걸쳐서 주사되었다면, 투영기로부터의 광은 투영된 이미지가 "재생"될 수 있도록 주사 프로세스가 다시 한번 시작할 수 있게 하기 위해 이미지의 상단을 향해서 다시 투영되어야 한다. 광을 이미지의 상단으로 한번 더 지향시키기 위해, 저속 미러는 그의 원래 위치로 복귀되도록 발진되어야 한다. 바람직하게는, 저속 미러는 다시 그의 원래 위치로 즉시 발진되어야 한다. 따라서, 이상적으로 저속 미러의 발진의 진폭은 도 1에 도시된 바와 같이 톱니 프로파일(saw-tooth profile)을 가져야 한다.

시점들 A 및 B 사이에서 저속 미러는 광을 디스플레이 표면을 따라 수직으로 주사하기 위해 느리게 발진된다. 저속 미러에 의해 제공되는 수직 주사 및 고속 미러에 의해 제공되는 수평 주사의 조합은 투영기로부터의 광이 디스플레이 표면에 걸쳐서 지그재그 패턴으로 주사되는 것을 의미한다. 대안적으로, 저속 미러는 도 2에 도시된 바와 같이 단계적으로 발진될 수 있으며; 이 경우에 픽셀들의 각 행은 행별(row by row)로 수평 라인을 따라 투영될 것이고; 고속 미러는 픽셀들의 행을 표시하기 위해 광을 수평을 따라 주사하기 위해 발진되고; 픽셀들의 행이 투영되었다면, 저속 미러는 픽셀들이 표시되는 다음 행으로 투영된 광이 지향되도록 발진될 것이다. 저속 미러가 착수하는 단계들의 수는 투영된 이미지를 형성하는 행들의 수에 해당할 것이며; 단계들의 수는 통상 대략 240과 1080 사이이다.

저속 미러가 일정한 저속 발진 이동 또는 단계적 발진을 겪는지에 관계없이, 지점 B에서 2-D 이미지 또는 비디오의 각 픽셀은 디스플레이 표면 상에 투영되었다. 따라서, B에서 저속 미러는 주사 프로세스가 2-D 이미지의 제 1 픽셀로부터 다시 한번 개시될 수 있어 투영된 이미지가 "재생"될 수 있도록 다시 그의 원래 위치로 즉시 발진된다.

그러나, 실제로, 저속 미러의 관성과 질량, 및 마찰로 인해, 저속 미러를 발진하는 액츄에이터(actuator)는 저속 미러를 그의 원래 위치로 즉시 되돌려 발진할 수 없다. 따라서, 저속 미러의 발진의 진폭의 윤곽은 도 3에 도시된 바와 같이 상승/하강 시간 'h'를 가질 것이다. 통상, 저속 미러의 발진의 진폭은 각각 10%의 상승 시간 또는 하강 시간 및 90%의 하강 시간 또는 상승 시간을 가질 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 저속 미러의 발진을 구동하기 위해 사용되는 구동 신호의 상승 시간 또는 하강 시간이 너무 짧거나 너무 길면, 스트레이 발진(stray oscillation)들(2)이 저속 미러에 전달될 수 있다. 스트레이 발진들은 예를 들어 저속 미러의 반동(rebound)으로 인한 것일 수 있다. 더욱이, 저속 미러는 낮은 에어 댐핑(air damping)에 영향을 받으므로, 저속 미러의 스텝 응답(step response)은 스트레이 발진들에 영향을 받을 것이다. 더욱이, 이 스트레이 발진들은 저속 미러의 표면 상에 적용된 에어 댐핑이 감소하면 증가할 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 스트레이 발진들(2)은 투영된 이미지(3)의 부분들이 다른 부분들보다 밝게 나타날수록 디스플레이 표면(5) 상에 보여지는 투영된 이미지(3)를 손상시킨다. 예를 들어, 도 5는 투영된 이미지(3)의 부분(3a)이 투영된 이미지(3)의 부분(3b)보다 밝게 나타나는 것을 도시한다.

미국 특허 출원 제US2008204839호는 톱니파(Wa) 부분에 이어 보정 파 부분(Wb)을 포함하는 수직 주사파(W)(각 주기에 대해)를 사용하는 시스템을 설명한다. 주사파(scanning wave)는 반사 표면에 적용된다. 불리하게도, 주사파는 톱니파가 최대 레벨로부터 최소 레벨로 즉시 복귀될 때 야기되는 반사 판(reflecting plate)의 스트레이 발진들을 억제하기 위해 보정부를 필요로 한다.

