KR102462046B1 - 주사 디스플레이 시스템에서의 투영된 콘텐트의 밝기 또는 크기의 동적 불변성 - Google Patents

주사 디스플레이 시스템에서의 투영된 콘텐트의 밝기 또는 크기의 동적 불변성 Download PDF

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Abstract

주사 프로젝터는 2차원 빔을 스윕(sweep)하는 주사 미러(162)를 갖는 MEMS 장치(160)를 포함한다. 작동 회로는 주사 각도 정보를 수신하고, MEMS 장치에 신호 자극을 제공하여 2축 상의 미러 편향 량을 제어한다. 주사 각도 정보는 일정한 화상 크기, 일정한 화상 밝기 및/또는 키스톤 왜곡을 보정하기 위해 변경될 수도 있다.

Description

주사 디스플레이 시스템에서의 투영된 콘텐트의 밝기 또는 크기의 동적 불변성
주사 디스플레이 시스템(scanning display system)은 일반적으로 래스터 패턴(raster pattern)의 주사 궤적 상에 놓인 픽셀(pixel)로 구성된 화상을 투영하기 위해 래스터 패턴으로 광 빔을 주사한다. 디스플레이 시스템을 주사하여 생성되는 디스플레이의 크기는 일반적으로 프로젝터와 디스플레이 표면 사이의 거리 및 수직 및 수평 미러 편향의 각도 범위의 함수이다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 디스플레이 시스템을 도시하며;
도 2는 주사 미러를 구비한 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치의 평면도를 도시하며;
도 3은 선형 수직 궤도 및 정현파 수평 궤적으로부터 기인한 편향 파형을 도시하며;
도 4는 일정한 화상 크기 또는 밝기를 유지하는 미러 편향 각도 범위의 동적 변경의 예를 도시하며;
도 5는 선형 수직 궤적 및 가변 진폭을 갖는 정현파 수평 궤적으로부터 기인한 편향 파형을 도시하며;
도 6은 키스톤 왜곡(keystone distortion)을 보정하기 위한 미러 편향 각도 범위의 동적 변경의 예를 도시하며;
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시하며;
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치의 블록도를 도시하며;
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치를 도시하며; 그리고
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치를 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 본 발명을 실시할 수 있는 특정 실시예를 도해하여 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예들은 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명한다. 본 발명의 다양한 실시예는 상이하지만, 반드시 상호 배타적인 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일 실시예와 관련하여 본 명세서에 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예에서 구현할 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예에서 개별 요소의 위치 또는 배열은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경할 수 있음을 이해해야 한다. 그러므로, 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 범위는 청구범위가 부여되는 등가물의 전체 범위와 함께 적절하게 해석되는 첨부된 청구범위에 의해서만 정의된다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 여러 도면에서 동일 하거나 유사한 기능을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 디스플레이 시스템을 도시한다. 시스템(100)은 화상 처리 컴포넌트(image processing component)(102), 가시 레이저 광원(visible laser light source)(104), 비가시 레이저 광원(nonvisible laser light source)(108), 주사 미러(162)를 갖는 MEMS 장치(160), 및 작동 회로(110)를 포함한다. 작동 회로(110)는 수직 제어 컴포넌트(112), 수평 제어 컴포넌트(114), 및 미러 구동 컴포넌트(116)를 포함한다. 시스템(100)은 또한 광 검출기(photodetector: PD)(184), 비행 시간(time-of-flight: TOF) 검출 회로(170), 디스플레이 크기 제어 회로(172) 및 주변광 센서(ambient light sensor: ALS)(171)를 포함한다.
동작 시, 화상 처리 컴포넌트(102)는 노드(101) 상에서 비디오 데이터를 수신하고 픽셀이 디스플레이될 때 가시 레이저 광원(104)을 구동하기 위한 디스플레이 픽셀 데이터를 생성한다. 가시 레이저 광원(104)은 디스플레이 픽셀 데이터를 수신하고 그에 응답하여 그레이 스케일 값(grayscale values)을 갖는 광을 생성한다. 가시 레이저 광원(104)은 단색일 수도 있고 또는 다수의 상이한 컬러 광원들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 가시 레이저 광원(104)은 적색, 녹색 및 청색 광원을 포함한다. 이들 실시예에서, 화상 처리 컴포넌트(102)는 적색, 녹색 및 청색 광원 각각에 해당하는 디스플레이 픽셀 데이터를 출력한다.
비디오 데이터(101)는 일반적으로 직선 그리드(rectilinear grid) 상에서 픽셀 데이터로 수신되는 화상 소스 데이터를 나타내지만, 이것은 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 비디오 데이터(101)는 임의의 해상도(예, 640x480, 848x480, 1920x1080)에서의 픽셀 그리드를 나타낼 수도 있다. 주사 디스플레이 시스템(100)은 래스터 패턴을 주사하는 주사 프로젝터를 포함한다. 래스터 패턴은 반드시 화상 소스 데이터의 직선 그리드와 정렬되지 않으며, 화상 처리 컴포넌트(102)는 래스터 패턴 상의 적절한 지점에 디스플레이될 디스플레이 픽셀 데이터를 생성하도록 동작한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 화상 처리 컴포넌트(102)는 래스터 패턴의 주사 궤적을 따라 디스플레이 픽셀 값을 결정하기 위해 소스 화상 데이터의 픽셀들 사이에서 수직 및/또는 수평으로 보간한다.
광원(104 및 108)은 레이저 빔(112)을 방출할 수 있는 레이저 다이오드 등과 같은 레이저 광원일 수도 있다. 빔(112)은 제어된 출력 빔(124)을 생성하기 위해 주사 미러(162)에 충돌한다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 광원(104, 108)과 미러(162) 사이의 광 경로 내에 포함된다. 예를 들어, 주사 디스플레이 시스템(100)은 평행화 렌즈(collimating lenses), 다이크로익 미러(dichroic mirrors ) 또는 임의의 다른 적절한 광학 요소를 포함할 수도 있다.
