KR20180107133A - 레이저 기반 프로젝터 디스플레이용 다중 스트라이프 레이저 - Google Patents
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Abstract
주사된 이미지에 대한 레이저 광을 생성하기 위해 적어도 하나의 다중 스트라이프 레이저(102)를 사용하는 주사 프로젝터(100) 및 방법이 제공된다. 구체적으로, 다중 스트라이프 레이저는 적어도 반도체 다이 상에 함께 형성되는 적어도 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 포함한다. 제1 레이저 소자는 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되고, 제2 레이저 소자는 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성된다. 적어도 하나의 주사 미러는 제1 레이저 광 빔 및 제2 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되며, 구동 회로는 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 제공하도록 구성된다. 구체적으로, 운동이 여기되면 적어도 하나의 주사 미러는 주사선의 래스터 패턴으로 제1 레이저 광 빔 및 제2 레이저 광 빔을 반사시킬 수 있다.
Description
주사 프로젝터(scanning projector)에서, 픽셀(pixel)은 전형적으로 주사 미러(scanning mirror)가 변조된 광을 래스터 패턴(raster pattern)으로 주사함에 따라 레이저 광원(laser light source)으로부터의 광을 변조함으로써 생성된다. 주사 프로젝터에 의해 생성된 이미지(image)의 휘도는 레이저 광원에서 사용할 수 있는 최대 출력으로 제한된다. 불행하게도, 일부 응용에서 밝은 조명 환경에서는 가용 전력이 최대일지라도 좋은 화질을 제공하기에 충분하지 않을 수 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 전통적인 기술은 여러 개의 서로 다른 레이저로부터의 빛을 결합하도록 구성된 복합 광학 소자에 의존해 왔다. 불행하게도, 다수의 별개의 레이저로부터의 광을 결합하기 위해 필요한 광학 소자는 부피가 크고 비쌀 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터의 개략도;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다중 스트라이프 레이저(multi-stripe laser)의 사시도 및 평면도;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적인 투영 이미지(projected image)의 부분 개략도;
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적인 투영 이미지의 부분 개략도;
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적인 투영 이미지의 부분 개략도;
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적인 투영 이미지의 부분 개략도;
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터의 개략도;
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 미러를 구비한 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system: MEMS) 장치의 평면도;
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치의 블록도;
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치의 사시도;
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 시스템(head-up display system)의 사시도;
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안경의 사시도;
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치의 사시도; 및
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치의 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다중 스트라이프 레이저(multi-stripe laser)의 사시도 및 평면도;
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적인 투영 이미지(projected image)의 부분 개략도;
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도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 미러를 구비한 마이크로 전자기계 시스템(microelectromechanical system: MEMS) 장치의 평면도;
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치의 블록도;
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 모바일 장치의 사시도;
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 시스템(head-up display system)의 사시도;
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안경의 사시도;
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치의 사시도; 및
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치의 사시도이다.
다음의 상세한 설명에서, 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시예를 도해 방식으로 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예들은 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 상이하지만, 반드시 상호 배타적인 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일 실시예와 관련하여 본 명세서에 설명된 특정 구성, 구조 또는 특성은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예 내에서 구현될 수도 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 소자의 위치 또는 배열은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 수정될 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 동일하거나 유사한 구성을 나타낸다.
일반적으로, 여기에 기술된 실시예는 주사된 이미지에 대한 레이저 광을 생성하기 위해 적어도 하나의 다중 스트라이프 레이저를 사용하는 주사 프로젝터를 제공한다. 구체적으로, 다중 스트라이프 레이저는 적어도 반도체 다이 상에 함께 형성되는 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 포함한다. 제1 레이저 소자는 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되고, 제2 레이저 소자는 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성된다. 적어도 하나의 주사 미러는 제1 레이저 광 빔 및 제2 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되며, 구동 회로는 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 제공하도록 구성된다. 구체적으로, 적어도 하나의 주사 미러가 주사선의 래스터 패턴으로 제1 레이저 광 빔 및 제2 레이저 광 빔을 반사하도록 운동이 여기된다.
다양한 실시예에서, 단일 다이 상에 다수의 레이저 소자를 갖는 다중 스트라이프 레이저를 사용하는 것은 주사 프로젝터에서 개선된 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 단일 다이 상에 다수의 레이저 소자를 갖는 다중 스트라이프 레이저는 지나치게 부피가 크거나 복잡한 광학계 소자를 필요로 하지 않으면서 개선된 이미지 휘도를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다중 스트라이프 레이저는 주사 주파수의 증가를 요구하지 않고도 개선된 해상도를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다중 스트라이프 레이저는 부피가 더 크고 복잡한 광학계를 요구하는 종래의 디자인보다 더 작은 주사 레이저 프로젝터를 제공할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 주사 레이저 프로젝터(100)의 개략도가 도해된다. 주사 레이저 프로젝터(100)는 다중 스트라이프 레이저(102), 주사 미러(104) 및 구동 회로(106)를 포함한다. 동작하는 동안, 다중 스트라이프 레이저(102)는 주사 레이저 프로젝터(100)에 의해 투영되는 이미지 픽셀을 생성하기 위해 픽셀 데이터로 각각 개별적으로 인코딩되는 다수의 레이저 광 빔을 제공한다. 이를 용이하게 하기 위해, 구동 회로(106)는 주사 미러(들)(104)의 운동을 제어한다. 구체적으로, 구동 회로(106)는 주사 미러(들)(104)의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호(들)를 제공한다.
주사 미러(들)(104)는 레이저 광 빔을 이미지 영역(112)으로 반사시킨다. 구체적으로, 주사 광 프로젝터(100)가 작동하는 동안, 주사 미러(들)(104)은 구동 회로(106)에 의해 제어되어 레이저 광의 다수의 빔을 래스터 패턴(114)으로 반사 시킨다. 레이저 광 빔의 이 래스터 패턴(114)은 투영 이미지를 생성한다. 일반적으로, 이 래스터 패턴(114)에서의 레이저 광 빔의 수평 운동은 투영 이미지에서 픽셀의 행을 한정하는 반면, 래스터 패턴(114)에서의 레이저 광 빔의 수직 운동은 수직 주사 속도를 결국에는 투영 이미지에서 행 수를 한정한다.
본 명세서에 설명된 실시예에 따르면, 다중 스트라이프 레이저(102)는 반도체 다이 상에 함께 형성되는 적어도 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 포함한다. 제1 레이저 소자는 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되고, 제2 레이저 소자는 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 다중 스트라이프 레이저(102)는 제3 및/또는 제4 레이저 소자를 포함하는 추가의 레이저 소자를 포함할 수 있다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 일부 실시예에서 다중 스트라이프 레이저(102) 내의 상이한 레이저 소자는 실질적으로 동일한 파장을 갖는 레이저 광 빔을 출력하도록 구성될 것이다. 이러한 실시예들은 투영 이미지에서 개선된 휘도를 제공하기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 다중 스트라이프 레이저(102) 내의 상이한 레이저 소자는 실질적으로 상이한 파장을 갖는 레이저 광 빔을 출력하도록 구성될 것이다. 예를 들어, 다중 스트라이프 레이저(102)는 소형 주사 레이저 프로젝터(100)를 용이하게 하는 방식으로 상이한 색 레이저(예, 적색, 녹색, 청색, 다른 가시 색, 적외선 및 자외선)를 포함할 수 있다. 이하의 상세한 설명에서, 그러한 실시예는 감소된 광학 복잡성 및 크기로 구현될 수 있다.
이들 다양한 실시예에서, 다중 스트라이프 레이저(102)는 다수의 레이저 소자가 독립적으로 제어 가능하도록 구현된다. 예를 들어, 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자는 픽셀 발생기(들)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 일반적으로, 픽셀 발생기는 주사된 이미지에서 개별 픽셀을 생성하는 방식으로 레이저 광 빔을 변조하도록 레이저 소자를 제어한다. 복수의 레이저 소자를 독립적으로 제어함으로써, 다중 스트라이프 레이저(102) 내의 상이한 레이저 광 빔은 상이한 픽셀 데이터로 독립적으로 인코딩될 수 있고, 따라서 이들의 상이하게 인코딩된 레이저 광 빔은 투영 이미지에서 상이한 픽셀을 동시에 생성하기 위해 사용될 수 있다.
아래에서 설명하는 바와 같이, 이러한 실시예는 투영 이미지에서 동일 행이지만 상이한 열에서, 투영 이미지에서 동일한 열이지만 상이한 행에서, 또는 상이한 행에서 그리고 투영 이미지에서 상이한 행이지만 상이한 열 양측에서 픽셀을 동시에 생성하도록 구성될 수 있다.
이러한 실시예가 다수의 레이저 소자를 동시에 사용하기 때문에, 이러한 방식으로 구성되는 주사 레이저 프로젝터(100)는 증가된 이미지 휘도를 제공할 수도 있다. 또한, 이러한 증가된 이미지 휘도는 별도의 레이저로부터의 레이저 광 빔을 결합하기 위해 필요한 복잡한 광학계를 요구하지 않고 달성될 수도 있다. 다른 실시예에서, 다수의 레이저 소자는 주사 주파수의 증가를 요구하지 않으면서 개선된 해상도를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 다중 스트라이프 레이저는 종래의 디자인보다 더 소형의 주사 레이저 프로젝터를 제공할 수 있으며, 그렇지 않으면 보다 부피가 크고 복잡한 광학계를 요구할 수 있다.
이제 도 2a를 참조하면, 예시적인 다중 스트라이프 레이저(200)의 사시도가 도시된다. 예시적인 다중 스트라이프 레이저(200)는 단일 반도체 다이(202) 상에 함께 형성되는 제1 레이저 소자(204) 및 제2 레이저 소자(206)를 포함한다. 이와 같이, 다중 스트라이프 레이저(200)는 여기에 기술된 주사 레이저 프로젝터(예, 주사 레이저 프로젝터(100))에 사용될 수 있는 레이저의 유형의 일 예이다. 이 도시된 예에서, 제1 레이저 소자(204) 및 제2 레이저 소자(206)는 병렬 다이오드 스트라이프로 형성되고, 각각의 병렬 다이오드 스트라이프는 대응하는 레이저의 일부를 형성한다. 이러한 구성에서, 제1 레이저 소자(204) 및 제2 레이저 소자(206)는 실질적으로 평행한 레이저 광 빔을 출력하도록 구성될 것이다.
도 2a는 단순화된 도해이며, 따라서 다중 스트라이프 레이저에서 발견될 수도 있는 일부 구성들을 도해하지 않음을 알아야 한다. 예를 들어, 도 2는 제1 레이저 소자(204) 및 제2 레이저 소자(204)를 독립적으로 제어하기 위해 사용되는 접촉부를 도해하지 않는다. 도 2는 패키징 또는 그에 포함될 수도 있는 다른 구성들도 도해하지 않는다.
