KR20100063826A - 스크린 상의 참조 마크를 갖는 스크린을 구비한 서보-어시스트 주사 빔 디스플레이 시스템 - Google Patents

스크린 상의 참조 마크를 갖는 스크린을 구비한 서보-어시스트 주사 빔 디스플레이 시스템 Download PDF

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로저 에이. 하자르
앨런 씨. 버로우즈
마크 에이. 파즈도우스키
데이빗 엘. 켄트
존 우에빙
필립 에이치. 말야크
도날드 크랠
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프리즘, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 형광 광을 방출하여 이미지를 형성하는 형광 스크린 상의 디스플레이 화질을 제어하기 위해 여러 가지 서보 피드백 제어 메커니즘을 사용하는 주사 빔 디스플레이 시스템을 제공한다.

Description

스크린 상의 참조 마크를 갖는 스크린을 구비한 서보-어시스트 주사 빔 디스플레이 시스템{SERVO-ASSISTED SCANNING BEAM DISPLAY SYSTEMS HAVING SCREENS WITH ON-SCREEN REFERENCE MARKS}
이 PCT 출원은 아래의 특허 출원의 이권을 청구한다:
1. 2006년 2월 25일자로 출원되고, 명칭이 "광 형광 스크린을 사용하는 디스플레이 시스템 및 그러한 시스템용 서보 피드백 제어"인 미국 가출원 제60/773,993호,
2. 2006년 2월 24일자로 출원되고, 명칭이 "다각형 스캐너를 사용한 레이저 디스플레이에서의 피라미드 에러 보정"인 미국 가출원 제60/776,553호,
3. 2006년 3월 3일자로 출원되고, 명칭이 "주사 광을 사용하는 디스플레이 시스템 및 이미징 렌즈 어셈블리에 의한 광 왜곡의 전자 보정"인 미국 가출원 제60/779,261호,
4. 2006년 5월 15일자로 출원되고, 명칭이 "프리즘 층을 갖는 형광 스크린을 포함하는 형광 스크린을 사용하는 디스플레이 시스템"인 미국 가특허출원 제60/800,870호.
이 PCT 출원은 2006년 3월 31일자로 출원되고, 명칭이 "광 형광 물질을 갖는 스크린을 구비하는 디스플레이 시스템"인 PCT 출원 PCT/US2006/11757호의 부분 계속 출원이며 그 이권을 청구한다.
또한, 이 PCT 출원은 아래의 2개의 미국 출원의 부분 계속 출원이며 그 이권을 청구한다:
1. 상기 리스트된 미국 가특허출원 1, 3 및 4와 상기 언급된 PCT 출원 PCT/US2006/11757호의 이권을 청구하는, 2006년 9월 1일자로 출원되고, 명칭이 "형광 스크린을 사용하는 서보-어시스트 주사 빔 디스플레이 시스템"인 미국 특허출원 제11/515,420호,
2. 상기 리스트된 미국 가특허출원 1∼4와 상기 언급된 PCT 출원 PCT/US2006/11757호와 미국 출원 제11/515,420호의 이권을 청구하는, 2006년 12월 13일자로 출원되고, 명칭이 "주사 빔 디스플레이 시스템에서의 다각형 스캐너의 피라미드 에러 보정"인 미국 특허출원 제11/610,479호.
이 출원은 참고로 상기 출원의 전체 개시내용을 이 출원의 명세서의 일부로서 통합한다.
본 발명은 주사 빔 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
주사 빔 디스플레이 시스템에서, 광 빔이 스크린 상에 이미지를 형성하도록 스크린 위로 주사될 수 있다. 레이저 디스플레이 시스템과 같은 다수의 디스플레이 시스템은 수직 주사를 제공하기 위해 갈보 구동 미러(galvo-driven mirror)와 같은 수평 주사 및 수직 주사 미러를 제공하도록 다수의 반사면을 갖는 다각형 스캐너를 사용한다. 동작 시에, 다각형 스캐너가 면의 방향 및 위치를 변경하도록 스핀함에 따라, 다각형 스캐너의 한 면이 하나의 수평 라인을 주사하고 다음의 면이 다음의 수평 라인을 주사한다. 수평 주사 및 수직 주사는 스크린 상에 이미지를 투사하도록 서로 동기화된다.
그러한 주사 빔 디스플레이 시스템은 여러 가지 구성일 수 있다. 예를 들면, 주사 빔 디스플레이 시스템은 광 반사, 광 확산, 광 산란 및 광 회절과 같은 메커니즘 중 하나 또는 그 조합에 의해 광을 방출하지 않지만 뷰어가 볼 수 있는 주사 빔의 광을 생성하는 수동형 스크린을 사용할 수 있다. 다양한 전방 및 후방 프로젝션 디스플레이가 수동형 스크린을 사용한다. 주사 빔 디스플레이 시스템은 방출된 광이 뷰어가 볼 수 있는 이미지를 형성하는 광 여기 하에 착색 광을 방출하도록 형광 물질을 포함하는 형광 스크린과 같은 능동형 스크린을 사용할 수도 있다.
이 출원의 상세한 설명은 특히, 스크린 상의 주사 광에 의거한 디스플레이 시스템 및 장치를 설명한다. 그러한 디스플레이 시스템용 서보 제어 메커니즘이 설명된다.
어떤 실시예에서는, 다수의 레이저가 하나의 스크린을 조명하기 위한 다수의 레이저 빔을 동시에 주사하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 다수의 레이저 빔이 한번에 하나의 스크린 세그먼트를 조명하여, 다수의 스크린 세그먼트를 순차적으로 주사하여 풀 스크린을 완성할 수 있다. 스크린은 주사 광의 여기 하에 가시 광을 방출하는 형광 물질을 포함할 수 있어 방출된 가시 광으로 이미지를 형성한다.
일 실시예에서, 이미지 정보를 반송하는 데 사용될 수 있는 광 펄스를 갖는 여기 광의 주사 빔을 생성하는 광학 모듈; 상기 여기 광을 흡수하여, 상기 주사 빔에 의해 반송되는 이미지를 생성하도록 가시적인 형광 광을 방출하는 형광 스크린; 및 상기 주사 빔의 조명 하에 상기 형광 스크린으로부터 피드백 광 신호를 수신하고 상기 형광 스크린 상의 상기 광 펄스의 공간적인 정렬을 나타내는 모니터 신호를 생성하도록 위치하는 광 센서를 포함하는, 주사 빔 디스플레이 시스템이 기재되어 있다. 상기 광학 모듈은 상기 형광 스크린 상의 상기 광 펄스의 공간적인 위치의 상기 공간적인 정렬을 제어하도록 상기 모니터 신호에 응답하여 상기 주사 빔에 의해 반송되는 상기 광 펄스의 타이밍을 조정하는 피드백 제어 유닛을 포함한다.
상기 주사 빔 디스플레이 시스템에서, 상기 스크린은 상기 주사 빔에 의해 반송되는 이미지를 생성하는 평행한 형광 스트라이프, 및 상기 주사 빔의 조명 하에 상기 피드백 광 신호를 생성하도록 상기 형광 스트라이프의 경계에 각각 위치하는 서보 참조 마크를 포함한다. 상기 피드백 광 신호는 각 형광 스트라이프를 가로질러 상기 주사 빔의 위치에 따라 진폭이 변화하며, 상기 광학 모듈은 상기 형광 스트라이프에 수직인 빔 주사 방향을 따라 상기 스크린 상의 상기 광 펄스의 위치를 시프트하도록 상기 주사 빔 내의 상기 광 펄스의 타이밍의 시간적인 변화를 생성한다. 또한, 상기 피드백 제어 유닛은 상기 빔 주사 방향을 따라 형광 스트라이프의 중앙을 향해 각 광 펄스의 위치를 지향시키도록 상기 모니터 신호 내의 정보에 응답하여 상기 광 펄스의 타이밍을 조정한다.
다른 실시예에서, 주사 빔 디스플레이 시스템을 제어하는 방법이 기재된다. 이 방법에서, 광 펄스로 변조되는 여기 광 빔이 평행한 형광 스트라이프를 갖는 스크린 상에 상기 형광 스트라이프에 수직인 빔 주사 방향으로 주사되어, 형광 스트라이프를 여기시켜 이미지를 형성하는 가시적인 형광 광을 방출한다. 상기 여기 광 빔 내의 상기 광 펄스의 타이밍에 시간적인 변화가 제공되어, 상기 스크린 상의 상기 빔 주사 방향을 따라 각 광 펄스의 공간적인 위치를 앞서게 하거나 지연시킨다. 상기 여기 광 빔에 의한 조명 하에 상기 스크린으로부터 생성되는 모니터 신호가 검출되고, 상기 모니터 신호는 형광 스트라이프에 대한 상기 빔의 위치에 따라 변화하는 진폭을 갖는다. 상기 모니터 신호를 처리하여, 형광 스트라이프의 중앙에 대해 상기 스크린 상의 광 펄스의 위치의 공간 오프셋에 대한 정보를 얻고, 상기 여기 광 빔 내의 상기 광 펄스의 타이밍을 조정하여 상기 공간 오프셋을 감소시킨다.
상기 방법에서, 아래의 동작들이 상기 시스템을 제어하기 위해 행해질 수 있다. 상기 빔 주사 방향으로 상기 형광 스트라이프 외부에 주변 서보 참조 마크가 제공될 수 있어, 상기 주사 빔에 의해 조명될 때 피드백 광을 생성한다. 그 후, 상기 형광 영역 위에 주사 중에 상기 주변 서보 참조 마크 위에 주사하도록 상기 주사 빔이 제어된다. 상기 주사 빔이 상기 주변 서보 참조 마크 위에 주사할 때 CW 모드가 되도록, 그리고 상기 주사 빔이 상기 형광 스트라이프 위를 주사할 때 상기 광 펄스를 반송하도록 펄스 모드가 되도록 상기 주사 빔이 제어된다. 상기 주변 서보 참조 마크로부터의 상기 피드백 광이 사용되어 상기 주사 빔의 빔 파라미터를 검출하고, 상기 검출된 빔 파라미터가 사용되어 상기 주사 빔을 조정한다. 주변 서보 참조 마크는 빔 포커싱, 스크린 상의 수직 빔 위치, 및 스크린 상의 빔 파워와 같은 다양한 제어를 달성하는 데 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 주사 빔 디스플레이 시스템은 시간 순으로 되고 시간 이미지 정보를 반송하는 광 펄스를 갖는 여기 광의 주사 빔을 생성하는 광학 모듈, 및 형광 영역과 상기 형광 영역 외부의 주변 서보 참조 마크 영역을 포함하는 형광 스크린을 포함할 수 있다. 상기 형광 영역은 상기 여기 광을 흡수하여, 상기 주사 빔에 의해 반송되는 이미지를 생성하도록 가시적인 형광 광을 방출한다. 상기 형광 영역은 상기 주사 빔의 조명 하에 제1 피드백 광 신호를 생성하는 제1 서보 참조 마크를 포함한다. 상기 주변 서보 참조 마크는 상기 주사 빔의 주면 하에 제2 피드백 광 신호를 생성하는 적어도 하나의 제2 서보 참조 마크를 포함한다. 이 시스템은 또한, 상기 제1 피드백 광 신호를 수신하고 상기 형광 스크린 상의 상기 광 펄스의 공간적인 정렬을 나타내는 제1 모니터 신호를 생성하도록 위치하는 제1 광 센서, 및 상기 제2 피드백 광 신호를 수신하고 상기 형광 스크린 상의 상기 주사 빔의 광학적 성질을 나타내는 제2 모니터 신호를 생성하도록 위치하는 제1 광 센서를 포함한다. 상기 광학 모듈은 상기 형광 스크린 상의 상기 광 펄스의 공간적인 위치의 상기 공간적인 정렬을 제어하도록 상기 제1 및 제2 모니터 신호에 응답하여 상기 주사 빔을 조정하는 피드백 제어 유닛을 포함한다.
상기 시스템 내의 스크린은 상기 스크린의 상기 주변 서보 참조 마크 영역 내에 형성되는 광 파이프를 더 포함할 수 있다. 이 광 파이프는 상기 제2 서보 참조 마크에 의해 생성되는 상기 제2 피드백 광 신호를 수신하도록 연결되는 입력 포트와, 상기 수신된 제2 피드백 광 신호를 상기 제2 광 센서에 지향시키도록 상기 제2 광 센서에 연결되는 출력 포트를 갖는다. 상기 제2 서보 참조 마크는 상기 주사 빔의 송신된 부분을 상기 제2 피드백 광 신호로서 상기 광 파이프에 지향시키도록 광학적으로 투과성이다.
제1 스캐너 및 제2 다각형 스캐너를 갖는 주사 빔 디스플레이 시스템의 예들이 기재된다. 일례에서, 그러한 시스템은 광학 모듈 및 스크린을 포함할 수 있다. 상기 광학 모듈은 이미지 정보를 반송할 수 있는 광 펄스를 갖는 적어도 하나의 주사 빔을 제1 방향을 따라서 주사하기 위한 제1 스캐너와, 복수의 반사 면을 갖는 다각형을 구비한 제2 스캐너를 포함한다. 상기 다각형은 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 상기 적어도 하나의 주사 빔을 주사하도록 상기 제1 방향을 따르는 회전축 둘레로 회전한다. 상기 스크린은 상기 광학 모듈로부터 상기 적어도 하나의 주사 빔을 수신하도록 위치하고, (1) 상기 적어도 하나의 주사 빔에 의해 반송되는 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 영역, 및 (2) 스크린 상에 상기 적어도 하나의 주사 빔의 상기 제2 방향을 따르는 경로에 위치하고 상기 제1 방향을 따라 서로 변위되는 참조 마크를 포함하도록 구성된다. 각 참조 마크는 상기 적어도 하나의 주사 빔에 의해 조명될 때 광 모니터 신호를 생성한다. 상기 시스템은 또한 상기 스크린으로부터 상기 광 모니터 신호를 수신하고 상기 스크린 상의 각각의 참조 마크에 대한 상기 적어도 하나의 주사 빔의 위치 오프셋에 대한 정보를 포함하는 검출기 신호를 생성하도록 위치하는 광 검출기, 및 상기 검출기 신호로부터 상기 다각형의 피라미드 에러를 측정하고 상기 피라미드 에러에 의해 야기된 상기 위치 오프셋을 보정하도록 상기 제2 스캐너의 주사를 제어하는 제1 스캐너 제어를 포함할 수 있다.
2개의 방향을 따라 주사하는 2개의 스캐너를 갖는 주사 빔 디스플레이 시스템을 동작하는 방법이 또한 기재된다. 이 방법은 스크린 상에 제1 방향을 따라 이미지를 반송하도록 광 펄스로 변조되는 적어도 하나의 광 빔을 주사하기 위한 제1 스캐너와, 상기 이미지를 디스플레이하도록 상기 스크린 상의 제2의 수직 방향을 따라 상기 적어도 하나의 빔을 주사하기 위한 복수의 반사 면을 갖는 제2 다각형 스캐너를 사용하는 단계를 포함한다. 상기 반사면에 의해 상기 적어도 하나의 빔의 빔 주사 경로 내에 각각 있는 위치에서 스크린 상의 복수의 참조 마크가 주사하는 동안 상기 적어도 하나의 빔에 의해 조명될 때 광 모니터 신호를 각각 생성하도록 사용된다. 각 광 모니터 신호는 상기 다각형 스캐너 내의 각각의 반사면의 피라미드 에러에 의해 야기되는 상기 스크린 상의 각각의 참조 마크에 대한 상기 적어도 하나의 빔의 위치 오프셋에 대한 정보를 갖는다. 이 방법은 상기 위치 오프셋에 대한 상기 정보를 포함하는 검출기 신호를 생성하도록 상기 스크린으로부터 상기 광 모니터 신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출기 신호 내의 상기 위치 오프셋에 응답하여 상기 스크린 상의 상기 적어도 하나의 빔의 상기 위치 오프셋을 감소시키도록 상기 제1 방향을 따라 상기 제1 스캐너의 주사를 조정하는 단계를 더 포함한다.
2개의 스캐너를 갖는 주사 빔 디스플레이 시스템의 다른 예는 이미지 정보를 반송할 수 있는 광 펄스를 갖는 여기 광의 주사 빔을 생성하는 광학 모듈, 상기 주사 빔을 제1 방향을 따라 주사하기 위한 제1 스캐너, 반사면을 갖고 상기 제1 방향에 평행한 축 둘레를 스핀하며 상기 주사 빔을 제2 수직 방향을 따라 주사하도록 상기 반사면을 사용하는 제2 스캐너, 및 각각 상기 제1 방향을 따라 그리고 상기 제2 방향을 따라 서로 공간적으로 변위되는 복수의 평행한 형광 스트라이프를 갖는 형광 영역과 상기 형광 영역 외부의 주변 서보 참조 마크 영역을 포함하는 형광 스크린을 포함한다. 상기 형광 스트라이프는 상기 여기 광을 흡수하고 상기 주사 빔에 의해 반송되는 이미지를 생성하도록 가시적인 형광 광을 방출한다. 상기 형광 영역은 또한, 상기 제2 방향을 따라 상기 형광 스트라이프에 대한 상기 광 펄스의 공간적인 정렬을 나타내도록 상기 주사 빔의 조명 하에 제1 피드백 광 신호를 생성하는 복수의 제1 서보 참조 마크를 포함한다. 상기 주변 서보 참조 마크 영역은 상기 제1 방향을 따르는 상기 주사 빔의 위치 오프셋을 나타내는 상기 주사 빔이 조명 하에 제2 피드백 광 신호를 각각 생성하는 복수의 제2 서보 참조 마크를 포함한다. 이 시스템은 또한, 상기 제1 피드백 광 신호를 수신하고 상기 형광 스트라이프에 대한 상기 광 펄스의 상기 공간적인 정렬을 나타내는 제1 모니터 신호를 생성하도록 배치되는 제1 광 센서, 상기 제2 피드백 광 신호를 수신하고 각각의 반사면에 의해 주사될 때 상기 제1 방향을 따르는 상기 주사 빔의 상기 위치 오프셋을 나타내는 제2 모니터 신호를 생성하도록 배치되는 제2 광 센서, 및 상기 제1 방향을 따른 상기 주사 빔의 상기 위치 오프셋을 감소시키도록 그리고 상기 형광 스트라이프에 대한 상기 광 펄스의 공간 위치의 적어도 공간적인 정렬을 제어하도록 상기 제1 및 제2 모니터 신호에 응답하여 상기 주사 빔을 조정하는 제어 유닛을 포함한다.
이 출원은 또한, 반사면을 갖고 광 빔을 제1 방향을 따라 회전시키는 다각형 스캐너, 상기 광 빔이 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 주사하게 하기 위한 반사기를 갖는 제2 스캐너, 및 상기 제2 스캐너와 통신하여 상기 제2 스캐너의 주사를 제어하는 제어 유닛을 포함하는, 2개의 스캐너를 갖는 주사 빔 디스플레이 시스템의 일례를 기재한다. 상기 제어 유닛은 상기 광 빔을 상기 광 빔에 의해 반송되는 이미지의 프레임 레이트보다 높은 디더 주파수에서 매 주사하는 동안 상기 제2 방향을 따라 전후로 그 방향을 변화시키도록 상기 제2 스캐너를 디더한다.
또한, 이 출원은, 반사기 면을 갖는 다각형 스캐너를 사용하여 광 빔을 제1 방향을 따라 주사하고, 반사기를 갖는 제2 스캐너를 사용하여 상기 광 빔을 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 주사하는 2개의 스캐너로 이미지를 디스플레이하는 방법의 일례를 기재한다. 이 방법은 연속적인 프레임 내의 각 수평 주사 라인에서 상기 다각형 스캐너의 상이한 면에 의해 상기 광 빔을 주사하도록 상기 광 빔의 주사를 제어하는 단계를 포함한다.
스크린으로부터의 피드백 광에 의거한 다양한 서보 제어 기술이 형광 스크린을 갖는 주사 디스플레이 시스템용으로 기재된다. 형광 스크린으로부터의 광은 스크린 상의 여기 광의 주사 빔 내의 광 펄스의 타이밍 에러를 모니터하기 위해 검출된다. 그러한 광은 예컨대, 여기 광의 반사되거나 산란된 광, 또는 여기 광의 조명 하에 스크린에 의해 방출되는 형광 광일 수 있다. 정적인 서보 제어와 동적인 서보 제어의 양자의 예가 기재된다. 정적인 서보 제어는 스크린이 이미지를 디스플레이하지 않을 때 시스템의 파워-온 단계 동안 실행되고, 동적인 서보 제어는 이미지가 스크린 상에 디스플레이될 때 시스템의 통상 동작 동안 실행된다.
이들 및 다른 예 및 실시예를 도면, 상세한 설명 및 청구범위에서 상세히 설명한다.
여러 가지 서보 피드백 제어 메커니즘을 사용하는 주사 빔 디스플레이 시스템을 제공함으로써, 형광 광을 방출하여 이미지를 형성하는 형광 스크린 상의 디스플레이 화질을 제어할 수 있다.
도 1은 디스플레이될 이미지 정보를 반송하는 주사 레이저 빔의 여기 하에 레이저 여기 가능한 형광물질(예컨대, 형광체) 방출 착색 광으로 만들어지는 형광 스크린을 갖는 주사 레이저 디스플레이 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2a 및 2b는 평행한 형광 스트라이프를 갖는 스크린 구조 및 도 1의 스크린상의 컬러 픽셀의 구조의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2c는 광 여기 하에 백색 광을 방출하는 균일한 형광층의 층 상에 평행한 광학 필터를 위치시킴으로써 형성되는 형광 스트라이프를 갖는 형광 스크린의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 3 및 4는 2개의 상이한 주사 빔 디스플레이를 도시하는 도면이다.
도 5는 스크린 상에 다수의 레이저 빔을 지향시키는 다수의 레이저를 갖는 도 3의 레이저 모듈의 실시의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 각 컬러 픽셀 시간이 3개의 컬러 채널용의 3개의 연속적인 타임 슬롯으로 분할되는 각 변조 레이저 빔(120) 상의 시간 분할의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 다수의 여기 레이저 빔을 갖는 연속적인 주사 라인을 동시에 주사하는 일례를 도시하는 도면이다.
도 8은 서보 피드백 제어 및 온-스크린 감광 유닛을 사용하는 주사 디스플레이 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 온-스크린 광학 서보 검출기를 갖는 형광 스크린의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 서보 피드백 제어 및 오프-스크린 감광 유닛을 사용하는 주사 디스플레이 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은 다양한 서보 제어 기능용 피드백 광을 생성하는 서보 참조 마크를 포함하는 주변 참조 마크 영역을 갖는 형광 스크린의 일례를 도시하는 도면이다.
도 12는 스크린 상의 활성 형광 영역의 시작을 위한 기준을 제공하기 위해 주변 참조 마크 영역에서의 라인 참조 마크의 개시를 도시하는 도면이다.
도 13은 도 11의 스크린용의 수직 빔 위치 참조 마크의 일례를 도시하는 도면이다.
도 14a 및 14b는 스크린 상의 수직 빔 위치를 제어하기 위해 도 13의 수직 빔 위치 참조 마크를 사용할 때의 서보 피드백 제어 회로 및 그 동작을 도시하는 도면이다.
도 15 및 16은 도 11의 스크린용의 수직 빔 위치 참조 마크 및 대응하는 서보 피드백 제어 회로의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 17은 스크린 상의 수직 빔 위치의 서보 제어를 위해 레이저 빔의 수직 방향을 제어하는 레이저 액추에이터의 일례를 도시하는 도면이다.
도 18은 스크린 상의 빔 포커스를 제어하는 서보 피드백을 제공하기 위해 도 11의 스크린용 빔 포커스 감지 마크의 일례를 도시하는 도면이다.
도 19는 스크린 상의 여기 빔의 광 파워를 모니터링하는 파워 감지 마크를 포함하는 다양한 참조 마크를 포함하는 도 11의 스크린의 하나의 실시를 도시하는 도면이다.
도 20A, 20B, 20C 및 20D는 적색, 녹색 및 청색용 테스트 패턴을 검출하는 것에 의거하여, 도 8의 주사 디스플레이 시스템에서의 서보 피드백 제어의 동작을 도시하는 도면이다.
도 21은 여기 빔 내의 광 펄스의 타이밍의 시간 변화 및 스크린 상의 서보 참조 마크에 의거하여, 서보 피드백 제어를 갖는 주사 디스플레이 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 22, 23 및 24는 서보 제어를 위한 피드백 광을 생성하는 서보 참조 마크를 갖는 형광 스크린의 예들을 도시하는 도면이다.
도 25는 형광 스트라이프를 갖는 형광 스크린 상의 빔 위치 및 광 펄스의 타이밍을 도시하는 도면이다.
도 26A, 26B 및 26C는 형광 스트라이프에 수직인 수평 주사 방향을 따르는 상이한 빔 위치에서 펄스가 턴 온될 때 형광 스크린 내의 스트라이프 디바이더 상의 서보 참조 마크의 동작을 도시하는 도면이다.
도 27은 형광 스크린 내의 스트라이프 디바이더 상의 서보 참조 마크에 의해 반사된 여기 신호의 공간 의존성을 도시하는 도면이다.
도 28은 서보 참조 마크가 스트라이프 디바이더 상에 형성되는 반사된 여기 신호에 대한 3개의 상이한 파워 레벨을 갖는 서브픽셀 내의 3개의 영역을 도시하는 도면이다.