작동 회로(110)는 출력 빔(124)이 투영 표면(128) 상에 래스터 주사(126)를 생성하도록 주사 미러(162)의 각 운동을 제어하기 위해 하나 이상의 구동 신호(193)를 제공한다. 동작 시, 광원(104 및/또는 108)은 광 펄스를 생성하고 주사 미러(162)는 빔(124)이 래스터 주사(126)를 가로지를 때 광 펄스를 반사시킨다.
일부 실시예에서, 래스터 주사(126)는 수평축 상의 정현파 성분 및 수직축 상의 톱니파 성분을 결합함으로써 형성된다. 이들 실시예에서, 제어된 출력 빔(124)은 정현파 패턴에서 전후 좌우로 스윕(sweep)하고, 플라이백(flyback )(아래에서 위로) 동안 디스플레이가 소거된 톱니파 패턴으로 수직(위에서 아래로)으로 스윕한다. 도 1은 빔이 수직으로 위에서 아래로 스윕할 때 정현파 패턴을 보여 주지만 아래에서 위로 플라이백을 보여주지는 않는다. 다른 실시예에서, 수직 스윕은 플라이백이 존재하지 않도록 삼각파로 제어된다. 또 다른 실시예에서, 수직 스윕은 정현파이다. 본 발명의 다양한 실시예는 수직 및 수평 스윕 또는 결과적으로 래스터 패턴을 제어하기 위해 사용되는 파형에 의해 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 가시 레이저 광원(104) 및 비가시 레이저 광원(108)은 하나 이상의 레이저 광 생성 장치를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 가시 레이저 광원(104) 및 비가시 레이저 광원(108)은 레이저 다이오드를 포함할 수도 있다. 이들 실시예에서, 가시 레이저 광원(104)은 또한 디스플레이 픽셀 값을 받아들이고 레이저 다이오드를 구동하기 위해 전류 신호를 생성하는 구동기 회로를 포함하고, 비가시 레이저 광원(108)은 디스플레이 크기 제어 회로(172)로부터의 구동 신호를 수용하는 구동기 회로 비가시 레이저 광 펄스가 생성될 때 디스플레이 크기 제어 회로(172)로부터 구동신호를 받아들이는 구동기 회로를 포함한다.
디스플레이 크기 제어 회로(172)는 비가시 레이저 광원(108)을 구동하는 것으로 도시되어 있지만, 이는 본 발명의 제한이 아니다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 디스플레이 크기 제어 회로(172)는 하나 이상의 가시 레이저 광원을 구동하고, PD(184)는 사용된 가시 파장에 민감하다.
일부 실시예에서, 비가시 레이저 광원(108)은 적외선(infrared: IR) 광과 같은 비가시 광을 출사한다. 이들 실시예에서, PD(184)는 비가시 광의 동일한 파장을 검출할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 레이저 광원(108)은 실질적으로 808 나노 미터(nm)의 파장을 갖는 광을 생성하는 IR 레이저 다이오드일 수도 있다. 광의 파장은 본 발명의 제한이 아니다. 비가시 레이저 광원(108)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 비가시 광의 임의의 파장을 생성할 수도 있다.
MEMS 장치(160)는 광을 2차원으로 주사하는 주사 미러 어셈블리의 예이다. 일부 실시예에서, 주사 미러 어셈블리는 2차원(예, 2축)으로 주사하는 단일 미러를 포함한다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, MEMS 장치(160)는 2개의 주사 미러 즉, 제1 축을 따라 빔을 편향시키는 주사 미러와 제1 축에 거의 수직한 제2 축을 따라 빔을 편향시키는 다른 주사 미러를 포함하는 어셈블리일 수도 있다.
결과적인 디스플레이는 미러 편향의 각도 범위(angular extents)뿐만 아니라 주사 미러(162)로부터 투영 표면까지의 거리(d)의 함수인 높이(V) 및 폭(H)을 갖는다. 본원에서 사용된 용어 "각도 범위"는 미러의 순간적인 각도 변위보다는 미러가 편향되는 전체 각도를 지칭한다. 폭(H)은 거리(d)와 수평 각도 범위(θH)의 함수이다. 이 관계식은 다음 식과 같이 도 1에 도시된다.
H = f(θH, d). (1)
높이(V)는 거리(d)와 수직 각도 범위(θV)의 함수이다. 이 관계식은 다음 식과 같이 도 1에 도시된다.
V = f(θV, d). (2)
본 발명의 다양한 실시예들에서, 수직 및 수평 주사 각도들 중 하나 또는 양자는 다양한 결과를 달성하기 위해 주사 투영 장치의 작동 중에 동적으로 변경된다. 예시적인 결과는 거리(d)가 변함에 따라 결과적인 디스플레이의 일정한 화상 크기를 유지하고, 거리(d)가 변함에 따라 결과적인 디스플레이의 화상 밝기를 유지하고, 및/또는 키스톤 왜곡을 보정하는 것을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수평 제어 컴포넌트(114)는 수평 각도 범위를 나타내는 신호 자극을 수신하고, 수직 제어 컴포넌트(112)는 수직 각도 범위를 나타내는 신호 자극을 수신한다. 각도 범위 신호 자극은 다수 신호 라인(예, 전용 신호 라인 또는 공유 버스) 상에 제공될 수도 있으며 또는 단일 신호 라인(예, 직렬 버스) 상에 제공될 수도 있다. 신호 자극이 제공되는 방식은 본 발명의 제한이 아니다.