예를 들어, 다중 스트라이프 레이저(200)는 또한 다중 스트라이프 레이저를 구현하도록 구성되는 임의의 적합한 반도체 장치 또는 구조를 포함할 수도 있다. 전형적인 실시예에서, 레이저 소자(204 및 206)들은 다른 제조된 장치들과 함께 반도체 웨이퍼 상에 함께 형성될 것이고, 그 다음 그 웨이퍼는 다수의 다이로 개별화되며, 개별화된 다이(singulated die)는 반도체 기판(202)을 한정함을 알아야 한다. 이러한 레이저를 형성할 때, 벌크 반도체 다이(bulk semiconductor die) 및 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator: SOI) 다이를 포함하는 다양한 다른 유형의 반도체 기판이 사용될 수 있다.
또한, 다중 스트라이프 레이저(200)는 여기에 설명되는 다양한 실시예들에서 사용될 수 있는 다중 스트라이프 레이저의 한 예일 뿐이고, 다중 스트라이프 레이저의 다른 구현들도 사용될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 다중 스트라이프 레이저(200)는 제1 레이저 소자(204) 및 제2 레이저 소자(206)가 다이의 "상부" 상에 나란히 형성된 구성을 도시하지만, 다른 실시예에서는, 다이 상에 레이저 소자들의 다른 구성이 가능하다. 예를 들어, 다중 스트라이프 레이저 소자는 반도체 다이의 상이한 수평층에 형성될 수 있다. 다른 예로서, 다중 스트라이프 레이저(200)는 반도체 다이 상에 함께 형성되는 더 많은 수의 레이저 소자, 예를 들어 3개, 4개 또는 N개의 그러한 레이저 소자를 포함하도록 형성될 수 있다.
다양한 실시예에서 주사 레이저 프로젝터에서의 레이저 소자(204 및 206)의 구성 및 사용에 기초하여 다이 내의 레이저 소자(204 및 206)들 간의 출력 거리를 구성하는 것이 바람직할 수도 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 다중-스트라이프 레이저(200)는 시준 렌즈(collimating lens), 다이크로익(dichroic), 주사 미러 등과 같은 개재하는 광학계를 고려하여, 투영 이미지에서 픽셀 및/또는 행들 간의 거리에 상응하거나 또는 이들에 의해 결정되는 레이저 소자(204 및 206)들 간의 출력 거리로 구성될 수 있다. 따라서, 레이저 소자들 간의 거리는 하나의 레이저 소자의 출력이 하나의 픽셀에 사용될 수 있는 반면, 다른 레이저 소자의 출력은 인접한 픽셀 또는 인접한 행의 픽셀에 사용된다.
도 2b를 참조하면, 다중 스트라이프 레이저(200)의 일 실시예가 도해된다. 이 예에서, 레이저 소자(204 및 206)에 의해 출력된 레이저 광은 시준 렌즈(210)로 통과된다. 또한, 이 도해된 예에서, 레이저 소자(204 및 206)는 광축(212)에 대해 대칭으로 위치된다.
일반적으로, 시준 렌즈(210)와 같은 시준 광학계를 사용하여 빔 광을 평행하게 만들어 줌으로써 빔 광이 전파할 때 최소 빔 확산으로 낮은 발산 빔을 제공할 수 있다. 주사 레이저 프로젝터에 구현될 때, 그러한 시준 렌즈(210)를 사용하여 발산이 소정의 디스플레이에 대한 픽셀 성장과 일치하는(예, 주어진 시야 및 해상도에 대한 픽셀 성장과 일치하는) 빔을 생성할 수 있다. 구체적으로, 시준 광학계는 각각의 레이저 소자(204 및 206)로부터의 출력 빔이 투영 이미지에서 이미지 픽셀의 팽창 속도보다 빠르게 팽창하지 않는 것을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 조건들에 대해, 이러한 시준 렌즈(210)를 사용하면 무한한 포커스인 것처럼 보이는 디스플레이된 이미지를 제공할 수 있다. 이러한 구현에서, 다중 스트라이프 레이저(200)로부터 시준 렌즈(210)까지의 거리(즉, 다이의 연부로부터의 거리)는 빔을 적절하게 시준하도록 선택된 길이로 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 2b는 개개의 레이저 소자(204 및 206)가 광축(212)에 대해 대칭으로 위치되는 실시예를 도해한다. 이러한 실시예에서, 시준 렌즈(210)가 광축(212)에 대해 회전 대칭이고 또한 중앙에 위치하는 한, 시준 렌즈(210) 이후의 각 빔은 광축(212)으로부터 동일한 각도로 분리한다. 다른 실시예에서, 레이저 소자(204 및 206)는 광축(212)으로부터 각도를 이루도록 분리된 2개의 빔을 생성하도록 축을 벗어나 위치될 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저 소자는 광축(212) 상에 위치될 수 있고, 다른 레이저 소자는 축을 벗어나 위치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 레이저 소자로부터의 제1 빔의 중심은 광축(212)을 따라 전파할 것이고, 제2 레이저 소자로부터의 제2 빔은 광축(212)으로부터 일정 각도로 전파할 것이다.
도 1을 참조하여 상기한 바와 같이, 다중 스트라이프 레이저(102), 주사 미러(104) 및 구동 회로(106)는 다양한 방법으로 다수의 레이저 광 빔을 이용하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 다양한 예들에서 다중 스트라이프 레이저(102) 내의 다중 레이저 광 빔은 상이한 픽셀 데이터로 독립적으로 인코딩될 수 있고, 따라서 이들 상이한 인코딩된 레이저 광 빔은 투영 이미지에서 상이한 픽셀을 동시에 생성하기 위해 사용될 수 있다. 구체적인 예로서, 주사 레이저 프로젝터(100)는 투영 이미지에서 동일한 열, 그러나 상이한 행에서 또는 투영 이미지에서 상이한 행 및 상이한 열에서 픽셀을 동시에 생성하도록 구성될 수 있다.
하나의 구체적인 실시예에서, 다중 스트라이프 레이저(102), 주사 미러(104) 및 구동 회로(106)는 하나의 레이저 소자가 투영 이미지에서 한 행으로 투영하는 한편 다른 레이저 소자는 투영 이미지에서 다른 행으로 동시에 투영하도록 구성된다. 도 3a를 참조하면, 개략도는 예시적인 투영 이미지(300)에서 2개의 픽셀 행의 일부를 도해한다. 이 도해에서, 인코딩된 레이저 광 빔의 주사 동작에 의해 이 이미지 프레임에서 이전에 조명된 2개의 행의 부분은 교차 해칭(cross-hatching)으로 표시되고, 아직 조명되지 않은 부분은 교차 해칭되지 않는다.
구체적으로, 투영 이미지(300)의 도해된 부분은 제1 레이저 광 빔(302) 및 제2 레이저 광 빔(304)으로 생성되는 2개의 행(306 및 308)을 포함하며, 여기서 2개의 레이저 광 빔(302 및 304)은 투영 이미지(300)에서 대응하는 행을 지적하는 화살표로서 도해된다. 다시 말해, 2개의 레이저 광 빔(302 및 304)은 다중 스트라이프 레이저에서 상이한 레이저 소자를 사용하여 독립적으로 생성된 다음, 하나 이상의 주사 미러를 사용하여 래스터 패턴으로 반사되어, 2개의 인접한 행(306 및 308)에서 동시에 픽셀을 효과적으로 생성한다. 따라서, 도 3a에서, 투영 이미지에서 2개의 인접한 행(306, 308)은 제1 레이저 광 빔(302) 및 제2 레이저 광 빔(304)의 수평 주사 동작에 의해 생성되게 하는데, 이때 주사 미러가 레이저 광 빔(302 및 304)을 라스터 패턴으로 좌에서 우로 움직이게 한다.
다시 말해, 이러한 실시예에서, 2행의 픽셀은 각각 제1 레이저 광 빔(302) 및 제2 레이저 광 빔(304)에 의해 동시에 제각기 생성된다는 것에 주목해야 한다. 이 패턴이 계속되어 수평 주사 동안 2개의 행이 동시에 발생되면서 수직 주사 속도를 결정하는 반사된 레이저 빔의 상응하는 수직 운동이 계속됨으로써, 비로서 투영 이미지의 전체 프레임이 생성된다. 이러한 실시예에서, 투영 이미지의 행 수 및 수직 주사 속도는 주사 미러의 제어되는 움직임 및 레이저 빔으로의 픽셀 데이터의 인코딩에 의해 결정된다.
2개의 수평 행의 픽셀이 2개의 레이저 광 빔(302 및 304)에 의해 동시에 생성될 수 있기 때문에, 결과 이미지의 전체 휘도가 증가될 수 있다. 구체적으로, 2개의 레이저 광 빔(302 및 304)이 래스터 패턴으로 주사할 때, 결과적인 투영 이미지에서 각 행의 픽셀은 다중 스트라이프 레이저의 각 레이저 소자에 의해 한번 두번 조명될 수 있다. 상대적으로 빠른 주사 동작 때문에, 각 픽셀의 이러한 이중 조명은 투영 이미지를 시청자에게 더 밝게 보이게 하는 효과를 가질 수 있다.
그러나, 투영 이미지가 일정한 휘도를 갖는 것을 보장하기 위해, 모든 투영 이미지가 각 프레임에 대해 두번, 즉, 2개의 레이저 광 빔(302 및 304) 각각에 대해 한번 조명되는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면 두번 조명되지 않는 픽셀의 행은 시청자에게 두번 조명된 행에 비해 눈에 띄게 어둡게 나타날 것이다. 이것은 최종 행에서, 예를 들어, 투영 이미지의 상부 및 하부에서 일어날 수 있는데, 여기서 행은 그렇지 않은 것을 보장하기 위해 구체적인 단계가 성취되지 않는 한, 래스터 패턴 주사 동안 레이저 소자들 중 하나에 의해서만 조명될 것이다.
구체적으로, 주사 미러의 동작 및 레이저 광 빔(302 및 304)의 생성은 상대적으로 희미한 상부 및 하부 행의 가능성을 제거하도록 제어될 수 있다. 이는 상단 및 하단 행의 픽셀을 투영 이미지에서 "내부"에 해당하는 레이저 소자로 2차 조명하는 한편 투영 이미지에서 "외부"에 해당하는 레이저 소자를 턴 오프함으로써 달성될 수 있다. 내부 레이저에 의한 2차 조명은 프레임의 상단 및 하단에 있는 행이 두번 조명되어 결국 내부 행과 동일한 휘도를 갖는 것을 보장하는 반면, 이 주사 중에 외부 레이저를 턴 오프하는 것은 픽셀의 새로운 희미한 단부 행이 외부 레이저와 동시에 생성되지 않는 것을 보장한다. 여기서 주목되는 것은 어떤 레이저 소자가 투영 이미지에서 "내부"에 해당하고 어떤 레이저 소자가 "외부"에 해당하는지가 레이저 소자의 구성과 이미지의 하부 또는 상부가 조명되는지 여부에 따라 달라진다는 것이다.