도 29, 30, 31 및 32는 여기 빔 내의 광 펄스의 타이밍에서 주기적인 시간 지연 신호에 응답하여 스트라이프 디바이더 상에 형성되는 서보 참조 마크의 동작을 도시하는 도면이다.
도 33은 도 20, 30, 31 및 32에 도시된 여기 빔 내의 광 펄스의 타이밍에서 주기적인 시간 지연 신호에 의거하여 스트라이프 디바이더 상의 서보 참조 마크로부터 반사된 신호로부터 에러 신호의 생성을 도시하는 도면이다.
도 34, 35 및 36은 하나의 수평 주사의 일부에 대한 주사 시간, 피크 검출기의 각각의 출력 및 샘플링 클록 신호의 함수로서 검출된 반사 피드백 광의 측정치를 얻기 위해 CW 모드로 스크린을 주사함으로써 형광 스크린을 조정하는 예들을 도시하는 도면이다.
도 37은 도 5에 도시된 주사 디스플레이에서의 수직 스캐너(예컨대, 갈보 미러)의 주사를 도시하는 도면이다.
도 38, 39A 및 39B는 스크린 상의 빔 위치 상에서의 다각형 스캐너의 피라미드 에러의 효과를 도시하는 도면이다.
도 40은 도 5의 주사 디스플레이에서의 수직 스캐너의 디더링 동작을 도시하는 도면이다.
도 41 및 42는 주사 디스플레이 시스템 내의 다각형 스캐너의 면들의 피라미드 에러를 검출하기 위해 스크린의 주변 영역에서의 수직 참조 마크의 사용을 도시하는 도면이다.
도 43은 피라미드 에러 모니터 메커니즘 및 피라미드 에러 보정 메커니즘을 실시하는 주사 빔 디스플레이 시스템의 일례를 도시하는 도면이다.
도 44는 도 43의 디자인에 의거하여 일례의 시스템의 디스플레이 1 비디오 프레임 내의 피라미드 에러의 보정을 도시하는 도면이다.
도 45는 3개의 광 검출기가 형광 스크린으로부터 3개의 상이한 컬러의 광을 집속하여 검출하는 데 사용되는 서보 피드백 제어를 위한 서보 검출 디자인의 일례를 도시하는 도면이다.
도 46 및 47은 스크린이 이미지를 디스플레이하지 않을 때 예컨대, 디스플레이 시스템의 파워-온 단계 동안에 레이저 펄스 내의 타이밍 에러를 보정하는 정적 서보 피드백 신호를 제공하기 위해 도 45의 2개의 검출기의 차에 의거한 차동 신호의 사용을 도시하는 도면이다.
도 48은 디스플레이 시스템의 통상 동작 중에 다이나믹 서보 제어 신호의 생성을 도시하는 도면이다.
이 출원에서 기재되는 주사 빔 디스플레이 시스템의 예들은 수직 주사 미러 및 회전하는 다각형 미러를 사용하여 스크린 상에 하나 이상의 주사 빔의 2차원 주사를 제공하여 이미지를 형성한다. 빔은 수직 주사 미러로 먼저 지향된 후에 수평 다각형 미러에 또는 역 순으로 지향될 수 있다. 동작 시에, 다격형 스캐너를 주사함으로써 수평 라인을 트레이스할 때, 수직 주사 미러는 수평 라인을 수직으로 옮기도록 동작한다. 수직 주사 미러는 예컨대, 수직 스캐너로서의 갈바노미터에 맞물리는 미러를 사용함으로써 구현될 수 있다.
다각형 미러 상의 상이한 미러 면들은 다각형 스캐너의 회전축에 대하여 정확하게 동일한 방향(예컨대, 수직 방향)으로 있을 수 없으므로, 상이한 면들이 동일한 빔을 상이한 수직 방향으로 지향시킬 수 있다. 이러한 한 면으로부터 다른 면으로의 편향은 피라미드 에러로 알려져 있고, 다각형 스캐너의 상이한 면들에 의해 주사되는 상이한 수평 라인의 수직 위치에서 에러를 초래할 수 있다. 이 피라미드 에러는 스크린 상의 화질을 저하시킬 수 있다. 다각형이 피라미드 에러가 없을 때, 상이한 면들에 의해 주사된 스크린 상의 다수의 수평 라인은 수직 주사 미러가 수직 방향으로 일정한 주사 속도로 동작하면 동일한 간격이 된다. 그러나, 다각형 스캐너가 피라미드 에러를 갖는다면, 상이한 면들로부터의 스크린 상의 수평 라인들은 수직 스캐너가 수직 방향으로 일정한 주사 속도로 동작할 때 동일한 간격이 되지 않는다. 2개의 인접한 수평 주사 라인 사이의 라인 간격의 변화는 다각형 스캐너의 각각의 인접한 면들의 방향의 차에 종속한다. 그러한 불균일한 라인 간격은 디스플레이된 이미지를 왜곡시킬 수 있고, 컬러, 해상도와 같은 화질 및 스크린 상에 디스플레이되는 이미지의 다른 품질 팩터를 저하시킬 수 있다.
다각형 스캐너는 피라미드 에러를 최소화시키도록 높은 정확성을 갖고 설계 및 제조될 수 있다. 그러나, 낮은 피라미드 에러를 갖는 다각형은 고가일 수 있다. 비용 절감을 위해, 피라미드 에러 보정 메커니즘이 설치된 다각형 스캐너의 알려진 피라미드 에러를 보정하기 위해 그러한 시스템에서 실현될 수 있다. 이러한 보정 메커니즘의 실현은 디스플레이 성능을 손상함 없이 피라미드 에러를 갖는 비교적 저렴한 다각형의 사용을 가능하게 한다. 또한, 다각형 스캐너의 면들의 방향은 온도 및 다른 환경 요인(예컨대, 습도)의 변화, 시간 경과에 따른 다각형 스캐너에 사용되는 재료의 노화 등과 같은 다양한 요인으로 인해 시간에 따라 변화할 수 있다. 더욱이, 시스템 내의 다각형 스캐너는 원래의 다각형의 기능불량 또는 고장으로 인해 상이한 다각형 스캐너로 교체될 수 있고, 그러한 교체는 2개의 상이한 다각형이 상이한 피라미드 에러를 갖는 경향이 있기 때문에 피라미드 에러를 변화시킬 수 있다. 그래서, 피라미드 에러의 변화의 존재 시에 고화질을 유지하기 위해, 피라미드 에러 보정 메커니즘이, 면들의 피라미드 에러가 변화함에 따라 피라미드 에러에 조정 가능한 보정을 제공하도록 설계될 수 있다.
이 출원은 피라미드 에러 보정을 위한 기술 및 보정 메커니즘과 주사 빔 디스플레이의 다른 양태를 기재한다. 기재된 피라미드 에러 보정을 위한 기술 및 보정 메커니즘은 "수동형" 스크린과 능동형 스크린의 양자에 의해 주사 빔 디스플레이에 실현될 수 있다. 수동형 스크린은 광을 방출하지는 않지만, 광 반사, 광 확산, 광 산란 및 광 회절과 같은 메커니즘 중 하나 또는 그 조합에 의해 뷰어가 볼 수 있는 하나 이상의 주사 빔의 광을 생성한다. 예를 들면, 수동형 스크린은 이미지를 나타내기 위해 수신된 주사 빔(들)을 반사 또는 산란할 수 있다. 능동형 스크린은 하나 이상의 주사 빔을 흡수함으로써 광을 방출하고, 방출된 광은 디스플레이되는 이미지를 형성하는 광의 일부 또는 전부를 형성한다. 그러한 능동형 스크린은 이미지를 생성하기 위해 스크린에 의해 수신된 하나 이상의 주사 빔의 광 여기 하에 광을 방출하도록 하나 이상의 형광 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 주사 여기 레이저 빔의 여기 하에서 형광 물질을 갖는 스크린은 여기에서는, 다양한 시스템에서 광학적으로 여기된 형광 물질의 특정 실시예로서 기재되어 있다.
*아래의 섹션들은 먼저 이미지를 생성하기 위해 광 여기 하에 광을 방출하도록 형광 물질을 갖는 형광 스크린을 사용하는 주사 빔 디스플레이 시스템 및 장치의 예들을 설명한 후, 수동형 스크린이나 능동형 스크린 중의 하나를 사용하는 주사 빔 디스플레이 시스템에 사용되는 피라미드 에러 보정을 위한 기술 및 메커니즘을 설명한다.
형광 스크린을 사용하는 주사 빔 디스플레이 시스템은 여기 레이저 광을 흡수하고 착색 광을 방출함으로써 이미지를 생성하도록 레이저 여기 가능한 형광 스크린을 사용하는 레이저 비디오 디스플레이 장치 및 레이저 벡터 주사 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 형광 물질을 갖는 스크린 설계의 다양한 예들이 기재된다. 하나 이상의 주사 여기 레이저 빔의 여기 하에 형광 물질을 갖는 스크린이 상세히 기재되고, 이 출원에서의 다양한 시스템 및 장치 예들에서 광학적으로 여기된 형광 물질의 특정 실시예들로서 사용된다. 일 실시예에서, 예를 들면, 컬러 이미지를 형성하는 데 적합한 적색, 녹색 및 청색의 광을 각각 생성하도록 레이저 빔에 의해 광학적으로 여기 가능한 3개의 상이한 컬러 형광체가, 평행하게 반복적인 적색, 녹색 및 청색 형광 스트라이프로서 스크린 상에 형성될 수 있다. 이 출원에 기재된 다양한 예들은 레이저 기반 디스플레이의 다양한 특징들을 예시하기 위해 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출하는 평행한 컬러 형광 스트라이프를 갖는 스크린을 사용한다. 인광 물질은 형광 물질의 하나의 종류이다. 형광 물질로서 형광체를 사용하는 예들에서의 다양한 기재된 시스템, 장치 및 특징은 다른 광학적으로 여기 가능한 발광 인광체가 아닌 형광 물질로 만들어진 스크린을 갖는 디스플레이에 적용 가능하다.
*예를 들면, 양자 도트 물질은 적절한 광 여기 하에 광을 방출하므로, 이 출원의 시스템 및 장치용의 형광 물질로서 사용될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 특히 CdSe 및 PbS와 같은 반도체 화합물은 광을 방출하기 위해 양자 도트 물질과 같은 화합물의 대략 여기 보어 반경의 직경을 갖는 입자 형태로 제조될 수 있다. 상이한 색의 광을 생성하기 위해, 상이한 에너지 대역 갭 구조를 갖는 상이한 양자 도트 물질이 동일한 여기 광 하에 상이한 색을 방출하는 데 사용될 수 있다. 어떤 양자 도트는 2 및 10 나노미터 사이의 사이즈이고, 10∼50 atoms 사이의 사이즈의 대략 수십 atoms를 포함한다. 양자 도트는 액체 용액, 분말, 젤리형 매트릭스 물질 및 고체(예컨대, 고용체)를 형성하기 위해 다양한 물질에 확산 및 혼합될 수 있다. 양자 도트 필름 또는 필름 스트라이프가 이 출원에서의 시스템 또는 장치용 스크린으로서의 기판 상에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들면, 3개의 상이한 양자 도트 물질이 설계되어, 컬러 이미지를 형성하는 데 적합한 적색, 녹색 및 청색의 광을 생성하기 위해 광 펌프로서 주사 레이저 빔에 의해 광학적으로 여기되도록 처리될 수 있다. 그러한 양자 도트는 평행한 라인(예를 들면, 반복적인 연속하는 적색 픽셀 도트 라인, 녹색 픽셀 도트 라인 및 청색 픽셀 도트 라인)으로 배열된 픽셀 도트로서 스크린 상에 형성될 수 있다.
여기에 기재된 레이저 기반 디스플레이 기술 및 시스템의 일부 실시예는 컬러 이미지를 생성하기 위해 스크린 상에 증착되는 컬러 발광 물질을 여기시키도록 적어도 하나의 주사 레이저 빔을 사용한다. 주사 레이저 빔은 적색, 녹색 및 청색 또는 다른 볼 수 있는 색의 이미지를 반송하도록 변조되고, 레이저 빔이 각각 적색, 녹색 및 청색의 이미지를 갖는 적색, 녹색 및 청색의 컬러 발광 물질을 여기시키도록 제어된다. 그래서, 주사 레이저 빔은 이미지를 반송하지만, 뷰어가 볼 수 있는 가시광을 직접 생성하지는 않는다. 대신에, 스크린 상의 컬러 발광 형광 물질이 주사 레이저 빔의 에너지를 흡수하여, 뷰어가 볼 수 있는 실제 컬러 이미지를 생성하도록 적색, 녹색 및 청색 또는 다른 색의 가시광을 발광한다.
형광 물질이 발광 또는 냉광을 발하도록 하기에 충분한 에너지를 갖는 하나 이상의 레이저 빔을 사용한 형광 물질의 레이저 여기는 다양한 형태의 광 여기 중 하나이다. 다른 실시예에서, 광 여기는 스크린에 사용된 형광 물질을 여기시키기에 충분히 에너지가 공급되는 비레이저 광원에 의해 생성될 수도 있다. 비레이저 여기 광원의 예들은, 더 높은 에너지의 광을 가시 범위의 더 낮은 에너지의 광으로 변환하는 형광 물질을 여기시키도록 스펙트럼 대역 또는 파장의 광을 생성하는, 다양한 발광 다이오드(LED), 광 램프 및 다른 광원을 포함한다. 스크린 상의 형광 물질을 여기시키는 여기 광 빔은, 형광 물질에 의해 방출된 가시광의 주파수보다 주파수가 더 높은 스펙트럼 범위에 또는 주파수에 있을 수 있다. 따라서, 여기 광 빔은 자색 스펙트럼 범위 및 자외선(UV) 스펙트럼 범위 예컨대, 420 ㎚ 미만의 파장에 있을 수 있다. 아래에 설명하는 예들에서, UV 광 또는 UV 레이저 빔이 인광 물질 또는 다른 형광 물질에 대한 여기 광의 일례로 사용되고, 다른 파장의 광일 수도 있다.
도 1은 컬러 형광 스트라이프를 갖는 스크린을 사용하는 레이저 기반 디스플레이 시스템의 일례를 도시한다. 이와 달리, 스크린 상에 이미지 픽셀을 형성하기 위해 컬러 형광 도트가 사용될 수도 있다. 그 시스템은 스크린(10) 상에 적어도 하나의 주사 레이저 빔(120)을 생성하여 투사하기 위한 레이저 모듈(110)을 포함한다. 스크린(101)은, 적색 형광체가 레이저 광을 흡수하여 적색의 광을 방출하고, 녹색 형광체가 레이저 광을 흡수하여 녹색의 광을 방출하며, 청색 형광체가 레이저 광을 흡수하여 청색의 광을 방출하는, 수직 방향으로 평행한 컬러 형광 스트라이프를 갖는다. 인접한 3개의 컬러 형광 스트라이프는 3개의 상이한 색으로 된다. 스트라이프의 하나의 특정 공간 컬러 시퀀스가 도 1에 적색, 녹색 및 청색으로 도시되어 있다. 다른 컬러 시퀀스가 사용될 수도 있다. 레이저 빔(120)은 컬러 형광체의 광 흡수 대역폭 내의 파장에 있고, 일반적으로 컬러 이미지용의 볼 수 있는 청색 및 녹색 및 적색보다 더 짧은 파장에 있다. 일례로서, 컬러 형광체는 원하는 적색, 녹색 및 청색 광을 생성하기 위해 약 380 ㎚∼약 420 ㎚의 스펙트럼 범위의 UV 광을 흡수하는 형광체일 수 있다. 레이저 모듈(110)은 빔(120)을 생성하기 위한 UV 다이오드 레이저와 같은 하나 이상의 레이저, 스크린(101) 상에 한번에 하나의 이미지 프레임을 렌더링하도록 빔(120)을 수평 및 수직으로 주사하기 위한 빔 주사 메커니즘, 및 적색, 녹색 및 청색의 이미지 채널에 대한 정보를 반송하도록 빔(120)을 변조하기 위한 신호 변조 메커니즘을 포함할 수 있다. 그러한 디스플레이 시스템은 뷰어 및 레이저 모듈(110)이 스크린(101)의 반대 측에 있는 후면 스캐너 시스템으로 구성될 수 있다. 이와 달리, 그러한 디스플레이 시스템은 뷰어 및 레이저 모듈(110)이 스크린(101)의 동일 측에 있는 전면 스캐너 시스템으로 구성될 수 있다.
도 2a는 도 1의 스크린(101)의 예시적인 설계를 도시한다. 이 특정 예에서의 스크린(101)은 주사 레이저 빔(120)이 투과되는 후면 기판(201)을 포함하고, 주사 레이저 빔(120)을 수신하기 위한 레이저 모듈(110)을 향한다. 제2 전면 기판(202)은 후면 기판(201)에 대해 고정되고, 형광 광이 기판(202)을 통해 뷰어를 향해 투과하도록 뷰어를 향한다. 컬러 형광 스트라이프 층(203)이 기판(201 및 202) 사이에 위치하고, 형광 스트라이프를 포함한다. 적색, 녹색 및 청색을 방출하는 컬러 형광 스트라이프는 각각 "R", "G" 및 "B"로 표현된다. 전면 기판(202)은 형광 스트라이프에 의해 방출되는 적색, 녹색 및 청색이 투과된다. 기판(201 및 202)은 유리나 플라스틱 패널을 포함하는 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 각 컬러 픽셀은 수평 방향으로의 3개의 인접한 컬러 형광 스트라이프의 부분을 포함하고, 그 수직 치수는 수직 방향으로 레이저 빔(120)의 빔 확산에 의해 정해진다. 그와 같이, 각 컬러 픽셀은 3개의 상이한 색(예컨대, 적색, 녹색 및 청색)의 3개의 서브픽셀을 포함한다. 레이저 모듈(110)은 예컨대, 좌측에서 우측으로 위쪽에서 아래쪽으로 한번에 하나의 수평 라인에 레이저 빔(120)을 주사하여 스크린(101)을 채운다. 레이저 모듈(110)은 빔(120)의 주사가 레이저 빔(120)과 스크린(101) 상의 각 픽셀 위치 사이의 적절한 정렬을 보증하기 위해 미리 정해진 방식으로 제어될 수 있도록 스크린(101)에 상대적인 위치에 고정된다.
도 2a에서, 주사 레이저 빔(120)은 그 픽셀용의 녹색 광을 생성하기 위해 픽셀 내의 녹색 형광 스트라이프에 지향된다. 도 2b는 또한 스크린(101)의 표면에 수직인 방향을 따라 볼 때의 스크린(101)의 동작을 도시한다. 각 컬러 스트라이프가 긴 형상이므로, 빔(120)의 횡단면은 픽셀용의 각 컬러 스트라이프 내에서 빔의 필 팩터를 최대화하기 위해 스트라이프의 방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다. 이것은 레이저 모듈(110) 내에 빔 성형 광학 요소를 사용함으로써 달성될 수 있다. 스크린 상의 형광 물질을 여기시키는 주사 레이저 빔을 생성하는 데 사용되는 레이저 소스는 단일 모드 레이저 또는 다중 모드 레이저일 수 있다. 레이저는 각 형광 스트라이프의 폭에 의해 정해지는 작은 빔 확산을 갖도록 연장된 방향 형광 스트라이프에 수직인 방향을 따르는 단일 모드일 수도 있다. 형광 스트라이프의 연장된 방향을 따라, 이 레이저 빔은 형광 스트라이프를 가로지르는 방향의 빔 확산보다 더 큰 영역으로 확산하도록 다수의 모드를 가질 수 있다. 스크린 상에 작은 빔 풋프린트를 갖기 위한 한 방향으로의 단일 모드 및 스크린 상에 더 큰 풋프린트를 갖기 위한 수직인 방향으로의 다중 모드를 갖는 레이저 빔의 이런 사용으로 인해, 빔이 스크린 상의 연장된 컬러 서브픽셀에 적합하고 스크린의 충분한 휘도를 보증하도록 다중 모드를 통해 빔의 충분한 레이저 파워를 제공하게끔 성형될 수 있다.
이와 달리, 도 2c는 혼합된 형광체의 연속하고 균일한 층(220)을 갖는 형광 스크린 설계의 일례를 도시한다. 이 혼합 형광 층(220)은 여기 광(120)의 광 여기 하에 백색 광을 발광하도록 설계 및 구성된다. 혼합된 형광 층(220) 내의 혼합된 형광체는 다양한 방법으로 설계될 수 있고, 백색 광을 방출하는 혼합된 형광체에 대한 다수의 조성이 알려져 문서화되어 있다. 특히, 적색 투과, 녹색 투과 및 청색 투과 필터의 스트라이프와 같은 컬러 필터의 층(210)이 백색 광을 필터링하고 착색된 출력 광을 생성하도록 혼합된 형광 층(220)의 뷰어 측에 위치한다. 층들(210 및 220)은 기판들(201 및 202) 사이에 샌드위치될 수 있다. 컬러 필터는 컬러 LCD 패널에 사용되는 컬러 필터와 유사한 설계를 포함하는 다양한 구성으로 실시될 수 있다. 각 컬러 필터 영역 예컨대, 적색 투과 필터에서, 필터는 적색 광을 투과시키고, 녹색 광 및 청색 광을 포함하는 다른 컬러의 광을 흡수한다. 층(210) 내의 각 필터는 원하는 투과 대역을 갖는 대역 통과 간섭 필터를 이루는 다층 구조일 수 있다. 여러 가지 설계 및 기술이 그러한 필터를 설계 및 구성하는 데 사용될 수 있다. "Three color LCD with a black matrix and red and/or blue filters on one substrate and with green filters and red and/or blue filters on the opposite substrate"란 명칭의 미국 특허 제5,587,818호 및 "Color liquid crystal display having a color filter composed of multilayer thin films"란 명칭의 미국 특허 제5,684,552호는 예를 들어, 도 2c의 스크린 설계에 사용될 수 있는 적색, 녹색 및 청색 필터를 기재한다. 그래서, 이 출원에 기재된 여러 예들에서의 형광 스크린(101) 내의 형광 스트라이프는 광 여기 하에 지정된 색을 방출하는 형광 스트라이프이며, 도 2a에서의 지정된 색을 방출하는 특정 형광 물질로 형성된 형광 스트라이프 또는 도 2c에서의 백색 형광 층 및 스트라이프 컬러 필터의 조합 중 하나일 수 있다.
도 1의 레이저 모듈(110)에서의 광 변조는 2개의 상이한 구성으로 실시될 수 있다. 도 3은 다이오드 레이저와 같은 레이저 소스(310)가 적색, 녹색 및 청색의 이미지 신호를 반송하는 변조된 여기 빔(312)을 생성하도록 직접적으로 변조되는 도 1의 디스플레이의 실시예를 도시한다. 이 실시예의 레이저 모듈(110)은 레이저 소스(310)를 직접적으로 변조하는 신호 변조 제어기(320)를 포함한다. 예를 들어, 신호 변조 제어기(320)가 레이저 소스(310)로서의 레이저 다이오드의 구동 전류를 제어할 수 있다. 빔 주사 및 이미징 모듈(330)이 그 후, 주사 여기 빔(120)으로서 변조된 여기 빔(312)을 스크린(101)에 주사 및 투사하여 컬러 형광체를 여기시킨다.
이와 달리, 도 4는, 레이저 소스(410)가 CW 비변조 여기 레이저 빔(412)을 생성하는 데 사용되고 광 변조기(420)가 적색, 녹색 및 청색의 이미지 신호를 갖는 CW 여기 레이저 빔(412)을 변조하여 변조된 여기 빔(422)을 생성하는 데 사용되는, 도 1의 디스플레이의 다른 실시예를 도시한다. 신호 변조 제어기(430)가 광 변조기(420)를 제어하는 데 사용된다. 예를 들면, 음향 광학 변조기 또는 전기 광학 변조기가 광 변조기(420)로서 사용될 수 있다. 광 변조기(420)로부터 변조된 빔(422)은 그 후, 빔 주사 및 이미징 모듈에 의해 주사 여기 빔(120)으로서 스크린(101) 상에 주사 및 투사된다.
도 5는 도 1의 레이저 모듈(110)의 일 실시예를 도시한다. 다수의 레이저를 갖는 레이저 어레이(510)가 향상된 디스플레이 휘도를 위해 스크린(101)을 동시에 주사하도록 다수의 레이저 빔(512)을 생성하는 데 사용된다. 레이저 어레이(510)는 어레이 내에 배열된 별개의 칩 상의 이산 레이저 다이오드 및 어레이 내에 배열된 집적된 레이저 다이오드를 갖는 모놀리식 레이저 어레이 칩과 같은 다양한 구성으로 실시될 수 있다. 레이저 어레이(510) 내의 레이저를 제어 및 변경하도록 신호 변조 제어기(520)가 제공되어, 레이저 빔(512)이 스크린(101) 상에 디스플레이될 이미지를 반송하기 위해 변조된다. 신호 변조 제어기(520)는 3개의 상이한 컬러 채널용 디지털 이미지 신호를 생성하는 디지털 이미지 프로세서, 및 디지털 이미지 신호를 반송하는 레이저 제어 신호를 생성하는 레이저 드라이버 회로를 포함할 수 있다. 레이저 제어 신호는 그 후, 레이저 어레이(510) 내의 레이저 예컨대, 레이저 다이오드용 전류를 변조하기 위해 인가된다.