수평 제어 컴포넌트(114) 및 수직 제어 컴포넌트(112)는 각도 범위 신호 자극을 수신하고 신호를 생성하여 지정된 각도를 통해 실제 미러 이동을 수행한다. 수직 제어 컴포넌트(112) 및 수평 제어 컴포넌트(114)에 의해 생성된 신호는 노드(193) 상의 복합 신호로 MEMS 장치(160)를 구동시키는 미러 구동 컴포넌트(116)에 의해 결합된다. 2개의 주사 미러를 포함하는 일부 실시예에서, MEMS 장치는 수직 제어 컴포넌트(112) 및 수평 제어 컴포넌트(114)에 의해 생성된 신호에 의해 직접 구동된다.
작동 회로(110)는 전압 또는 전류 소스, 연산 증폭기, 브리지 회로(및 위치 검출 회로가 있는 또는 없는 개방 루프 제어 또는 폐쇄 루프 제어에 모두), 위상 고정 루프(Phase Locked Loop: PLL), 필터, 가산기, 승산기, 레지스터들, 프로세서들, 메모리와 같은 기능회로를 사용하여 구현된다. 따라서, 작동 회로(110)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 작동 회로(110)는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC)로 구현된다. 또한, 일부 실시예에서, 더 빠른 데이터 경로 제어의 일부는 ASIC에서 수행되고 전체 제어는 소프트웨어 프로그램 가능하다.
수평 및 수직 각도 범위는 디스플레이 크기 제어기(172)에 의해 제어된다. 동작 시, 디스플레이 크기 제어기는 TOF 검출 회로(170) 및/또는 주변광 센서(171)로부터 수신된 거리 정보에 응답해서 뿐만 아니라 사용자 입력에 응답하여 미러 편향의 각도 범위를 동적으로 변경할 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 크기 제어기(172)는 사용자 입력을 수락하여 사용자가 특정 화상 크기 또는 특정 화상 밝기를 특정할 수 있도록 한다. 또한 예를 들어, 디스플레이 크기 제어기(172)는 거리(d)가 변화함에 따라 또는 주변광 레벨이 변화함에 따라 일정한 화상 크기 또는 일정한 화상 밝기를 유지하도록 미러 편향의 각도 범위를 변경할 수도 있다. 또한, 디스플레이 크기 제어기(172)는 디스플레이된 화상의 키스톤 왜곡을 보정하기 위해 미러 편향의 가변 각도 범위를 제공할 수도 있다.
TOF 검출 회로(170)는 투영 표면(128)으로부터 반사되는 IR 레이저 광 펄스를 수신한다. TOF 검출 회로(170)는 수신되어 반사된 IR 펄스의 타이밍을 비가시 레이저 광원(108)으로부터 방출된 IR 펄스의 타이밍과 비교하여 IR 펄스의 TOF를 결정함으로써 IR 광 펄스가 반사되는 지점부터 투영 표면 상의 거리까지의 거리를 측정한다.
TOF 검출 회로(170)는 임의의 적절한 회로를 사용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, TOF 검출 회로(170)는 IR 펄스가 개시될 때 리셋되고, 반사된 펄스가 수신될 때 정지되는 아날로그 적분기를 포함한다. TOF 검출 회로(170)는 또한 아날로그 적분기 출력을 IR 레이저 펄스의 TOF에 해당하며 순차적으로 시스템(100)과 광 펄스가 반사되는 투영 표면(128) 상의 지점 간의 거리에 해당하는 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수도 있다.
디스플레이 크기 제어 회로(172)는 사용자 입력을 수신한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 시스템(100)은 사용자가 결과적인 디스플레이(180)의 일정한 디스플레이 크기 또는 일정한 밝기를 특정할 수 있게 하는 사용자 인터페이스를 포함한다. 사용자 인터페이스는 터치 스크린, 메뉴, 버튼, 제스처 인식 등을 포함할 수도 있다.
동작 시, 디스플레이 크기 제어 회로(172)는 비가시 레이저 광원(108)에 명령하여 래스터 주사(126)의 하나 이상의 위치들에서 비가시 광 펄스들을 방출시켜서 투영 표면(128) 상의 하나 이상의 지점들까지의 거리를 측정한 다음 각도 범위 θH 및 θV를 변경하여 사용자 입력에 따라 일정한 디스플레이 크기 또는 일정한 밝기를 유지하게 한다.
디스플레이 크기 제어 회로(172)는 또한 각도 범위(θH 및 θV) 중 하나 또는 양자를 변경함으로써 결과적인 디스플레이(180)의 키스톤 왜곡을 정정할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 디스플레이 크기 제어 회로(172)는 비가시 레이저 광원(108)에 명령하여 래스터 주사(126) 상의 2 지점, 3 지점 또는 그 이상의 지점에서 IR 레이저 광 펄스를 방출시켜서 투영 표면(128) 상의 2 지점, 3 지점 또는 그 이상의 지점까지의 거리를 측정하게 한다. 만일 2 지점, 3 지점 또는 그 이상의 지점까지의 거리가 실질적으로 동일하지 않으면, 디스플레이 크기 제어 회로(172)는 동일하지 않은 거리에 의해 야기된 키스톤 왜곡의 양을 결정할 수도 있고, 각도 범위 θH 및 θV 중 하나 또는 둘을 변경함으로써 키스톤 왜곡을 보정할 수도 있다.
일부 실시예에서, 디스플레이 크기 제어 회로(172)는 투영 표면(128) 상의 다수 지점까지의 거리를 연속적으로 측정한다. 다수 지점까지의 거리는 화상 크기를 변경하기 위해 사용되는 거리(d)를 결정하기 위해 평균화될 수 있고, 다수 지점까지의 거리가 임계 값을 넘을 때만 키스톤 보정이 사용된다.