이제 도 3b를 참조하면, 예시적인 투영 이미지(350)가 도해되어 있다. 투영 이미지(350)의 경계는 주변부(352)에 의해 한정되며, 여기서 경계선은 상대적으로 두꺼운 선으로 표시된다. 다시 말해, 레이저 소자에 의한 투영 이미지에서 조명은 교차 해칭으로 표시된다. 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 레이저 광 빔의 상대적인 배치 및 동작은 주변부(352) 내의 내부 영역의 픽셀 행이 각각의 레이저 소자로 한번 두번 조명되도록 하는 반면, 상부 외부 영역(354) 및 하부 외부 영역(356)은 각각 한번만 조명되도록 한다. 다시 말해, 이는 이미지의 상부 및 하부 행의 픽셀이 다른 행에 비해 받아들일 수 없을 만큼 희미하게 하는 원인이 될 수 있다.
이러한 문제를 완화하기 위해, 다중 스트라이프 레이저 내의 개개의 레이저 소자는 대응하는 레이저 광 빔이 상부 외부 영역(354)과 하부 외부 영역(356) 중 어느 하나에서 투영될 때 선택적으로 턴 오프되도록 제어될 수 있는 반면, 다중 스트라이프 레이저에 있는 다른 레이저 소자는 주변부(352) 내부의 마지막 행으로 두번째 주사를 투영한다. 다른 말로 표현하면, 이미지 프레임의 상부에 도달할 때, "외부" 레이저는 턴 오프될 수 있는 반면, 주변부(352) 내부의 하부 행은 "내부" 레이저에 의해 두번째 주사가 주어진다. 마찬가지로, 이미지 프레임의 하부에 도달할 때, "외부" 레이저는 턴 오프될 수 있는 반면, 주변부(352) 내부의 하부 행은 "내부" 레이저에 의해 두번째 주사가 주어진다. 따라서, 주변부(352) 내부의 모든 행은 각 레이저 소자로 한번에 2회 조명되는 반면, 레이저 광은 상부 외부 영역(354) 및 하부 외부 영역(356)으로 투영되지 않는다.
도 3a의 예는 일부 실시예에서 증가된 이미지 휘도를 용이하게 하는 것으로 설명되었지만, 이러한 예는 또한 주사 주파수의 증가를 요구하지 않고 투영 이미지에서 해상도를 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 도 3a의 예는 다수의 픽셀 행을 동시에 생성할 수 있지만, 이러한 실시예는 미러 주사 속도 또는 프레임당 수평 주사 수의 대응하는 증가를 필요로 하지 않으면서 이미지 프레임 내의 행들의 수를 증가시키도록 구현될 수 있다. 이러한 실시예에서, 주사는 각 수평 주사가 투영 이미지에서 2열의 픽셀을 완전히 생성하도록 수행될 수 있고, 그와 더불어 후속 주사가 이전에 생성된 행과 중첩되지 않도록 구성되는 빔 크기 및/또는 수직 주사 속도로 수행될 수 있다. 따라서, 이미지 프레임의 행 수가 이미지를 생성하기 위해 사용되는 수평 주사 수를 늘리지 않고도 2배 생성될 수 있다. 대안으로, 수평 주사의 수의 절반으로 이미지 프레임에서 동일한 수의 행을 생성될 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3b는 상이한 행들의 픽셀이 동시에 생성되는 예를 도해하고, 이 예는 단지 하나의 예시적인 구현 예이다. 다른 예시적인 실시예로서, 다중 스트라이프 레이저(102), 주사 미러(104) 및 구동 회로(106)는 투영 이미지에서 2개의 레이저 소자가 동일한 행으로 투영하도록 구성될 수 있다. 도 4a에서, 개략도는 예시적인 투영 이미지(400)에서 하나의 픽셀 행(406)의 일부를 도해한다. 이 예시에서, 인코딩된 레이저 광 빔의 주사 동작에 의해 이 이미지 프레임에서 이전에 조명된 행(406)의 부분은 교차 해칭으로 표시되는 반면, 아직 조명되지 않은 부분은 교차 해칭되지 않는다.
구체적으로, 투영 이미지(400)의 도해된 부분은 행(406)이 제1 레이저 광 빔(402) 및 제2 레이저 광 빔(404)으로 생성되는 것을 도시하며, 여기서 2개의 레이저 광 빔(402 및 404)은 투영 이미지(400)에서 대응하는 행을 지정하는 화살표로서 도해된다. 다시 말하여, 2개의 레이저 광 빔(402 및 404)은 다중 스트라이프 레이저에서 상이한 레이저 소자를 사용하여 독립적으로 생성된 다음, 하나 이상의 주사 미러를 사용하여 래스터 패턴으로 반사되어, 동일한 행에서 2개의 상이한 픽셀을 동시에 효과적으로 생성한다. 따라서, 도 4a에서, 행(406) 내의 두 픽셀은 주사 미러가 레이저 광 빔(402 및 404)을 래스터 패턴에서 좌측에서 우측으로 모바일하게 할 때, 제1 레이저 광 빔(402) 및 제2 레이저 광 빔(404)의 수평 주사 동작에 의해 생성되고 있다.
다시 말해, 이러한 실시예에서 동일한 행(406) 내의 2개의 픽셀은 제1 레이저 광 빔(402) 및 제2 레이저 광 빔(404)에 의해 제각기 동시에 생성된다. 이 패턴은, 수평 주사 동안 생성되는 행과 투영 이미지에서 전체 프레임이 생성될 때까지 수직 주사 속도를 결정하는 반사된 레이저 광 빔의 대응하는 수직 운동과 더불어 계속한다. 이러한 실시예에서, 투영 이미지에서 행 수 및 수직 주사 속도는 주사 미러의 제어된 동작 및 픽셀 데이터의 레이저 광 빔으로의 인코딩에 의해 다시 결정된다.
픽셀이 2개의 레이저 광 빔(402 및 404)에 의해 동시에 생성될 수 있기 때문에, 결과 이미지의 전체 휘도가 증가될 수 있다. 구체적으로, 2개의 레이저 광 빔(402 및 404)이 래스터 패턴으로 주사할 때, 투영 이미지에서 행에서의 각 픽셀은 다중 스트라이프 레이저의 각 레이저 소자에 의해 한번 두번 조명될 수 있다. 상대적으로 빠른 주사 동작 때문에, 각 픽셀의 이 이중 조명은 투영 이미지를 시청자에게 더 밝게 보이게 하는 효과를 가질 수 있다.
그러나, 투영 이미지가 일관된 휘도를 갖도록 보장하기 위해, 모든 픽셀 투영 이미지가 각 프레임에 대해 두번, 즉 2개의 레이저 광 빔(402 및 404) 각각에 대해 한번 조명되는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면 두번 조명되지 않았던 픽셀은 두번 조명된 픽셀에 비해 시청자에게 눈에 띄게 흐리게 나타날 것이다. 도 4의 예에서, 이것은 예를 들어, 투영 이미지에서 좌측 및 우측과 같은 행의 연부들에서 발생할 수 있는데, 여기서 그러한 픽셀은 그렇지 않은 것을 보장하기 위해 특정의 조치를 취하지 않는 한 래스터 패턴 주사 동안 레이저 소자들 중 하나에 의해서만 조명될 것이다.
구체적으로, 주사 미러의 운동 및 레이저 광 빔(402 및 404)의 생성은 투영 이미지에서 좌측 및 우측 연부에서 상대적으로 희미한 픽셀의 가능성을 제거하도록 다시 제어될 수 있다. 다시 말해, 투영 이미지에서 "외부"에 해당하는 레이저 소자를 턴오프하는 동안 투영 이미지에서 "내부"에 해당하는 레이저 소자로 두번째로 연부의 픽셀을 조명함으로써 달성될 수 있다. 내부 레이저에 의한 두번째 조명은 프레임의 왼쪽 및 오른쪽 연부에 있는 픽셀이 두번 조명되므로 내부 픽셀과 동일한 휘도를 갖는 반면, 이 주사 중에 외부 레이저를 턴오프하면 새로운 희미한 픽셀이 외부 레이저와 동시에 생성되지 않는다. 어떤 레이저 소자가 투영 이미지에서 "내부"에 해당하고 어떤 레이저 소자가 "외부"에 해당하는지는 레이저 소자의 구성과 이미지의 오른쪽 또는 왼쪽 연부가 조명되는지 여부에 따른다는 것을 알아야 한다.
이제 도 4b를 참조하면 예시적인 투영 이미지(450)가 도해되어 있다. 투영 이미지(450)의 경계는 주변부(452)에 의해 한정되며, 여기서 경계는 비교적 두꺼운 선으로 표시된다. 다시 말해, 레이저 소자에 의한 투영 이미지의 조명은 교차 해칭(cross-hatching)으로 표시된다. 도 4b에서 알 수 있는 바와 같이, 레이저 빔의 상대적인 배치 및 동작은 주변부(452) 내의 내부 영역의 픽셀 행이 각각의 레이저 소자로 한번 2회 조명되도록 하는 반면, 좌측 외부 영역(454) 및 우측 외부 영역(456)은 각각 한 번만 조명된다. 다시 말해, 이미지의 왼쪽 및 오른쪽 가장자리의 픽셀이 내부 픽셀과 비교하여 받아들일 수 없을 만큼 희미해지는 원인이 될 수 있다.
이러한 문제를 완화하기 위해, 다중 스트라이프 레이저 내의 개개의 레이저 소자는 대응하는 레이저 광 빔이 좌측 외부 영역(454) 및 우측 외부 영역(456) 중 어느 하나에서 투영될 때 선택적으로 턴 오프되도록 제어될 수 있는 반면, 다중 스트라이프 레이저에 있는 다른 레이저 소자는 주변부(452) 내의 마지막 픽셀로 두번째 주사를 투영한다. 다른 말로 표현하면, 이미지 프레임의 좌단에 도달할 때, "외부" 레이저는 턴 오프될 수 있는 반면, 주변부(452) 내의 마지막 픽셀은 "내부" 레이저에 의해 두번째 주사가 주어진다. 마찬가지로, 이미지 프레임의 우단에 도달할 때, "외부" 레이저는 턴 오프될 수 있는 반면, 주변부(452) 내의 마지막 픽셀은 "내부" 레이저에 의해 두번째 주사가 주어진다. 따라서, 주변부(452) 내의 모든 픽셀은 각 레이저 소자로 한번 2회 조명되지만, 레이저 광은 좌측 외부 영역(454) 및 우측 외부 영역(456)으로 투영되지 않는다.