본 발명의 목적은 상술한 단점들 중 하나 이상을 배제하거나 경감하는 것이다.

본 발명의 제 1 태양에 따르면, 이미지를 표시하기 위해 디스플레이 표면 상에 투영될 수 있도록 구성되는 광 신호를 제공하는 단계; 및 디스플레이 표면에 걸쳐서 광 신호를 주사하기 위해, 제 1 구동 신호를 제 1 반사 표면에 인가함으로써 제 1 반사 표면과 동작가능하게 협력하는 액츄에이터를 사용하여 제 1 반사 표면을 발진하는 단계를 포함하며, 제 1 구동 신호의 상승 시간 또는 하강 시간이 제 1 반사 표면의 발진의 공진 주파수에 반비례하는, 이미지를 투영하는 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 이미지를 표시하기 위해 디스플레이 표면 상에 투영될 수 있도록 구성되는 광 신호를 제공하는 단계; 및 디스플레이 표면에 걸쳐서 광 신호를 주사하기 위해, 제 1 구동 신호를 제 1 반사 표면에 인가함으로써 제 1 반사 표면과 동작가능하게 협력하는 액츄에이터를 사용하여 제 1 반사 표면을 발진하는 단계를 포함하며, 제 1 구동 신호의 상승 시간이 제 1 반사 표면의 발진의 공진 주파수에 반비례하는, 이미지를 투영하는 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 이미지를 표시하기 위해 디스플레이 표면 상에 투영될 수 있도록 구성되는 광 신호를 제공하는 단계; 및 디스플레이 표면에 걸쳐서 광 신호를 주사하기 위해, 제 1 구동 신호를 제 1 반사 표면에 인가함으로써 제 1 반사 표면과 동작가능하게 협력하는 액츄에이터를 사용하여 제 1 반사 표면을 발진하는 단계를 포함하며, 제 1 구동 신호의 하강 시간이 제 1 반사 표면의 발진의 공진 주파수에 반비례하는, 이미지를 투영하는 방법이 제공된다.

제 1 반사 표면의 발진의 공진 주파수에 반비례하는 상승 시간 또는 하강 시간을 갖는 제 1 구동 신호를 제공하는 것은 스트레이 발진들이 제 1 반사 표면 상에 전달되지 않는 것을 보장한다. 더욱이, 어떤 스트레이 발진들도 제 1 반사 표면 상에 전달되지 않으므로, 이는 스트레이 발진들을 억제하기 위해 보정 신호에 대한 요구를 배제한다.

이 방법들은 디스플레이 표면에 걸쳐서 광 신호를 주사하기 위해 제 1 및 제 2 반사 표면들이 발진의 진폭들로 발진되도록 제 2 구동 신호를 사용하여 발진 축에 대하여 제 2 반사 표면을 발진하는 단계를 포함할 수 있으며, 제 1 구동 신호의 상승 시간 또는 하강 시간은 제 1 반사 표면의 발진의 공진 주파수에 반비례한다. 제 2 반사 표면은 제 2 반사 표면과 동작가능하게 통신하는 제 2 액츄에이터를 사용하여 제 2 구동 신호를 제 2 반사 표면에 인가함으로써 발진될 수 있다.

이 방법은 제 1 및/또는 제 2 구동 신호들을 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 제 1 구동 신호를 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 제 1 반사 표면의 발진을 초래하는데 사용되는 제 1 구동 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하여, 상기 제 1 구동 신호에서 하나 이상의 주파수 성분들을 제거한다. 이 방법은 제 1 반사 표면의 발진을 초래하는데 사용되는 제 1 구동 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하여, 상기 제 1 구동 신호에서 임의의 불연속들을 제거한다. 바람직하게는, 필터링된 주파수 성분들은 주파수 범위 윈도우(frequency range window) 내에 있다. 주파수 범위 윈도우는 사용자에 의해 정의될 수 있다. 주파수 범위 윈도우는 반사 표면의 공진 주파수에서 중심에 있을 수 있다.

이 방법은 필터링에 의해 야기되는 구동 신호에서 피크의 위치의 변경을 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.