일부 실시예에서, 디스플레이 크기 제어 회로(172)는 주변광 센서(171)로부터의 주변광 레벨을 나타내는 정보를 연속적으로 수신한다. 시간에 따라 수신된 주변광 레벨 정보는 평균 주변광 레벨을 결정하기 위해 평균될 수 있으며, 수평 및 수직 범위는 실질적으로 일정한 밝기를 유지하도록 변형된다.
디스플레이 크기 제어 회로(172)는 위상 동기 루프(PLL), 필터, 가산기, 승산기, 레지스터, 프로세서, 메모리 등과 같은 기능 회로를 사용하여 구현된다. 따라서, 디스플레이 크기 제어 회로(172)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 디스플레이 크기 제어 회로(172)는 주문형 집적 회로(ASIC)로 구현된다. 또한, 일부 실시예에서, 더 빠른 데이터 경로 제어의 일부는 ASIC에서 수행되고 전체 제어는 소프트웨어 프로그램 가능하다.
도 2는 주사 미러를 갖는 MEMS(microelectromechanical system) 장치의 평면도이다. MEMS 장치(160)는 고정 플랫폼(202), 주사 플랫폼(214) 및 주사 미러(162)를 포함한다. 주사 플랫폼(214)은 만곡부(210 및 212)에 의해 고정 플랫폼(202)에 결합되고, 주사 미러(162)는 만곡부(220 및 222)에 의해 주사 플랫폼(214)에 결합된다. 주사 플랫폼(214)은 작동 회로(110)(도 1)로부터 노드(193) 상에 제공된 합성 신호에 의해 구동되는 구동 라인(250)들에 연결된 구동 코일을 갖는다. 구동 라인(250)으로 구동되는 전류는 구동 코일에 전류를 생성한다. 상호 연결부(260) 중 2개는 구동 라인(250)에 결합된다.
동작 시, 외부 자기장 소스(도시되지 않음)는 구동 코일 상에 자기장을 부과한다. 외부 자기장 소스에 의해 구동 코일 상에 부과된 자기장은 코일의 평면에 하나의 성분을 가지며, 2개의 구동 축에 대해 비직교하도록 배향된다. 코일 권선의 면내 전류는 면내 자기장과 상호 작용하여 도체에 평면 외 로렌츠 힘을 발생시킨다. 구동 전류는 주사 플랫폼(214) 상에 루프를 형성하기 때문에, 전류는 주사 축을 가로질러 부호를 반전시킨다. 이것은 로렌츠 힘이 주사 축을 가로질러 부호를 반대로 하여 자기장의 평면과 자기장에 수직인 토크를 발생시킨다는 것을 의미한다. 이 결합된 토크는 토크의 주파수 내용에 따라 두 주사 방향으로 응답을 생성한다.
만곡부(210, 212)의 긴 축은 선회 축을 형성한다. 만곡부(210, 212)는 비틀림 휨을 겪는 가요성 부재로서, 이에 의해 주사 플랫폼(214)이 선회 축 상에서 회전할 수도 있게 하고 고정된 플랫폼(202)에 상대하여 각도 변위(angular displacement)를 갖는다. 만곡부(210, 212)는 도 2에 도시된 바와 같은 비틀림 실시예로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 만곡부(210, 212)는 원호, "S"자 형상 또는 다른 구불구불한 형상과 같은 다른 형상을 취한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "만곡부"는 주사 플랫폼을 다른 플랫폼(주사 또는 고정)에 결합하고 주사 플랫폼이 다른 플랫폼에 대해 각도 변위를 갖게 하는 이동이 가능한 임의의 가요성 부재를 지칭한다.
미러(162)는 만곡부(220, 222)에 의해 형성된 제1 축상에서 선회하고, 만곡부(210, 212)에 의해 형성된 제2 축상에서 선회한다. 여기서 제1 축은 수평축으로 지칭되고, 제2 축은 본 명세서에서는 수직축으로 지칭된다. 디스플레이 시스템의 회전으로 인해 두 축이 회전하기 때문에 수직과 수평 간의 구분은 다소 임의적이다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예들은 "수평" 및 "수직"이라는 용어로 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 주사 미러(162)는 수평축 상의 기계적 공진 주파수에서 주사하여 정현파 수평 스윕을 발생시킨다. 또한, 일부 실시예에서, 주사 미러(162)는 비 공진 주파수에서 수직으로 주사하기 때문에, 수직 주사 주파수는 독립적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 미러(162)의 미러 편향의 각도 범위는 작동 중에 변경된다. 예를 들어, 수평 각도 범위가 변경되거나, 수직 각도 범위가 변경되거나, 또는 둘 다 변경될 수도 있다. 각도 범위는 구동 라인(250) 상에서 수신된 신호 자극에 의해 제어 및 변경될 수도 있다. 이 신호 자극은 작동 회로(110)(도 1)를 작동시킴으로써 노드(193) 상에 제공된다.
도 2에 도시된 특정 MEMS 장치 실시예는 일례로서 제공되며, 본 발명의 다양한 실시예들은 이 특정 구현에 한정되지 않는다. 예를 들어, 래스터 패턴으로 광 빔을 반사시키도록 2차원으로 스윕할 수 있는 임의의 주사 미러는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 합체될 수도 있다. 또한, 예를 들어 주사 미러(예, 2개의 미러: 각 축에 하나씩)의 임의의 조합이 광 빔을 래스터 패턴으로 반사시키는데 이용될 수도 있다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 임의 타입의 미러 구동 기구가 이용될 수 있다. 예를 들어, MEMS 장치(160)가 정적 자기장을 갖는 이동 플랫폼 상의 구동 코일을 사용하더라도, 다른 실시예는 고정된 플랫폼 상의 구동 코일을 갖는 이동 플랫폼 상의 자석을 포함할 수도 있다. 또한, 미러 구동 기구는 정전 구동 기구를 포함할 수도 있다.