도 3a 및 도 3b는 2개의 레이저 소자에 의해 동시에 상이한 행이지만 동일한 열의 픽셀이 생성되는 예를 도해하고, 도 4a 및 도 4b는 동일한 행이지만 상이한 열의 픽셀이 동시에 생성되는 예를 도시하지만, 이들은 다시 단지 예이다. 다른 예시적인 실시예로서, 다중 스트라이프 레이저(102), 스캐닝 미러(104) 및 구동 회로(106)는 2개의 레이저 소자가 둘다 상이한 열 및 상이한 행에 있는 픽셀로 동시에 투영하도록 구성될 수 있다. 도 5a를 참조하면, 개략도는 예시적인 투영 이미지(500)의 두 픽셀의 일부를 도해한다. 구체적으로, 투영 이미지(500)의 도해된 부분은 제1 레이저 빔(502) 및 제2 레이저 빔(504)으로 생성되는 2개의 행(506 및 508)을 포함하며, 여기서, 2개의 레이저 빔(502, 504)은 투영 이미지(500)의 대응하는 행을 가리키는 화살표로서 도해된다. 또한, 2 개의 레이저 빔(502 및 504)은 멀티 스트라이프 레이저에서 상이한 레이저 소자를 사용하여 독립적으로 생성된 다음, 하나 이상의 스캐닝 미러를 사용하여 래스터 패턴으로 반사되어, 2개의 인접한 행(506 및 508)에서 동시에 픽셀을 효과적으로 생성한다. 도 3의 예와는 대조적으로, 2개의 레이저 빔(502 및 504)은 상이한 열의 픽셀로 지향된다. 달리 말하면, 레이저 빔(502 및 504)은 투영 이미지의 행 및 열에 대해 오프셋(offset)된다.
도 5a에서, 투영 이미지에서 2개의 인접한 행(506 및 508)은 주사 미러가 레이저 광 빔(502 및 504)을 래스터 패턴으로 좌에서 우로 이동하게 할 때 제1 레이저 광 빔(502) 및 제2 레이저 광 빔(504)의 수평 주사 동작에 의해 생성 진행된다. 또한, 다시 말해, 2개의 레이저 광 빔(502 및 504)이 래스터 패턴으로 주사할 때, 결과적인 투영 이미지의 각 행의 픽셀은 다중 스트라이프 레이저의 각 레이저 소자에 의해 한번씩 두번 조명될 수 있다. 상대적으로 빠른 주사 동작 때문에, 각 픽셀의 이러한 이중 조명은 투영 이미지를 시청자에게 더 밝게 보이게 하는 효과를 가질 수 있다.
그러나, 다시 말해, 투영 이미지가 일관된 휘도를 갖는 것을 보장하기 위해, 투영 이미지의 모든 픽셀이 각 프레임에 대해 두번, 즉, 2개의 레이저 광 빔(502 및 504) 각각에 대해 한번 조명되는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 이제 도 5b를 참조하면, 예시적인 투영 이미지(550)가 도해되어 있다. 투영 이미지(550)의 경계는 주변부(552)에 의해 한정되며, 여기서 주변부는 상대적으로 두꺼운 선으로 표시된다. 다시 말해, 레이저 소자에 의한 투영 이미지에서 조명은 교차 해칭(cross-hatching)으로 표시된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 레이저 광 빔의 상대적인 배열 및 동작은 주변부(552) 내의 내부 영역의 픽셀 행이 각각의 레이저 소자로 한번씩 두번 조명되는 반면, 외부 영역(554) 및 외부 영역(556)은 각각 한번만 조명된다. 다시 말해 이러한 문제를 완화하기 위해, 다중 스트라이프 레이저 내의 개개의 레이저 소자는 대응하는 레이저 광 빔이 외부 영역(554) 또는 외부 영역(556) 중 어느 하나에 투영될 때 선택적으로 턴 오프되도록 제어될 수 있는 반면, 다중 스트라이프 레이저에 있는 다른 레이저 소자는 두번째 주사를 주변부(552)의 내부 연부에서 픽셀로 투영한다. 따라서, 레이저 광이 외부 영역(554) 및 외부 영역(556) 내로 투영되지 않는 동안, 주변부(452) 내의 모든 픽셀은 각각의 레이저 소자로 한번씩 두번 조명된다.
도 3, 도 4 및 도 5의 예에서, 2개의 레이저 소자가 다중 스트라이프 레이저에 포함되었고 투영을 생성하기 위해 사용되었다. 또한, 이는 단지 일례이며, 일부 실시예에서는 추가의 레이저 소자가 다중 스트라이프 레이저에 포함될 수 있고 투영 이미지를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이제 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f를 참조하면, 이들 도면은 투영 이미지를 생성하기 위해 사용되는 3개의 레이저 소자를 갖는 추가적인 대응 예를 도시한다. 이전에 도해된 예들과 같이, 그러한 구현은 투영 이미지에서 휘도를 증가시킬 수 있다. 이 경우 투영 이미지의 각 픽셀은 프레임당 세번 주사될 수 있으므로, 각 픽셀을 두번 주사하도록 다중 스트라이프 레이저의 두 레이저 소자를 사용하는 예제에 비해 휘도를 더 증가시킬 수 있다.
이전의 실시예들과 마찬가지로, 일반적으로 대응하는 레이저 광 빔이 외부 영역에서 투영될 때 레이저 소자를 선택적으로 턴 오프하는 것이 바람직하지만, 다중 스트라이프 레이저(또는 다른 레이저 소자) 내의 다른 레이저 소자는 2차(또는 3차) 주사를 주변부의 픽셀에 투영한다. 따라서, 주변부 내부의 모든 픽셀은 레이저 광이 외부 영역으로 투영되지 않는 동안, 각 레이저 소자로 한번씩 3회 조명될 수 있다.
또한, 도 6a의 예는 주사 주파수의 증가를 요구하지 않고 투영 이미지에서 해상도를 증가시키기 위해 사용될 수 있음에 주목해야 한다. 구체적으로, 도 6a의 실시예는 3개의 픽셀 행을 동시에 생성할 수 있으므로, 미러 주사 속도 또는 프레임당 수평 주사 수의 대응하는 증가를 요구하지 않으면서 이미지 프레임의 행 수를 3배 하도록 구현될 수 있다. 대안으로, 동일한 수의 행이 수평 주사의 1/3수로 이미지 프레임에 생성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각 수평 주사는 투영 이미지에서 3행의 픽셀을 완전히 생성하고, 후속 주사가 이전에 생성된 행과 중첩되지 않도록 구성되는 수직 주사 속도로 수행될 수 있다.
이제 도 7a를 참조하면, 주사 레이저 프로젝터(700)의 개략도가 도해되어 있다. 주사 레이저 프로젝터(700)는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 사용될 수 있는 시스템의 유형 보다 상세한 예이다. 주사 레이저 프로젝터(700)는 이미지 처리 구성 요소(702), 픽셀 구동 발생기(704), 적색 레이저 모듈(706), 녹색 레이저 모듈(708) 및 청색 레이저 모듈(710)을 포함한다. 3개의 레이저 모듈로부터의 광은 다이크로익(712, 714 및 716)과 결합된다. 주사 레이저 프로젝터(700)는 또한 절첩 미러(718), 구동 회로(720) 및 주사 미러(724)를 갖는 MEMS 장치(722)를 포함한다.
동작 시, 이미지 처리 구성 요소(702)는 출력 픽셀이 픽셀 구동 발생기에 의해 디스플레이될 각 주사 위치에 대한 적절한 공간 이미지 콘텐츠를 결정하기 위해 2차원 보간 알고리즘을 사용할 때 비디오 콘텐츠를 처리한다. 예를 들어, 비디오 콘텐츠는 임의의 해상도(예: 640x480, 848x480, 1280x720, 1920x1080)에서 픽셀 그리드를 나타낼 수도 있다. 입력 광 강도 인코딩은 전형적으로 8, 10, 12 비트 이상의 고 해상도의 광 강도를 나타낸다.
이 콘텐츠는 레이저로부터의 출력 세기가 입력 이미지 콘텐츠와 일치하도록 적색, 녹색 및 청색 레이저 소스 각각에 대해 명령된 전류에 맵핑된다. 일부 실시예에서, 이 프로세스는 150MHz를 초과하는 출력 픽셀 속도에서 발생한다. 그 다음, 레이저 광 빔은 초고속 짐벌 장착 2차원 2축 레이저 주사 미러(724) 상으로 지향된다. 일부 실시예에서, 이 2축 주사 미러는 MEMS 프로세스를 사용하여 실리콘으로 제조된다. 수직 회전축은 준 정적(quasi-statically)으로 작동되며 수직 톱니형 래스터 궤도를 생성한다. 수직축은 저속 주사축이라고도 칭한다. 수평축은 주사 미러의 공진 진동 모드에서 작동된다. 일부 실시예에서, MEMS 다이는 MEMS 다이 및 영구 자석의 소형 서브 어셈블리(subassemblies) 및 전기 인터페이스(electrical interface)를 포함하는 소형 어셈블리를 사용하여 달성되는 전자기 작동을 사용하지만, 다양한 실시예가 이러한 관점에서 제한되지는 않는다. 예를 들어, 일부 실시예는 정전기 또는 압전 작동을 이용한다. 임의 유형의 미러 작동이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 채용될 수도 있다.
수평 공진축은 또한 고속-주사축으로 호칭된다. 일부 실시예에서, 래스터 패턴(726)은 수평축 상의 정현파 성분 및 수직축 상의 톱니파 성분을 결합함으로써 형성된다. 이들 실시예에서, 출력 빔(728)은 정현파 패턴에서 전후 좌우로 왕복(sweep)하고, 플라이 백(flyback)(아래에서 위로) 동안 디스플레이가 소거된 톱니형 패턴으로 수직(상부에서 하부)으로 왕복한다.
도 7은 빔이 수직으로 위에서 아래로 왕복하면서 정현파 패턴을 도시하지만, 아래에서 위로 플라이 백을 나타내지는 않음을 주목해야 한다. 다른 실시예에서, 수직 왕복은 플라이 백이 존재하지 않도록 삼각파로 제어된다. 또 다른 실시예에서, 수직 왕복은 정현파적이다. 본 발명의 다양한 실시예는 수직 및 수평 왕복 또는 결과적인 래스터 패턴(726)을 제어하기 위해 사용되는 파형에 의해 제한되지 않는다.