빔 주사는 수직 주사용 갈보 미러와 같은 주사 미러(540) 및 수평 주사용 다면 다각형 스캐너(550)를 사용하여 달성된다. 주사 렌즈(560)가 주사 빔을 투사하여 스크린(101) 상에 다각형 스캐너(550)를 형성하는 데 사용된다. 주사 렌즈(560)는 레이저 어레이(510) 내의 각 레이저를 스크린(101) 상에 이미지화하도록 설계된다. 다각형 스캐너(550)의 상이한 반사 면의 각각은 동시에 N개의 수평 라인을 주사하며, 여기에서 N은 레이저의 수이다. 예시된 예에서, 레이저 빔은 먼저 갈보 미러(540)로 지향된 후, 갈보 미러(540)에서 다각형 스캐너(550)로 지향된다. 출력 주사 빔(120)은 그 후 스크린(101) 상에 투사된다. 중계 광학 모듈(530)이 레이저 빔(512)의 광 경로 내에 위치하여, 레이저 빔(512)의 공간 특성을 변경하고, 갈보 미러(540) 및 다각형 스캐너(550)에 의해 스크린(101) 상에 투사되는 주사 빔(520)으로서 주사하기 위한 빔(532)의 단단히 묶여진 번들(bundle)을 생성하여 형광체를 여기시키고 형광체에 의해 방출되는 착색 광에 의해 이미지를 생성한다.
*레이저 빔(120)은 상이한 컬러 픽셀에 상이한 횟수로 충돌하도록 스크린(101)을 공간적으로 가로질러 주사된다. 따라서, 각각의 변조된 빔(120)은 상이한 횟수로 각 픽셀에 대해, 그리고 상이한 횟수로 상이한 픽셀에 대해 적색, 녹색 및 청색의 이미지 신호를 반송한다. 그래서, 빔(120)은 신호 변조 제어기(520)에 의해 상이한 횟수로 상이한 픽셀에 대한 이미지 정보로 코드된다. 빔 주사는 따라서 빔(120) 내의 적시에 코드된 이미지 신호를 스크린(101) 상의 공간 픽셀 상에 맵(map)한다.
예를 들어, 도 6은 각 컬러 픽셀 시간이 3개의 컬러 채널용의 3개의 연속하는 타임 슬롯으로 동일하게 분할되는 각 변조된 레이저 빔(120)에서의 시간 분할을 위한 일례를 도시한다. 빔(120)의 변조는 펄스 폭 변조, 펄스 진폭 변조 또는 펄스 폭 변조와 펄스 진폭 변조의 조합과 같은 펄스 변조 기술을 사용하여 각 컬러에서의 원하는 계조, 각 픽셀에서 적절한 색 조합, 및 원하는 이미지 휘도를 생성할 수 있다.
스크린(101) 상의 빔(120)은 수직 방향을 따라 스크린(101)의 하나의 수평 라인만큼 스크린(101) 상에서 서로 이격되어 있는 2개의 인접한 빔을 갖고 상이하고 인접한 수직 위치에 위치한다. 갈보 미러(540)의 주어진 위치와 다각형 스캐너(550)의 주어진 위치에 대해, 빔(120)은 스크린(101) 상의 수직 방향을 따라 서로 정렬되지 않을 수 있고, 수평 방향을 따라 스크린(101) 상의 상이한 위치에 있을 수 있다. 빔(120)은 스크린(101)의 일 부분을 덮을 수 있다. 갈보 미러(540)의 고정된 각도 위치에서, 다각형 스캐너(550)의 스피닝(spinning)으로 인해, 레이저 어레이(510) 내의 N개의 레이저로부터의 빔(120)이 스크린(101) 상의 N개의 인접한 수평 라인의 하나의 스크린 세그먼트에 주사한다. 각 수평 주사의 종료 시에, 갈보 미러(540)는 상이한 고정된 각도 위치로 조정되어, 모든 N개의 빔(120)의 수직 위치가 N개의 수평 라인의 다음의 인접한 스크린 세그먼트를 주사하도록 조정된다. 이 프로세스는 전체 스크린(101)이 주사되어 전체 스크린 디스플레이를 생성할 때까지 반복한다.
도 7은 한번에 다수의 주사 레이저 빔(120)으로 하나의 스크린 세그먼트의 상기 동시 주사를 도시한다. 시각적으로, 빔(120)은 스크린(101)의 이미지 영역의 개시 에지와 종료 에지 사이의 하나의 스크린 세그먼트를 커버하도록 한번에 스크린(101)을 가로질러 하나의 굵은 수평 스트로크를 "페인트"한 후 인접한 수직으로 시프트된 스크린 세그먼트를 커버하도록 다른 굵은 수평 스트로크를 "페인트"하는 페인트 브러시처럼 동작한다. 레이저 어레이(310)가 36개의 레이저를 갖는다고 가정하면, 스크린(101)의 1080 라인 단계 주사는 전체 주사를 위해 30개의 수직 스크린 세그먼트를 주사할 필요가 있다. 따라서, 이러한 구성은 효과적으로 수직 방향을 따라 스크린(101)을 다수의 스크린 세그먼트로 분할하여, N개의 주사 빔이, 각 주사 빔이 스크린 세그먼트 내에서 하나의 라인만을 주사하고 상이한 빔이 그 스크린 세그먼트 내에서 상이한 연속적인 라인을 주사하여, 한번에 하나의 스크린 세그먼트를 주사한다. 하나의 스크린 세그먼트가 주사된 후에, N개의 주사 빔이 동시에 이동되어 다음의 인접한 스크린 세그먼트를 주사한다.
다수의 레이저 빔을 갖는 상기 설계에서, 각 주사 레이저 빔(120)은 스크린 세그먼크의 수와 같은 수직 방향을 따라 전체 스크린을 가로지르는 다수의 라인만을 주사한다. 따라서, 수평 주사용 다각형 스캐너(550)는 단일 빔이 전체 스크린의 라인마다 주사하는 단일 빔 설계에 필요한 주사 속도보다 더 느린 속도로 동작할 수 있다. 스크린 상의 주어진 수의 총 수평 라인(예컨대, HDTV에서는 1080 라인)에 대해, 스크린 세그먼트의 수는 레이저의 수가 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 36개의 레이저를 이용하여, 갈보 미러 및 다각형 스캐너가 프레임당 30 라인을 주사하지만, 10개의 레이저만 존재할 때 프레임당 총 108 라인이 주사된다. 따라서, 다수의 레이저의 사용은 사용된 레이저의 수에 대략 비례하는 이미지 휘도를 감소시킬 수 있고, 동시에 또한 유리하게도 주사 시스템의 반응 속도를 감소시킬 수 있다.
이 명세서에 기재된 주사 디스플레이 시스템은 제조 프로세스 중에 조정될 수 있어, 레이저 빔 온-오프 타이밍 및 스크린(101) 내의 형광 스트라이프에 대한 레이저 빔의 위치가 알려져 있고, 시스템이 특정 화질로 적절히 동작하기 위해 허용 가능한 공차 마진 내에서 제어된다. 그러나, 스크린(101) 및 시스템의 레이저 모듈(101) 내의 부품은 주사 장치 지터, 온도나 습도의 변화, 중력에 대한 시스템의 방향의 변화, 진동으로 인한 내려앉음, 노화 등과 같은 여러 가지 요인으로 인해 시간 경과에 따라 변화할 수 있다. 그러한 변화는 시간 경과에 따라 스크린(101)에 대한 레이저 소스의 위치 결정에 영향을 줄 수 있으며, 따라서 공장 설정 정렬이 그러한 변화로 인해 변경될 수 있다. 특히, 그러한 변화는 디스플레이되는 이미지에 가시적이고 종종 불필요한 효과를 생성할 수 있다. 예를 들면, 주사 여기 빔(120) 내의 레이저 펄스는 수평 주사 방향을 따라 스크린에 대한 주사 빔(120)의 오정렬로 인해 그 레이저 펄스용의 의도된 타깃 서브픽셀에 인접한 서브픽셀에 충돌할 수 있다. 이것이 발생할 때, 디스플레이된 이미지의 착색은 이미지의 의도된 착색으로부터 변화된다. 그래서, 의도된 이미지 내의 적색 플래그가 스크린 상의 녹색 플래그로서 디스플레이될 수 있다. 다른 예들에서, 주사 여기 빔(120) 내의 레이저 펄스가 수평 주사 방향을 따라 스크린에 대해 주사 빔(120)의 오정렬로 인해 의도된 타깃 서브픽셀과 의도된 타깃 서브픽셀 다음의 인접한 서브픽셀의 양자에 충돌할 수 있다. 이것이 발생할 때, 디스플레이된 이미지의 착색은 이미지의 의도된 착색으로부터 변화되고 이미지 해상도가 저하한다. 이들 변화의 가시적인 효과는, 더 작은 픽셀이 위치 변화에 대한 더 작은 허용오차를 의미하기 때문에 스크린 디스플레이 해상도가 증가함에 따라 증가할 수 있다. 또한, 스크린의 사이즈가 증가함에 따라, 큰 스크린에 관련된 큰 모멘트 아암이 각도 에러가 스크린 상의 큰 위치 에러를 유도할 수 있는 것을 의미하기 때문에, 정렬에 영향을 줄 수 있는 변화의 효과가 더욱 현저해질 수 있다. 예를 들어, 알려진 빔 각도에 대한 스크린 상의 레이저 빔 위치가 시간 경과에 따라 변화하면, 그 결과는 이미지에서의 컬러 시프트이다. 이 효과는 현저할 수 있고, 따라서 뷰어에게는 바람직하지 않다.
다양한 정렬 메커니즘의 실시예들이 이 명세서에서 원하는 화질을 달성하기 위해 원하는 서브픽셀 상에 주사 빔(120)의 적절한 정렬을 유지하도록 제공된다. 이들 정렬 메커니즘은, 여기 빔(120)에 의해 야기되고 스크린 상의 주사 빔의 위치 및 다른 성질을 나타내는 피드백 광을 제공하기 위해, 형광 영역 내와 형광 영역 외의 하나 이상의 주변 영역 내의 양자에서 스크린 상에 참조 마크를 포함한다. 피드백 광은 피드백 서보 신호를 생성하도록 하나 이상의 광 서보 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 레이저 모듈(110) 내의 서보 제어는 스크린 상에서의 빔의 다른 성질 및 빔 위치 결정 시에 정보를 추출하기 위해 이 피드백 서보 신호를 처리하고, 응답시에 디스플레이 시스템의 적절한 동작을 보증하도록 주사 빔(120)의 방향 및 다른 특성을 조정한다.
예를 들면, 피드백 서보 제어 시스템은 형광 스트라이프에 수직인 수평 주사 방향을 따른 수평 위치 결정, 형광 스트라이프의 길이 방향을 따른 수직 위치 결정, 이미지 샤프니스(sharpness)를 제어하기 위한 스크린 상의 빔 포커싱, 및 이미지 휘도를 제어하기 위한 스크린 상의 빔 파워와 같은 여러 가지 빔 성질에 대한 제어를 제공하기 위해 뷰어가 시청 불가능한 디스플레이 영역 외부에 위치하는 주변 서보 참조 마크를 사용하도록 제공될 수 있다. 다른 예에서, 스크린 조정 절차가 디스플레이 시스템의 시동 시에 시간 도메인 내의 스크린 상의 서브픽셀의 정확한 위치를 갖도록 조정 맵으로서 빔 위치 정보를 측정하기 위해 실행될 수 있다. 이 조정 맵은 그 후 레이저 모듈(110)에 의해 주사 빔의 타이밍 및 위치 결정을 제어하여 원하는 색 순도를 얻기 위해 사용된다. 또 다른 실시예에서, 다이나믹 서보 제어 시스템이 뷰어의 시청 체험에 영향을 주지 않고 피드백 광을 제공하도록 스크린의 형광 영역 내의 서보 참조 마크를 사용함으로써 디스플레이 시스템의 통상 동작 중에 조정 맵을 정기적으로 갱신하기 위해 제공될 수 있다.
아래의 섹션은 먼저 스크린 검출 기술 및 서보 피드백 실시예의 예들을 기술한다.
2개의 광 검출 방법이 형광 영역의 개시 에지와 같은 스크린 상의 선택된 위치 또는 서브픽셀일 수 있는 스크린 상의 타깃 특징에 관련된 빔의 위치를 검출하는 데 사용될 수 있다. 제1 광 검출 방법에서, 타깃 특징에 대한 서보 참조 마크 상에 충돌하는 광은 피드백 광의 광학적인 광 레벨을 전기적인 진폭 신호로 변환하는 하나 이상의 각각의 광 서보 감지 검출기에 공기나 다른 매질을 통해 도달하도록 피드백 광으로서 가이드될 수 있다. 제2 광 검출 방법은 공기 중에 위치하는 하나 이상의 광 서보 감지 검출기를 사용하여, 스크린 상의 서보 참조 마크로부터 확산된 광을 서보 제어용 피드백 신호로 수집한다. 확산된 광의 검출 시에, 광 서보 감지 검출기는 반구형 렌즈와 같은 수집 렌즈 뒤에 위치할 수 있다. 방사 검출기는 확산형 타깃 예컨대, 광을 넓은 각도 스펙트럼으로 확산할 수 있게 하는 타깃으로부터의 피드백 광을 검출하는 데 사용될 수 있다. 확산 타깃의 일례는 백색 페이트를 갖는 표면과 같은 거친 표면이다. 양 기술은 반사 또는 투과형 서보 참조 마크와 함께 사용될 수 있다.
도 8은 레이저 모듈(110)이 수평 오정렬을 보정할 수 있게 하기 위한 피드백 제어 및 온-스크린 감광 유닛을 갖는 예시적인 주사 빔 디스플레이 시스템을 도시한다. 스크린(101)은 센서 피드백 신호(812)를 생성하기 위해 스크린(101) 상의 컬러 서브픽셀의 응답을 광학적으로 측정하는 온-스크린 감광 유닛(810)을 포함한다. 레이저 모듈(110)은 스크린(101)으로부터의 피드백 신호(812)에 응답하여 레이저 모듈(110)이 오정렬을 보정할 수 있게 하기 위해 피드백 제어를 갖는다.
도 9는 적색, 녹색 및 청색 광에 응답하도록 각각 구성되는 3개의 광 "직접" 검출기(PD1, PD2 및 PD3)를 포함하는 온-스크린 감광 유닛(810)의 일례를 도시한다. 이 특정 예에서, 3개의 빔 스플리터(BS1, BS2 및 BS3)가 컬러 픽셀의 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀 각각의 뒤쪽에 위치하고, 컬러 픽셀의 컬러 서브픽셀로부터 스크린(101)의 전면 기판 상에 형성되는 3개의 검출기(PD1, PD2 및 PD3)에 방출되는 적색, 녹색 및 청색 광빔의 작은 편(fractions)을 분할하는 데 사용된다. 이와 달리, 상기 적색, 녹색 및 청색 광 검출기(PD1, PD2 및 PD3)는 각 검출기가 스크린(101) 상의 다수의 픽셀로부터 광을 수신할 수 있게 하기 위해 스크린(101) 상에 위치할 수도 있다. 각 광 검출기는 대응하는 검출기 출력을 생성하도록 그 지정된 색에만 응답하고, 다른 색의 광을 수신할 때 검출기 출력을 생성하지 않는다. 따라서, 적색 광 검출기(PD1)는 적색 광만을 검출하고 녹색 및 청색 광에 응답하지 않고, 녹색 광 검출기(PD2)는 녹색 광만을 검출하고 적색 및 청색 광에 응답하지 않으며, 청색 광 검출기(PD3)는 청색 광만을 검출하고 적색 및 녹색 광에 응답하지 않는다. 온-스크린 감광 유닛(810)의 이러한 색 선택 응답은, 각 검출기가 스크린(101)으로부터 상이한 색의 광에 노출될 때 예컨대, 각각 적색, 녹색 및 청색 광 대역 통과 필터를 사용함으로써, 또는 지정된 색의 광만이 지정된 색용의 각각의 광 검출기에 들어갈 수 있는 방식으로 광 검출기(PD1, PD2 및 PD3)를 위치시킴으로써 달성될 수 있다. 인접한 컬러 형광 스트라이프는 스크린(101)의 수평 방향으로 좌측에서 우측으로 적색, 녹색 및 청색의 순서로 배열되는 것으로 가정한다. 적색 이미지가 레이저 모듈(110) 내의 디스플레이 프로세서에 의해 생성되는 상황을 가정한다. 수평 정렬이 하나의 서브픽셀만큼 어긋나거나 오정렬될 때, 적색 검출기는 응답하지 않으면서 청색 검출기나 녹색 검출기 중 어느 하나가 출력을 생성한다. 그러한 검출기 출력은 수평 오정렬을 검출하도록 레이저 모듈(110) 내의 피드백 제어에 의해 처리될 수 있으며, 따라서 오정렬을 보정하도록 주사 빔 내의 광 펄스의 타이밍을 조정할 수 있다.
도 9의 빔 스플리터에 대체하여, 광 가이드 또는 광 파이프가 사용될 수 있다. 광 가이드는 광의 일부분을 광 서보 감지 검출기에 가이드하는 구조이다. 광 가이드는 피드백 광을 광 가이드 내의 총 내부 반사(TIR)를 통해 검출기에 지향시키도록 스크린 상에 형성될 수 있다.
도 10은 방사 스타일 검출기를 사용하여 서보 피드백 제어를 갖는 다른 주사 빔 디스플레이 시스템을 도시한다. 이 시스템에서, 오프-스크린 감광 유닛(1010)이 스크린으로부터 방출된 적색, 녹색 및 청색 광을 검출하는 데 사용된다. 3개의 광 검출기(PD1, PD2 및 PD3)가 각각 적색, 녹색 및 청색 형광 광을 검출하도록 상기 감광 유닛(1010) 내에 제공된다. 각 광 검출기는 스크린의 일부분 또는 전체로부터 광을 수신하도록 설계된다. 대역 통과 광학 필터가 다른 색의 광을 거부하면서 지정된 색을 선택하도록 각 광 검출기의 전면에 위치할 수 있다.
스크린(101)에 있어서, 부가적인 정렬 참조 마크가, 빔과 스크린의 상대 위치 및 스크린 상의 여기 빔의 다른 파라미터를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 여기 빔(120)의 수평 주사가 형광 스트라이프를 가로지르는 동안, 라인 마크의 개시가 스크린(101)의 활성 형광 디스플레이 영역의 개시를 결정하기 위해 시스템에 제공될 수 있어, 시스템의 신호 변조 제어기가 광 펄스를 타깃의 픽셀에 보내기 시작할 수 있게 된다. 라인 마크의 종료도 수평 주사 중에 스크린(101)의 활성 형광 디스플레이 영역의 종료를 결정하기 위해 시스템에 제공될 수 있다. 다른 예에 있어서, 수직 정렬 참조 마크가, 빔(120)이 스크린 상의 적절한 수직 위치에 지시되는지를 결정하기 위해 시스템에 제공될 수 있다. 참조 마크의 다른 예들은 스크린 상의 빔 스폿 사이즈를 측정하는 하나 이상의 참조 마크 및 여기 빔(120)의 광 파워를 측정하기 위한 스크린 상의 하나 이상의 참조 마크일 수 있다. 그러한 참조 마크는 스크린(101)의 활성 형광 영역 외부의 영역에 예컨대, 활성 형광 스크린 영역의 하나 이상의 주변 영역에 위치할 수 있다.
도 11은 주변 참조 마크 영역을 갖는 형광 스크린(101)의 일례를 도시한다. 스크린(101)은 이미지 디스플레이를 위한 평행한 형광 스트라이프를 갖는 중앙 활성 형광 영역(2600), 형광 스트라이프에 평행한 2개의 스트라이프 주변 참조 마크 영역(2610 및 2620)을 포함한다. 각 주변 참조 마크 영역은 스크린(101)에 여러 가지 참조 마크를 제공하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 형광 스트라이프를 가로지르는 수평 주사가 영역(2600)의 좌측에서 우측으로 지향될 때, 좌측 주변 참조 마크 영역(2610)만이 제2 영역(2620) 없이 제공된다.
그러한 스크린(101) 상의 주변 참조 마크 영역은 주사 디스플레이 시스템이 시스템의 특정 동작 파라미터를 모니터할 수 있게 한다. 특히, 주변 참조 마크 영역 내의 참조 마크는 스크린(101)의 활성 형광 디스플레이 영역(2600) 외부에 있기 때문에, 대응하는 서보 피드백 제어 기능은, 여기 빔이 활성 형광 디스플레이 영역(2600)을 통해 주사되어 이미지를 디스플레이할 때의 디스플레이 동작 중에 지속기간 외에서 실행될 수 있다. 따라서, 다이나믹 서보 동작이 뷰어에게의 이미지의 디스플레이를 방해하지 않고 실시될 수 있다. 이에 관하여, 각 주사는, 여기 빔이 다이나믹 서보 감지 및 제어를 위한 주변 참조 마크 영역을 통해 주사할 때 CW 모드 기간 및여기 빔의 변조가 턴 온되어 여기 빔이 활성 형광 디스플레이 영역(2600)을 통해 주사므로 이미지 반송 광 펄스를 생성할 때의 디스플레이 모드 기간을 포함한다.
도 12는 스크린(101) 내의 좌측 주변 영역(2610)의 라인 개시(SOL) 참조 마크(2710)의 일례를 도시한다. SOL 참조 마크(2710)는 스크린(101)의 활성 형광 영역(2600) 내의 형광 스트라이프에 평행한 광학적으로 반사, 회절 또는 형광 스트라이프일 수 있다. SOL 참조 마크(2710)는 영역(2600) 내의 제1 형광 스트라이프로부터 알려진 거리를 갖는 위치에 고정된다. SOL 패턴은 균일하거나 가변적인 간격을 갖는 다수의 수직 라인을 포함할 수 있다. 다수의 라인은 용장성(redundancy), 증가하는 신호 대 노이즈, 위치(시간) 측정의 정확성 및 누락한 펄스 검출을 제공하기 위해 선택된다.
동작 시에, 주사 여기 빔(120)이 주변 참조 마크 영역(2610)을 통해 먼저 주사한 후 활성 형광 영역(2600)을 통해 스크린(101) 내의 좌측에서 우측으로 주사된다. 빔(120)이 주변 참조 마크 영역(2610) 내에 있을 때, 시스템의 레이저 모듈(110) 내의 신호 변조 제어기는 이미지 데이터를 반송하는 변조된 광 펄스 없이 CW 모드로 빔을 설정한다. 주사 여기 빔(120)이 SOL 참조 마크(2710)를 통해 주사할 때, 여기 빔(2710)에 의한 조명으로 인해, SOL 참조 마크(2710)에 의해 반사, 산란 또는 방출되는 광이 SOL 참조 마크(2710) 근처에 위치하는 SOL 광 검출기에서 측정될 수 있다. 이 신호의 존재는 빔(120)의 위치를 나타낸다. SOL 광 검출기는 스크린(101) 상 또는 스크린(101)을 벗어난 영역(2610)내의 위치에 고정될 수 있다. 따라서, SOL 참조 마크(2710)는 시스템의 수명 동안 주기적인 정렬 조정을 가능하게 하도록 사용될 수 있다.
레이저 빔은 그 빔이 주사 시의 SOL 마크(2710)에 도달하기 전에 CW 빔으로서 연속적으로 턴 온된다. SOL 마크로부터의 펄스가 검출될 때, 레이저는 이미지 모드로 동작하고 이미징 데이터를 갖는 광 펄스를 반송하도록 제어될 수 있다. 시스템은 그 후 SOL 펄스로부터의 지연에 대해 이미 측정된 값을 이미지 데이터의 시작으로 리콜한다. 이 프로세스는 각 라인이 컬러 스트라이프에 적절히 정렬되는 이미지 영역을 개시하는 것을 보증하기 위해 각 수평 주사에 실시될 수 있다. 보정은 그 라인의 이미지를 페인팅하기 전에 행해지므로, 보정에서의 지연이 없어져 고 주파수(라인 주사 레이트까지)와 저 주파수 에러의 양자가 보정될 수 있게 한다.
SOL 센서의 물리적인 실시예는 영역 검출기(들)를 갖는 반사(정반사 또는 확산) 패턴, 투과된 광을 단일 검출기 또는 다수의 검출기로 수집하기 위해 광 파이프를 갖는 개구(aperture) 마스크일 수 있다.
반사 방법에 의하면, 반사 영역 위를 지나가는 다수의 레이저가 자기(self) 간섭을 생성할 수 있다. 이것을 방지하는 방법은 하나의 활성 빔만이 한번에 반사 영역 위를 지나가도록 레이저 빔을 간격을 두는 것이다. 일부 반사는 스크린의 이미지 영역으로부터 일어날 수도 있다. 이것이 SOL 센서 신호와 간섭하는 것을 방지하기 위해, 활성 레이저 빔은, 원하는 활성 레이저 빔이 반사 SOL 센서 영역 위를 지나갈 때, 다른 레이저 빔이 어떤 반사 영역 위에서 활성이 되지 않도록 간격을 둘 수 있다. 투과 방법은 이미지 영역으로부터의 반사에 의해 영향을 받지 않는다.