도 3은 도 1의 주사 디스플레이 시스템의 동작에 적합한 예시적인 파형을 도시한다. 수직 편향 파형(310)은 톱니 파형이며, 수평 편향 파형(320)은 정현파형이다. 미러(162)가 파형(310 및 320)에 따라 수직축 및 수평축 상에서 편향될 때, 도 4 및 도 6의 좌측에 도시된 주사된 빔 궤적이 얻어진다.
파형(310 및 320)에 따른 미러(162)의 편향은 적절한 구동 신호로 MEMS 장치(160)를 구동함으로써 달성될 수도 있다. 일부 실시예에서, 수평 편향 주파수는 미러의 공진 주파수에 있고, 그 주파수에서의 매우 작은 여기는 원하는 주사 각도가될 것이다. 수직 편향을 위한 톱니파 구동 신호는 다양한 주파수에서의 정현파의 합으로부터 도출될 수도 있다. 수직 편향을 위한 구동 신호는 또한 파형 발생기에 프로그래밍된 특정 지점으로부터 도출될 수도 있다.
톱니파 구동 신호는 도 3에 도시된 수직 편향을 초래하지만, 다른 구동 신호 실시예가 존재한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 수직 구동 신호는 삼각파(후속하는 프레임들이 각 프레임을 교대로 하향식으로 위에서 아래로 쓰여진 다음 상향식으로 아래에서 위로 쓰여지는) 또는 정현파일 수도 있다.
톱니파 수직 편향 파형(310)은 수직 스윕 부분 및 플라이백 부분을 포함한다. 일부 실시예에서, 픽셀은 플라이백 부분 동안이 아니라 수직 스윕 부분 동안 디스플레이 된다. 플라이백 부분은 장면의 화상 필드의 상단으로 "뒤로 날아가는" 광선에 해당한다. 블랭킹 파형(380)도 도 3에 도시된다. 플라이백 동안 주사된 빔은 소거되고(픽셀이 디스플레이 되지 않음), 수직 스윕 중에는 소거되지 않는다.
설명의 명확성을 위해, 도 3은 수직 스윕당 단 몇 개의 수평 사이클만을 도시한다. 실제로는 더 많은 수평 사이클이 있다. 예를 들어, 24.5kHz의 수평 공진 주파수와 60Hz의 프레임 속도는 수직 스윕 당 약 408 수평 사이클을 생성한다.
수평 편향 파형(320)의 진폭은 미러 편향의 수평 각도 범위에 해당한다. 진폭이 증가함에 따라, 미러 편향의 각도 범위 또한 증가한다. 도 1을 다시 참조하면, θH가 증가함에 따라, 작동 회로(110)들은 수평 편향 파형(320)의 진폭을 증가시키게 하는 MEMS(160)에 자극을 제공한다. 일반적으로 말하면, θH(ΔθH)의 변화는 수평 편향 파형(320)의 진폭의 변화를 초래한다. 마찬가지로, 수직 편향 파형(310)의 진폭은 미러 편향의 수직 각도 범위에 해당한다. 진폭이 증가함에 따라, 미러 편향의 각도 범위 또한 증가한다. 도 1을 다시 참조하면, θV가 증가함에 따라, 작동 회로(110)는 수직 편향 파형(310)의 진폭을 증가시키게 하는 MEMS(160)에 자극을 제공한다. 일반적으로 말하면, θV(ΔθV)의 변화는 수직 편향 파형(310)의 진폭을 변화시킨다.
이제 도 4를 참조하면, 도 4는 일정한 화상 크기 또는 밝기를 유지하기 위해 미러 편향의 각도 범위의 동적 변경의 예를 도시한다. 도 4의 좌측은 제1 수평 각도 범위 θH1 및 제1 수직 각도 범위 θV1을 갖는 래스터 패턴을 도시한다. 도 4의 우측은 수평 각도 범위가 θH2로 증가되고 수직 각도 범위가 θV2로 증가될 때의 패턴을 도시한다. 도 3을 다시 참조하면, 이것은 수직 편향 파형(310)의 진폭의 증가 및 수평 편향 파형(320)의 진폭의 증가에 상응한다.
도 4에 도시된 변화는 사용자가 일정한 크기 또는 밝기를 지정하고 거리 d를 감소시킴으로써 발생할 수도 있다. 래스터 패턴은 보다 큰 각도 범위로 도시되지만, 결과적인 디스플레이(180)는 주사 디스플레이 시스템이 투영 표면에 더 가깝기 때문에 사용자에게 실질적으로 동일한 크기로 보일 것이다.
도 5는 선형 수직 궤도 및 가변 진폭을 갖는 정현파 수평 궤적으로부터 기인한 편향 파형을 도시한다. 수직 편향 파형 및 블랭킹 파형(380)은 도 3을 참조하여 위에서 설명하였다. 수평 파형(520)은 가변 진폭을 가지며, 이는 래스터 주사의 수직 스윕이 진행함에 따라 가변하는 수평 각도 범위에 해당한다. 일부 실시예에서, 가변 수평 각도 범위 θH는 디스플레이 크기 제어 회로(172)(도 1)에 의해 검출된 키스톤 왜곡을 보정한다.