제 1 및 제 2 반사 표면들은 서로 광 통신하도록 배열될 수 있다. 제 1 및 제 2 반사 표면들은 광을 디스플레이 표면을 향해서 지향시키기 위해 서로 광 통신하도록 배열될 수 있다. 디스플레이 표면에 걸쳐서 광을 주사하기 위해 제 1 반사 표면은 제 1 발진 축에 대하여 발진될 수 있고 제 2 반사 표면은 제 2 발진 축에 대하여 발진될 수 있다. 제 1 발진 축은 제 2 발진 축과 직교할 수 있다.

제 1 반사 표면은 광을 수직 기준을 따라 주사하도록 구성될 수 있다. 제 2 반사 표면은 광을 수평 기준을 따라 주사하도록 구성될 수 있다. 제 1 반사 표면은 광을 수직 기준을 따라 주사하도록 발진될 수 있다. 제 2 반사 표면은 광을 수평 기준을 따라 주사하도록 발진될 수 있다. 대안적으로, 제 1 반사 표면은 광을 수평 기준을 따라 주사하도록 구성될 수 있다. 제 2 반사 표면은 광을 수직 기준을 따라 주사하도록 구성될 수 있다. 제 1 반사 표면은 광을 수평 기준을 따라 주사하도록 발진될 수 있다. 제 2 반사 표면은 광을 수직 기준을 따라 주사하도록 발진될 수 있다.

제 1 또는 제 2 반사 표면은 다른 하나(the other)의 반사 표면보다 빠르게 발진될 수 있다. 제 2 반사 표면은 제 1 반사 표면보다 빠르게 발진될 수 있다. 따라서, 제 2 반사 표면은 고속 반사 표면일 수 있고, 제 1 반사 표면은 저속 반사 표면일 수 있다.

상승 시간 또는 하강 시간은 1/F_resonant의 정수 인자(integer factor)일 수 있다. 상승 시간 또는 하강 시간은 이하의 식과 같을 수 있다:

{1/F_resonant}×N

여기서, F_resonant는 제 1 반사 표면의 발진의 공진 주파수이고, N은 선택된 상수이다.

상승 시간 또는 하강 시간은 이하의 식과 같을 수 있다:

{1/(F_resonant±f)}×N

여기서, F_resonant는 제 1 반사 표면의 발진의 공진 주파수이고, N은 선택된 상수이며, f는 제 1 구동 신호의 필터링 결과들을 설명하는 변수이다.

바람직하게는, F_resonant는 1-5000Hz 범위에 있다. 더 바람직하게는, F_resonant는 100-2000Hz 범위에 있다. 가장 바람직하게는, F_resonant는 300-1000Hz 범위에 있다.

바람직하게는, N은 1-1000 범위에 있다. 더 바람직하게는, N은 1-200 범위에 있다. 가장 바람직하게는, N은 1-150 범위에 있다. 파라미터 N은 목표된 미러 응답에 따라 선택된다.

바람직하게는, f는 0-500Hz 범위에 있다. 더 바람직하게는, f는 1-400Hz 범위에 있다. 가장 바람직하게는, f는 1-250Hz 범위에 있다. 파라미터 f는 반사표면의 동적 행동(dynamic behaviour)에 따라 경험적으로(empirically) 최적화되는 필터링에 연결된다.

반사 표면 또는 각각의 반사 표면은 미러일 수 있다. 바람직하게는, 반사 표면 또는 각각의 반사 표면은 MEMS 마이크로미러이다.

본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예는 이제 첨부 도면들을 참조하여 예로서만 설명될 것이다.,
도 1은 투영기 내의 저속 미러의 발진들의 이상적인 진폭을 도시하는 그래프이다.
도 2는 단계적 발진으로 진행하는 저속 미러에 대한 이동을 도시하는 그래프이다.
도 3은 투영기 내의 저속 미러의 발진들의 실제 진폭을 도시하는 그래프이다.
도 4는 저속 미러를 매우 빠르게 또는 매우 느리게 발진함으로써 저속 미러 상에서 야기될 수 있는 스트레이 발진들을 도시한다.
도 5는 투영된 이미지가 도 4에 도시된 스트레이 발진들에 의해 어떻게 영향을 받게 될 수 있는지를 도시한다.
도 6은 이미지를 디스플레이 표면 상에 투영하기 위해 고속 및 저속 MEMS 마이크로미러를 사용하는 투영 디바이스의 단면도를 제공한다.
도 7은 도 6의 투영 디바이스 내의 저속 MEMS 마이크로미러에 인가되어 저속 MEMS 마이크로미러를 발진하는 구동 신호를 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 구동 신호를 필터링하기 위해 인가될 수 있는 필터 신호를 도시한다.
도 9는 도 8의 필터 신호에 의해 필터링된 후 도 7의 구동 신호를 도시하며, 저속 MEMS 마이크로미러에 인가되어 저속 MEMS 마이크로미러를 발진하는 실제 신호를 나타낸다.