SOL 마크(2710)와 유사하게, 라인의 종료(EOL) 참조 마크가 스크린(101)의 반대 측 예컨대, 도 11의 주변 참조 마크 영역(2620)에서 실시될 수 있다. SOL 마크는 이미지 영역의 시작에 의해 레이저 빔의 적절한 정렬을 보증하기 위해 사용된다. 이것은 위치 에러가 스크린을 가로질러 존재할 수 있기 때문에, 전체 수평 주사 동안 적절한 정렬을 보증하지 않는다. 영역(2620) 내에서 라인의 종료 광 검출기 및 EOL 참조 마크를 구현하는 것은 이미지 영역을 가로질러 레이저 빔 위치의 선형의 2개의 포인트 보정을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
SOL 및 EOL 마크의 양자가 구현될 때, 레이저가 EOL 센서 영역에 도달하기 전에 연속파(CW) 모드로 연속적으로 턴 온된다. EOL 신호가 검출되면, 레이저가 이미지 모드로 복귀될 수 있고, 타이밍(또는 주사 속도) 보정 계산이 SOL과 EOL 펄스 사이의 시간차에 의거하여 행해진다. 이들 보정은 이후의 하나 이상의 라인에 적용된다. SOL 및 EOL 시간 측정의 다수의 라인이 노이즈 감소를 위해 평균화될 수 있다.
형광 스트라이프에 수직인 주사 방향을 따른 수평 빔 위치의 제어에 덧붙여, 형광 스트라이프에 평행한 수직 위치를 따른 빔 위치도 모니터 및 제어될 수 있어, 화질을 보증한다. 도 2b를 참조하면, 각 형광 스트라이프는 수직 방향을 따라 2개의 화소 사이에 어떠한 물리적 경계도 가질 수 없다. 이것이 형광 스트라이프에 수직인 수평 주사 방향을 따른 픽실레이션(pixilation)과 상이하다. 형광 스트라이프를 따른 픽셀 위치는 스크린 상의 수직 빔 위치에 의해 제어되어, 2개의 상이한 수평 주사 라인들 사이에 갭 및 오버랩 없이 일정하고 균일한 수직 픽셀 위치를 보증한다. 도 7의 다중 빔 주사 구성을 참조하면, 다수의 여기 빔이 스크린 상의 하나의 스크린 세그먼트 내에서 연속적인 수평 주사를 동시에 주사하도록 사용될 때, 차례로 레이저의 적절한 수직 정렬이, 스크린 상의 2개의 인접한 레이저 빔들 사이의 균일한 수직 간격을 보증하기 위해, 그리고 수직 방향을 따른 2개의 인접한 스크린 세그먼트들 사이의 적절한 수직 정렬을 보증하기 위해 중요하다. 또한, 스크린 상의 수직 위치 결정 정보는 수직 스캐너 진폭을 제어하고 수직 스캐너의 선형성을 측정하기 위해 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다.
각 레이저의 수직 위치는 액추에이터, 도 5의 갈보 미러(540)와 같은 수직 스캐너, 각 레이저 빔의 광 경로 내의 조정 가능한 렌즈 또는 이들 및 다른 메커니즘의 조합을 사용하여 조정될 수 있다. 수직 참조 마크는 스크린으로부터 레이저 모듈로의 수직 서보 피드백이 가능하게 되도록 스크린 상에 제공될 수 있다. 하나 이상의 반사, 형광 또는 투과성 수직 참조 마크가 각 여기 빔(120)의 수직 위치를 측정하기 위해 스크린(101)의 이미지 영역에 인접하게 제공될 수 있다. 도 11을 참조하면, 그러한 수직 참조 마크가 주변 참조 마크 영역에 위치할 수 있다. 하나 이상의 수직 마크 광 검출기가 여기 빔(120)에 의해 조명될 때 수직 참조 마크로부터 반사, 형광 또는 투과된 광을 측정하는 데 사용될 수 있다. 각 수직 마크 광 검출기의 출력이 처리되고, 빔 수직 위치 상의 정보가 스크린(101) 상의 수직 빔 위치를 조정하기 위해 액추에이터를 제어하는 데 사용된다.
도 13은 수직 참조 마크(2810)의 일례를 도시한다. 마크(2810)는 수평 방향을 따라 오버랩을 유지하도록 수직 및 수평의 양 방향으로 서로로부터 분리되어 떨어져 있는 한 쌍의 동일한 삼각형 참조 마크(2811 및 2812)를 포함한다. 각 삼각형 참조 마크(2811 또는 2812)는 수직 방향을 따른 영역에서 변화를 생성하도록 배향되어, 빔(120)이 수평 방향을 따른 마크를 통해 주사할 때 각 마크와 부분적으로 오버랩하게 된다. 빔(120)의 수직 위치가 변화함에 따라, 빔(120)과의 마크 상의 오버랩하는 영역은 사이즈가 변화한다. 2개의 마크(2811 및 2812)의 상대 위치는 미리 정해진 수직 빔 위치를 정하고, 이 미리 정해진 수직 위치를 가로질러 수평 라인을 따라 주사하는 빔은 2개의 마크(2811 및 2812) 내의 음영 영역으로 나타나는 바와 같은 동일한 영역을 통해 주사한다. 빔 위치가 이 미리 정해진 수직 빔 위치에 있을 때, 빔은 제2 마크(2812)에서의 마크 영역보다 제1 마크(2811)에서 더 큰 마크 영역을 인지하고, 빔에 의해 인지된 마크 영역의 이 차이는, 빔 위치가 수직 방향을 따라 더욱 위로 이동함에 따라 증가한다. 반대로, 빔 위치가 이 미리 정해진 수직 빔 위치 아래에 있을 때, 빔은 제1 마크(2811)에서의 마크 영역보다 제2 마크(2812)에서 더 큰 마크 영역을 인지하고, 빔에 의해 인지된 마크 영역의 이 차이는, 빔 위치가 수직 방향을 따라 더욱 아래로 이동함에 따라 증가한다.
각 삼각형 마크로부터의 피드백 광은 마크 상에 통합되고, 2개의 마크의 통합 신호가 차분 신호를 생성하도록 비교된다. 차분 신호의 부호는 미리 정해진 수직 빔 위치로부터의 오프셋의 방향을 나타내고, 차분 신호의 크기는 오프셋의 크기를 나타낸다. 여기 빔은 각 삼각형으로부터의 통합 광이 동일할 때, 즉, 차분 신호가 0일 때 적절한 수직 위치에 있다.
도 14a는 도 13의 수직 참조 마크에 대한 레이저 모듈(110) 내의 수직 빔 위치 서브 피드백 제어의 부분으로서 신호 처리 회로의 일부분을 도시한다. PIN 다이오드 프리앰프(2910)는 2개의 마크(2811 및 2812)로부터의 2개의 반사 신호에 대한 차분 신호를 수신하여 증폭하고, 증폭된 차분 신호를 적분기(2920)에 보낸다. 아날로그-디지털 컨버터(2930)가 차분 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 제공된다. 디지털 프로세서(2940)는 수직 빔 위치의 조정의 크기 및 방향을 결정하도록 차분 신호를 처리하며, 그에 따라 수직 액추에이터 제어 신호를 생성한다. 이 제어 신호는 디지털-아날로그 컨버터(2950)에 의해 아날로그 제어 신호로 변환되어, 액추에이터를 조정하는 수직 액추에이터 제어기(2960)에 인가된다. 도 14b는 또한 단일 광 검출기를 사용함에 의한 차분 신호의 생성을 도시한다.
도 15는 도 16의 서보 제어 회로에서의 신호 처리의 일부분 및 수직 참조 마크(3010)의 다른 예를 도시한다. 마크(3010)는 수평 주사 방향에서 서로로부터 분리되어 떨어져 있는 한 쌍의 참조 마크(3011 및 3012)를 포함하고, 2개의 마크(3011 및 3012) 사이의 수평 거리 DX(Y)는 수직 빔 위치 Y의 단조 함수이다. 제1 마크(3010)는 수직 스트라이프일 수 있고, 제2 마크(3012)는 수직 방향으로부터 경사진 각도의 스트라이프일 수 있다. 스크린 상의 주어진 수평 주사 속도에 대해, 빔이 제1 마크(3011)로부터 제2 마크(3012)로 주사하는 시간은 수직 빔 위치의 함수이다. 미리 정해진 수직 빔 위치에 대해, 빔이 2개의 마크(3011 및 3012)를 통해 주사하는 대응하는 주사 시간은 고정된 주사 시간이다. 하나 이상의 광 검출기가 2개의 마크(3011 및 3012)로부터 반사된 광을 검출하기 위해 사용될 수 있고, CW 모드에서 여기 빔(120)에 대해 2개의 마크에 의해 반사된 2개의 광 펄스 또는 피크가 2개의 광 펄스들 사이의 시간 간격을 결정하기 위해 측정될 수 있다. 미리 정해진 수직 빔 위치에 대해 고정된 주사 시간과 측정된 주사 시간 사이의 차가 오프셋과 수직 빔 위치에서의 오프셋의 방향을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 피드백 제어 신호가 그 후, 수직 오프셋을 감소시키기 위해 수직 액추에이터에 인가된다.
도 16은 도 15의 수직 참조 마크에 대한 레이저 모듈(110) 내의 수직 빔 위치 서브 피드백 제어의 부분으로서 신호 처리 회로의 일부분을 도시한다. PIN 다이오드 프리앰프(3110)는 수평 주사 동안 2개의 마크(3011 및 3012)로부터 반사된 신호를 검출하는 광 검출기로부터의 검출기 출력 신호를 수신하여 증폭한다. 증폭된 신호는 반사된 광에서 상이한 횟수로 2개의 광 펄스에 대응하는 대응하는 펄스를 생성하도록 펄스 검출기(3120)에 의해 처리된다. 시간 간격 측정 회로(3130)가 2개의 펄스들 사이의 시간을 측정하기 위해 사용되고, 이 시간 측정은 디지털 프로세서(3150)에 의해 처리하기 위해 아날로그-디지털 컨버터(3140)에서 디지털 신호로 변환된다. 디지털 프로세서(3150)는 측정된 시간에 의거하여 수직 빔 위치의 조정의 크기 및 방향을 결정하며, 그에 따라 수직 액추에이터 제어 신호를 생성한다. 이 제어 신호는 디지털-아날로그 컨버터(3160)에 의해 아날로그 제어 신호로 변환되어, 액추에이터를 조정하는 수직 액추에이터 제어기(2960)에 인가된다.
수직 참조 마크가 도 13에 도시된 단일 삼각형 참조 마크를 사용하여 또한 실시될 수 있으며, 여기에서 단일 삼각형 참조 마크(2811 또는 2812)는 수직 방향을 따라 마크의 수평 치수의 변화를 생성하도록 배향되어, 수평 방향을 따라 마크를 통해 주사할 때 빔(120)이 마크와 부분적으로 오버랩하게 된다. 빔(120)의 수직 위치가 변화할 때, 빔(120)에 의해 주사된 마크의 수평 폭이 변화한다. 따라서, 빔(120)이 마크 위를 주사할 때, 광 펄스가 마크에 의해 생성된 반사 또는 형광 광에 생성되고, 생성된 광 펄스의 폭은 수직 빔 위치의 함수인 마크의 수평 폭에 비례한다. 미리 정해진 수직 빔 위치에서, 광 펄스 폭은 고정값이다. 따라서, 이 고정된 광 펄스 폭은 마크를 가로지르는 빔(120)의 주사와 관련된 광 펄스 폭 사이의 차에 의거하여 미리 정해진 수직 빔 위치에 대한 빔(120)의 수직 위치를 결정하는 기준으로 사용될 수 있다. 광 검출기는 마크로부터의 반사 또는 형광 광을 검출하기 위해 마크 근처에 위치할 수 있고, 고정값으로부터의 펄스의 폭의 차는 수직 빔 위치의 오프셋을 감소시키기 위해 빔(120)의 수직 액추에이터를 조정하는 피드백 제어로 사용될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 다수의 스크린 세그먼트 중 하나 내에서 연속적인 라인을 동시에 주사하는 다수의 레이저를 실현할 때, 2개의 별개의 수직 위치결정 서보 제어 메커니즘이 실현될 수 있다. 제1 수직 위치결정 서보 제어는 각 스크린 세그먼트 내에서 동시에 상이한 레이저에 의해 주사되는 상이한 수평 라인의 라인 대 라인 간격을 제어하는 것이다. 따라서, 각 라인에서, 수직 참조 마크 및 관련 광 검출기가 각 레이저 빔의 수직 빔 위치를 제어하도록 서보 피드백을 제공하기 위해 필요하다. 그래서, 이 제1 수직 서보 제어 메커니즘은 각각 N개의 레이저용의 N개의 수직 서보 피드백 제어를 포함한다.
제2 수직 위치결정 서보 제어는, 하나의 스크린 세그먼트의 주사를 완료한 후에, N개의 레이저 빔을 모두 인접하는 스크린 세그먼트로 수직으로 이동시키기 위해 도 5의 갈보 미러(540)를 사용하여 2개의 인접한 스크린 세그먼트 사이의 수직 정렬을 제어하는 것이다. 이것은 N개의 레이저 빔 모두에 대한 수직 방향으로의 공통 조정을 행하도록 갈보 미러(540)를 제어함으로써 달성될 수 있다. 도 11의 주변 참조 마크 영역(2610) 내의 수직 참조 마크와 각 스크린 세그먼트 내의 최상부 라인에 대한 관련 광 검출기는, 빔들이 여전히 도 11의 주변 참조 마크 영역(2610)을 통해 주사하고 있을 때, N개의 레이저 빔 중의 제1 레이저 빔의 수직 위치를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이 측정에서 얻어지는 이 수직 정보는 측정에서 나타나는 어떤 수직 에러를 보정하도록 갈보 미러(540)의 수직 각도를 제어하기 위한 피드백 신호로서 사용된다. 실시예에서, 이 보정은 그 주사 라인용 수직 갈보(540)에 작은 진폭(마이크로-조그(micro-jog)) 보정 신호를 유도할 수 있다.
2개의 인접한 스크린 세그먼트 사이의 수직 정렬은 갈보 미러(540)의 상이한 갈보 각도의 갈보 선형성, 다각형 스캐너(550)의 다각형 피라미드 에러, 및 미러 및 렌즈와 같은 다양한 반사 및 회절 광학 소자에 의해 야기되는 광학 시스템 왜곡을 포함하는 다수의 인자에 의해 결정된다. 다각형 피라미드 에러는 제조 공차로 인해 다각형(550)의 상이한 다각형 면에서의 수직 방향으로 상이한 경사 각도에 의해 야기되는 수직 빔 위치의 에러이다. 다각형 미러 상의 하나의 제조 공차는 면들의 피라미드 에러이다. 제2 수직 위치결정 서보 제어의 실시는 다각형 피라미드 에러를 보상할 수 있으며, 따라서 비교적 저가의 다각형 스캐너가 디스플레이 품질을 크게 손상하지 않고 기존의 주사 디스플레이 시스템에 사용될 수 있다.
갈보 마이크로-조그 보정 신호에 의거한 제2 수직 서보 제어는 다각형(550)의 피라미드 에러 값들의 룩업 테이블을 또한 사용할 수 있다. 이 룩업 테이블에서의 피라미드 에러는 이전의 측정으로부터 얻어질 수 있다. 피라미드 에러가 온도, 습도 등에 의해 크게 변화하지 않을 때, 이 룩업 테이블 방법은 상술한 수직 참조 마크를 사용하여 특정된 수직 빔 위치에 의거한 서보 피드백을 사용하지 않고도 충분할 수 있다. 실시예에서, 피드백 제어는 현재 한 라인을 주사하고 있는 다각형 면의 식별을 필요로 하고, 따라서 룩업 테이블로부터 그 다각형 면에 대한 대응하는 피라미드 에러값을 검색할 수 있다. 현재의 다각형 면의 식별은 다각형(550) 상의 면 번호 센서로부터 결정될 수 있다.
각 개별 레이저에 대한 상기 수직 서보 피드백 제어 시에, 레이저 액추에이터가, 서보 피드백에 응답하여 레이저 빔의 수직 방향을 조정하고 스크린 상의 형광 스트라이프를 따른 원하는 수직 빔 위치에 빔을 위치시키기 위해 사용된다. 도 17은 레이저(3210)에 의해 생성되는 레이저 빔을 시준하기 위해 레이저 다이오드(3210)의 전면에 위치하는 시준기 렌즈(3230)에 맞물리는 레이저 액추에이터(3240)의 일례를 도시한다. 시준기 렌즈(3230)에서 시준된 빔은 갈보 미러(540) 및 다각형 스캐너(550)에 의해 주사되어, 주사 렌즈(560)에 의해 스크린(101) 상에 투사된다. 레이저 다이오드(3210), 시준기 렌즈(3230) 및 렌즈 액추에이터(3240)는 레이저 장착대(3220) 상에 장착된다. 렌즈 액추에이터(3240)는 레이저 빔에 거의 수직인 수직 방향을 따라 시준기 렌즈(3230)의 수직 위치를 조정할 수 있다. 이 시준기 렌즈(3230)의 조정은 레이저 빔의 수직 방향을 변화시키며, 그에 따라 스크린(101) 상의 수직 빔 위치를 변화시킨다. 렌즈 액추에이터(3240)는 또한 레이저 빔의 전파 방향을 따라 시준기 렌즈(3230)의 위치를 이동시킬 수도 있으며, 그에 따라 레이저 빔 상에 시준기 렌즈(3230)가 집속한다. 이 조정은 스크린(101) 상의 빔 스폿 사이즈를 변화시킬 수 있다.
스크린(101) 상의 각 여기 빔(120)의 빔 스폿 사이즈는 원하는 디스플레이 해상도 및 색 순도를 달성하기 위해 각 서브픽셀 사이즈보다 적어지도록 제어될 필요가 있다. 빔 스폿 사이즈가 각 서브픽셀보다 크면, 빔의 일부분이 인접한 형광 스트라이프로 넘칠 수 있어 하나 또는 2개의 잘못된 색을 여기시키고 그 서브픽셀에 방출된 형광 광의 양을 감소시킨다. 이들 효과는 이미지 해상도 및 색 포화와 같은 화질을 저하시킬 수 있다. 주사 디스플레이 시스템에서의 주사 여기 빔의 집속은 공장에서 최적의 집속 조건을 설정할 수 있다. 이 공장 집속 설정은 그러나, 온도의 변화 및 다른 인자로 인해 변화할 수 있다. 따라서, 빔 집속 서보 제어가 적절한 빔 집속을 유지하기 위해 실시될 수 있다.
도 18은 스크린(101) 상의 주변 참조 마크 영역(2610 또는 2620) 내에 위치하는 포커스 감지 마크(3310)를 도시한다. 포커스 감지 마크(3310)는 빔 스폿 사이즈를 측정하기 위해 광학적으로 반사, 형광 또는 투과성일 수 있다. 광 검출기가 빔 스폿 사이즈 정보를 반송하는 검출기 신호를 생성하기 위해 포커스 감지 마스크(3310) 근처에 위치할 수 있다. 서보 피드백 제어는 스크린(101) 상의 레이저 빔의 집속을 조정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들면, 시준기 렌즈(3230)는 스크린(101) 상의 빔의 집속을 변경하도록 빔 전파 방향을 따라 도 17의 렌즈 액추에이터(3240)를 사용하여 조정될 수 있다.
도 18의 예에서, 포커스 감지 마크(3310)는 형광 스트라이프에 평행하고 수평 주사 방향을 따라 주기적인 어레이로 배열되는 다수의 수직 스트라이프 마크(3311)를 포함한다. 2개의 인접한 스트라이프 사이의 스트라이프 폭 및 간격은 원하는 스폿 폭과 동일하다. 동작 시에, 레이저 빔이 포커스 감지 마크(3310) 위를 통과하면서 연속파(CW) 모드로 연속적으로 턴 온된다. 검출기는 레이저 빔이 포커스 감지 마크(3310)를 가로질러 주사하므로 포커스 감지 마크(3310)로부터 반사된(또는 투과된) 광을 모니터한다. 빔 스폿 사이즈가 원하는 크기로 되면, 포커스 감지 마크(3310)에 의해 생성되는 피드백 광의 강도는 트레이스(3302)에 의해 도시된 바와 같이 100% 변조를 갖는 사인파이다. 빔 스폿 사이즈가 원하는 사이즈보다 클 때, 변조 깊이가 감소한다. 따라서, 신호의 변조를 측정하는 것은 스폿 사이즈를 추정하고 레이저 빔의 집속을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서는, 제2 포커스 감지 마크는 상이한 깊이(레이저로부터 스크린까지의 광 경로 길이)에 스크린 상에 위치한다. 2개의 포커스 감지 마크로부터 측정된 신호 변조는 집속이 빔 사이즈를 감소를 위해 조정되어야 하는 방법을 결정하기 위해 비교될 수 있다.
파워 감지 마크는 주사 여기 빔(120)의 일부분을 레이저 파워를 모니터하기 위한 검출기로 지향시키도록 스크린(101) 상의 주변 참조 마크 영역에 제공될 수도 있다. 이러한 특징은 동작 중에 레이저 파워를 다이나믹하게 모니터하기 위해 사용될 수 있다. 도 19는 파워 감지 마크(3410)로서의 형광 스트라이프에 평행한 폭넓은 수직 스트라이프를 도시한다. 도 19는 또한 주변 참조 마크 영역(2610) 내의 다른 마크를 도시한다. 다른 참조 마크가 또한 영역(2610) 내에 도시된다. 동작 시에, 레이저가 파워 감지 마크(3410) 위를 통과하기 전에 미리 정해진 구동 전류를 갖고 CW 모드에서 턴 온된다. 레이저의 구동 전류는레이저의 파워-전류 곡선의 실시간 매핑을 가능하게 하도록 상이한 주사 라인에서 레이저 파워를 측정할 때 변화할 수 있다. 다수의 주사 라인으로부터 획득되는 파워 측정치는 검출 시에 노이즈를 감소시키기 위해 평균화될 수 있다.
도 8 및 10의 상기 디스플레이 시스템에서 수평 오정렬을 보정하는 하나의 방법은, 변조된 레이저 빔에 의해 반송되는 변조된 이미지 신호를, 녹색 검출기가 출력을 갖고 적색 및 청색 검출기가 출력을 갖지 않으면 하나의 서브 컬러 픽셀 타임 슬롯만큼, 또는 청색 검출기가 출력을 갖고 적색 및 녹색 검출기가 출력을 갖지 않으면 2개의 서브 컬러 픽셀 타임 슬롯만큼 지연하도록 레이저 모듈 내의 디스플레이 프로세서를 프로그램하는 것이다. 이러한 시간 지연에 의한 공간 정렬 에러의 보정은 디스플레이 프로세서 내에서 디지털 방식으로 달성될 수 있다. 레이저 모듈(110) 내의 광 주사 및 이미징 유닛에서의 물리적인 조정은 불필요하다. 이와 달리, 레이저 모듈(110) 내의 광 이미징 유닛 및 주사 유닛은 스크린(101) 상의 여기 빔(120)의 위치를 물리적으로 시프트하도록 조정될 수 있어, 스크린(101) 상의 레이저 위치가 온-스크린 감광 유닛(810)에 의해 검출된 에러에 응답하여 하나의 서브 픽셀만큼 좌측에서 우측으로 수평으로 조정된다. 주사 레이저 빔(120)을 물리적으로 조정함에 의한 광학적 정렬과 광 펄스의 타이밍을 제어함에 의한 전자적 또는 디지털 정렬이 적절한 수평 정렬을 제어하도록 조합될 수 있다.
도 8 및 10의 디스플레이 시스템의 수평 정렬을 체크하기 위해 테스트 패턴이 사용될 수 있다. 예를 들면, 적색, 녹색 및 청색 중 하나의 프레임이 정렬을 테스트하기 위한 테스트 패턴으로 사용될 수도 있다. 도 20A는 도 8 및 9의 검출기에 의해 구현되는 컬러 픽셀의 테스트 패턴과 수평 정렬이 에러 없이 적절할 때 3개의 검출기 PD1, PD2 및 PD3의 대응하는 출력을 도시한다. 이 테스트 패턴은 도 10의 시스템에 사용될 수도 있다. 도 20B, 20C 및 20D는 수평 방향으로 오정렬이 존재할 때 3개의 검출기 PD1, PD2 및 PD3에 의해 생성되는 3개의 상이한 응답을 도시한다. 검출기 응답은 레이저 모듈(110)에 공급되고, 수평 오정렬을 보정하도록 빔 이미징 광학의 조정 또는 시간 지연 기술을 사용하기 위해 사용된다.
도 8, 9 및 10에서의 상기 서보 제어 예들에서, 온-스크린 또는 오프-스크린 감광 유닛은 개별 착색 신호를 검출한다. 여러 가지 실시예에서, 여기 빔과 스크린(101)의 형광 스트라이프 사이의 정렬을 검출하기 위해 스크린(101)에 입사하는 주사 여기 빔(120)의 산란된 또는 반사된 광을 사용하는 것이 편리할 수 있다. 상술한 서보 참조 마크는 스크린의 형광 영역 외부에 위치하는 주변 서보 참조 마크이다. 아래의 섹션은 스크린 상의 개별 서브픽셀의 중앙에 대하여 빔의 위치를 결정하는 데 사용되는 스크린의 형광 위치의 픽셀 레벨 서보 참조 마크를 더 설명한다.