파형(310 및 520)에 따른 미러(162)의 편향은 적절한 구동 신호로 MEMS 장치(160)를 구동함으로써 달성될 수도 있다. 일부 실시예에서, 수평 편향 주파수는 미러의 공진 주파수에 있고, 그 주파수에서의 매우 작은 여기(excitation)는 원하는 주사 각도가 될 것이다. 수직 편향을 위한 톱니파 구동 신호는 다양한 주파수에서의 정현파의 합으로부터 도출될 수도 있다. 수직 편향을 위한 구동 신호는 또한 파형 발생기에 프로그래밍된 특정 지점으로부터 도출될 수도 있다.
이제 도 6을 참조하면, 도 6은 키스톤 왜곡을 보정하기 위한 미러 편향의 각도 범위의 동적 변경의 예를 도시한다. 도 6의 좌측은 제1 수평 각도 범위 θH1 및 제1 수직 각도 범위 θV1을 갖는 래스터 패턴을 도시한다. 도 6의 오른쪽은 수평 각도 범위가 수직 스윕을 가로질러 가변 값을 갖도록 변경되었을 때의 패턴을 도시한다. 이제 도 5를 다시 참조하면, 이는 520에 도시된 바와 같이 가변 진폭을 갖는 수평 범위(θH)에 해당한다.
도 6에 도시된 변화는 다수의 지점에서 투영 표면까지의 거리를 측정함으로써 키스톤 왜곡이 존재하는지를 결정하는 디스플레이 크기 제어 회로(172)로부터 발생할 수도 있다. 도 6의 래스터 패턴은 가변적인 수평 각도 범위로 도시되어 있지만, 결과적인 디스플레이(180)는 그렇지 않은 경우에 존재할 수도 있는 키스톤 왜곡을 보정하기 위해 변수 θH가 사용되기 때문에 사용자에게 실질적으로 동일한 크기 및 형태로 나타날 것이다. 일부 실시예에서, 미러 편향의 각도 범위는 키스톤 왜곡 보정뿐만 아니라 일정한 화상 크기 또는 밝기를 동시에 달성하도록 변경된다. 예를 들어, 도 4 및 도 6에 도시된 각도 범위 변경은 단일 동작으로 결합될 수도 있다.
일부 실시예에서, 키스톤 왜곡은 수평 각도 범위(θH)를 변화시키지 않고 화상 처리 컴포넌트(102)(도 1) 내에서 디지털 방식으로 보정된다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(700) 또는 그 일부는 디스플레이 크기 제어 회로에 의해 수행되며, 그 실시예는 이전의 도면에 도시된다. 또한, 일부 실시예에서, 방법(700) 또는 그 일부는 주사 디스플레이 시스템에 의해 수행되며, 그 실시예는 이전의 도면에 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 방법(700)은 일련의 회로 또는 전자 시스템에 의해 수행된다. 방법(700)은 상기 방법을 수행하는 특정 타입의 장치에 의해 제한되지 않는다. 방법(700)에서의 다양한 동작은 제시된 순서로 수행될 수도 있고 또는 다른 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 일부 실시예에서, 도 7에 열거된 일부 동작은 방법(700)에서 생략된다.
방법(700)은 블록(710)으로 시작하여 도시된다. 710에 도시된 바와 같이, 화상 내의 픽셀들을 재현하기 위한 가시 레이저 광 펄스가 생성된다. 이는 그레이 스케일 값의 적색, 녹색 및 청색 레이저 광 펄스를 생성하도록 가시 레이저 광원(104)에 명령하는 화상 처리 컴포넌트(102)에 해당할 수도 있다. 단계(720)에서, 가시 레이저 광 펄스는 주사 미러에서 반사되어 투영 표면 상에 화상을 디스플레이한다. 이는 미러(162)가 2개의 축 상에서 편향함에 따라 래스터 주사(126)를 따라 미러(162) 및 조명 픽셀로부터 반사되는 레이저 광 펄스에 해당할 수도 있다.
730에서, 비가시 레이저 광 펄스가 생성된다. 이는 비가시 레이저 광원(108)이 래스터 주사(126)를 따라 하나 이상의 위치에 배치될 하나 이상의 비가시 레이저 광 펄스를 생성하도록 명령하는 디스플레이 크기 제어 회로(172)에 해당할 수도 있다. 740에서, 비가시 레이저 광 펄스가 주사 미러에서 반사된다.
750에서, 비가시 레이저 광 펄스의 반사가 수신된다. 이것은 730에서 생성되고 740에서 투영 표면에서 반사된 레이저 광 펄스의 반사를 수신하는 PD(184)에 해당할 수도 있다.
760에서, 비가시 레이저 광 펄스의 반사의 비행 시간이 측정되어 투영 표면까지의 거리가 결정된다. 이는 반사된 레이저 광 펄스의 TOF를 측정하는 TOF 검출 회로(170)에 해당할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 TOF는 래스터 주사마다 측정되고, 다른 실시예에서는 다수의 TOF가 래스터 주사마다 측정된다.
770에서, 주변광 레벨이 측정된다. 일부 실시예에서, 이것은 주변광을 측정하여 디스플레이 크기 제어 회로(172)에 주변광 레벨을 설명하는 정보를 제공하는 주변광 센서(171)(도 1)에 해당한다.
780에서, 미러 편향의 각도 범위는 투영 표면에 대한 측정된 거리(들), 사용자 입력 및 주변광 레벨 중 하나 이상에 응답하여 변경된다. 이는 각도 범위(θH, θV)를 변경하는 디스플레이 크기 제어 회로(172)에 해당한다. 예를 들어, 사용자가 일정한 화상 크기 또는 일정한 화상 밝기를 선택한 경우, 투영 표면까지의 거리가 감소함에 따라 각도 범위가 증가될 수도 있다. 또한 예를 들어, 사용자가 일정한 화상 밝기를 선택한 경우, 주변 레벨이 감소함에 따라 각도 범위가 증가될 수도 있다. 또한, 사용자가 키스톤 보정을 선택한 경우, 키스톤 왜곡을 보정하기 위해 각도 범위 중 하나 또는 양자가 변경될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치의 블록도를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 모바일 장치(800)는 무선 인터페이스(810), 프로세서(820), 메모리(830) 및 주사 디스플레이 시스템(100)을 포함한다. 주사 디스플레이 시스템(100)은 전술한 바와 같이 TOF 거리 측정, 일정한 화상 크기 제어, 일정한 밝기 제어 및 키스톤 왜곡 보정을 포함한다.