도 1 내지 도 5는 본 발명 섹션의 배경 기술에서 설명되어 있다.

도 6은 투영 디바이스(1)의 단면도를 제공한다. 투영 디바이스(1)는 2-D 이미지(130)를 투영하며, 그 결과 2-D 이미지가 디스플레이 표면(10) 상에 표시된다. 2-D 이미지(130)의 각 개별 픽셀(미도시)은 변조된 적색(124), 녹색(126) 및 청색(122) 레이저 광원들을 빔 결합기(128)에 의해 조합함으로써 생성된다. 조합한 변조된 적색(124), 녹색(126) 및 청색(122) 레이저 광은 펄스화된 광 빔(4)으로서 빔 결합기(128)로부터 방출된다. 펄스화된 광 빔(4)의 각 펄스는 2-D 이미지(130)의 픽셀에 해당한다. 펄스화된 광 빔(4)은 MEMS 마이크로미러 디바이스(70)를 향해서 지향된다. MEMS 마이크로미러 디바이스(70)는 이런 펄스화된 광 빔(4)을 디스플레이 표면(10)에 차례로 지향시키며, 2-D 이미지(130)는 픽셀 바이 픽셀로 표시된다.

MEMS 마이크로미러 디바이스(70)는 제 1 MEMS 마이크로미러(103) 및 제 2 MEMS 마이크로미러(105)를 포함한다. 제 1 MEMS 마이크로미러(103)는 광을 수평을 따라 주사하기 위해 제 1 발진 축(9)에 대하여 발진되고, 제 2 MEMS 마이크로미러(105)는 광을 수직을 따라 주사하기 위해 제 2 발진 축(11)에 대하여 발진된다. 제 1 MEMS 마이크로미러(103)는 제 2 MEMS 마이크로미러(105)보다 빠르게 발진되며, 따라서 제 1 MEMS 마이크로미러(103)는 고속 미러로 간주되고 제 2 MEMS 마이크로미러(105)는 저속 미러로 간주된다. 제 1 MEMS 마이크로미러(103)는 이하 '고속 미러'(103)로 지칭될 것이고 제 2 MEMS 마이크로미러(105)는 이하 '저속 미러'(105)로 지칭될 것이다. 제 1 액츄에이터(actuator)(미도시)는 저속 미러(105)와 동작가능하게 협력하고 저속 미러(105)를 발진하기 위해 사용되며; 제 2 액츄에이터(미도시)는 고속 미러(103)와 동작가능하게 협력하고 고속 미러(103)를 발진하기 위해 사용된다.

저속 미러(105) 및 고속 미러(103)는 제 1 발진 축(9)이 제 2 발진 축(11)과 직교하도록 MEMS 마이크로미러 디바이스(70) 내에 배열되어 있다.

동작 동안, 고속 미러(103)는 MEMS 마이크로미러 디바이스(70)의 제 1 윈도우(115)를 통해서 빔 결합기(128)로부터 펄스화된 광 빔(4)을 수신하고, 펄스화된 광 빔(4)을 MEMS 마이크로미러 디바이스(70) 내의 반사 표면(121)에 편향시킨다. 반사 표면(121)은 펄스화된 광 빔(4)을 저속 미러(105)에 차례로 편향시킨다. 저속 미러(105)는 펄스화된 광 빔(4)을 MEMS 마이크로미러 디바이스(70)의 제 2 윈도우(107)를 통해서 디스플레이 표면(10)에 차례로 편향시키고, 펄스화된 광 빔(4) 내의 각 펄스는 디스플레이 표면(10) 상에 픽셀로서 나타날 것이다.