구동 회로(720)는 MEMS 장치(722)에 구동 신호를 제공한다. 구동 신호는 고속 주사축 상에서 주사 미러(724)의 공진 각 운동을 제어하기 위한 여기 신호를 포함하고, 저속 주사축 상에서 편향을 일으키는 저속 주사 구동 신호를 포함한다. 고속 및 저속 주사축 모두에서 결과적인 미러 편향은 출력 빔(728)이 이미지 영역(730)에서 래스터 주사(726)를 생성하게 한다. 동작 시, 레이저 광원은 각 출력 픽셀에 대해 광 펄스를 생성하고, 주사 미러(724)는 빔(728)이 래스터 패턴(726)을 가로지를 때 광 펄스를 반사시킨다. 구동 회로(720)는 또한 MEMS 장치(722)로부터 피드백 신호를 수신한다. MEMS 장치(722)로부터의 피드백 신호는 미러의 최대 편향각을 기술할 수 있으며, 여기서 피드백 신호의 진폭이라고도 호칭한다. 이 피드백 신호는 구동 회로(720)에 제공되고, 구동 회로(720)에 의해 주사 미러(724)의 동작을 정확하게 제어하기 위해 사용된다.
동작 시, 구동 회로(720)는 피드백 신호의 진폭이 일정하도록 주사 미러(724)의 공진 동작을 여기시킨다. 이는 래스터 패턴(726)에 도시된 바와 같이 고속-주사축 상에 일정한 최대 각도 편향을 제공한다. 주사 미러(724)의 공진 운동을 여기시키는데 사용되는 여기 신호는 진폭 및 위상을 포함할 수 있다. 구동 회로(720)는 피드백 신호 진폭을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 여기 신호 진폭을 변경하는 피드백 회로(들)를 포함한다. 또한, 구동 회로(720)는 래스터 패턴(726)의 수평 위상 정렬 및 수직 위치를 제어하기 위해 여기 신호를 수정할 수 있다.
이를 용이하게 하기 위해, 구동 회로(720)는 하드웨어, 프로그램 가능한 프로세서, 또는 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 구동 회로(720)는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC)로 구현된다. 또한, 일부 실시예에서, 고속 데이터 경로 제어의 일부는 ASIC에서 수행되고, 전체 제어는 소프트웨어 프로그램 가능 마이크로 프로세서에 의해 제공된다.
또한, 도 7a는 단일 MEMS 장치(722) 및 단일 주사 미러(724)를 갖는 실시예를 도해하며, 단지 하나의 예시적인 구현 예라는 것을 주목해야 한다. 다른 예로서, 주사 레이저 프로젝터는 하나의 축을 따라 편향하도록 구성되는 하나의 미러 및 제1 축에 대체로 수직인 제2 축을 따라 편향되도록 구성되는 다른 미러를 갖는 2개의 주사 미러를 포함하는 주사 미러 어셈블리로 대신 구현될 수 있다.
이러한 실시예는 제2 MEMS 장치, 제2 주사 미러 및 제2 구동 회로를 포함할 수 있다. 제1 주사 미러는 수평 주사 동작을 생성하도록 구성될 수 있고, 제2 주사 미러는 수직 동작을 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 하나의 주사 미러의 동작은 수평 주사 진폭을 결정하고 다른 주사 미러의 동작은 수직 주사 진폭을 결정한다.
동작 시, 구동 회로(720)는 피드백 신호의 진폭이 일정하도록 주사 미러(724)의 공진 동작을 여기시킨다. 이는 래스터 패턴(726)에 도시된 바와 같이 고속-주사축 상에 일정한 최대 각도 편향을 제공한다. 주사 미러(724)의 공진 운동을 여기시키기 위해 사용되는 여기 신호는 진폭 및 위상을 포함할 수 있다. 구동 회로(720)는 피드백 신호 진폭을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 여기 신호 진폭을 변경하는 피드백 회로(들)를 포함한다. 또한, 구동 회로(720)는 래스터 패턴(726)의 수평 위상 정렬 및 수직 위치를 제어하기 위해 여기 신호를 수정할 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예에 따르면, 도 7a에 도시된 적색, 녹색 및/또는 청색 레이저 광 모듈은 단일 다이 상에 함께 형성되는 다수의 레이저 소자를 포함하는 다중 스트라이프 레이저로 각각 구현될 수 있다. 이 실시예에서, 다수의 레이저 소자는 각 색에 대해 실질적으로 동일한 파장을 갖는 레이저 광 빔을 출력하도록 구성될 것이다. 따라서, 적색, 녹색 및 청색 레이저 광 모듈(706, 708 및 710)은 각각 자체 다이 상에 형성되고 실질적으로 동일한 파장으로 출력하는 다수의 레이저 소자를 갖는 그 자신의 다중 스트라이프 레이저를 각각 포함할 수 있다. 각각의 색 모듈이 다중 스트라이프 레이저를 사용할 필요는 없으며, 일부 실시예에서는 특정 색 만이 다중 스트라이프 레이저를 사용한다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 특정 색 만 휘도를 증가시킬 필요가 있을 때이다. 또한, 다중 스트라이프 레이저의 레이저 소자의 수는 각 색 마다 변화될 수 있다. 다시 말해, 예를 들어, 개별 색의 휘도를 증가시킬 필요성이 다양할 때이다. 또한, 레이저 광 모듈은 적색, 녹색 및 청색 레이저 소자를 포함하는 것으로 설명되지만, 다른 실시예에서 다른 가시적인 색 조합이 사용될 수 있음을 알아야 한다. 또한, 일부 실시예에서는 적외선 및 자외선과 같은 보이지 않는 레이저 소자가 포함될 수 있다.
이들 다양한 실시예에서, 레이저 광 모듈을 구현하는 다중 스트라이프 레이저는 레이저 소자가 독립적으로 제어 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 색에 대한 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자는 픽셀 발생기(704)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 픽셀 구동 생성기(704)는 적절한 픽셀을 생성하기 위해 다수의 레이저 소자를 구동할 수 있다. 이를 용이하게 하기 위해, 픽셀 생성기(704)는 하나 이상의 버퍼와 더불어, 각 픽셀에 대한 데이터가 그 픽셀이 특정 레이저 소자에 의해 생성될 때 이용 가능함을 보장하기 위해 사용되는 버퍼로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 버퍼는 픽셀이 프레임당 여러번 주사될 때 픽셀 데이터를 여러번 제공하기 위해 사용될 수 있다.
이러한 실시예에서, 픽셀 발생기(704)에 의해 사용되는 버퍼의 크기는 다수의 레이저 소자의 구성 및 다수의 레이저 소자가 어떻게 픽셀을 생성하기 위해 사용되는지에 의존할 수 있다. 예를 들어, 다수의 레이저 소자가 각각 동일한 행(예, 도 4a의 예에서와 같음)의 픽셀을 동시에 주사하기 위해 사용될 때, 픽셀의 제1 주사와 동일한 픽셀의 후속 주사 간의 시간차는 상대적으로 짧으며, 따라서 상대적으로 작은 버퍼가 전형적으로 사용될 수 있다. 대안적으로, 다수의 레이저 소자가 상이한 행(예, 도 3a 및 도 5a의 예에서와 같이)의 픽셀을 동시에 주사하기 위해 사용될 때, 상대적으로 더 큰 버퍼가 요구될 수도 있는데, 이는 픽셀이 먼저 주사될 때와 다시 다음 주사될 때 간의 시간 지연이 상대적으로 클 때이다.
따라서, 픽셀 구동 생성기(704)를 사용하여 각 색의 다중 스트라이프 레이저에서 복수의 레이저 소자를 독립적으로 제어함으로써, 각 레이저 광 모듈에 대해 다른 레이저 광 빔이 상이한 픽셀 데이터로 독립적으로 인코딩될 수 있고, 결국, 상이하게 인코딩된 레이저 광 빔은 투영 이미지에서 상이한 픽셀을 동시에 생성하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 그러한 실시예는 투영 이미지에서 동일 행이지만 상이한 열에서, 투영 이미지에서 동일한 열이지만 상이한 행에서, 또는 투영 이미지에서 상이한 행 및 상이한 열 양자에서 동시에 생성하도록 구성될 수 있다.
최종적으로, 적색, 녹색 및 청색 레이저 광원이 도 7a에 도시되어 있지만, 다양한 실시예는 레이저 광원에 의해 방출되는 광의 파장에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 가시광 대신에 또는 가시광에 부가하여 비가시적인 광(예, 적외선 광)이 방출된다.
이제 도 7b를 참조하면, 주사 레이저 프로젝터(700)의 개략도가 도해되어 있다. 주사 레이저 프로젝터(750)는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 사용될 수 있는 시스템 유형의 또 다른 예이다. 주사 레이저 프로젝터(750)는 도 7a에 도해된 프로젝터(700)의 것과 유사하지만, 대신에, 별도의 적색, 녹색 및 청색 레이저 모듈 대신에 단일의 다중 스트라이프 레이저(752)를 사용한다.
예를 들어, 이러한 실시예에서 다중 스트라이프 레이저(752)는 적색, 녹색 및 청색 각각에 대해 하나의 레이저 소자를 갖는 적어도 3개의 레이저 소자를 포함할 수 있다. 이러한 실시예는 모든 3색이 프로젝터를 구현하기 위해 보다 적은 수의 광학 소자들과 결합될 수 있기 때문에, 상대적으로 콤팩트한 프로젝터를 제공할 수 있다. 예를 들어, 모든 색의 모든 레이저 소자가 동일한 다중 스트라이프 레이저로 구현되는 경우, 다른 프로젝터에 사용되는 다양한 결합 광학 기기가 필요하지 않을 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 추가적인 레이저 소자가 각각의 색에 대한 다수의 레이저 소자가 다중 스트라이프 레이저(752)에 포함되도록 포함될 수 있다. 이러한 실시예는 부가적으로 증가된 휘도를 제공할 수 있다.
다시 말해, 이들 다양한 실시예에서, 레이저 광 모듈을 구현하는 다중 스트라이프 레이저는 레이저 소자가 독립적으로 제어 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 색에 대한 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자는 픽셀 발생기(704)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 각 색의 다중 스트라이프 레이저에서 복수의 레이저 소자를 독립적으로 제어함으로써, 각각의 레이저 광 모듈에 대한 상이한 레이저 광 빔은 상이한 픽셀 데이터로 독립적으로 인코딩될 수 있고, 따라서 이들 상이한 인코딩된 레이저 광 빔은 투영 이미지에서 상이한 픽셀을 동시에 생성하기 위해 사용될 수 있다.