주사 디스플레이 시스템(100)은 임의의 화상 소스로부터 화상 데이터를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 주사 디스플레이 시스템(100)은 스틸 화상을 보유하는 메모리를 포함한다. 다른 실시예에서, 주사 디스플레이 시스템(100)은 비디오 화상을 포함하는 메모리를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 주사 디스플레이 시스템(100)은 커넥터, 무선 인터페이스(810), 유선 인터페이스 등과 같은 외부 소스로부터 수신된 화상을 디스플레이 한다.
무선 인터페이스(810)는 임의의 무선 송신 및/또는 수신 기능을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 무선 인터페이스(810)는 무선 네트워크를 통해 통신할 수 있는 네트워크 인터페이스 카드(network interface card: NIC)를 포함한다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 무선 인터페이스(810)는 셀룰러 전화 기능을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 무선 인터페이스(810)는 위치 확인 시스템(GPS: Global Positioning System) 수신기를 포함할 수도 있다. 당업자는 무선 인터페이스(810)가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 임의 타입의 무선 통신 기능을 포함할 수도 있음을 이해할 것이다.
프로세서(820)는 모바일 장치(800)의 다양한 컴포넌트와 통신할 수 있는 임의 타입의 프로세서일 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(820)는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC) 공급자로부터 입수할 수 있는 매립형 프로세서일 수도 있고 또는 상업적으로 입수 가능한 마이크로프로세서일 수도 있다. 일부 실시예에서, 프로세서(820)는 화상 또는 비디오 데이터를 주사 디스플레이 시스템(100)에 제공한다. 화상 또는 비디오 데이터는 무선 인터페이스(810)로부터 검색되거나 무선 인터페이스(810)로부터 검색된 데이터로부터 유도될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(820)를 통해 스캐닝 디스플레이 시스템(100)은 무선 인터페이스(810)로부터 직접 수신된 화상 또는 비디오를 디스플레이할 수 있다. 또한, 예를 들어, 프로세서(820)는 무선 인터페이스(810)로부터 수신된 화상 및/또는 비디오에 부가하기 위해 오버레이(overlay)를 제공하거나 또는 무선 인터페이스(810)로부터 수신된 데이터에 기초하여 저장된 화상을 변경할 수도 있다(예컨대, 무선 인터페이스(810)가 위치 좌표를 제공하는 GPS 실시예에서 맵(map) 디스플레이를 변경하는 것).
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치를 도시한다. 모바일 장치(900)는 통신 능력을 갖거나 갖지 않는 휴대용 주사 디스플레이 시스템일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 모바일 장치(900)는 거의 또는 전혀 다른 기능을 갖지 않는 주사 디스플레이 시스템일 수도 있다. 또한 예를 들어, 일부 실시예에서, 모바일 장치(900)는 예를 들어, 셀룰러 폰, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨팅 장치, GPS 수신기 등을 포함하는 통신을 위해 사용 가능한 장치일 수도 있다. 또한, 모바일 장치(900)는 무선(예, 셀룰러)을 통해 더 큰 네트워크에 접속될 수 있고 또는 이 장치는 조정되지 않은 스펙트럼(예, WiFi) 접속을 통해 데이터 메시지 또는 비디오 콘텐츠를 수신 및/또는 송신할 수 있다.
모바일 장치(900)는 주사 디스플레이 시스템(100), 터치 감지 디스플레이(910), 오디오 포트(902), 제어 버튼(904), 카드 슬롯(906) 및 오디오/비디오(A/V) 포트(908)를 포함한다. 이러한 요소들은 필수가 아니다. 예를 들어, 모바일 장치(900)는 터치 감지 디스플레이(910), 오디오 포트(902), 제어 버튼(904), 카드 슬롯(906) 또는 A/V 포트(908) 중 어느 것도 사용하지 않고 주사 디스플레이 시스템(100)만을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 액세서리 프로젝터는 주사 디스플레이 시스템(100), 제어 버튼(904) 및 A/V 포트(908)를 포함할 수도 있다. 스마트 폰 실시예는 터치 감지 디스플레이 장치(910) 및 디스플레이 시스템(100)을 결합할 수도 있다.
터치 감지 디스플레이(910)는 임의 타입의 디스플레이일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 터치 감지 디스플레이(910)는 액정 디스플레이(LCD) 스크린을 포함한다. 일부 실시예에서, 디스플레이(910)는 터치에 민감하지 않다. 디스플레이(910)는 디스플레이 시스템(100)을 주사함으로써 투영된 화상을 항상 디스플레이 하거나 디스플레이 하지 않을 수 있다. 예를 들어, 액세서리 제품은 디스플레이(910) 상에 항상 투영된 화상을 디스플레이할 수도 있는 반면 모바일 폰의 실시예는 디스플레이(910) 상의 상이한 콘텐츠를 디스플레이 하는 동안 비디오를 투영할 수도 있다. 일부 실시예는 터치 감지 디스플레이(910)에 추가하여 키패드를 포함할 수도 있다.