MEMS 마이크로미러 디바이스(70) 내의 고속 미러(103)는 펄스화된 광 빔(4)을 수평을 따라 주사하기 위해 제 1 발진 축(9)에 대하여 발진될 것이다. 고속 미러(103)가 발진되므로, 저속 미러(105)는 또한 펄스화된 광 빔(4)을 수평을 따라 주사하기 위해 천천히 발진될 것이다. 고속 및 저속 미러들(103, 105) 모두의 발진의 조합된 결과는 펄스화된 광 빔(4)이 디스플레이 표면(10)에 걸쳐서 지그재그 패턴으로 주사됨으로써, 2-D 이미지(130)를 디스플레이 표면(10) 상에 픽셀 바이 픽셀로 표시한다는 것이다.

2-D 이미지(130)의 픽셀들 모두가 표시되었을 때, 2-D 이미지(130)를 재생하기 위해 광이 디스플레이 표면(10)에 걸쳐서 다시 주사되는 것이 필요하다. 2-D 이미지(130)를 재생하기 위해, 광은 다시 한번 이미지의 시작점(즉 2-D 이미지(130)의 바로 그 제 1 픽셀이 표시되는 디스플레이 표면(10) 상의 지점)을 향해서 지향되어야 하며, 그 결과 주사는 2-D 이미지(130)의 시작점으로부터 시작할 수 있고 전체 2-D 이미지(130)가 재생될 수 있다. 저속 미러(105)는 2-D 이미지(130)의 바로 그 제 1 픽셀이 표시되는 디스플레이 표면(10) 상의 지점을 향해서 펄스화된 광 빔(4)이 한번 더 지향되도록 제 2 발진 축(11)에 대하여 다시 그의 원래 위치로 발진된다. 고속 미러(103) 및 저속 미러(105)는 펄스화된 광 빔(4)을 표시 스크린(10)에 걸쳐서 지그재그 패턴으로 주사하기 위해 그들의 발진 축(9, 11)을 다시 발진함으로써, 2-D 이미지(130)를 재생할 것이다. 2-D 이미지(130)를 주사 및 재생하는 프로세스는 연속적이고, 완전한 2D 이미지(130)가 디스플레이 표면(10) 상에서 뷰어에게 보여지는 것을 보장하는 속도에서 수행된다.

제 1 액츄에이터(미도시)는 저속 미러(105)와 동작가능하게 통신하고 제 2 액츄에이터(미도시)는 고속 미러(103)와 동작가능하게 협력하고 있다. 액츄에이터들은 임의의 적절한 형태를 취할 수 있으며, 예를 들어 액츄에이터들은 압전, 자기, 정전, 열, 또는 전자기 액츄에이터일 수 있다. 제 1 액츄에이터(미도시)는 저속 미러(105)와 협력하고 저속 미러(105)를 발진하기 위해 사용되며; 동작 동안 제 1 구동 신호는 저속 미러(105)를 발진하기 위해 제 1 액츄에이터에 의하여 저속 미러(105)에 인가된다. 제 1 구동 신호의 상승 시간(또는 하강 시간)은 저속 미러(105)의 발진의 공진 주파수에 반비례한다. 제 2 액츄에이터(미도시)는 고속 미러(103)와 협력하고 고속 미러(103)를 발진하기 위해 사용된다; 동작 동안 제 2 구동 신호는 고속 미러(103)를 발진하기 위해 제 2 액츄에이터에 의하여 고속 미러(103)에 인가된다. 제 2 구동 신호는 고속 미러(103)의 공진 주파수와 같은 발진의 주파수에서 고속 미러(103)를 발진하도록 구성된다.

배경 기술에서 논의된 바와 같이, 특히 도 4를 참조하여, 저속 미러(105)를 구동하는 구동 신호의 상승 시간(또는 하강 시간)이 너무 짧거나 너무 길면, 이 때 스트레이 발진들은 저속 미러(105) 상에 전달될 수 있다. 따라서, 투영된 2-D 이미지(130)를 재생할 때, 저속 미러(105)를 다시 원래의 2-D 이미지(130)의 시작점을 향해서 발진하는 경우의 저속 미러(105) 상에 스트레이 발진들이 전달될 수 있는 위험이 존재한다.