형광 스트라이프의 주기적인 구조 또는 주기적인 특징은 주사 여기 빔(120)의 일부분을 산란하거나 반사하는 서보 참조 마크로서 사용될 수 있고, 그러한 서보 참조 마크로부터 산란되거나 반사된 광은 오정렬의 존재 및 오정렬의 방향을 측정하기 위해 검출된다. 광 펄스의 타이밍의 시간 변화가 여기 광 빔(120) 상에 중첩되고, 스크린 상의 빔의 위치의 광학적인 검출은 서보 참조 마크에 의해 주사 여기 빔(120)의 산란되거나 반사된 광을 측정함으로써 달성된다. 주기적인 서보 참조 마크에 대한 스크린(101) 상의 빔 위치의 정보가 스크린(101) 상의 빔의 정렬을 제어하기 위해 사용된다.
예를 들면, 주사 빔 디스플레이 시스템의 서보 피드백 제어가 아래와 같이 실시될 수 있다. 광 펄스에 의해 변조된 여기 광의 빔은 평행한 형광 스트라이프를 갖는 스크린 상에 투사되고, 이미지를 형성하는 가시광을 방출하도록 각 형광 스트라이프를 여기시키기 위해 형광 스트라이프에 수직인 빔 주사 방향으로 주사된다. 시간 변화 예컨대, 주기적인 시간 변화가 스크린 상의 빔 주사 방향을 따라 각 광 펄스의 공간적인 위치를 앞서게 하거나 지연시키도록 여기 광 빔의 광 펄스의 타이밍에 적용된다. 스크린으로부터의 여기 광의 빔의 반사는 각 형광 스트라이프에 대한 빔의 위치에 따라 변화하는 모니터 신호를 생성하기 위해 검출된다. 모니터 신호 내의 정보는 형광 스트라이프에 수직인 빔 주사 방향을 따라 의도된 또는 타깃의 형광 스트라이프의 중앙에 대한 광 펄스의 공간 오프셋을 나타내는 데 사용된다. 공간 오프셋에 의거하여, 여기 광의 빔 내의 광 펄스의 타이밍은 공간 오프셋을 감소시키도록 조정된다.
이 서보 피드백 제어는 여러 가지 방식으로 실현될 수 있다. 이 서보 피드백 제어를 갖는 주사 빔 디스플레이 시스템은 시간 순서로 되어 있는 광 펄스를 반송하고 이미지 정보를 반송하는 여기 광의 주사 빔을 생성하는 광학 모듈; 여기 광을 흡수하고, 주사 빔에 의해 반송되는 이미지를 생성하도록 가시 광을 방출하는 평행한 형광 스트라이프를 포함하는 스크린; 스크린에 의해 산란되거나 반사된 여기 광을 수광하고, 스크린에 대한 빔의 공간적인 정렬을 나타내는 모니터 신호를 생성하도록 위치하는 광 센서; 및 광 센서와 통신하여, 모니터 신호에 응답하여 여기 광의 빔에 의해 반송되는 광 펄스의 타이밍을 조정하기 위해 광학 모듈을 제어하는 피드백 제어 유닛을 포함할 수 있다. 이 시스템에서, 광학 모듈은 빔 내의 광 펄스의 타이밍에 시간 변화를 생성하는 데 사용될 수 있다. 스크린은 빔 내의 광 펄스의 타이밍 내의 시간 변화에 관련하여 광 센서에 의해 수광되는 여기 광의 산란되거나 반사된 광의 부분을 변형하는 주기적인 공간 특징을 포함할 수 있다. 피드백 제어 유닛은 시간 변화 및 광 센서에 의해 수광된 광의 부분에 스크린에 의한 변형에 의해 야기되는 모니터 신호의 정보에 응답하여 광 펄스의 타이밍을 조정할 수 있다.
도 21은 도 3의 주사 디스플레이 시스템에 의거하여 서보 피드백 제어를 갖는 그러한 주사 디스플레이 시스템의 일례를 도시한다. 도 4의 주사 디스플레이 시스템은 이 서보 피드백 제어에 의해서도 실현될 수 있다. 도 21에서, 신호 변조 제어기(320)는 여기 빔(120)의 변조를 제어할 때 여기 빔(120) 내의 광 펄스의 타이밍에 시간 변화를 중첩시킨다. 주기적인 서보 참조 마크가, 서보 참조 마크에 의해 야기되는 주사 여기 빔(120)의 산란되거나 반사된 광, 또는 주사 여기 빔의 광 여기 하에 서보 참조 마크에 의해 방출된 형광 광 중 어느 하나인 피드백 광(1201)을 생성하기 위해 스크린(101) 상에 제공된다. 광 서보 센서(1210)가 예를 들면, 오프-스크린 광 검출기가 스크린(101)으로부터의 피드백 광(1201)을 수집하도록 제공된다. 하나 이상의 광 서보 센서(1210)가 사용될 수 있다. 광 서보 센서(1210)는 스크린(101)으로부터의 피드백 광의 수집을 최대화하기 위한 스크린(101)을 벗어난 적절한 위치 예컨대, 도 5의 시스템 내에서의 주사 렌즈(560) 근처의 위치에 위치할 수 있다. 광 서보 센서(1210)의 출력은 서보 피드백 신호로서 사용되고, 신호 변조 제어기(320)에 공급된다. 신호 변조 제어기(320)는 형광 스트라이프의 중앙으로부터의 광 펄스의 위치 오프셋을 결정하기 위해 서보 피드백 신호를 처리한 후, 위치 오프셋을 감소시키기 위해 주사 여기 빔(120) 내의 광 펄스의 타이밍을 조정한다.
스크린(101) 상의 주기적인 서보 참조 마크는 여러 가지 구성으로 있을 수 있다. 도 2a, 2b 및 2c를 참조하면, 형광 스트라이프들 사이의 스트라이프 디바이더가 서보 참조 마크로서 사용될 수 있다. 각 스트라이프 디바이더는 서보 참조 마크로서 부가적인 구조를 포함할 수 있다. 도 22 및 23은 2개의 예를 도시한다.
도 22에서, 각 스트라이프 디바이더(1310)는 주사 여기 빔(120)을 수신하는 스크린(101)의 형광 층의 측면 상에 위치하는 서보 참조 마크로서의 반사 또는 형광 층(1312)을 포함할 수 있다. 반사성 서보 참조 마크(1312)는 여기 광을 흡수하는 형광 스트라이프보다 더 많은 여기 빔(120)을 반사한다. 따라서, 반사된 여기 광은 주사 여기 빔(120)이 형광 스트라이프를 가로질러 주사하므로, 파워가 변화한다. 가는 반사 스트라이프가 서보 참조 마크(1312)로서 각 스트라이프 디바이더(1310)의 단부 면 상에 코팅될 수 있다. 광학 흡수 층(1314)이 이미지의 콘트라스트를 향상시키기 위해 뷰어에 대면하는 각 스트라이프 디바이더(1310)의 면 상에 형성될 수 있다. 광 서보 센서(1210)의 검출 감도는 서보 참조 마크(1312)와 형광 스트라이프 사이의 여기 광의 반사에 큰 차이가 있을 때 향상한다. 더 높은 검출 감도는 서보 참조 마크(1312)가 주사 여기 빔(120)에 의한 조명 하에 형광 광을 방출하는 형광 층으로 만들어질 때 광 서보 센서(1210)에서 달성될 수 있다. 마크(1312)용의 형광 물질은 마크(1312)에 의해 방출된 형광 광이 형광 스트라이프의 방출 파장과 상이한 파장에 있도록 형광 스트라이프와 상이할 수 있다. 일례로서, 마크(1312)는 방출된 IR 광이 사람의 눈으로 볼 수 없으며, 그에 따라 뷰어로의 화질에 영향을 주지 않는 IR 형광 물질일 수 있다. 광 대역통과 필터가 마크(1312)에 의해 방출된 형광 광만이 광 서보 센서(1210)에 입사할 수 있도록 광 서보 센서(1210)의 전면에 위치할 수 있다.
도 23은 형광 스트라이프들 사이의 스트라이프 디바이더(1410)가 광학적으로 반사 또는 형광 물질로 만들어지는 다른 스크린 설계를 도시한다. 옵션으로서, 스크린의 뷰어 측을 향하는 디바이더 면이 뷰어 측을 향한 어떠한 반사를 감소시키도록 예컨대, 400 ㎚∼650 ㎚에서 10% 미만의 반사 및 80% 초과의 흡수를 위해 흑화된 흡수 층(1420)으로 코팅될 수 있다. 이 특징은 스크린의 해상도 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
도 24는 도 23의 스크린 설계의 실현을 더 도시한다. 모든 치수는 미크론이고 예시적이다. 스트라이프 디바이더(1500)는 유전 층(1501) 위에 형성된다. 적색, 녹색 및 청색을 방출하기 위한 형광 물질이 스트라이프 디바이더들(1500) 사이에 충전되어 형광 스트라이프를 형성한다. 다양한 광 반사 물질들이 스트라이프 디바이더(1500)를 형성하는 데 사용될 수 있다. 알루미늄과 같은 금속 재료가 디바이더(1500)를 구성하기 위해, 또는 반사될 필요가 있는 각 디바이더(1500)의 표면이나 면 상에 코팅을 형성하기 위한 코팅 물질로서 사용될 수 있다. 또한, 백색 페인트 물질이 높은 반사도를 달성하기 위해 디바이더(1500)를 형성하는 데 사용될 수도 있다. 예를 들면, TiO2 충전 수지나 황산 바륨 충전 수지로 만들어진 백색 페인트가 특히 청정 폴리머로 되돌려 반사할 때 금속 코팅에 뛰어난 반사 성질을 얻기 위해 공식화될 수 있다. 예를 들면, 백색 페인트 물질의 반사도는 400 ㎚∼650 ㎚보다 더 클 수 있다. 스트라이프 디바이더(1500)는 광 서보 센서(1210)에서의 신호 대 노이즈 비를 향상시키기 위해 동일한 여기 광(120)의 조명 하에 형광 스트라이프에 의해 방출된 가시 광 및 여기 광(120)과 상이한 파장에서 광을 방출하는 형광 물질을 포함하도록 만들어질 수도 있다.
도 25는 여기 빔(120)이 수평 방향을 따라 형광 스트라이프를 가로질러 주사할 때 스크린(101) 상의 빔 위치 및 광 펄스의 타이밍을 도시한다. 여기 빔(120)은 시간 도메인 내의 광 펄스의 트레인으로서 변조한다. 일례로서, 3개의 연속하는 형광 스트라이프(1610, 1620 및 1630)를 조명하기 위한 여기 빔(120) 내의 3개의 연속하는 레이저 펄스(1601, 1602 및 1603)이 주사하는 동안 시간 t1, t2 및 t3에 있도록 도시된다. 도 25의 각 형광 스트라이프는 지정된 색에 대한 스트라이프 컬러 필터의 조합으로 균일한 백색 형광 층의 지정된 색 또는 스트라이프를 갖는 특정 형광 물질의 스트라이프일 수 있다. 여기 빔(120)은 상이한 색을 갖는 픽셀로 알려진 작은 도트로 구성되는 래스터(raster) 이미지를 생성하도록 래스터 포맷으로 주사된다. 각 픽셀은 일반적으로 3개의 상이한 주요 색 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)으로 구성된다. 서브 픽셀은 형광 스트라이프의 형태로 스크린 상에 패턴화된다. 레이저 빔(120)은 수평 주사 방향으로 좌측에서 우측으로 한번에 한 라인씩 주사되어 이미지를 형성한다. 빔(120)은 주사할 때마다 좌측에서 우측으로 이동하므로, 서브 픽셀을 적절히 어드레스하기 위해 시간 도메인 내에서 정확하게 변조되어야 한다. 따라서, 주사 여기 레이저 빔(120)의 펄스는 빔(120)이 대응하는 서브 픽셀에 도달할 때와 동시에 턴 온되고, 빔(120)이 대응하는 서브 픽셀에서 벗어날 때 턴 오프된다. 도시된 바와 같이, 여기 빔(120)이 수평 주사 방향을 따라 스크린(101)에 대하여 적절히 정렬될 때, 펄스(1601)는 빔(120)이 형광 스트라이프(1610)의 중앙에 주사될 때 온되고, 펄스(1602)는 빔(120)이 형광 스트라이프(1620)의 중앙에 주사될 때 온되며, 펄스(1603)은 빔(120)이 형광 스트라이프(1630)의 중앙에 주사될 때 온된다. 빔 풋프린트(1621, 1622 및 1623)는 각각 형광 스트라이프(1610, 1620 및 1630) 내의 그러한 정렬된 빔 위치를 나타낸다.
수평 주사 방향을 따라 오정렬이 존재할 때, 각 펄스는 빔(120)이 형광 스트라이프 내의 중심을 벗어난 위치에 주사될 때 온된다. 빔 풋프린트(1631, 1632 및 1633)는 각각 형광 스트라이프(1610, 1620 및 1630) 내의 그러한 오정렬된 빔 위치를 나타낸다. 펄스가 빔(120)이 위치(1621)에 있을 때 온되고 빔(120)이 위치(1631)에 있을 때 오프되어야 하는 형광 스트라이프(1610)를 상정한다. 펄스가 빔(120)이 의도된 위치(1621)와 다른 위치(1631)에 있을 때 온되면, 형광 스트라이프(1610)는 빔(120)에 의한 조명 하에 있고 상이한 색의 인접한 형광 스트라이프의 일부분이 빔(120)에 의해 조명되며, 즉, 레이저는 빔(120)이 하나의 컬러 서브 픽셀에서 다음의 컬러 서브 픽셀로 교차할 때 전이 시간 동안 턴 온된다. 바꿔 말하면, 이 오정렬은 빔(120) 내의 시간에서의 펄스 변조가 공간에서의 서브 픽셀과 동기화되지 않는다. 이 조건 하에서, 컬러 제어는 하나의 특정 컬러 서브 픽셀을 턴 온하도록 가정되는 펄스가 동일한 컬러 픽셀 내에서 또는 2개의 인접한 컬러 픽셀들 사이에서 다음의 상이한 컬러 픽셀로 "넘치기" 때문에 역으로 영향을 받을 수 있어, 이미지의 등록 오류를 야기하고 이미지의 색 순도를 저하시킬 수 있다.
따라서, 주사 레이저 빔(120)의 펄스의 타이밍, 즉, 스크린 상의 레이저 위치에 대하여 광 펄스를 턴 온 및 오프하는 횟수를 정확하게 제어하는 것이 바람직하다. 주사 빔(120) 내의 레이저 펄스의 타이밍을 제어하기 위해, 서보 방법이 레이저가 턴 온될 때 서브 픽셀의 후면으로부터 반사된 광에 의거해 빔 오프셋을 측정하기 위해 사용된다. 반사 광의 신호 강도는 레이저가 중앙에서 턴 온될 때 또는 서브 픽셀의 중심을 벗어나 턴 온될 때 각 서브 픽셀에서의 레이저 광의 상대 위치에 따라 변화한다. 각 서브 픽셀의 에지에서의 반사기 또는 반사 특징은 각 서브 픽셀에서의 주사 레이저 빔(120)의 위치를 모니터하기 위해 각 서브 픽셀로부터의 반사 광을 생성하도록 서보 참조 마크로서 사용된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 빔(120)은 형광 스트라이프(1610)의 중앙에서의 빔 위치(1621)에서 턴 온될 때 스트라이프 디바이더(1600)에 의해 가장 적게 반사되고, 디바이더(1600)에 의한 반사는 펄스가 형광 스트라이프(1610)의 중심을 벗어난 빔 위치(1631)에서 턴 온될 때 증가한다. 빔(120)이 형광 스트라이프의 중앙에 대해 다른 위치에서 턴 온될 때 반사된 여기 광의 파워 레벨의 이러한 차 및 빔(120) 내의 광 펄스의 타이밍의 시간 변화가 주사 방향을 따라 오정렬을 측정하는 데 사용된다.
도 26A, 26B 및 26C는 여기 빔(120)이 서브픽셀 내의 상이한 위치에 있을 때 반사된 여기 광의 신호 강도의 변화를 도시한다. 도 26A에서, 펄스는 빔(120)이 서브픽셀의 좌측면에 있을 때 턴 온된다. 강한 반사 R1이도 21의 시스템의 광 서보 센서(1210)에서 검출된다. 빔(120)이 도 26B에 도시된 서브픽셀의 중앙에 있을 때 펄스가 턴 온될 때, 비교적 약한 반사 R2가 광 서보 센서(1210)에서 검출된다. 빔이 서브픽셀의 중앙의 우측면에 있을 때 펄스가 턴 온될 때, 여기 광의 더 높은 반사가 광 서보 센서(1210)에서 다시 검출된다.
일반적으로, 반사된 여기 광의 파워 레벨은 펄스가 온될 때 서브픽셀 내의 빔(120)의 위치에 따라 변화한다. 도 27은 여러 가지 레이저 빔 위치에서 서브픽셀로부터 반사된 여기 광의 광 파워 밀도 및 서브 픽셀 설계의 일례를 도시한다. 이 예에서, 서브 픽셀은 주사 레이저 빔(120)의 여기 하에 그 서브 픽셀에 대해 지정된 색의 광을 방출하는 적절한 형광 물질로 충전된다. 2개의 스트라이프 디바이더(1802)는 2개의 주변 반사기가 반사 광을 생성하기 위한 것이므로 형광 스트라이프(1801)의 2개의 반대 측에 위치한다. 주변 반사기는 회절 구조, 광을 정 반사하거나 광을 확산할 수 있는 반사 구조, 빔(120)의 여기 하에 광을 방출하는 형광체와 같은 파장 변환 물질, 또는 회절 및 반사 구조의 양자의 혼합물로서 설계될 수 있다.
도 28은 서브 픽셀의 중앙에서 오프셋된 빔 위치 및 반사된 파워 레벨의 관계의 일례를 도시한다. 서브픽셀은 서브픽셀의 중앙으로부터 가장 바깥쪽 에지 위치에서 최고 반사율 R3, 서브픽셀의 중앙 위치에서 최저 반사율 R1, 및 그 사이의 빔 위치에 대해 중간 반사율 R2를 생성하도록 설계될 수 있다. 일례로서, 최고 반사율은 빔(120)이 스트라이프 디바이더의 중앙에서 턴 온될 때 생성될 수 있다. 따라서, 반사 광의 레벨은 각 서브픽셀의 중앙으로부터의 빔 위치의 상대 오프셋을 나타내는 데 사용될 수 있다.
상술한 형광 스트라이프와 관련된 서보 참조 마크는 피드백 광, 반사 광 또는 형광 광 중 하나가 각 서브픽셀 내의 레이저 빔 위치의 위치에 따라 파워를 변화시킬 수 있다. 이 피드백 광에서의 파워 변화는 빔(120)이 서브픽셀의 중앙에서 턴 온하는지 또는 서브픽셀의 중앙을 벗어나서 턴 온하는지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 이 파워 변화는 서브픽셀 내의 빔(120)의 위치에서의 오프셋의 방향으로 정보를 제공하지 않는다. 서프픽셀 내의 빔(120)의 위치의 오프셋의 방향을 나타내도록 서보 신호의 부호를 생성하기 위해, 주사 레이저 빔(120)은 빔(120) 내의 광 펄스의 타이밍을 제어하도록 레이저 빔(120)의 주사 시간의 톱(top)에서 중첩되는 작은 지연 신호로 더욱 변조된다. 이 지연 신호는 스크린 상의 레이저 펄스의 위치가 서브 픽셀의 중앙에 대해 우측이나 좌측으로 이동되어야 하는지, 또는 시간 도메인에서 레이저 펄스의 타이밍이 지연되거나 앞서야 하는지를 나타내기 위해 서브 픽셀로부터 반사된 광에 신호 패턴을 생성한다. 이 지연 신호는 주기적인 신호이고, 레이저 빔(120)이 스크린(101)에 주사함에 따라, 시간 도메인에서 주기적인 방식으로 양 및 음으로 지연된다. 펄스의 타이밍에서의 이 주기적인 변화가 예컨대, 사인파 또는 사각파일 수 있다.
도 29는 이 주기적인 지연 신호의 일례를 사인 형태로 도시한다. 지연 신호의 시간의 각 주기에서, 주사 빔(120)은 형광 스트라이프에 수직인 수평 주사 방향을 따르는 다수의 서브픽셀 위에 주사한다. 도시된 예에서는, 3개의 서브픽셀의 모두가 지연 신호의 한 주기 내에서 주사 빔(120)에 의해 주사된다. 펄스의 타이밍이 주사 중에 주기적으로 변조되기 때문에, 도 21의 광 서보 센서(1210)에 의해 검출되는 반사 신호도 또한 주기적인 형태로 변화한다.
도 30은 시간 도메인 내에서 빔(120) 내의 펄스 타이밍이 지연 신호에 의해 어떻게 변조되는지를 또한 도시한다. 특히, 광 펄스의 타이밍 내의 시간 변화는 수평 주사 방향을 따른 형광 스트라이프의 폭보다 더 적은 빔 위치의 공간 시프트에 대응하도록 설정된다. 따라서, 중첩된 지연 신호가 수평 빔 주사 방향을 따라서 형광 스트라이프 또는 서브픽셀 내의 현재의 빔 위치 근처의 빔 위치의 혼란을 제공하여 서보 신호의 변화를 초래한다. 스트라이프 디바이더 상의 서보 참조 마크의 존재로 인해, 서보 신호 내의 이러한 변화는 수평 빔 주사 방향을 따라 형광 스트라이프 또는 서브픽셀의 중앙으로부터의 빔 위치의 오프셋의 방향 및 크기를 나타낸다.
빔(120)이 서브픽셀의 중앙에 있기 때문에 펄스가 온될 때, 반사 광은 최소 파워 레벨 R1에 있다. 펄스가 다른 중앙을 벗어난 위치에서 온될 때, 반사 광은 중앙으로부터의 오프셋의 크기에 따라 변화하는 더 높은 파워 레벨을 갖는다. 완전하게 정렬된 시스템에서, 지연이 0과 같을 때, 레이저 빔이 "정시에" 서브 픽셀의 중앙에 있다. 이 조건 하에, 반사 신호 R1은 지연이 양 또는 음일 때 생성된다. 레이저 빔(120)이 지연 신호로 인해 서브 픽셀의 중앙에 대해 오프셋될 때, 빔(120)의 펄스는 서브픽셀의 중앙 근처의 오프셋 위치에서 턴 온되므로, 반사 신호 R2가 생성된다. 특히, 이 조건 하에, 반사 신호 내의 진동의 주기 T1은 지연 신호의 주기 T0의 1과 1/2이다.
도 31은 서브픽셀의 중앙으로부터 가장 바깥쪽 에지 위치에서 최고 반사율 R3, 서브픽셀의 중앙 위치에서 최저 반사율 R1, 및 그 사이의 빔 위치에 대해 중간 반사율 R2를 생성하는 서브 픽셀의 중앙의 좌측으로의 빔 위치 오프셋을 도시한다. 따라서, 레이저 빔(120)이 서브 픽셀의 중앙으로부터 좌측으로의 위치 오프셋에서 턴 온될 때, 주사 레이저 빔의 톱에서 중첩되는 지연 신호가 레이저 빔(120)의 위치를 각 서브픽셀의 중앙의 좌측으로 대부분 변화시킨다. 따라서, 레벨 R1과 R3 사이에서 진폭이 다양한 반사 신호는 지연 신호와 위상이 동기화된다. 그 자체로, 반사 신호의 주기 T2는 지연 신호의 주기 T0과 동일하다. 이러한 반사 신호의 상태는 펄스가 너무 이른 시간에 턴 온된 것을 나타낸다.
도 32는 서브픽셀의 중앙의 우측으로의 빔 위치 오프셋의 일례를 도시한다. 이 조건 하에, 주사 레이저 빔의 톱에서 중첩되는 지연 신호는 레이저 빔이 대부분 지연 신호의 우측에 있고 반사 신호가 지연 신호와 동일한 주기를 갖는(T3=T0) 이상인 지연 신호와 동기화되지 않도록 된다. 반사 신호의 진폭은 신호 레벨 R1과 R3 사이에서 변화한다. 이러한 반사 신호의 상태는 레이저 빔(120) 내의 펄스가 너무 늦은 시간에 턴 온된 것을 나타낸다. 특히, 도 31 및 32의 지연 신호에 대한 반사 신호의 위상은 반대이고, 이 차이는 서보 제어를 위한 오프셋의 방향을 결정하기 위해 측정될 수 있다.
도 33은 서브픽셀의 중앙으로부터의 빔 오프셋의 방향을 결정하기 위해 검출된 반사 신호를 사용하는 방법을 도시한다. 오프셋 지시 신호는 지연 신호 내의 하나의 지연 주기 동안 모든 시간 위치에서의 반사 신호와 지연 신호의 곱의 적분으로 정의된다. 도 33의 우측면은 오프셋 지시 신호의 일례를 도시한다. 이 신호의 양의 값은 빔이 너무 이른 시간에 턴 온되고, 스크린의 좌측에서 우측으로의 수평 주사 중에 서브픽셀의 중앙의 좌측에 위치하는 것을 나타낸다. 이 신호의 음의 값은 빔이 너무 늦은 시간에 턴 온되고, 서브픽셀의 우측에 위치하는 것을 나타낸다.