A/V 포트(908)는 비디오 및/또는 오디오 신호를 수신 및/또는 송신한다. 예를 들어, A/V 포트(908)는 디지털 오디오 및 비디오 데이터를 운반하기에 적합한 케이블을 수용하는 고선명 멀티미디어 인터페이스(high definition multimediainterface: HDMI)와 같은 디지털 포트일 수도 있다. 또한, A/V 포트(908)는 합성 입력을 수신 또는 송신하기 위한 RCA 잭을 포함할 수도 있다. 또한, A/V 포트(908)는 아날로그 비디오 신호를 수신하거나 전송하기 위한 VGA 커넥터를 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 모바일 장치(900)는 A/V 포트(908)를 통해 외부 신호 소스에 연결될 수 있고, 모바일 장치(900)는 A/V 포트(908)를 통해 수신된 콘텐츠를 투영할 수도 있다. 다른 실시예에서, 모바일 장치(900)는 콘텐츠의 발신자일 수도 있으며, A/V 포트(908)는 콘텐츠를 다른 장치에 송신하는데 사용된다.
오디오 포트(902)는 오디오 신호를 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 모바일 장치(900)는 오디오 및 비디오를 기록 및 재생할 수 있는 미디어 레코더(media recorder)이다. 이들 실시예에서, 비디오는 주사 디스플레이 시스템(100)에 의해 투영될 수도 있고, 오디오는 오디오 포트(902)에서 출력될 수도 있다.
모바일 장치(900)는 또한 카드 슬롯(906)을 포함한다. 일부 실시예에서, 카드 슬롯(906)에 삽입된 메모리 카드는 오디오 포트(902)에서 오디오가 출력될 소스 및/또는 주사 디스플레이 시스템(100)에 의해 투영될 비디오 데이터를 제공할 수도 있다. 카드 슬롯 906)은 예를 들어, 보안 디지털(secure digital: SD) 메모리 카드를 포함하는 임의 타입의 고체 메모리 장치를 수신할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치를 도시한다. 게임 장치(1000)는 버튼(1002), 디스플레이(1010) 및 디스플레이 시스템(100)을 포함한다. 일부 실시예에서, 게임 장치(1000)는 사용자가 게임을 즐기기 위해 더 큰 콘솔을 필요로 하지 않는 독립형 장치이다. 예를 들어, 사용자는 디스플레이(1010) 및/또는 180에 투영된 콘텐츠를 보면서 게임을 즐길 수도 있다. 다른 실시예에서, 게임 장치(1000)는 보다 큰 게임 콘솔을 위한 제어기로서 동작한다. 이러한 실시예에서, 사용자는 디스플레이(1010) 및/또는 180에 투영된 콘텐츠와 결합하여 콘솔에 연결된 더 큰 스크린을 볼 수도 있다.
일부 실시예에서, 게임 장치(1000)는 모바일 장치(800)의 일부 또는 전부를 포함한다(도 8). 예를 들어, 게임 장치(1000)는 무선 인터페이스(810), 프로세서(820), 메모리(830) 및 주사 디스플레이 시스템(100) 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
본 발명을 특정 실시예와 관련하여 설명하였지만, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 변경 및 변형이 가해질 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 변경 및 변경은 본 발명의 범위 및 첨부된 청구범위 내에 있는 것으로 간주한다.

Claims (14)

  1. 주사 디스플레이 시스템으로서,
    제1 레이저 광을 방출하는 적어도 하나의 가시 레이저 광원인 제1 레이저 광원;
    제2 레이저 광을 방출하는 적어도 하나의 비가시 레이저 광원인 제2 레이저 광원;
    상기 제1 레이저 광원으로부터 수신된 상기 제1 레이저 광과 상기 제2 레이저 광원으로부터 수신된 상기 제2 레이저 광을 반사 및 주사하여 투영 표면 상에 가시 화상을 생성하는 주사 미러;
    상기 투영 표면에서 반사된 상기 제2 레이저 광을 검출하는 광 검출기;
    상기 광 검출기에 응답하여 상기 주사 디스플레이 시스템으로부터 상기 투영 표면까지의 거리를 측정하는 비행 시간(TOF) 검출 회로;
    상기 미러가 2차원 각도 범위를 통해 편향되게 하는 신호로 상기 미러를 구동하는 미러 구동 회로;
    주변광 센서; 및
    상기 투영 표면 상에 일정한 디스플레이 크기를 유지하기 위해 미러 편향의 상기 각도 범위를 변경하는 디스플레이 크기 제어 회로;를 포함하고,
    상기 디스플레이 크기 제어 회로가, 상기 비행시간(TOF) 검출 회로와 상기 주변광 센서로부터 수신한 정보에 응답하여, 미러 편향의 각도 범위를 동적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 주사 디스플레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 크기 제어 회로는 사용자 입력에 응답하는, 주사 디스플레이 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 TOF 검출 회로는 다수 지점에서 상기 주사 디스플레이 시스템으로부터 상기 투영 표면까지의 거리를 측정하도록 구성되는, 주사 디스플레이 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디스플레이 크기 제어 회로는 키스톤 왜곡이 존재하는지를 결정하도록 구성되는, 주사 디스플레이 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디스플레이 크기 제어 회로는 키스톤 왜곡을 보정하기 위해 미러 편향의 각도 범위를 변경하도록 구성된, 주사 디스플레이 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레이저 광원은 적외선 레이저 광원을 포함하는, 주사 디스플레이 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저 광원은 하나 이상의 적색 레이저 광원, 하나 이상의 녹색 레이저 광원 및 하나 이상의 청색 레이저 광원을 포함하는, 주사 디스플레이 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 크기 제어 회로는 시간에 따라 상기 주변광 센서의 정보를 수신하고, 주변광 레벨의 평균치를 결정하도록 평균화하는, 주사 디스플레이 시스템.
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