저속 미러(105) 상에 전달되는 스트레이 발진들을 방지하기 위해, 저속 미러(105)에 인가되는 제 1 구동 신호는 저속 미러(105)의 발진의 공진 주파수에 반비례하는 상승 시간 'h'(또는 하강 시간)를 갖도록 구성된다. 이러한 구동 신호를 제공하는 것은 저속 미러(105) 상에 전달되는 스트레이 발진들을 방지하는 발진의 최적 속도에서 제 1 액츄에이터가 저속 미러(105)를 발진하는 것을 보장한다. 제 1 구동 신호는 이하의 식과 같은 상승 시간(또는 하강 시간) 'h'를 갖는다:

{1/F_resonant}×N

여기서 F_resonant는 저속 미러(105)의 발진의 공진 주파수이고 N은 선택된 상수이다. 파라미터 N은 경험적으로, 및 목표된 저속 미러 발진에 따라 선택되고; 예를 들어 N은 1 또는 2와 같을 수 있다.

도 7은 도 6의 투영 디바이스에서 제 1 액츄에이터에 의해 저속 미러(105)에 인가되어 저속 미러를 발진하는 제 1 구동 신호를 예시한다. 제 1 구동 신호는 전류 신호 또는 전압 신호일 수 있다. 도 7은 제 1 구동 신호의 상승 시간(또는 하강 시간) 'h'가 이하의 식과 같다는 것을 그래프로 도시한다:

{1/F_resonant}×N

도 7에 도시된 특정 제 1 구동 신호에서, F_resonant는 750 Hz이지만, F_resonant는 1-5000Hz 범위의 임의의 주파수일 수 있음이 이해될 것이다. 이 특정 예에서, N은 200과 같지만, N은 1-1000 범위의 임의의 정수일 수 있는 것이 이해될 것이다. 따라서, 저속 미러(105) 상에 어떤 스트레이 발진들도 전달되지 않는 것을 보장하는 최적 속도에서 저속 미러(105)를 발진하기 위해, 저속 미러(105)에 인가되는 제 1 구동 신호는 이하의 식과 같은 상승 시간 'h'를 가져야 한다:

{1/750} × 200 =0.266 sec

제 1 구동 신호의 상승 시간이 저속 미러(105)의 발진의 공진 주파수에 반비례하는 것을 보장하는 것은 스트레이 발진들(도 4에 도시된 바와 같이)이 저속 미러(105) 상에 전달되지 않는 것을 보장한다.

도 7로부터 명백해지는 바와 같이, 저속 미러(105)에 인가되어 저속 미러를 발진하는 제 1 구동 신호는 지점 "A"에서 불연속을 포함한다. 이 불연속은 저속 미러(105) 상에 스트레이 발진들을 전달할 수 있는 가능성(potential)을 갖는다. 그러므로, 저속 미러(105)의 최적 발진을 달성하기 위해, 지점 'A'에서의 불연속은 저속 미러(105)에 인가되기 전에 제거되어야 한다.

지점 "A"에서 불연속을 제거하기 위해, 필터링 신호는 제 1 구동 신호에 인가된다. 필터링 신호는 도 8에 그래프로 도시되어 있으며; 이 필터링 신호를 제공하는 필터는 저속 미러(105)의 공진 주파수(F_resonant)에서 중심에 있는 컷밴드 필터(cutband filter)이다. 제 1 구동 신호의 인가에 따라, 필터링 신호는 불연속이 제거되도록 지점 'A'에서 구동 신호를 평활화(smooth)한다.

도 9는 도 8의 필터 신호에 의해 필터링된 후 도 7의 제 1 구동 신호를 도시한다. 도 9로부터 명백해지는 바와 같이, 지점 "A"에서의 불연속이 제거되었지만, 제 1 구동 신호의 피크 B는 필터링의 결과로서 위치 C로 이동되어 있다. 피크 B에서 이동을 설명하기 위해, 제 1 구동 신호의 상승 시간(또는 하강 시간)은 저속 미러(105)에 실제로 인가되는 제 1 구동 신호의 상승 시간(또는 하강 시간)이 이하의 식에 비례하도록 변수 f를 F_resonant 변수에 가산(또는 감산)함으로써 더 조정된다:

{1/(F_resonant±f)}×N

통상, f는 0-500Hz 범위에 있다. 더 바람직하게는, f는 1-400Hz 범위에 있다. 가장 바람직하게는, f는 1-250Hz 범위에 있다. f는 그룹의 또는 일군의(batch) 저속 미러들(105)내에서의 공진 주파수의 편차를 보상하도록 저속 미러들(105)의 그룹의 또는 일군에 대한 적절한 구동 신호를 결정할 때 사용될 수도 있다.