중간의 경우에, 반사 신호는 지연 신호의 진동 주파수의 2배를 갖는다. 따라서, 하나의 지연 사이클 동안의 반사 신호의 적분으로 서보 에러 신호를 무시할 수 있게 된다. 서보 응답 회로는 정시에 레이저의 위치를 변경하지 않고 펄스의 현재의 타이밍을 유지하도록 구성될 수 있다. 레이저가 대부분 우측 또는 좌측으로 서브픽셀의 중앙을 벗어나 있을 때, 반사 광은 지연 신호에 대하여 서로 이상이고, 각 반사 신호는 지연 신호의 동일한 진동 주파수를 갖는다. 지연 신호로 곱셈된 전체 반사 사이클의 적분은 양 또는 음의 서보 에러 신호를 산출한다. 이들 두 경우에, 서보 제어 메커니즘이 빔 오프셋을 감소시키고 적절한 서브픽셀 등록을 달성하기 위해 레이저 빔(120) 내의 펄스의 타이밍을 조정할 수 있다.
반사 신호의 변화는 도 21에 도시된 바와 같은 광 서보 센서(1210)을 사용하여 캡쳐된다. 하나의 검출 스킴(scheme)은 후방 산란 광의 일부분을 캡쳐하도록 센서(1210)와 같은 광역(wide area) 검출기를 사용하는 것이다. 향상된 SNR이 렌즈(또는 비이미징(non-imaging) 집광기와 같은 다른 플럭스 집속 소자)로 얻어질 수 있다. 렌즈는 검출기에 더 많은 산란 광을 제공하는 더 큰 집속 영역을 나타낸다. 산란 광이 입사 빔과 비교하여 상이한 파장으로 되어 있으면, 예컨대, 형광 서보 참조 마크가 사용될 때, 스펙트럼 필터가 (입사 빔의 임의의 원하지 않는 후방 산란을 포함하는) 다른 방사원을 거부하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 다수의 검출기가 후방 산란된 방사의 검출 가능성을 향상시키기 위해 여러 위치에 놓일 수 있다. 신호가 다른 광원으로부터의 광에 비해 약할 수 있기 때문에, 서보 신호는 신호 대 노이즈 비를 향상시키기 위해 다수의 라인 및 프레임에 걸쳐 평균화될 수 있다.
지연 신호는 여러 가지 지연량 및 주기성을 갖는 주기적이거나 비주기적일 수 있다. 가변 지연 신호가 여기에서 보정의 방향성을 측정하기 위해 사용된다. 지연 신호에 의해 야기되는 지연은 지연이 스크린에 색 왜곡을 부가하지 않도록 충분히 작게 설정된다. 일부 실시예에서, 지연 신호는 10% 미만의 색 번짐이 지연 신호로 인해 생길 수 있도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 레이저 빔의 주기 지연의 상은 하나의 주사 라인에서 다음의 주사 라인으로 90도만큼 시프트되어 뷰어에게 지연 신호에 의해 야기되는 고정 패턴 효과를 감소시킬 수 있다.
서보 제어의 일부 실시예에서, 스크린의 더 높은 휘도 영역으로부터의 서보 신호가 측정될 수 있고 측정된 신호의 진폭은 수평 주사 방향을 따라 빔 정렬을 제어할 때 출력 비디오 신호의 진폭에 의해 정규화된다. 이 기술은 서보 지연 신호가 가변 진폭 비디오 신호에 중첩되기 때문에 검출 시에 신호 대 노이즈 비를 향상시킬 수 있다.
상기 시간 지연 서보 기술은, 하나의 빔이 컬러 요소들을 정확하게 타깃으로 하기 위해 디스플레이 상에 다른 색들을 보내는데 사용되는 시스템에서의 타이밍 문제의 경감을 위한 하나의 방법을 제공한다. 형광체가 평행한 수직 스트라이프로서 배열되는 스크린에 있어서, 여기 레이저 빔이 3개의 주요 색의 형광체를 활성화시키는 데 사용되고, 빔이 형광체를 가로질러 주사하므로, 빔은 각 색을 시간 순서로 활성화시킨다. 따라서, 공간에서의 타깃화 문제는 레이저 펄스의 타이밍을 제어할 때의 타이밍 문제가 된다. 온도, 노화 및 다른 인자로 인한 시스템 구성요소의 변형 및 그 제조 중의 구성요소 및 장치 공차는 스크린 상의 레이저 빔의 타이밍 제어를 위해 밝혀질 필요가 있다. 예를 들면, 광학 이미징에서의 열 팽창 효과 및 왜곡은 픽셀 내의 각 컬러를 활성화시키기 위한 정확한 타이밍에서 상당하는 조정을 필요로 한다. 레이저 작동이 빔이 서브픽셀의 중앙 부분으로 향하고 의도된 형광체를 가로지르는 타이밍에 적절히 대응하지 않으면, 빔은 잘못된 컬러 형광체를 부분적으로 또는 완전히 활성화시킨다.
*서보 제어에 덧붙여, 타이밍 조정의 보정 "맵"이 스크린의 상이한 부분 상에서 타이밍을 보정하기 위한 서보 제어를 돕기 위해 제공될 수 있다. 이 보정 맵은 스크린 상의 모든 서브픽셀에 대한 빔 정렬 데이터를 포함하고, 디스플레이 시스템의 조립이 공장에서 완료된 후 전체 스크린의 정렬을 측정하기 위해 서보 제어를 사용하여 얻어질 수 있다. 이 조정의 맵은 레이저 모듈(110)의 메모리에 저장될 수 있고, 보상되는 효과들이 빠르게 변화하지 않으면 시간의 간격 동안 재사용될 수 있다. 동작 시에, 디스플레이 시스템이 턴 온될 때, 디스플레이 시스템은 디폴트로서, 보정 맵 내의 정렬 데이터에 의거하여 주사 레이저 빔의 레이저 펄스의 타이밍을 설정하도록 구성될 수 있고, 서보 제어가 동작 중에 펄스 타이밍의 실시간 모니터 및 제어를 제공하도록 동작할 수 있다. 부가적인 보정 측정은 메모리 내에 저장된 보정 맵을 갱신하기 위해 행해질 수 있다. 예를 들면, 이 맵의 단일 또는 다수의 연속적인 버전이 픽셀 컬러 데이터를 버퍼링하는 데 사용되는 동일한 메모리에 위치할 수 있다. 이들 보정 맵은 그들이 점유하는 메모리의 크기와 그들에 액세스하는 데 필요한 메모리의 대역폭의 양자를 감소시키기 위해 인코드될 수 있다. 타이밍 조정을 원활하게 변화시키는 경우에 있어서, 델타 변조와 같은 간단한 스킴이 이들 맵을 효과적으로 압축하기 위해 사용될 수 있다.
보정 "맵"은, 다수의 레이저가 도 5에 도시된 바와 같이 사용될 때, 주사 레이저 빔이 전체 스크린을 통해 한번에 하나의 세그먼트를 주사하는 한 프레임 동안 연속파(CW) 모드로 각 주사 레이저 빔(120)을 동작시킴으로써 얻어질 수 있다. 단일 레이저가 사용되면, 단일 주사 빔이 CW 모드에서 전체 스크린을 한번에 한 라인 주사하도록 설정된다. 스트라이프 디바이더 상의 서보 참조 마크로부터의 피드백 광은 스크린 상의 레이저 위치를 측정하는 데 사용된다. 광 검출기로부터의 모니터 신호는 모니터 신호가 그 최고 상대 진폭에 있을 때마다 펄스를 생성하는 전자 "피크" 검출기를 통해 전송될 수 있다. 이들 펄스 사이의 시간은 에러 신호를 처리 및 생성하는 데 사용되는 디지털 회로 또는 마이크로컨트롤러 내의 샘플링 클록에 의해 측정될 수 있다. 스크린 상의 주사 빔의 주사 속도는 알려져 있기 때문에, 전자 피크 검출기로부터의 2개의 인접한 펄스 사이의 시간은 2개의 인접한 펄스를 생성하는 2개의 위치의 간격을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 간격은 서브픽셀 폭 및 서프픽셀 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 빔 주사 레이트 및 샘플링 클록의 주파수에 따라, 각 서브픽셀에 대해 몇 개의 명목상의 클록의 수가 존재한다. 광학 왜곡, 스크린 결함 또는 이들 왜곡 및 결함의 조합으로 인해, 임의의 주어진 서브픽셀에 대한 2개의 인접한 펄스 사이의 클록의 수가 명목상의 클록의 수로부터 변화할 수 있다. 이 델타는 각 서브픽셀용의 메모리에 인코드되어 저장될 수 있다.
도 34는 하나의 수평 주사의 일부분에 대한 주사 시간의 함수로서 검출된 반사 피드백 광, 피크 검출기의 각각의 출력 및 샘플링 클록 신호의 일례를 도시한다. 샘플링 클록의 9 클록 사이클에 상당하는 폭을 갖는 공칭 서브픽셀 및 8 클록 사이클에 상당하는 인접한 짧은 서브픽셀이 도시된다. 일부 실시예에서는, 서브픽셀의 폭은 10∼20 클록 사이클에 상당할 수 있다. 서보 제어용 마이크로컨트롤러 또는 디지털 회로의 샘플링 클록 신호의 클록 사이클은 에러 신호의 공간 해상도를 지시한다.
도 35는 하나의 수평 주사의 일부분에 대한 주사 시간의 함수로서 검출된 반사 피드백 광, 피크 검출기의 각각의 출력, 및 공칭 서브픽셀이 9 클록 사이클의 폭에 상당하고 10 클록 사이클의 폭에 상당하는 인접한 긴 서브픽셀이 도시된 샘플링 클록 신호의 일례를 도시한다.
보정 중에, 스크린 상의 먼지와 같은 오염물, 스크린 결함, 또는 어떤 다른 인자가 스크린 상의 2개의 인접한 서브픽셀 사이의 서보 참조 마크에 의해 생성되었던 반사된 피드백 광 내의 광 펄스의 상실(missing)을 초래할 수 있다. 도 36은 펄스가 상실되는 일례를 도시한다. 상실한 펄스는 펄스가 명목상의 클록의 수로부터의 명목상 더하기 최대 기대 편차 내에서 샘플링되지 않은 경우 결정될 수 있다. 펄스가 상실되면, 클록의 공칭 값이 그 서브픽셀에 대해 추정될 수 있고, 다음의 서브픽셀이 양 서브픽셀에 대한 타이밍 보정을 포함할 수 있다. 타이밍 보정은 검출 정확도를 향상시키기 위해 양 서브픽셀에 대해 평균화될 수 있다. 이 방법은 임의의 수의 연속하는 상실된 펄스로 확장될 수 있다.
주사 빔 디스플레이 시스템은 상술한 여러 가지 특징을 사용하여 실현될 수 있다. 예를 들면, 그러한 시스템은 시간 순서로 되어 있고 이미지 정보를 반송하는 광 펄스를 갖는 여기 광의 주사 빔을 생성하는 광학 모듈과, 형광 영역 및 형광 영역 외의 주변 서보 참조 마크를 포함하는 형광 스크린을 포함할 수 있다. 형광 영역은 여기 광을 흡수하여, 주사 빔에 의해 반송되는 이미지를 생성하도록 가시 형광 광을 방출한다. 형광 영역은 주사 빔의 조명 하에 제1 피드백 광 신호를 생성하는 제1 서보 참조 마크를 포함한다. 주변 서보 참조 마크 영역은 주사 빔의 조명 하에 제2 피드백 광 신호를 생성하는 적어도 하나의 제2 서보 참조 마크를 포함한다. 이 예의 시스템은 서보 제어용의 2개의 별개의 센서, 즉, (1) 제1 피드백 광 신호를 수신하여 형광 스크린 상에서의 광 펄스의 공간 정렬을 나타내는 제1 모니터 신호를 생성하도록 위치하는 제1 광 센서; 및 (2) 제2 피드백 광 신호를 수신하여 형광 스크린 상에서의 광 펄스의 공간 정렬을 나타내는 제2 모니터 신호를 생성하도록 위치하는 제2 광 센서를 포함한다. 피드백 제어 유닛이 형광 스크린 상의 광 펄스의 공간 위치의 적어도 공간 정렬을 제어하기 위해 제1 및 제2 모니터 신호에 응답하여 주사 빔을 조정하기 위해 광학 모듈 내에 포함된다.
스크린 상의 주변 서보 참조 마크로부터 제2 피드백 광 신호를 검출하는 상기 제2 광 센서는 스크린 상의 주변 서보 참조 마크 영역에 접속되는 광 파이프에 접속되는 광 검출기일 수 있다. 일 실시예에서, 주변 서보 참조 마크 영역 내의 제2 서보 참조 마크는 투과될 수 있어, 여기 빔(120)에 의해 조명될 때 마크를 통해 투과된 광이 마크의 타측 예컨대, 스크린의 뷰어측에 접속되는 광 파이프의 일 단부에 결합된다. 광 파이프는 전체 내부 반사(TIR) 조건 하에 유전체 인터페이스 또는 금속 반사 측벽 표면으로 형성된 반사 표면을 갖는 채널일 수 있다. 제2 광 센서는 광 파이프에 의해 가이드된 광 신호를 수신하도록 광 파이프의 타 단부에 위치할 수 있다. 상이한 타입의 서보 참조 마크가 상이한 파라미터 예컨대, 빔 포커싱 및 빔 SOL 위치를 모니터하기 위한 주변 서보 참조 마크 영역에 제공될 때, 상이한 광 파이프가 상이한 참조 마크용의 주변 서보 참조 마크 영역에서 실현될 수 있다. 각 광 파이프는 그 각각의 광 검출기에 신호를 지향시킨다.
상술한 바와 같이, 다각형 스캐너의 상이한 면들은 제조 시의 부정확성 및 다른 인자로 인해 스캐너 회전축에 대해 상이한 면 배향을 갖기 쉽고, 그러한 피라미드 에러가 디스플레이되는 이미지의 성능을 저하시킬 수 있다. 도 5는 하나 이상의 여기 레이저 빔(532)이 갈보 미러(540) 및 다각형 스캐너(550)에 의해 형광 스크린(101) 상에 주사되는 형광 스크린을 갖는 주사 디스플레이 시스템을 도시한다. 수동형 스크린을 사용하는 디스플레이 시스템은 이미지 데이터를 반송하는 상이한 컬러(예컨대, 적색, 녹색 및 청색)의 3개의 변조된 빔이 갈보 미러(540) 및 다각형 스캐너(550)에 의해 수동형 스크린 상에 주사되어 착색 이미지를 형성하는 단일 빔으로서 중첩될 수 있는 도 5의 설계에 의거하여 구성될 수도 있다.
도 37은 갈보 미러(540)의 동작을 도시한다. 갈보 미러(540)의 각 동작의 사이클은 정규 주사 위상 및 수직 리트레이스 위상으로 분할된다. 정규 주사 위상에서, 갈보 미러(540)는 주사 시간 동안 주사하고, 그 동안 광이 갈보 미러(540)에 지향되며, 갈보 미러(540)는 상이한 수직 위치에서 다수의 수평 주사 라인을 생성하도록 광을 주사한다. 이 주사 시간 동안 다각형(540)의 다수의 면들이 빔을 주사한다. 수직 리트레이스 위상에서, 광이 턴 오프되거나 흑화되며, 갈보 미러(540)는 그 위치를 다른 수직 주사가 시작되는 초기 주사 위치로 되돌려 리셋한다. 갈보 미러(540)의 설계에 따라, 수직 리트레이스 시간은 일반적으로 총 주사의 작은 비율 예컨대, 5%를 필요로 한다. 일례로서, 수직 주사 레이트가 약 16.7 ㎳의 수직 주사 시간에 상당하는 60 ㎐이면, 수직 리트레이스 시간은 5% (1/60) = 890 마이크로초이다.
도 38은 도 5의 수평 다각형 스캐너(550)의 피라미드 에러의 효과를 도시한다. 2개의 인접한 면들 즉, 면 #1 및 면 #2는 스캐너의 수직 회전축에 대하여 상이한 면 배향을 갖는다. 따라서, 주사되는 동일한 입사 빔에 대하여, 면 #1 및 #2는 스크린 상에 거리 D만큼 이격되는 스크린 상의 2개의 상이한 수직 위치에 빔을 투사한다. 다각형(550)이 거리 L만큼 스크린에서 떨어지면, 피라미드 에러는 1/2 tan(D/L)이다.
도 39A 및 39B는 다수의 주사 빔이 도 7에 도시된 바와 같이 동시에 주사될 때, 도 2의 다각형 스캐너(550)의 피라미드 에러의 효과를 또한 도시한다. 다각형(550)이 피라미드 에러가 없으면, 상이한 빔이 균일한 수직 간격을 갖는 평행한 수평 주사 라인을 생성하도록 그 정해진 수직 위치에 동시에 주사된다. 수직 주사로 인해, 각 수평 라인은 완전히 수평이 아니라 비스듬해진다. 도 39A는 피라미드 에러 없이 다각형(550)의 상이한 연속적인 면들에 의한 레이저의 단일 레이저 빔의 주사를 도시한다. 도 39B는 다각형(550)이 피라미드 에러를 가질 때, 다각형(550)의 연속적인 면들 상으로의 수평 주사가 불균일한 수직 간격을 갖는 것을 도시한다.
피라미드 에러의 효과를 경감시키는 하나의 예시적인 기술은, 연속적인 프레임 내의 수평 주사 라인이 다각형 상의 상이한 면들에 의해 주사되도록 주사 시스템을 설계하는 것이다. 따라서, 뷰어에 의해 인식되는 각 라인은 피라미드 에러에 의해 야기되는 동일한 수평 라인 상에 퍼져 있는 위치에 대해 수직 방향을 따른 라인폭에 의해 더 굵게 나타난다. 이 기술은 근본적으로 피라미드 에러를 평균화시키고, 동시에 스크린 상의 수직 해상도를 약간 저하시킨다.
동작 시에, 이 기술은 연속적인 프레임 내의 상이한 다각형 면들을 사용함으로써 각 수평 라인을 주사하여, 연속적인 프레임에서의 동일한 라인이 상이한 수직 위치에 있게 하여, 상이한 다각형 면들 상의 상이한 피라미드 에러로 인한 "흐려진" 라인을 야기한다. 하나의 특정 예로서, 갈보 미러(540) 상의 리트레이스 시간은 1 면 시간 미만이 되도록 설정될 수 있다. 상이한 라인들을 주사하기 위한 면들의 할당은 여러 가지 구성으로 행해질 수 있다. 예를 들면, 라인 1을 리트레이스하기 위해 설계된 면들은 아래의 구성에서 5, 6, 7, 8, 또는 9 면들일 수 있다.
면들의 # 라인 1을 주사하기 위한 면 할당
* 5 1 2 3 4 5 1
6 1 2 3 4 5 6 1
7 1 4 7 3 6 2 5 1
8 1 8 7 6 5 4 3 2 1
9 1 5 9 4 8 3 7 2 6
이 주사를 위한 면 할당은 다각형 스캐너를 제어함으로써 달성될 수 있다.
상기 기술은 평균화 기술이며, 평균화는 프레임 레이터보다 더 높은 디더(dither) 주파수에서 작은 진폭을 갖는 수직 주사 미러를 디더링(dithering)함으로써 실현될 수도 있다. 이 디더링은 디더링에 의해 야기되는 스크린 상의 주사 빔의 수직 확산이 피라미드 에러에 의해 야기되는 동일한 수평 라인 상에 퍼져 있는 빔 위치가 되도록 제어된다. 도 40은 갈보 미러(540)의 고주파수 디더링의 효과를 도시한다. 여러 개의 디더링 옵션, 즉, 일정 디더 진폭, 가변 디더 진폭, 일정 디더 주파수, 가변 디더 주파수, 또는 상기 어느 하나의 조합이 실현될 수 있다. 디더 (진폭 및 또는 주파수)의 분포는, 주파수 증분당 일정한 신호 파워를 유지하면서 신호 주파수가 증가함에 따라 랜덤 신호의 진폭이 감소하는 핑크 노이즈, 백색 노이즈와 같은 랜덤, 가우스 또는 다른 프로파일일 수 있다.
또한, 주사 빔의 광 강도는, 피라미드 에러가 수평 라인을 더욱 고밀도가 되게 하는 위치에서 강도를 감소시키고 피라미드 에러가 수평 라인을 더욱 저밀도가 되게 하는 위치에서 강도를 증가시킴으로써 조정될 수 있다. 이러한 광 강도의 조정은 화질에 대한 피라미드 에러의 효과를 감소시킬 수 있다.
따라서, 상기에 의거하여, 주사 빔 디스플레이 시스템은, 반사기 면들을 갖고 제1 방향(예컨대, 수평 방향)을 따라 광 빔을 주사하도록 회전하는 다각형 스캐너와, 제1 방향에 수직인 제2 방향(예컨대, 수직 방향)으로 광 빔을 주사하게 하도록 반사기를 갖는 제2 스캐너를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 시스템은 제2 스캐너의 주사를 제어하도록 제2 스캐너와 통신하는 제어 유닛을 포함할 수 있다. 제어 유닛은 광 빔에 의해 반송되는 이미지의 프레임 레이트 보다 더 높은 디더 주파수에서 매 주사 중에 광 빔이 제2 방향을 따라 전후로 그 방향을 변화하게 하기 위해 제2 스캐너를 디더하도록 동작할 수 있다. 일 실시예에서, 이 시스템은 다각형 스캐너 내의 상이한 면들의 피라미드 에러와 관련하여 광 빔의 광 강도를 제어하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다.
또한, 상기에 의거하여, 디스플레이하는 방법이 주사 빔 디스플레이를 동작시키기 위해 제공될 수 있다. 이 방법에서, 반사기 면들을 갖는 다각형 스캐너가 제1 방향을 따라 광 빔을 주사하도록 사용되고, 반사기를 갖는 제2 스캐너가 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 광 빔을 주사하도록 사용된다. 광 빔의 주사는 연속적인 프레임 내의 각 수평 주사 라인에서 다각형 스캐너의 상이한 면들로 광 빔을 주사하도록 제어된다. 이 방법의 일 실시예에서, 제2 스캐너는 광 빔에 의해 반송되는 이미지의 프레임 레이트 보다 더 높은 디더 주파수에서 매 주사 중에 광 빔이 제2 방향을 따라 전후로 그 방향을 변화시키도록 디더될 수 있다. 또한, 광 빔의 광 강도는 스크린 상의 피라미드 에러의 임의의 시각적인 효과를 감소시키기 위해 다각형 스캐너 내의 상이한 면들의 피라미드 에러와 관련하여 제어될 수 있다.
도 13∼16을 참조하면, 형광 스크린은 주사 빔의 수직 위치를 측정하는 수직 참조 마크를 제공하기 위해 디스플레이 영역 외부에 하나 이상의 주변 참조 마크 영역을 가질 수 있다. 하나 이상의 주변 참조 마크 영역 및 수직 참조 마크 또는 다른 마크를 갖는 스크린 설계가 형광 물질을 갖지 않는 수동형 스크린에 확장될 수 있다. 검출 회로가 참조 마크로부터 얻어지는 광학 신호로부터 빔의 수직 위치 정보를 추출하는 데 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 피드백 제어가 다각형 스캐너(550) 내의 면의 피라미드 에러에 의해 야기되는 수직 시프트를 보정하기 위해 갈보 미러(540)에 적용될 수 있다. 피라미드 에러는 면마다 변화할 수 있기 때문에, 입사 레이저 빔은 각 수평 스위프(sweep) 상의 수직 치수의 디스플레이에 균일하게 반사되지 않는다. 도 41, 42 및 43은 수동형 또는 능동형 스크린 중 하나를 갖는 주사 디스플레이 시스템의 온-스크린 수직 참조 마크 및 수직 스캐너를 사용한 서보-베이스의(servo-based) 피라미드 보정의 예시적인 실시예를 도시한다.
이 예에서, 주사 디스플레이는 6개의 레이저 빔을 스크린에 지향시키기 위한 6개의 레이저를 갖는다. 도 7을 참조하면, 6개의 레이저 빔이 한번에 스크린의 하나의 세그먼트 위로 동시에 주사된 후, 스크린의 수직 방향으로 순차적으로 배열된 다른 세그먼트를 주사하도록 주사된다. 하나의 다각형 면은 한번에 하나의 수직 스크린 세그먼트를 커버하도록 수평 방향을 따라 6개의 레이저 빔을 모두 주사하고, 상이한 다각형 면들이 상이한 수직 세그먼트를 순차적으로 주사한다.
이 시스템 내의 스크린은 다각형 스캐너의 피라미드 에러를 모니터하는 다수의 수직 스크린 세그먼트의 각각에 수직 참조 마크를 포함하도록 설계된다. 도 41은 각각 다각형 스캐너 상의 4개의 연속적인 면들에 의해 4개의 연속적인 수직 스크린 세그먼크 위에 주사#1, 주사#2, 주사#3 및 주사#4로 라벨 붙여진 4개의 예시적인 연속 수평 주사를 도시한다. 각 주사는 레이저#1, 레이저#2, 레이저#3, 레이저#4, 레이저#5 및 레이저#6으로 라벨 붙여진 6개의 레이저로부터의 6개의 레이저 빔을 갖는다. 스크린은 디스플레이된 이미지가 나타나지 않는 주변 참조 마크 영역(4121)과, 디스플레이된 이미지가 나타나는 중앙 디스플레이 영역(4120)을 포함한다. 주변 참조 마크 영역(4121)에서, 수직 참조 마크(4110)는 레이저#1로부터의 제1 레이저 빔의 수직 위치를 측정하기 위해 제1 수직 스크린 세그먼트의 상부 좌측 코너에 위치한다. 유사하게, 수직 참조 마크(4120, 4130 및 4140)는 각각, 레이저#1로부터의 레이저 빔의 수직 위치를 측정하기 위해 제2, 제3 및 제4 수직 스크린 세그먼트의 상부 좌측 코너에 위치한다. 이와 달리, 각 스크린 세그먼트 내의 수직 참조 마크는 레이저#1로부터의 레이저 빔 또는 다른 레이저 빔의 수직 위치를 측정하기 위해 상이한 알려진 위치에 위치할 수 있다. 각 스크린 세그먼트 내의 수직 참조 마크는 6개의 레이저 빔 중 하나의 수직 위치를 측정하는 데 사용되고, 이 측정된 수직 위치는 대응하는 다각형 면으로부터 반사된 그 레이저 주사의 수직 위치를 나타내는 데 사용된다. 각 스크린 세그먼트 내의 수직 참조 마크 및 수직 위치의 검출은 도 13∼16의 예들에 의해 실시될 수 있다.