이제 도 8을 참조하면, 주사 미러를 갖는 마이크로 전자기계 시스템(MEMS) 장치의 평면도가 도해된다. MEMS 장치(800)는 고정 플랫폼(802), 주사 플랫폼(840) 및 주사 미러(816)를 포함한다. 주사 플랫폼(840)은 만곡부(flexure)(810 및 812)에 의해 고정 플랫폼(802)에 연결되고, 주사 미러(16)는 만곡부(820 및 822)에 의해 주사 플랫폼(840)에 연결된다. 주사 플랫폼(840)은 구동 회로(예, 구동 회로(720))로부터 제공된 구동 신호에 의해 구동되는 구동 라인(850)에 연결된 구동 코일을 갖는다. 구동 신호는 고속-주사축 상에서 주사 미러(816)의 공진 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 포함하고, 저속 주사축 상에서 주사 플랫폼(840)의 비 공진 동작을 일으키는 저속 주사 구동 신호를 포함한다. 구동 라인(850)으로의 전류 구동은 구동 코일에 전류를 생성한다. 동작 시, 외부 자기장 소스(도시되지 않음)는 구동 코일 상에 자기장을 부과한다. 외부 자기장 소스에 의해 구동 코일에 부과된 자기장은 코일의 평면에 하나의 성분을 가지며, 2개의 구동 축에 대해 비 직교하도록 배향된다. 코일 권선의 면내 전류(in-plane current)는 면내 자기장(in-plane magnetic field)과 상호 작용하여 도체에 평면 외 로렌츠 힘(out-of-plane Lorentz forces)을 발생시킨다. 구동 전류는 주사 플랫폼(840) 상에 루프를 형성하기 때문에, 전류는 주사축을 가로 질러 부호를 반전시킨다. 이것은 로렌츠 힘이 주사축을 가로질러 부호를 반전하여 자기장의 평면과 자기장에 수직인 토크를 발생시킨다는 것을 의미한다. 이 결합된 토크는 토크의 주파수 콘텐츠에 따라 두 주사 방향으로 응답을 생성한다.
만곡부(810 및 812)의 장축은 선회축(pivot axis)을 형성한다. 만곡부(810 및 812)는 비틀림 만곡되는 가요성 부재로서, 이에 의해 주사 플랫폼(840)이 선회축 상에서 회전할 수 있게 하고 고정된 플랫폼(802)에 대해 각 변위를 갖는다. 만곡부(810 및 812)는 도 8에 도시된 바와 같은 비틀림 실시예로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 만곡부(810 및 812)는 아크, "S"자 형상 또는 다른 구불 구불한 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 각 변위를 갖도록 하는 이동을 가능하게 하는 임의의 가요성 부재를 지칭한다.
주사 미러(816)는 만곡부(820 및 822)에 의해 형성된 제1 축 상에서 선회하고, 만곡부(810 및 812)에 의해 형성된 제 2축 상에서 선회한다. 제1 축은 본 명세서에서 수평축 또는 고속-주사축으로 지칭되고, 제2 축은 본 명세서에서 수직축 또는 저속-주사축으로 지칭된다. 일부 실시예에서, 주사 미러(816)는 수평축 상의 기계적 공진 주파수에서 주사하여 정현파 수평 왕복을 발생시킨다. 또한, 일부 실시예에서, 주사 미러(816)는 비 공진 주파수에서 수직으로 주사하기 때문에, 수직 주사 주파수는 독립적으로 제어될 수 있다.
전형적인 실시예에서, MEMS 장치(800)는 또한 하나 이상의 집적된 압전 저항 위치 센서를 통합할 것이다. 예를 들어, 압전 저항 센서(880)는 주사 플랫폼(840)에 대한 미러(816)의 변위를 나타내는 전압을 생성하도록 구성될 수 있으며, 이 전압은 구동 회로에 다시 제공될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 위치 센서는 하나의 주사축 상에 제공되고, 다른 실시예에서는 위치 센서가 양 축에 제공된다.
MEMS 장치(800)는 일 예로서 제공되며, 본 발명의 다양한 실시예가 이 구체적인 구현에 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 래스터 패턴으로 광 빔을 반사시키도록 2차원으로 왕복할 수 있는 임의의 주사 미러가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 통합될 수 있다. 또한, 예를 들어, 주사 미러(예, 2개의 미러: 각 축에 하나씩)의 임의의 조합이 광 빔을 래스터 패턴으로 반사시키기 위해 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 임의의 유형의 미러 구동 메카니즘이 이용될 수 있다. 예를 들어, MEMS 장치(800)가 정적 자기장을 갖는 모바일 플랫폼 상에 구동 코일을 사용하더라도, 다른 실시예는 고정된 플랫폼 상의 구동 코일을 갖는 모바일 플랫폼 상에 자석을 포함할 수도 있다. 또한, 미러 구동기구는 정전 구동기구를 포함할 수도 있다.
전술한 주사 레이저 프로젝터(예, 도 1의 주사 레이저 프로젝터(100))는 매우 다양한 장치 및 다양한 용도로 구현될 수 있다. 이러한 유형의 장치의 몇몇 구체적인 예는 도 9 내지 도 14를 참조하여 논의되지 않을 것이다. 각각의 경우에, 전술한 다양한 실시예는 그러한 장치로 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
도 9를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 모바일 장치(900)의 블록도가 도해된다. 구체적으로, 모바일 장치(900)는 전술한 바와 같은 주사 레이저 프로젝터가 구현될 수 있는 유형의 장치의 예이다(예, 주사 레이저 프로젝터(100), 주사 레이저 프로젝터(700)). 도 9에 도시된 바와 같이, 모바일 장치(900)는 무선 인터페이스(910), 프로세서(920), 메모리(930) 및 주사 레이저 프로젝터(902)를 포함한다. 주사 레이저 프로젝터(902)는 전술한 바와 같이 피드백 신호(들)를 제공하기 위해 과도 주사 영역 신호 내에 구성되는 광 검출기(들)를 포함한다. 주사 레이저 프로젝터(902)는 임의의 이미지 소스로부터 이미지 데이터를 수신할 수도 있다.
예를 들어, 일부 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(902)는 정지 이미지를 보유하는 메모리를 포함한다. 다른 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(902)는 비디오 이미지를 포함하는 메모리를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(902)는 커넥터, 무선 인터페이스(910), 유선 인터페이스 등과 같은 외부 소스로부터 수신된 이미지를 디스플레이한다.
무선 인터페이스(910)는 임의의 무선 송신 및/또는 수신 구성을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 무선 인터페이스(910)는 무선 네트워크를 통해 통신할 수 있는 네트워크 인터페이스 카드(interface card: NIC)를 포함한다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 무선 인터페이스(910)는 셀룰러 전화 구성을 포함할 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 무선 인터페이스(910)는 GPS(Global Positioning System) 수신기를 포함할 수도 있다. 당업자는 무선 인터페이스(910)가 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 임의 유형의 무선 통신 구성을 포함할 수도 있음을 이해할 것이다.
프로세서(920)는 모바일 장치(900)의 다양한 구성 요소들과 통신할 수 있는 임의 타입의 프로세서일 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(920)는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC) 공급자들로부터 입수 가능한 임베디드 프로세서(embedded processor)일 수도 있거나, 상업적으로 입수 가능한 마이크로 프로세서일 수도 있다. 일부 실시예에서, 프로세서(920)는 주사 레이저 프로젝터(100)에 이미지 또는 비디오 데이터를 제공한다. 이미지 또는 비디오 데이터는 무선 인터페이스(910)로부터 검색되거나 무선 인터페이스(910)로부터 검색된 데이터로부터 유도될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(920)를 통해, 주사 레이저 프로젝터(902)는 무선 인터페이스(910)로부터 직접 수신된 이미지 또는 비디오를 표시할 수도 있다. 또한, 예를 들어, 프로세서(920)는 무선 인터페이스(910)로부터 수신된 이미지 및/또는 비디오에 부가하기 위한 오버레이(overlay)를 제공하거나, 무선 인터페이스(910)로부터 수신된 데이터에 기초하여 저장된 이미지를 변경(예, 무선 인터페이스(910)는 위치 좌표를 제공하는 GPS 실시예에서 맵 디스플레이(map display)를 수정)할 수도 있다.
도 10을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 모바일 장치(1000)의 사시도가 도해된다. 구체적으로, 모바일 장치(1000)는 전술한 바와 같은 주사 레이저 프로젝터(예, 주사 레이저 프로젝터(100), 주사 레이저 프로젝터(700))가 구현될 수 있는 유형의 장치의 한 예이다. 모바일 장치(1000)는 통신 능력을 갖거나 갖지 않는 휴대용 주사 레이저 프로젝트일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 모바일 장치(1000)는 다른 능력을 거의 또는 전혀 갖지 않는 주사 레이저 프로젝터일 수도 있다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 모바일 장치(1000)는 예를 들어, 셀룰러 전화, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨팅 장치, GPS(Global Positioning System) 수신기 등을 포함하는 통신을 위해 사용 가능한 장치일 수도 있다. 또한, 모바일 장치(1000)는 무선(예, 셀룰러)을 통해 더 큰 네트워크에 접속될 수도 있거나, 이 장치가 비 조절 스펙트럼(예, WiFi) 접속을 통해 데이터 메시지 또는 비디오 콘텐츠를 수신 및/또는 송신할 수 있다.
모바일 장치(1000)는 주사 레이저 프로젝터(1020), 터치 감지 디스플레이(1010), 오디오 포트(1002), 제어 버튼(1004), 카드 슬롯(1006) 및 오디오/비디오(A/V) 포트(1008)를 포함한다. 이 소자들 중 어느 것도 필수적이지 않다. 예를 들어, 모바일 장치는 터치 감지 디스플레이(1010), 오디오 포트(1002), 제어 버튼(1004), 카드 슬롯(1006) 또는 A/V 포트(1008) 중 어느 것도 없이 주사 레이저 프로젝터(1020)만을 포함할 수도 있다. 일부 실시예는 이들 소자의 서브 세트(subset)를 포함한다. 예를 들어, 액세서리 프로젝터는 주사 레이저 프로젝터(1020), 제어 버튼(1004) 및 A/V 포트(1008)를 포함할 수도 있다. 스마트 폰 실시예는 터치 감지형 디스플레이 장치(1010)와 프로젝터(1020)를 결합할 수도 있다.
터치 감지형 디스플레이(1010)는 임의 유형의 디스플레이일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 터치 감지형 디스플레이(1010)는 액정 디스플레이(LCD) 스크린을 포함한다. 일부 실시예에서, 디스플레이(1010)는 터치에 민감하지 않다. 디스플레이(1010)는 레이저 프로젝터(1020)를 주사함으로써 투영 이미지를 항상 디스플레이 하거나 디스플레이 하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 액세서리 제품은 디스플레이(1010) 상에 항상 투영 이미지를 디스플레이할 수도 있지만, 모바일 폰의 실시예는 디스플레이(1010) 상에 상이한 콘텐츠를 디스플레이 하면서 비디오를 투영할 수도 있다. 일부 실시예는 터치 감지형 디스플레이(1010)에 추가하여 키패드를 포함할 수도 있다. A/V 포트(1008)는 비디오 및/또는 오디오 신호를 수신 및/또는 송신한다. 예를 들어, A/V 포트(1008)는 디지털 오디오 및 비디오 데이터를 반송하기에 적합한 케이블을 수용하는 고선명 다중미디어 인터페이스(high definition multimedia interface: HDMI)와 같은 디지털 포트일 수 있다. 또한, A/V 포트(1008)는 복합 입력을 수용하거나 전송하기 위해 RCA 잭을 포함할 수도 있다. 또한, A/V 포트(1008)는 아날로그 비디오 신호를 수신하거나 전송하기 위한 VGA 커넥터를 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 모바일 장치(1000)는 A/V 포트(1008)를 통해 외부 신호 소스에 연결될 수도 있으며, 모바일 장치(1000)는 A/V 포트(1008)를 통해 수용된 콘텐츠를 투영할 수도 있다. 다른 실시예에서, 모바일 장치(1000)는 콘텐츠의 발신자일 수도 있고, A/V 포트(1008)는 다른 장치로 콘텐츠를 전송하기 위해 사용된다.