본 발명의 설명된 실시예들에 대한 다양한 개조들 및 변형들은 첨부된 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 본 발명이 구체적인 바람직한 실시예들에 연계하여 설명되었을지라도, 청구된 본 발명은 이러한 구체적인 실시예에 지나치게 제한되지 않아야 하는 것이 이해되어야 한다.

Claims (16)

1. 이미지 투영 방법으로서,
   이미지를 표시하기 위해 디스플레이 표면(display surface) 상에 투영될 수 있도록 구성되는 광 신호를 제공하는 단계와,
   MEMS 마이크로미러 상의 제 1 반사 표면(reflective surface)과 동작가능하게 협력하는 제 1 액츄에이터(actuator)를 사용하여, 상기 디스플레이 표면 위에 상기 광 신호를 주사하기 위해, 제 1 구동 신호를 상기 제 1 반사 표면에 인가함으로써 상기 MEMS 마이크로미러 상의 상기 제 1 반사 표면을 발진시키는 단계 - 상기 제 1 반사 표면은 광을 수직 기준을 따라 주사하도록 구성됨 - 와,
   제 2 반사 표면과 동작가능하게 협력하는 제 2 액츄에이터를 사용하여, 제 2 구동 신호를 상기 제 2 반사 표면에 인가함으로써 상기 제 2 반사 표면을 발진시키는 단계 - 상기 제 1 반사 표면은 상기 제 2 반사 표면보다 느리게 발진됨 - 를 포함하되,
   상기 제1 반사 표면 및 상기 제 2 반사 표면은 광학적으로 연결되어 상기 디스플레이의 2차원(2-dimensional) 주사를 보장하고,
   상기 제 1 구동 신호의 상승 시간(rise time) 또는 하강 시간(fall time)은 {1/(F_resonant±f)×N}과 같고, F_resonant 는 상기 제 1 반사 표면의 발진의 공진 주파수이며, N은 선택된 상수이고, f는 상기 제 1 구동 신호의 필터링 결과로서 제 1 위치로부터 제 2 위치로의 상기 제 1 구동 신호의 피크(peak)의 이동을 보상하는 변수 및 일군의(a batch of) 제 1 반사 표면들 내에서의 공진 주파수의 편차(variation)를 보상하는 변수 중 적어도 하나이며,
   상기 필터링은 F_resonant에 중심이 맞춰진 컷밴드 필터(cutband filter)를 적용하여 상기 제 1 구동 신호의 불연속을 제거하는
   이미지 투영 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 반사 표면 및 상기 제 2 반사 표면은,
   상기 디스플레이 표면 위에 광 신호를 주사하기 위해, 발진의 진폭으로 발진되는
   이미지 투영 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 반사 표면은 상기 제 2 반사 표면의 공진 주파수인 주파수에서 발진되는
   이미지 투영 방법.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 구동 신호의 필터링 결과로서 제 1 위치로부터 제 2 위치로의 상기 제 1 구동 신호의 피크의 이동을 보상하는 것은, 필터링에 의해 야기되는 상기 제 1 구동 신호에서의 피크의 위치의 변경을 보상하는 것을 포함하는
   이미지 투영 방법.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 반사 표면과 상기 제 2 반사 표면은 서로 광 통신하도록 배열되는
   이미지 투영 방법.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 반사 표면은 광을 수평 기준을 따라 주사하도록 구성되는
   이미지 투영 방법.
9. 삭제
10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 반사 표면 및 상기 제 2 반사 표면의 각각은 미러인
    이미지 투영 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 상승 시간 또는 상기 하강 시간은 {1/(F_resonant±f)}의 정수 인자(integer factor)인,
    이미지 투영 방법.
12. 삭제
13. 제 11 항에 있어서,
    F_resonant는 1 내지 5000Hz 범위에 있는
    이미지 투영 방법.
14. 제 1 항에 있어서,
    N은 1 내지 1000 범위에 있는
    이미지 투영 방법.
15. 제 1 항에 있어서,
    f는 0 내지 500Hz 범위에 있는
    이미지 투영 방법.
16. 삭제

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