다각형 스캐너가 어떠한 피라미드 에러도 없을 때, 레이저 주사 #1∼#4는 하나의 주사에서 다른 주사까지 균일한 간격이 되어야 한다. 상이한 스크린 세그먼트 내의 상이한 수직 참조 마크로부터의 수직 위치 신호는 각 다각형 면에 대한 수직 위치에서의 동일한 오프셋을 나타내거나, 모든 주사의 수직 위치에 에러가 없는 것을 나타내야 한다. 다각형 스캐너가 적어도 하나의 면에서 피라미드 에러를 가질 때는, 에러 신호가 상이하다. 수직 스캐너의 위치는 수직 위치에서의 에러를 균등화하거나, 스크린 상의 피라미드 에러의 효과를 보정하기 위해 수직 위치에서의 에러를 최소화하도록 제어될 수 있다.
4개의 연속적인 다각형 면들로부터 스크린 상의 예시된 4개의 연속 주사에서, 주사 #1 및 주사 #2는 그 각각의 수직 참조 마크와 수직으로 정렬되며, 따라서 다각형 스캐너 상의 대응하는 면들로부터 피라미드 에러를 나타내지 않는다. 그러나, 주사#3 및 주사#4를 생성하는 면들은 피라미드 에러를 나타내고, 주사 #2 및 주사 #3은 주사 #3이 그 수직 위치가 너무 높기 때문에 서로 매우 근접하며, 주사 #3 및 주사 #4는 주사#3이 수직으로 너무 높고 주사#4가 수직으로 너무 낮기 때문에 너무 멀리 떨어져 있다. 이것은 면에서 면으로 빔을 변위하는 피라미드 에러로 인한 것이다.
도 42는 도 13의 참조 마크에 의거하여 도 41에 도시된 각 스크린 세그먼트 내의 수직 참조 마크의 동작을 나타낸다. 각 참조 마크는 서로 변위되는 2개의 대칭 삼각형 참조 마크(2811 및 2812)를 포함한다. 동작 시에, 스크린 상의 삼각형 특징부(2811 및 2812)로부터 반사된 레이저 광은 도 42의 하부에 도시된 파형을 생성한다. 제1 삼각형으로부터의 광이 통합된다. 검출기 회로는 각 참조 마크 상의 주사 빔의 길이에 비례하는 펄스 폭을 갖는 펄스를 생성하도록 설계될 수 있다. 제2 삼각형 참조 마크(2812)로부터의 광이 통합된 후, 제1 삼각형 마크(2811)로부터의 검출기 신호의 값과 비교된다. 빔이 2개의 삼각형 참조 마크(2811 및 2812) 사이에서 수직으로 집중될 때, 제2 통합 값에서 제1 통합 값을 뺀 결과는 0이다. 이 에러 신호가, 갈보 위치 에러의 진폭 및 방향을 결정하기 위해, 그리고 동일한 면에 의한 후속 주사 시에 대응하는 피라미드 에러를 보정하기 위해 마이크로컨트롤러에 의해 사용되는 마이크로-컨트롤러에 전달된다.
도 42에 도시된 예에서, 빔 위치(4211)는 너무 높으므로 검출기 신호(4210)를 생성한다. 2개의 참조 마크로부터의 펄스들 사이의 차는 음이고 빔의 수직 위치가 너무 높음을 나타낸다. 따라서, 다음에 동일한 면이 수평 주사를 실행하여, 수직 스캐너 위치가 이 측정된 피라미드 에러를 오프셋하도록 조정된다. 다른 예에서, 빔 위치(4221)가 적절하고 검출기 신호(4220) 내에 2개의 동일한 펄스를 생성한다. 대응하는 에러 신호는 0이고 그 면에 대해 보정은 불필요하게 된다. 또 다른 예에서, 빔 위치(4231)가 너무 낮으므로 검출기 신호(4230)를 생성한다. 2개의 참조 마크로부터의 펄스들은 양이고, 빔의 수직 위치가 너무 낮은 것을 나타낸다. 따라서, 다음에 동일한 면이 수평 주사를 실행하고, 수직 스캐너가 이 측정된 피라미드 에러를 오프셋하도록 조정된다.
도 43은 수직 스캐너 제어의 블록도를 도시한다. 스크린(4301)은 수직 참조 마크를 갖는 주변 참조 영역과, 이미지 디스플레이용 중앙 디스플레이 영역을 갖는다. 광 검출기(4310)가 수직 참조 마크로부터 광을 수광하고 검출기 신호를 생성하도록 스크린(4301)의 전방의 위치에 있다. 피라미드 에러 신호 생성기 회로(4312)가 검출기 신호를 수신 및 처리하여 에러 신호를 생성하는 데 사용된다. 예를 들면, 도 14a의 회로가 이 회로(4312)를 구성하는 데 사용될 수 있다. 제어(4314)는 각각의 다각형 면의 검출된 피라미드 에러를 보정하기 위해 갈보 미러(540)의 수직 위치를 제어하는 갈보 제어 신호를 생성하도록 에러 신호를 사용한다. 제어(4314)는 제어 신호를 생성하는 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함할 수도 있다. 동작 시에, 마이크로컨트롤러는 갈보 미러(540)를 그 수직 경사 위치로부터 미세하게 위치를 변경하도록 상술한 에러 신호를 사용한다. 이 위치 변경은 피라미드 다각형 에러에 의해 야기되는 레이저 빔의 작은 수직 편향 에러를 보정한다.
단일 프레임에서, 레이저 빔이 갈보 미러(540)의 회전 동작에 의해 연속적인 방식으로 스크린(4301)의 상부에서 하부로 편향된다. 이상적으로는, 갈보 미러(540)는 스크린(4301)의 상부에서 하부로 광을 지향시키도록 연속적인 선형 각도로 주사한다. 그러나, 이 수직 주사 중에, 상이한 연속적인 다각형 면들이 수평 주사에 수반되며, 따라서 수평 주사 중 어느 하나의 다각형 피라미드 에러가 갈보 미러(540)에 의한 다른 연속적인 수직 주사의 중간에 모든 각각의 수평 주사에서 갈보 미러(540)의 작은 오프셋에 의해 보정될 필요가 있다. 스크린 상의 임의의 가시적인 효과를 피하기 위해, 갈보 미러(540)의 수직 위치 결정을 위한 작은 오프셋이, 빔이 스크린(4301)의 중앙 디스플레이 영역 외에 그리고 주변 참조 마크 영역 내에 있을 때, 적용된다.
도 44는 스크린(4301) 상의 단일 비디오 프레임에 대한 주사 중에 피라미드 에러를 보정할 때 갈보 미러(540)의 동작을 도시한다. 이 예에서, 8개의 면을 갖는 다각형 스캐너가 스캐너(550)로서 사용되고, 스크린(4301)은 16개의 수직 스크린 세그먼트로 분할되어, 다각형 스캐너(550)가 전체 스크린을 통해 주사하여 단일 비디오 프레임을 생성하도록 2개의 레볼루션(revolutions)을 회전시킨다. 예시된 바와 같이, 갈보 신호에 대한 각 보정은 하나의 수평 주사의 종료와 후속하는 새로운 수평 주사의 개시 사이에서 약간 변화한다. 이 2개의 연속하는 수평 주사 사이의 전이 시간 동안, 레이저 빔은 디스플레이 상에서 볼 수 없다. 그 예에서, 4개의 피라미드 보정이 즉, 제3 면에 의한 다음의 주사에 또한 적용하는 제2 면에 의한 수평 주사의 시작에서의 제1 보정, 제5 면에 이어지는 제4 면에 의한 수평 주사의 시작에서의 제2 보정, 제7 면에 이어지는 제6 면에 의한 수평 주사의 시작에서의 제3 보정, 및 제8 면의 시작에서의 제4 보정이 다각형의 하나의 레볼루션 중에 적용된다. 보정의 패턴은 일반적으로 비교적 작게 변화하고, 마이크로조그(microjog) 패턴을 형성한다. 동일한 보정이 각 레볼루션에 대해 반복된다. 이 예에서, 갈보 리트레이스가 한번에 3개의 다각형 면을 통해 주사하기 위해 행해진다. 이 예에서의 패턴은 3면 만큼 미끄러지고, 다음의 비디오 프레임 주사가 면 #4에서 시작한다. 마이크로조그 패턴은 다각형의 매 회전에 대해 반복하고 모든 비디오 프레임에 대해서는 반복하지 않는다.
마이크로조그 타이밍은 도 43의 제어(4314) 내의 마이크로-컨트롤러에 의해 실행될 수 있고, 각도는 에러 신호로부터 결정되는 진폭 및 방향에 의해 증가하거나 감소한다. 다각형(550)은 면들에 대해 면 ID 번호를 제공하는 면 번호 센서를 포함하도록 구성될 수 있다. 마이크로-컨트롤러는 면 ID 번호를 수신하고, 다각형 상의 면이 레이저 빔을 스크린 상으로 지향시키는 다음의 면이며, 수평 주사를 위한 면들의 시퀀스에 따라 갈보 미러(540)를 제어할 것이라는 것을 안다.
상기 피라미드 보정은 각 다각형 면의 피라미드 에러를 측정하기 위해 수직 참조 마크로부터 산란 또는 반사된 광의 광 검출 및 스크린 상의 수직 참조 마크에 의거한 에러 측정 메커니즘과, 측정된 피라미드 에러를 보정하기 위해 후속하는 수평 주사에서 수직 스캐너를 제어하는 에러 보정 메커니즘을 포함한다. 따라서, 피라미드 에러가 변화함에 따라, 에러 측정 메커니즘은 그 변화를 검출할 수 있으며, 그에 따라 수직 스캐너에 대해 보정을 조정할 수 있다. 이 피라미드 보정의 동적인 성질은 디스플레이 성능을 향상시키고 신뢰성을 향상시키는 데 사용될 수 있다.
아래의 섹션은 스크린 상의 레이저 펄스의 정렬 및 주사 빔 내의 레이저 펄스의 타이밍을 제어하기 위해 형광 스크린에 의해 방출된 형광 광을 사용하여 정적 및 동적 서보 제어 신호의 생성을 위한 부가적인 예들을 설명한다. 도 45∼48은 아래의 예들을 설명한다.
하나의 양태에서, 아래의 예에서의 서보 제어는, 레이저 빔이 스크린 상의 형광 스트라이프를 가로질러 수평 주사를 따라 주사될 때, 정확한 컬러 서브픽셀을 조명하도록 레이저 펄스의 타이밍 또는 레이저 클록을 정렬하는 데 사용된다. 그러한 시스템의 통상 동작에서, 레이저는 스크린 상의 형광 물질에 의해 생성되는 형광 광에 의해 이미지가 디스플레이되게 하도록 스크린 상의 선택된 서브픽셀에 광 펄스를 보내도록 펄스화된다. 펄스 진폭, 펄스 폭 또는 양자는 각 서브픽셀에서의 여기된 형광 휘도의 적절한 레벨을 생성하도록 제어될 수 있다. 서보 제어는 타깃 서브픽셀 다음의 인접한 서브픽셀을 조명하는 것을 피하기 위해 타깃 서브픽셀의 중앙에 레이저 펄스를 집중시키는 데 사용된다.
일부 실시예에서, 서보 제어는 스크린 상의 서브픽셀에 대해 레이저 펄스의 정렬 또는 타이밍 내의 에러를 검출하는 에러 검출 메커니즘과, 검출된 에러를 감소시키는 피드백 제어 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들면, 레이저 펄스의 타이밍을 보정할 때의 서보 제어에서, 제어는 수평 방향을 따르는 기준 포인트 예컨대, 라인 개시(SOL)용 주변 참조 마크에 대한 레이저 클록 타이밍을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 에러 검출은 레이저 펄스에 의한 여기 하에 형광 스크린으로부터 오는 적색, 녹색 및 청색 광의 상대 진폭을 검출 및 관측함으로써 달성될 수 있다.
2개의 상이한 서보 제어, 즉, 정적 서보 제어 및 동적 서보 제어가 실시될 수 있다. 정적 서보 피드백 알고리즘은 시스템이 스크린 상의 이미지의 통상 디스플레이를 시작하기 전에 디스플레이 시스템의 파워-온 시에 한번 실행된다. 디스플레이 시스템은 레이저 펄스를 서브픽셀 중앙 위치에 정렬시키기 위해 초기 클록 보정을 실행하도록 제어된다. 동적 서보 피드백 알고리즘은 시스템의 초기 파워 온 후에 실행되고, 예컨대, 디스플레이 시스템의 통상 동작 중에 연속적으로 실행될 수 있다. 이 동적 서보 피드백은 레이저와 스크린 사이의 정렬을 변화시킬 수 있는 온도의 변화, 스크린 움직임, 스크린 워핑(warping), 시스템 노화 및 다른 요인에 대해 서브픽셀 중앙 위치로 시간이 정해진 펄스를 유지한다. 동적 서보 제어는 비디오 데이터가 스크린 상에 디스플레이될 때 실행되고, 뷰어에게 식별할 수 없는 방식으로 설계된다. 상술한 바와 같이, 레이저 빔은 시간 도메인에서 주기적인 방식으로 레이저 펄스가 양 및 음으로 디스플레이되게 하는 주기적인 지연 신호를 갖도록 제어된다. 일례로서, 레이저 펄스는 예컨대, 하나의 수평 주사 동안 서보 디지털 회로 또는 마이크로프로세서 내의 클록의 1 클록 사이클만큼 위상이 앞서거나 예컨대, 후속 주사 시에 1 클록 사이클만큼 위상이 지연될 수 있다. 일부 실시예에서, 서보 디지털 회로의 클록 사이클은 서브픽셀의 폭이 10 클록 사이클 예컨대, 서브픽셀당 16∼20 클록 사이클에 대한 스크린 상의 주사 거리에 상당하도록 설정될 수 있다. 일례로서, 1 클록 사이클의 지속기간은 몇 나노미터일 수 있다.
도 45는 스크린(101)이 형광 스크린(101)에 의해 방출되는 형광 광의 적어도 일부가 여기 측에 존재할 수 있게 하도록 설계되는 주사 빔 디스플레이 시스템 내의 스크린(101)의 여기 측에 형광 스크린(101)에서 멀리 위치하는 광 센서(4501)를 사용하는 광 서보 설계의 일례를 도시한다. 일부 실시예에서, 광 센서(4501)가 또한 스크린(101)의 뷰어 측에 위치할 수도 있다. 광 센서(4501)는 전체 스크린(101)의 시야를 갖도록 구성 및 위치할 수 있다. 스크린(101)으로부터 형광 광의 수집을 용이하게 하기 위해 스크린(101)과 센서(4501) 사이에 수집 렌즈가 사용될 수 있다. 광 센서(4501)는 선택된 색 예컨대, 스크린(101)에 의해 방출되는 상이한 색(예컨대, 적색, 녹색 및 청색)으로부터 녹색으로 형광 광을 검출하기 위해 적어도 하나의 광 검출기를 포함할 수 있다. 서보 제어에 사용되는 특정 기술에 따라, 단일 색용의 단일 검출기가 일부 실시예에서 서보 제어용으로 충분할 수 있고, 다른 실시예에서는, 스크린(101)으로부터 형광 광의 2 이상의 색을 검출하기 위한 2 이상의 광 검출기가 필요할 수 있다. 부가적인 검출기가 서보 제어를 위한 검출 리던던시(redundancy)를 제공하도록 사용될 수 있다. 참조 신호를 생성하기 위한 참조 마크, 그러한 참조 신호의 검출 및 도 11∼19에 기재된 참조 신호에 의거한 제어 기능을 참조하면, 서보 제어가 시스템의 참조 마크의 제어 기능과 조합될 수 있다. 후술하는 일례에서, 형광 스트라이프를 갖는 스크린 영역 외부의 라인 참조 마크의 개시는 주사 빔의 광 펄스의 타이밍의 정적인 서보 제어용 타이밍 참조로서 사용될 수 있다.
도 45의 예에서, 광 센서(4501)는 스크린(101)에 의해 방출되는 3개의 상이한 컬러를 각각 검출하는 3개의 서보 광 검출기(4510, 4520 및 4530)(예컨대, 포토다이오드)를 포함한다. 포토다이오드는 3개의 그룹으로 배열되고, 각 그룹은 적색 필터(4511), 녹색 필터(4521) 또는 청색 필터(4531)에 의해 필터링되어, 3개의 포토다이오드(4510, 4520 및 4530)이 각각 3개의 상이한 컬러를 수신한다. 각 필터는 포토다이오드가 시청 스크린으로부터 적색, 녹색 및 청색 중 하나에만 감응하게 만드는 필름과 같은 여러 가지 구성으로 실현될 수 있다. 각 컬러 그룹의 검출기 회로는 전치 증폭기(프리앰프)(4540), 신호 적분기(예컨대, 전하 적분기)(4541), 및 마이크로컴퓨터나 마이크로프로세서일 수 있는 디지털 서보 회로(4550)에서 처리하기 위해 적색, 녹색 또는 청색 검출기 신호를 디지털화하기 위한 A/D 컨버터(4540)를 포함할 수 있다. 스크린으로부터 방출된 형광 광의 적색, 녹색 및 청색 광 강도가 측정될 수 있고, 측정된 결과는 디지털 서보 회로(4550)에 전송된다. 디지털 서보 회로(4550)는 검출기의 적분 동작을 제어하기 위해 적분기(4541)를 리셋하기 위한 리셋 신호(4552)를 생성하여 사용할 수 있다. 이들 신호를 사용하여, 디지털 서보 회로(4550)는 스크린(101) 상의 주사 레이저 빔의 정렬 시에 에러가 존재하는지를 결정할 수 있고, 검출된 에러에 의거하여 레이저 클록이 스크린(101) 상의 서브픽셀 상에 레이저 펄스를 집중시키기 위해 시간이 앞서거나 지연되는지를 결정한다. 도 45의 서보 검출은 도 10의 시스템과 같은 여러 가지 주사 디스플레이 시스템에서 실현될 수 있고, 스크린이 이미지를 디스플레이하지 않을 때 시스템의 파워-온 단계 동안의 정적인 서보 제어와, 이미지가 스크린 상에 디스플레이될 때 시스템의 통상 동작 동안의 동적인 서보 제어의 양자에 사용될 수 있다.
여기 기재된 정적 서보 제어 동작은, 디스플레이 시스템이 스크린상에 영상을 디스플레이하기 위한 통상 동작 중에 있지 않을 때, 실행된다. 그러므로 통상 동작 동안에 갈보 수직 스캐너 및 다각형 수평 스캐너를 사용한 양방향에서의 정기적인 프레임 주사는 회피될 수 있다. 갈보 스캐너에 의한 수직 주사는, 주사 레이저 빔을 원하는 수직 위치에 보내는 데 사용될 수 있고, 이 위치에서 고정될 수 있어서, 레이저 펄스 타이밍의 서로 다른 시간 지연을 통해 반복적 수평 주사를 실행하여 수평 주사에서의 레이저 타이밍 에러를 지시하는 원하는 에러 신호를 얻을 수 있다. 게다가, 영상 신호를 반송하지 않는 특수한 레이저 펄스 패턴(예컨대, 도 46)은, 에러 신호를 생성하기 위해 정적 서보 동작 동안에 사용될 수 있다.
정적 서보 제어에서, 레이저를 위한 레이저 펄스 패턴은, 스크린(101) 상의 레이저 펄스의 위치 에러에 비례하는 신호를 생성하기 위해 선택될 수 있다. 복수의 레이저가 사용되는 하나의 구현에서, 각 레이저는 스크린(101)에 걸쳐서 한번에 하나씩 펄스화되며, 나머지 레이저는 턴 오프된다. 이러한 동작 모드는 정적 서보 제어 공정 동안에 각 레이저의 타이밍이 독립적으로 측정되고 정정되게 한다.
도 46 및 도 47은, 정적 서보 제어를 구현하기 위한 에러 신호를 생성하는 하나의 예시적인 기술을 예시한다. 도 46은, 레이저 펄스의 주기적인 펄스 패턴을 갖는 주사 레이저 빔 상으로 변조된 테스트 광 펄스 패턴의 예를 도시한다. 이 테스트 펄스 패턴의, 시간 단위의 펄스 폭은 두 인접한 서브픽셀 사이의 경계의 폭(d)보다 크고, 서브픽셀(하나의 형광 스트라이프)의 폭(D)의 두 배보다 작은, 스크린상의 공간 폭에 대응한다. 예컨대, 이 펄스 패턴의, 시간 단위의 펄스 폭은 서브픽셀의 폭(D)과 같은 공간 폭에 대응한다. 펄스 패턴의 반복 시간은, 한 컬러 픽셀(세 개의 연속되는 형광 스트라이프)의 폭(3D)과 같은, 스크린상의 두 인접한 레이저 펄스의 공간 간격에 대응한다.
동작시, 도 46에서의 레이저 펄스 패턴의 타이밍은, 각 레이저 펄스가 하나의 서브픽셀 및 인접한 서브픽셀과 부분적으로 겹쳐서 두 인접한 서브픽셀에서 서로 다른 컬러의 광을 여기시키도록, 조정된다. 그러므로 두 인접한 서브픽셀(예컨대, 적색의 서브픽셀 및 녹색의 서브픽셀)과 겹쳐지는 레이저 펄스는, 적색 서브픽셀과 겹쳐져 적색광을 발생시키는 적색 여기 부분과, 인접한 녹색 서브픽셀과 겹쳐져 녹색광을 발생시키는 녹색 여기 부분을 갖는다. 방출된 적색광과 방출된 녹색광의 상대적인 전력 레벨은, 레이저 펄스의 중심이 두 인접한 서브픽셀 사이의 경계의 중심에 있는지와, 레이저 펄스의 중심과 이러한 경계의 중심 사이의 위치 오프셋을 결정하는 데 사용된다. 위치 오프셋을 기반으로 해서, 서보 제어는, 오프셋을 감소시키고 이러한 경계의 중심에서 레이저 펄스의 중심을 정렬시키기 위해 레이저 펄스의 패턴의 타이밍을 조정한다. 이 정렬을 완료하면, 서보 제어는, 각 레이저 펄스를 서브픽셀 폭의 1/2만큼 시프트시켜서 레이저 펄스의 중심을 두 인접한 서브픽셀의 어느 한 중심에 놓도록 레이저 펄스 패턴의 타이밍을 전진 또는 지연시킨다. 이것으로 레이저와 컬러 픽셀 사이의 정렬을 완료된다. 상기 공정 동안에, 수직 스캐너는 정렬 중인 레이저를 고정된 수직 위치로 보내도록 고정되고, 수평 다각형 스캐너는, 에러 신호를 생성하기 위해 동일한 수평 라인을 따라 반복해서 레이저 빔을 주사한다.
상기 공정은, 레이저 펄스의 중심과 두 인접한 서브픽셀 사이의 경계의 중심 사이의 위치 오프셋을 결정하기 위해 방출된 적색 광과 방출된 녹색 광의 상대적인 전력 레벨을 사용한다. 이러한 기술을 구현하는 한 가지 방식으로는, 두 개의 서로 다른 형광 소재에 의해 방출된 광의 양의 차이를 기반으로 한 차동 신호를 사용하는 것이다. 도 45의 서보 검출에서의 많은 인자가 이러한 구현에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 서로 다른 컬러를 방출하기 위한 서로 다른 형광 소재는 주어진 여기 파장에서 서로 다른 방출 효율을 가질 수 있어서, 동일한 주사 여기 빔 하에서, 두 인접한 서브픽셀은 서로 다른 전력 레벨을 가진, 두 서로 다른 컬러(예컨대, 녹색 및 적색)의 광을 방출할 수 있다. 다른 예로서, 적색, 녹색 및 청색을 투과하는 컬러 필터(4511, 4521 및 4531)는 서로 다른 투과도를 가질 수 있다. 다른 예로서, 광 검출기(4510, 4520, 및 4530)는 세 개의 서로 다른 컬러에서 서로 다른 검출기 효율을 가질 수 있고, 그에 따라 서로 다른 컬러로 검출기에 입사된 동일한 양의 광에 대해, 검출기 출력은 서로 다를 수 있다. 레이저 펄스의 중심이 두 인접한 서브픽셀 사이의 경계의 중심에 정렬되고, 그에 따라 레이저 펄스가 두 인접한 서브픽셀 사이에서 동일하게 분할되는 조건을 이제 고려해 보자. 상기 및 다른 인자로 인해, 두 인접한 서브픽셀의 방출 컬러에 대응하는 서보 광 검출기는, 레이저 펄스가 두 인접한 서브픽셀 사이에 동일하게 분할될 때 두 서로 다른 신호 레벨의 두 검출기 출력을 발생시킬 수 있다. 그러므로 주어진 디스플레이 시스템에 대해서, 서보 검출기 신호는, 상기 및 다른 인자를 참작하여 레이저 펄스의 위치 오프셋을 정확히 표현하기 위해 시준될 수 있다. 이러한 시준은 하드웨어 설계, 도 45의 서보 디지털 회로(4550)의 디지털 신호 처리 소프트웨어, 또는 하드웨어 설계 및 신호 처리 소프트웨어 양자의 결합을 통해 달성될 수 있다. 다음의 문단들에서, 적절한 시준이 구현되어, 두 서로 다른 서보 광 검출기로부터의 시준된 검출기 출력이, 레이저 펄스가 두 인접한 서브픽셀 사이에 동일하게 분할될 때 동일하게 된다고 가정한다.