오디오 포트(1002)는 오디오 신호를 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 모바일 장치(1000)는 오디오 및 비디오를 기록 및 재생할 수 있는 미디어 레코더이다. 이들 실시예에서, 비디오는 레이저 프로젝터(1020)를 주사함으로써 투영될 수도 있고, 오디오는 오디오 포트(1002)에서 출력될 수도 있다.
모바일 장치(1000)는 또한 카드 슬롯(1006)을 포함한다. 일부 실시예에서, 카드 슬롯(1006)에 삽입된 메모리 카드는 오디오 포트(1002)에서 출력될 오디오 소스 및/또는 레이저 프로젝터(1020)를 주사함으로써 투영될 비디오 데이터를 제공할 수도 있다. 카드 슬롯(1006)은 예를 들어, 보안 디지털(secure digital: SD) 메모리 카드를 포함하는 임의 유형의 고체 상태 메모리 장치를 수신할 수도 있다.
도 11을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 헤드 업 디스플레이 시스템(1100)의 사시도가 도해된다. 구체적으로, 헤드 업 디스플레이 시스템(1100)은 전술한 바와 같은 주사 레이저 프로젝터(예, 주사 레이저 프로젝터(100), 주사 레이저 프로젝터(700))가 구현될 수 있는 유형의 장치의 예이다. 헤드 업 디스플레이 시스템(1100)은 주사 레이저 프로젝터(1102)를 포함한다. 구체적으로, 주사 레이저 프로젝터(1102)는 헤드 업 디스플레이를 투영하기 위해 차량 대시에 장착된 것으로 도시된다. 자동차 헤드 업 디스플레이가 도 11에 도시되어 있지만, 이는 제한이 아니며 다른 응용이 가능하다. 예를 들어, 다양한 실시예는 전자 장치 애플리케이션, 항공 교통 제어 애플리케이션 및 다른 애플리케이션의 헤드 업 디스플레이를 포함한다.
도 12를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 안경(1200)의 사시도가 도시되어 있다. 구체적으로, 안경(1200)은 전술한 바와 같은 주사 레이저 프로젝터(예, 주사 레이저 프로젝터(100), 주사 레이저 프로젝터(700))가 구현될 수 있는 유형의 장치의 예이다. 안경(1200)은 안경의 시야에서 디스플레이를 투영하기 위해 레이저 프로젝터(1202)를 주사하는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 안경(1200)은 투시성이며 다른 실시예에서는 안경(1200)은 불투명하다. 예를 들어, 안경(1200)은 착용자가 물리적 세계에 겹쳐진 프로젝터(1202)로부터의 디스플레이를 볼 수 있는 증강 현실 애플리케이션에 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 안경(1200)은 착용자의 전체 시야가 프로젝터(1202)에 의해 생성되는 가상 현실 응용에 사용될 수 있다.
단지 하나의 프로젝터(1202)만이 도 12에 도시되어 있지만, 이는 제한이 아니며 다른 구현도 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 안경(1200)은 각각의 눈에 하나씩 2개의 프로젝터(1202)를 포함한다.
도 13을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 게임 장치(1300)의 사시도가 도해된다. 게임 장치(1300)는 사용자(들)이 게임 환경을 관찰하고 상호 작용하게 한다. 일부 실시예에서, 게임은 주사 레이저 프로젝터(1302)를 포함하는 게임 장치(1300)의 동작, 위치 또는 방향에 기초하여 네비게이팅한다. 수동 조작식 버튼, 풋 페달(foot pedal) 또는 구두 명령과 같은 다른 제어 인터페이스는 또한 게임 환경 주변 또는 게임 환경과의 상호 작용에 기여할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 트리거(trigger)(1342)는 사용자(들)가 일인칭 원근법 비디오 게임 환경에 있다는 착시에 기여하기 위해, 일반적으로 "1 인칭 슈팅 게임(first person shooter game)"으로 알려져 있다. 투영된 디스플레이의 크기 및 휘도는 사용자의 동작과 함께 게임 애플리케이션에 의해 제어될 수 있기 때문에, 게임 장치(1300)는 이들 사용자에 대해 매우 신뢰성 있는 또는 "몰입형" 환경을 생성한다.
3D 지진 정보 탐색, 우주선 계획, 정글 캐노피 탐사(jungle canopy exploration), 자동차 안전 교육, 의학 교육 등의 활동을 위해 게임 장치(1300)에 의해 많은 다른 1인칭 원근 시뮬레이션이 또한 생성될 수 있다. 촉감 인터페이스(tactile interface)(1344)는 반동, 진동, 흔들림, 럼블(rumble) 등과 같은 다양한 출력 신호를 제공할 수 있다. 촉감 인터페이스(1344)는 터치 감지 디스플레이 스크린 또는 스타일러스(stylus)를 필요로 하는 디스플레이 스크린과 같은 터치-감지 입력 구성을 또한 포함할 수도 있다. 추가의 촉감 인터페이스, 예를 들어, 동작 감지 프로브(probe)에 대한 입력 및/또는 출력 구성은 본 발명의 다양한 실시예에 포함된다.
게임 장치(1300)는 또한 통합 오디오 스피커, 원격 스피커 또는 헤드폰과 같은 오디오 출력 장치를 포함할 수도 있다. 이러한 종류의 오디오 출력 장치는 유선 또는 무선 기술을 통해 게임 장치(1300)에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 무선 헤드폰(1346)은 임의의 유사한 무선 기술이 자유롭게 대체될 수 있지만, BLUETOOTH ™연결을 통해 사용자에게 음향 효과를 제공한다. 일부 실시예에서, 무선 헤드폰(1346)은 다수의 사용자, 감독자 또는 관찰자가 통신할 수 있도록 마이크로폰(1345) 또는 양귀 마이크로폰(binaural microphone)(1347)를 포함할 수도 있다. 양귀 마이크로폰(1347)은 전형적으로 사용자의 머리 가리개(head shadow)에 의해 수정된 사운드를 포착하기 위해 각 이어폰(ear piece) 상에 마이크로폰을 포함한다. 이 구성은 다른 시뮬레이션 참가자의 양귀 청력(hearing) 및 음향 판별(sound localization)을 위해 사용될 수도 있다.
게임 장치(1300)는 주위 휘도, 동작, 위치, 방향 등을 측정하는 임의 수의 센서(1310)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 게임 장치(1300)는 디지털 나침반으로 절대 표제(absolute heading)를 검출하고, x-y-z 자이로스코프 또는 가속도계로 상대 운동을 검출할 수 있다. 일부 실시예에서, 게임 장치(1300)는 또한 장치의 상대적인 방향 또는 그의 급 가속 또는 감속을 검출하기 위한 제2 가속도계 또는 자이로스코프를 포함한다. 다른 실시예에서, 게임 장치(1300)는 사용자가 지상 공간에서 여행할 때 절대 위치를 검출하기 위해 GPS(Global Positioning Satellite) 센서를 포함할 수도 있다.
게임 장치(1300)는 배터리(1341) 및/또는 진단 조명(1343)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배터리(1341)는 재충전 가능한 배터리일 수도 있고, 진단 조명(1343)은 배터리의 현재 충전을 나타낼 수도 있다. 다른 예에서, 배터리(1341)는 착탈 가능한 배터리 클립(battery clip)일 수도 있으며, 게임 장치(1300)는 방전된 배터리가 충전된 배터리로 교체되는 동안 장치의 지속적인 동작을 허용하기 위해 추가 배터리, 전기 커패시터 또는 수퍼 커패시터를 가질 수도 있다. 다른 실시예에서, 진단 조명(1343)은 사용자 또는 서비스 기술자에게 이 장치에 포함되거나 장치에 연결된 전자 구성 요소의 상태를 알릴 수 있다. 예를 들어, 진단 조명(1343)은 수신된 무선 신호의 강도 또는 메모리 카드의 존재 또는 부재를 나타낼 수도 있다.
진단 조명(1343)은 또한 유기 발광 다이오드 또는 액정 디스플레이 스크린과 같은 임의의 작은 스크린으로 대체될 수 있다. 이러한 조명 또는 스크린은 게임 장치(1300)의 외부 표면 상에 또는 이 장치를 위한 외피(shell)가 반투명하거나 투명할 경우, 게임 장치(1300)의 표면 아래에 있을 수 있다. 게임 장치(1300)의 다른 구성 요소들은 이 장치로부터 제거 가능하고, 착탈 가능하거나 또는 분리 가능할 수 있다. 예를 들어, 주사 레이저 프로젝터(1302)는 게임 하우징(1389)으로부터 착탈 가능하거나 분리 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(100)의 하위 구성 요소들은 게임 하우징(1389)으로부터 착탈 가능하거나 분리 가능할 수도 있으며 그대로 구성할 수도 있다.
도 14을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 게임 장치(1400)의 사시도가 도해된다. 게임 장치(1400)는 버튼(1404), 디스플레이(1410) 및 프로젝터(1402)를 포함한다. 일부 실시예에서, 게임 장치(1400)는 사용자가 게임을 하기 위해 더 큰 콘솔(console)을 필요로 하지 않는 독립형 장치이다. 예를 들어, 사용자는 디스플레이(1410) 및/또는 투영된 콘텐츠를 보면서 게임을 할 수도 있다. 다른 실시예에서, 게임 장치(1400)는 보다 큰 게임 콘솔을 위한 제어기로서 동작한다. 이들 실시예에서, 사용자는 디스플레이(1410) 및/또는 투영된 콘텐츠와 결합하여 콘솔에 연결된 더 큰 스크린을 볼 수도 있다.
일 실시예에서, 주사 프로젝터가 제공되며, 상기 주사 프로젝터는 다중 스트라이프 레이저를 포함하되, 적어도 반도체 다이 상에 함께 형성되는 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 포함하며, 상기 제1 레이저 소자는 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되며, 제2 레이저 소자는 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되는 다중 스트라이프 레이저; 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되는 적어도 하나의 주사 미러; 및 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 주사 라인들의 래스터 패턴으로 반사시키기 위해 상기 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 제공하도록 구성되는 구동 회로를 포함한다.
다른 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터가 제공되는 데, 반도체 다이 상에 함께 형성되는 적어도 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 포함하는 다중 스트라이프 레이저로서, 상기 제1 레이저 소자는 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되며, 상기 제2 레이저 소자는 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되는 다중 스트라이프 레이저; 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되는 적어도 하나의 주사 미러; 상기 반사된 제1 레이저 광 빔 및 상기 반사된 제2 레이저 광 빔이 투영 이미지에서 동일한 행 내의 상이한 픽셀에 동시에 상응하도록 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 주사 라인의 라스터 패턴으로 반사시키도록 상기 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 제공하도록 구성되는 구동 회로; 및 픽셀 구동 생성기로서, 상기 제1 레이저 소자 및 상기 제2 레이저 소자를 독립적으로 제어하여 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 변조하여 상기 투영 이미지에서 동일한 행 내에 상이한 픽셀을 동시에 발생시키도록 구성되는 픽셀 구동 생성기를 포함하는 주사 레이저 프로젝터가 제공된다.
다른 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터가 제공되는 데, 반도체 다이 상에 함께 형성되는 적어도 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 포함하는 다중 스트라이프 레이저로서, 상기 제1 레이저 소자는 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되며, 상기 제2 레이저 소자는 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되는 다중 스트라이프 레이저; 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되는 적어도 하나의 주사 미러; 상기 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 제공하여 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 주사 라인들의 래스터 패턴으로 반사시켜서 상기 반사된 제1 레이저 광 빔, 상기 반사된 제2 레이저 광 빔이 투영 이미지에서 동일한 행 내의 상이한 픽셀에 동시에 상응하도록 구성되는 구동 회로; 및 픽셀 구동 생성기로서, 상기 제1 레이저 소자 및 상기 제2 레이저 소자를 독립적으로 제어하여 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 변조시켜서 상기 투영 이미지에서 동일한 행 내의 상이한 픽셀을 동시에 생성하는 픽셀 구동 생성기를 포함하는 주사 레이저 프로젝터가 제공된다.
다른 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터가 제공되는 데, 반도체 다이 상에 함께 형성되는 적어도 제1 레이저 소자, 제2 레이저 소자 및 제3 레이저 소자를 포함하는 다중 스트라이프 레이저로서, 상기 제1 레이저 소자는 제1 색의 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되며, 상기 제2 레이저 소자는 상기 제1 색과 다른 제2 색의 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되며, 상기 제3 레이저 소자는 상기 제1 색 및 상기 제2 색과 다른 제3 색의 제3 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되는 다중 스트라이프 레이저; 상기 제1 레이저 광 빔, 상기 제2 레이저 광 빔 및 제3 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되는 적어도 하나의 주사 미러; 상기 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 제공하여 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 주사 라인들의 래스터 패턴으로 반사시켜서 상기 반사된 제1 레이저 광 빔, 상기 반사된 제2 레이저 광 빔 및 상기 반사된 제3 레이저 광 빔이 투영 이미지의 상이한 픽셀에 동시에 상응하도록 구성되는 구동 회로; 및 픽셀 구동 생성기로서, 상기 픽셀 구동 생성기가 상기 제1 레이저 소자, 상기 제2 레이저 소자 및 제3 레이저 소자를 독립적으로 제어하여 상기 제1 레이저 광 빔, 상기 제2 레이저 광 빔 및 상기 제3 레이저 광 빔을 변조시켜서 상기 투영 이미지 내에 상이한 픽셀을 동시에 생성하는 픽셀 구동 생성기를 포함하는 주사 레이저 프로젝터가 제공된다.
다른 실시예에서, 이미지를 투영하는 방법이 제공되는 데, 상기 방법은 반도체 다이 상에 함께 형성되는 적어도 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 가지고 다중 스트라이프 레이저를 사용하여 제1 레이저 광 빔 및 제2 레이저 광 빔을 동시에 발생시키는 단계; 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 주사 라인들의 래스터 패턴으로 반사시키기 위해 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키는 단계; 및 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 변조하여 상기 투영 이미지에서 상이한 픽셀을 동시에 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 첨부된 청구범위 내의 것으로 간주된다.
Claims (15)
- 주사 레이저 프로젝터로서,
반도체 다이 상에 함께 형성되며, 적어도 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 포함하되, 상기 제1 레이저 소자는 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되며, 상기 제2 레이저 소자는 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되는, 다중 스트라이프 레이저;
상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되는 적어도 하나의 주사 미러; 및
상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 주사 라인들의 래스터 패턴으로 반사시키도록 상기 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 제공하도록 구성되는 구동 회로;
를 포함하는, 프로젝터. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 레이저 소자, 상기 제2 레이저 소자 및 상기 적어도 하나의 주사 미러는 상기 반사된 제1 레이저 광 빔 및 상기 반사된 제2 레이저 광 빔이 투영 이미지에서 상이한 픽셀에 동시에 대응하도록 구성되는, 프로젝터. - 청구항 2에 있어서,
상기 투영 이미지에서 상이한 픽셀은 상기 투영 이미지에서 동일한 행 내의 상이한 픽셀을 포함하는, 프로젝터. - 청구항 2에 있어서,
상기 투영 이미지에서 상기 상이한 픽셀은 상기 투영 이미지에서 동일한 열 내의 상이한 픽셀을 포함하는, 프로젝터. - 청구항 1에 있어서,
상기 다중 스트라이프 레이저는 상기 반도체 다이 상에 형성되는 제3 레이저 소자를 포함하며, 상기 제3 레이저 소자는 제3 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 주사 미러는 상기 반사된 제1 레이저 광 빔, 상기 반사된 제2 레이저 광 빔 및 상기 반사된 제3 레이저 광 빔이 동시에 투영 이미지에서 상이한 픽셀에 대응하도록 래스터 패턴으로 제3 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되는, 프로젝터. - 청구항 1에 있어서,
상기 다중 스트라이프 레이저는 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔이 실질적으로 동일한 파장을 포함하도록 구성되는, 프로젝터. - 청구항 1에 있어서,
상기 다중 스트라이프 레이저는 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔이 서로 상이한 파장을 포함하도록 구성되는, 프로젝터. - 청구항 1에 있어서,
상기 다중 스트라이프 레이저는 상기 제1 레이저 소자 및 상기 제2 레이저 소자가 독립적으로 제어 가능하도록 구성되는, 프로젝터. - 청구항 1에 있어서,
픽셀 구동 생성기를 더 포함하되, 상기 픽셀 구동 생성기는 상기 제1 레이저 소자 및 상기 제2 레이저 소자를 독립적으로 제어하여 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 변조해서 투영 이미지에서 상이한 픽셀을 동시에 생성하도록 구성되는, 프로젝터. - 청구항 1에 있어서,
픽셀 구동 생성기를 더 포함하되, 상기 픽셀 구동 생성기는 상기 제1 레이저 소자 및 상기 제2 레이저 소자를 독립적으로 제어하여 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 변조해서 투영 이미지에서 2개의 교대하는 행 내에 상이한 픽셀을 동시에 생성하도록 구성되는, 프로젝터. - 청구항 1에 있어서,
픽셀 구동 생성기를 더 포함하되, 상기 픽셀 구동 생성기는 상기 제1 레이저 소자 및 상기 제2 레이저 소자를 독립적으로 제어하여 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 변조해서 동시에 투영 이미지의 동일한 행 내에 상이한 픽셀을 생성하도록 구성되는, 프로젝터. - 청구항 1에 있어서,
상기 적어도 하나의 주사 미러는 제1 주사 미러 및 제2 주사 미러를 포함하며, 상기 제1 주사 미러는 제1 축에서 상기 반사된 제1 레이저 광 빔 및 상기 반사된 제2 레이저 광 빔의 주사 동작을 생성하도록 구성되며, 상기 제2 주사 미러는 상기 반사된 제1 레이저 광 빔 및 상기 반사된 제2 레이저 광 빔의 주사 운동을 제2 축에서 생성하도록 구성되며, 상기 제1 축 및 상기 제2 축은 상이한 축인, 프로젝터. - 주사 레이저 프로젝터로서,
반도체 다이 상에 함께 형성되며, 적어도 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 포함하며, 상기 제1 레이저 소자는 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되며, 상기 제2 레이저 소자는 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되는 다중 스트라이프 레이저;
상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되는 적어도 하나의 주사 미러;
상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 주사 라인들의 래스터 패턴으로 반사시키도록 상기 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 제공하여 상기 반사된 제1 레이저 광 빔 및 상기 반사된 제2 레이저 광 빔이 동시에 투영 이미지에서 픽셀의 상이한 행에 대응하도록 구성되는 구동 회로; 및
픽셀 구동 생성기로서, 상기 제1 레이저 소자 및 상기 제2 레이저 소자를 독립적으로 제어하여 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 변조해서 투영 이미지에서 상이한 픽셀을 동시에 생성하도록 구성되는 픽셀 구동 생성기;
를 포함하는, 프로젝터. - 청구항 13에 있어서,
상기 픽셀 구동 생성기는 상기 제1 레이저 광 빔이 상기 투영 이미지의 수평 경계를 넘어 반사될 때 상기 제1 레이저 광 빔을 선택적으로 생성하지 않도록 상기 제1 레이저 소자를 개별적으로 제어하고, 상기 픽셀 구동 생성기는 상기 제2 레이저 빔이 상기 투사된 이미지의 수평 경계를 넘어 반사될 때 상기 제2 레이저 빔을 선택적으로 생성하지 않도록 상기 제2 레이저 소자를 개별적으로 제어하도록 추가로 구성되는, 프로젝터. - 주사 레이저 프로젝터로서,
반도체 다이 상에 함께 형성되는 적어도 제1 레이저 소자 및 제2 레이저 소자를 포함하며, 상기 제1 레이저 소자는 제1 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되며, 상기 제2 레이저 소자는 제2 레이저 광 빔을 출력하도록 구성되는 다중 스트라이프 레이저;
상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 반사시키도록 구성되는 적어도 하나의 주사 미러;
상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 주사 라인들의 래스터 패턴으로 반사시키도록 상기 적어도 하나의 주사 미러의 운동을 여기시키기 위한 여기 신호를 제공하여 상기 반사된 제1 레이저 광 빔 및 상기 반사된 제2 레이저 광 빔이 동시에 투영 이미지에서 픽셀의 상이한 행에 대응하도록 구성되는 구동 회로; 및
픽셀 구동 생성기로서, 상기 제1 레이저 소자 및 상기 제2 레이저 소자를 독립적으로 제어하여 상기 제1 레이저 광 빔 및 상기 제2 레이저 광 빔을 변조해서 상기 투영 이미지에서 동일한 행 내의 상이한 픽셀을 동시에 생성하도록 구성되는 픽셀 구동 생성기;
를 포함하는, 프로젝터.
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