그러므로 적절한 정렬 조건 하에서, 레이저 펄스 각각은 녹색 서브픽셀 동안 펄스의 1/2를 가지며, 인접한 적색 서브픽셀 동안 이 펄스의 1/2를 갖는다. 이 펄스 패턴은, 이러한 정렬이 적절할 때, 서보 검출기 상에 동일한 양의 적색 및 녹색 광을 생성한다. 그러므로 적색 검출기와 녹색 검출기 사이의 검출기 출력 전압 차이는, 이러한 정렬이 적절한지를 지시하는 에러 신호이다. 이러한 정렬이 적절할 때, 적색 검출기와 녹색 검출기 사이의 차동 신호는 0이며; 이러한 정렬이 적절한 정렬로부터 오프될 때, 그 차이는 정렬의 오프셋 방향을 지시하는 양의 값이나 음의 값 중 하나이다. 두 컬러 채널 사이의 차동 신호의 이러한 사용은, 시청 스크린 형광체로부터 방사된 광의 절대 크기를 측정하는 것의 중요성을 무효화키는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 두 서로 다른 컬러 채널, 즉 청색 및 적색 검출기나 녹색 및 청색 검출기 사이의 차이는 또한 정렬 에러를 지시하는 데 사용될 수 있다. 일부 구현에서, 청색 광은 입사된 여기 레이저 광 파장에 가장 근접하기 때문에, 서보 제어를 위해 녹색 검출기와 적색 검출기 사이의 차이를 사용하는 것이 더욱 실용적일 수 있다. 기준 마크로부터 광을 검출하기 위한 광 센서는, 도 45의 스크린으로부터의 형광 피드백 광을 검출하기 위한 광 센서(4501)와 분리되어 있고, 검출 신호를 생성하는 데 사용되고 디지털 서보 회로(4550)에 연결된다.
정적 서보 제어에서, 타이밍 주사의 시작은 먼저 주사 레이저 빔에서 테스트 펄스 패턴을 사용하여 정정될 수 있다. 타이밍은, 수평 주사를 따라 인접한 픽셀의 제 1 그룹(예컨대 5개의 픽셀)에 대해 정정되고, 그런 다음, 전체 주사가 주어진 레이저에 대해 정정될 때까지, 예컨대 그 다음 5개, 그 다음 5개와 같이 동일한 크기의 인접한 픽셀의 그 다음 그룹에 대해 정정된다. 여기서, 5개의 픽셀이라는 수는 예시용으로 예를 들어 선택된다. 그러한 그룹핑은, 서보 제어에 필요한 시간의 양을 감소시키고, 한 그룹에서 서로 다른 픽셀에서 생성된 신호가 적분될 때 에러 신호의 신호 대 잡음 비를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 실제, 그룹 각각에 대한 픽셀의 수는 디스플레이 시스템의 특정한 요건을 기반으로 해서 선택될 수 있다. 예컨대, 작은 타이밍 에러로 인해 많은 수의 연속적인 픽셀이 서보 제어를 위해 한 그룹이 되고, 큰 타이밍 에러로 인해 작은 수의 연속적인 픽셀이 서보 제어를 위해 서로 그룹으로 묶이는 초기 타이밍 에러의 심각성을 고려할 수도 있다. 각 측정에서, 주사 빔의 타이밍 에러는, 디지털 서보 회로(4550)의 디지털 클록의 한 클록 사이클로 정정될 수 있다. 도 45에서, 디지털 서보 회로(4550)는, 각 개별적인 레이저에 대해 타이밍 제어를 갖도록 설계되고 각 픽셀에 대해 레이저 펄스의 타이밍을 정정하는 데 사용되는 마이크로-컨트롤러이다.
특히, 많은 형광체는 지속적인 형광 방출을 보인다. 형광체의 이러한 속성으로 인해 형광체는, 레이저 펄스가 그 다음 픽셀로 이동한 후 광을 발생시킨다. 도 45를 참조하면, 신호 적분기(4541)는, 형광체의 이러한 효과를 상쇄시키기 위해 각 서보 검출기에 대한 프리엠프(4540)의 출력에 연결될 수 있다. 적분기에 대한 리셋 라인이 적분기를 적분 모드로 세팅하기 위해 로우 상태에 있는 동안에, 이 적분기(4541)는, 복수의 픽셀 동안에 주어진 프리엠프(4540)에 대한 모든 광을 효과적으로 "합산"하기 위해 사용될 수 있다. 마이크로-컨트롤러가 A/D 샘플을 초기화할 때, 주어진 컬러에 대한 합산된 광이 샘플링된다. 각 적분기(4541)에 대한 리셋 라인(4552)은, 적분기 전압이 적분기(4541)를 리셋시키도록 0으로 다시 설정될 때까지 하이 상태가 되며, 후속해서 적분기(4541)가 광의 합산을 다시 시작하는 새로운 적분 기간을 다시 시작하도록 로우 상태로 다시 릴리스된다.
도 47은 도 46의 레이저 펄스 패턴을 사용하여 적색과 녹색 서브 픽셀 사이에 직접 집중된 공칭 위치로부터 레이저 타이밍이 변동하면서 에러 신호가 어떻게 변동하는지를 나타낸다. 도 46의 레이저 펄스 패턴에 기초한 차분 신호의 에러 전압이 도 47에 나타낸 것같이 0과 같을 때, 적색 및 녹색 서보 검출기상에 동일한 양의 적색 및 녹색 광이 있고, 레이저 펄스의 타이밍은 2개의 인접하는 서브 픽셀 사이의 경계 바로 위에 있다. 이 방식으로, 각 샘플에서의 에러 신호는 이전 리셋 펄스 뒤의 기간 동안에만 레이저 타이밍 에러를 나타낸다. 이 구성을 사용하여, 전체 스크린 타이밍이 각 레이저에 대해 정정될 때까지, 정정된 레이저 타이밍 맵은 매 수평 스위프의 각 레이저에 대해 발생될 수 있다. 각 레이저로부터의 수평 주사 빔의 수직 위치를 변경하도록 수직 스캐너가 사용된다.
정적 서보 에러 신호를 발생하는 상기 기술은 레이저 펄스 패턴으로 레이저 펄스를 정렬하는 정렬 기준으로서 2개의 인접한 서브 픽셀 사이의 경계를 사용한다. 또는, 각 서브 픽셀의 중앙은 2개의 인접한 서브 픽셀 사이의 경계를 사용하지 않고 서브 픽셀 바로 위의 레이저 펄스를 집중하기 위한 정렬 기준으로서 직접 사용될 수 있다. 이 다른 방법하에서, 단색 서보 광검출기로부터의 출력은 서보 제어를 위해 에러 신호를 발생시키기에 충분하다. 도 12의 라인 개시(SOL) 주변 정렬 기준 마크 등의 정렬 기준 마크와 SOL 마크로부터 피드백 광을 검출하는 개별 SOL 광검출기는 타이밍 기준을 제공하여 정렬을 보조하기 위해 사용될 수 있다. 도 45를 참조하여, SOL 광검출기는 디지털 서보 회로(4550)에 그 출력을 인도하기 위해 연결된다.
이 다른 정적 서보 기술은 다음과 같이 구현될 수 있다. 테스트 펄스 패턴 은, 주사 레이저 빔을 변조하기 위해 사용된 픽셀 내의 하나의 서브 픽셀에 대응하는 적어도 하나의 펄스를 가지며, 하나의 서브 픽셀 폭(D) 이하에 대응한다. 수평 주사에서, SOL 광검출기에 의해 SOL 신호가 검출된 후, 주사의 제1 군의 서브 픽셀 상에서 레이저 타이밍이 조정된다. SOL 신호로부터의 타이밍 기준에 기초하여, 레이저 펄스 패턴의 레이저 타이밍은 형광 스크린에 의해 방사된 3색, 예를 들면, 녹색 광(또는 적색, 또는 청색) 중 하나의 검출된 광 파워를 최대화하도록 조정된다. 픽셀 당 레이저를 한번 펄스하고, 레이저 타이밍을 조정하여, 조정이 이루어질 수 있다. 녹색 광이 첫 번째 5 픽셀 상에서 최대화되면, 다음 5개의 녹색 서브 픽셀이 펄스된다. 하나의 수평 주사 동안 하나의 클록 주기 만큼 타이밍이 앞서고, 스크린 상의 동일한 수직 위치에서 뒤이은 레이저 수평 주사 상에서 하나의 클록 주기만큼 지연된다. 최대 녹색 광을 생성하는 타이밍이 정확한 레이저 타이밍으로서 선택된다. 클록 주기를 앞서게 하는 것으로부터의 출력 신호가 클록 신호를 지연시키는 것으로부터의 출력 신호와 같으면, 레이저 타이밍은 적절하여 불변으로 남아 있다. 다음 5 픽셀이 앞서고 지연된 레이저 클록 주기로 조명되고, 최대 녹색 광을 생성하는 타이밍이 이 그룹의 5 픽셀에 대해 선택된다. 스크린의 끝이 도달될 때까지 스크린의 수평 길이에 걸쳐 이 동작이 반복된다. 이 방법은 또한 레이저로부터의 빔이 스크린에 걸쳐 수평으로 스위프하므로 각 레이저에 대해 보정되는 레이저 빔을 생성할 수 있다.
디스플레이 시스템이 통상의 동작이 아닐 때, 상기 정적 서보 제어 동작이 실행되고, 이미지 신호를 보유하지 않은 테스트 펄스 패턴(예를 들면, 도 46)이 사용될 수 있다. 통상의 동작 및 스크린상에 이미지를 뷰하는 동안 동적 서보 보정이 행해진다. 그러므로, 별도의 테스트 펄스 패턴을 사용하지 않고 형광 스크린을 여기시키는 이미지 보유 주사 빔을 사용하여 에러 검출이 이루어지는 것이 필요하다. 정적 및 동적 모두의 서보 제어가 구현되면, 뷰어에게 스크린상에 보여지는 이미지가 스크린상에 디스플레이되지 않으면, 파워온 스테이지 동안 주사빔에 테스트 펄스 패턴이 인가되고, 이어서, 파워온 스테이지 이후에, 주사빔에서 변조된 테스트 펄스 패턴이 통상의 동작 동안 도시되는 이미지를 보유하는 펄스도 시퀀스에 의해 교체된다. 통상 동작 동안, 레이저 펄스가 스크린 상의 각각의 서브 픽셀의 바로 위에 집중되어, 원하는 디스플레이 이미지 품질을 확실하게 한다. 도 7의 주사 모드에서 다수의 레이저를 갖는 주사 디스플레이 시스템에 있어서(예를 들면, 도 5의 시스템), 다수의 레이저로부터의 주사 레이저 빔은 시청 스크린상의 영역(예를 들면, 대략 1 인치 x 1 인치)을 에워싼다. 통상의 동작 동안, 특정 수평 주사가 프레임당 한번 발생되도록 통상의 레이저 프레임 주사가 행해진다. 다른 레이저 펄스 타이밍 지연을 갖는 동일한 수평 주사선 상에서 에러 측정을 얻기 위해, 에러신호를 발생시키기 위해 다른 프레임 주사가 필요하다.
주어진 수평 주사에서, 모든 레이저는 디지털 회로(4550)의 한 클록 주기만큼 위상이 앞설 수 있다. 이 동작은 모든 레이저 빔이 스크린 상에서 그 위치가 1 클록 주기에 걸친 주사 거리만큼 시프트되게 하고, 주사 거리가 작을 때(예를 들면, 서브 픽셀 폭의 10분의 1보다 작다), 이 시프트는 작다. 따라서, 서브 픽셀(예를 들면, 녹색 검출기)로부터 방사된 컬러 광의 크기는 약간 변화한다. 다음 프레임에서, 모든 레이저는 위상이 1 클록 주기 만큼 지연된다. 공칭 레이저 펄스 위치가 처음에 보정되면, 2개의 다른 연속된 이미지 프레임의 지연 및 앞선 주사의 크기는 측정 및 관찰되도록 선택된 임의의 컬러에 대해 동일해야 한다. 2개의 다른 프레임의 지연 및 앞선 주사의 크기가 다를 때, 레이저 타이밍 에러가 있고, 에러 신호가 감시되는 동안 뒤이은 이미지 프레임에서의 차이를 감소시키기 위해 레이저 타이밍에 보정이 행해질 수 있고, 새롭게 발생된 에러 신호에 기초하여 보정이 갱신된다. 차이의 표지는 레이저 타이밍 에러에서 오프셋의 방향을 나타내므로 서보 제어는 오프셋을 제거하기 위해 보정을 행한다. 상기 서술된 제2 정적 서보 제어 방법과 유사하게, 단색 서보 광검출기로부터의 출력은 동적 서보 제어용 에러 신호를 발생시키기에 충분하다.
도 48은 연속적인 수평 레이저 주사에서 동적 피드백 서보 신호의 발생예를 도시한다. 레이저 타이밍을 한 클럭 주기만큼 앞서거나 또는 지연시킬 때, 스크린 상의 표시된 이미지의 컬러 시프트는 모든 컬러에 대해 모든 펄스를 전진 또는 지연시킴으로서 방지될 수 있다. 이러한 방식으로, 모든 컬러는 세기가 약간 밝거나 어둡게 만들어져서, 원하지 않는 컬러 시프트를 방지한다. 2개의 연속적인 이미지 프레임은 매우 다른 휘도 컨텐츠를 가질 수 있기 때문에, 서보는 뒤이은 프레임들 사이의 크기 차이의 효과를 제거하기 위해 서보 광검출기 신호를 정규화할 수 있다. 일 예로서, 마이크로 컨트롤러에 의해 발생된 최종 에러 신호가 다음에 의해 정규화될 수 있다.
ErrorSignal = (Vtick/LaserAmplitude) - (Vtock/LaserAmplitude)
여기서, LaserAmplitude 값은 서보 제어를 위해 사용되고 있는 컬러에 대한 레이저 드라이브의 합이고, Vtick 및 Vtock의 값은 2개의 연속적인 프레임에서 1클록 주기를 각각 전진 및 지연시키는 적분기의 전압 출력이다. 에러 신호가 0이면, 공칭 레이저 펄스 위치가 서브 픽셀에 집중된다. 그 공칭 값(서브 픽셀상에 직접 집중)으로부터의 레이저 펄스를 전진 또는 지연시킴으로써, 스크린으로부터의 방사되는 광이 감소되게 한다. 레이저 펄스 타이밍이 변화할 때 광이 증가하면, 광 시스템은 위치가 약간 시프트되고, 에러 신호가 다시 0일 때까지 펄스의 타이밍은 조정되어야 한다.
동적 서보 시스템은 다수의 레이저 빔에 대해 스크린상의 레이저 패턴의 동일한 대략적 크기, 대략 1 인치 x 1 인치의 스크린에서 움직임 변동을 보정할 수 있다. 이것은, 모든 레이저의 위상이 함께 전진 및 지연되기 때문에, 대략 1 인치 x 1 인치의 영역을 조명한다. 더욱 개선된 것은 레이저의 일부 예를 들면, 절반 이하의 위상의 전진 및 지연을 허용할 수 있고, 따라서, 에러 신호의 크기는 감소될 수 있다.
본 명세서는 많은 상세한 것을 포함하지만, 이것은 본 발명의 범위나 청구되는 것의 제한으로서 해석되어서는 안되고, 오히려 본 발명의 특정 실시예에 대한 구체적인 특징의 설명으로서 해석되어야 한다. 본 명세서에서 별개의 실시예의 설명에서 서술되어 있는 특정 특징들은 단일 실시예의 조합으로 구현될 수 있다. 역으로, 단일 실시예의 설명에 서술되어 있는 다양한 특징들이 복수의 실시예들에서 별개로 구현될 수도 있고, 임의의 적합한 서브조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 특징들은 특정 조합에서 동작되는 것으로서 상기 서술되어 있지만, 처음에 이 같이 청구되었어도, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 몇몇 경우에 그 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 서브조합 또는 서브조합의 변동이 될 수 있다.
오직 몇 개의 실시예가 개시되었지만, 변경과 개선이 행해질 수 있는 것으로 이해된다.

Claims (21)

  1. 이미지 정보를 반송하는 광 펄스를 갖는 주사 광 빔을 생성하고 제1 방향과 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향을 따라 주사 광 빔을 주사하도록 동작가능한 광학 모듈;
    상기 광학 모듈로부터 주사 광 빔을 수신하고 주사 광 빔에 의한 조명하에 이미지를 디스플레이하기 위한 중앙 영역을 포함하는 스크린으로서, 상기 스크린은 상기 제2 주사 방향을 따라 상이한 포지션에 위치하고 상기 제1 주사 방향을 따라 주사 경로에 위치하는 하나 이상의 제1 주사 방향 주사 빔 포지션 서보 참조 마크를 포함하는 중앙 영역 밖의 적어도 하나의 주변 영역을 포함하며, 각 제1 주사 방향 빔 위치 서보 참조 마크는 주사 광 빔에 의해 조명될 때, 제1 주사 방향 빔 포지션 서보 피드백 광을 생성하고, 제1 주사 방향 빔 포지션 서보 피드백 광은 제2 주사 방향으로 사전설정된 수직 빔 포지션으로부터 제1 주사 방향 빔 포지션의 오프셋에 대한 정보를 갖는, 스크린; 및
    제1 주사 방향 빔 포지션 서보 참조 마크로부터 제1 주사 방향 빔 포지션 서보 피드백 광을 수신하도록 위치하고, 제1 주사 방향 빔 포지션의 오프셋에 대한 정보를 갖는 제1 주사 방향 빔 포지션 서보 신호를 생성하도록 구성된 광 검출기를 포함하고,
    상기 광학 모듈은 스크린상의 제1 주사 방향 빔 포지션의 오프셋을 줄이도록 주사 광 빔의 방향을 제어하기 위해 제1 주사 방향 빔 포지션 서보 신호를 사용하도록 동작가능한, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 주사 방향은 수직 주사 방향이고 상기 제2 주사 방향은 수평 주사 방향인, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 주사 방향 빔 포지션 서보 참조 마크는 선택적으로 반사성인, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 주사 방향 빔 포지션 서보 참조 마크는 선택적으로 형광성인, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 주사 방향 빔 포지션 서보 참조 마크는 제1 주사 방향을 따라 서로 분리되어 있는 제1 및 제2 서보 마크를 포함하는, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광학 모듈은 스크린상의 제1 주사 방향 빔 포지션의 오프셋의 오프셋 방향을 결정하기 위해 제1 및 제2 서보 마크로부터 검출된 반사에 있어서의 차이를 사용하도록 동작가능한, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 광학 모듈은 스크린상의 제1 주사 방향 빔 포지션의 오프셋의 제1 주사 방향을 결정하기 위해 제1 및 제2 서보 마크로부터 광 신호를 수신하는데 있어서의 시간차를 사용하도록 동작가능한, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 및 제2 서보 마크는 두 개의 삼각형인, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 및 제2 서보 마크는 제2 방향을 따라 포지션과 함께 단조적으로 증가 또는 감소하는, 제1 방향을 따라 서로로부터의 간격을 갖도록 성형 및 포지셔닝되는, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  10. 청구항 5에 있어서,
    제1 방향을 따른 제 및 제2 서보 마크 사이의 간격이 제2 방향을 따라 포지션과 함께 단조적으로 증가 또는 감소하도록, 상기 제1 서보 마크는 제2 방향을 따른 제1 주사 방향 스트립이고 상기 제2 서보 마크는 제1 및 제2 방향에 대해 기울어진 스트립인, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 스크린은, 중앙 영역을 향해 제1 방향을 따라 주사하는 주사 빔 광에 의해 조명될 때 라인 서보 피드백 광의 개시를 생성하도록 중앙 영역 밖의 라인 서보 참조 마크의 개시를 포함하고, 상기 라인 서보 피드백 광의 개시는 중앙 영역으로부터의 주사 빔 광의 포지션을 나타내는, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 스크린은, 중앙 영역으로부터 제1 방향을 따라 주사하는 주사 빔 광에 의해 조명될 때 라인 서보 피드백 광의 종료를 생성하도록 중앙 영역 밖의 라인 서보 참조 마크의 종료를 포함하고, 상기 라인 서보 피드백 광의 종료는 중앙 영역으로부터의 주사 빔 광의 포지션을 나타내는, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 모듈은 스크린상의 제1 주사 방향 빔 포지션의 오프셋을 줄이기 위해 제2 방향을 따라 주사 광 빔의 방향을 제어하도록 주사 광의 경로에 빔 제어 모듈을 포함하는, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  14. 수평 방향 및 수직 방향을 따라, 이미지 정보를 반송하는 광을, 주사하도록 동작가능한 광학 모듈;
    스크린의 중앙 영역에 주사 광에 의해 반송된 이미지를 생성하도록 광학 모듈로부터 주사 광을 수신하는 스크린으로서, 상기 스크린의 중앙 영역은 주사 광과 상호작용하는 상이한 위치의 서보 참조 마크를 포함하여, 상기 중앙 영역 내의 서보 참조 마크에서 주사 광의 공간적 정렬을 나타내는 공간 정렬 정보를 갖는 피드백 광 신호를 생성하는, 스크린; 및
    피드백 광 신호를 수신하고 상기 수신된 피드백 광 신호를 스크린상의 서보 참조 마크에 대해 주사 광의 공간적 정력을 나타내는 모니터 신호로 전환하도록 포지셔닝되는 광 센서를 포함하며,
    상기 광학 모듈은 상기 모니터 신호에 응답하여 상기 스크린상에 주사 광의 공간적 정렬을 제어하도록 동작가능한 피드백 제어 유닛을 포함하는, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    각 서보 참조 마크는 선택적으로 반사성인, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  16. 청구항 14에 있어서,
    각 서보 참조 마크는 선택적으로 형광성인, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 스크린은, 중앙 영역 밖의 라인 서보 참조 마크의 개시를 포함하고, 상기 라인 서보 참조 마크의 개시는 중앙 영역에 대해 주사 광의 포지션을 나타내도록 주사 광에 의해 조명될 때 라인 서보 피드백 광 신호의 개시를 생성하고,
    상기 시스템은 라인 서보 피드백 광 신호의 시작을 수신하고 라인 신호의 시작을 생성하도록 위치하는 라인 광 검출기의 시작을 더 포함하며,
    상기 광학 모듈은 주사 광이 중앙 영역의 시작 포지션에 도달하는 시간을 제어하도록 라인 신호의 개시를 사용하도록 동작가능한, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 스크린은 중앙 영역 밖에 하나 이상의 수직 빔 포지션 섭 참조 마크를 포함하고, 각 수직 빔 포지션 서보 참조 마크는 수직 방향으로 원하는 수직 포지션으로부터의 수직 주사 빔 포지션의 오프셋을 나타내도록 주사 광에 의해 조명될 때 수직 주사 빔 포지션 서보 피드백 광 신호를 생성하고,
    상기 시스템은 수직 주사 빔 포지션 서보 피드백 광을 수신하고 수직 주사 빔 포지션 서보 신호를 생성하도록 위치한 광 검출기를 더 포함하고,
    상기 광학 모듈은 스크린상의 수직 주사 빔 포지션의 오프셋을 줄이기 위해 주사 광의 방향을 제어하도록 수직 주사 빔 포지션 서보 신호를 사용하도록 동작가능한, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 스크린은 중앙 영역 밖에 빔 포커스 감지 참조 마크를 포함하고, 상기 빔 포커스 감지 참조 마크는 스크린상의 주사 빔의 빔 스폿 크기를 나타내도록 주사 광에 의해 조명될 때 빔 포커싱 서보 피드백 광을 생성하며,
    상기 시스템은 빔 포커싱 서보 피드백 광 신호를 수신하고 빔 포커스 서보 신호를 생성하도록 위치하는 광 검출기를 더 포함하는, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 빔 포커스 감지 참조 마크는 수직 방향과 평행인 주기적 평행 스트라이프 마크를 포함하는, 주사 빔 디스플레이 시스템.
  21. 청구항 14에 있어서,
    상기 스크린은 전력 감지 참조 마크를 포함하고, 상기 전력 감지 참조 마크는 스크린상의 주사 광의 전력 레벨을 나타내도록 주사 광에 의해 조명될 때 서보 피드백 광 신호를 생성하고,
    상기 시스템은 서보 피드백 광 신호를 수신하고 서보 신호를 생성하도록 위치한 광 검출기를 더 포함하고,
    상기 광학 모듈은 스크린상의 주사 광의 전력을 제어하기 위해 서보 신호를 사용하도록 동작가능한, 주사 빔 디스플레이 시스템.
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