TW201018961A - Method and device for projecting at least one beam - Google Patents

Description

201018961 、 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種投射至少一光束的方法與裝置。 【先前技術】 一般根據所謂「飛點」投射原理（飛點法）設計的投影器 中，係利用二維共振微縮鏡偏移光束（多數由紅、綠、藍三 基本色光組成），並透射至一成像平面。 於飛點投射中，例如來自雷射光源之不同色的（紅R、藍 Θ B與綠G)光束，分別經一半透鏡（鏡子的透射與反射與波長 有關），然後形成一總成光束（亦稱爲投射光束）射向一二維 微縮鏡，其可使總成光束產生二維偏移且投射至一成像平 面。其中，成像平面上所形成的影像係經總成光束的連續 來回偏移產生。 所謂成像係藉與微縮鏡偏移同步的各光源強度調制達 成。 經由運動，例如使用鏡子橫列掃描方法或者依照雷射強 參 度之適當調制的立薩如（Lissajous)方法，可在屏幕上產生預 設的成像。鏡子可爲例如所謂MEMS-鏡子。 如果鏡子運動的實際頻率（行頻率或列頻率）與視訊電子 系統中設定之鏡子運動應有頻率不同，將出現成像抖動（例 如水平或垂直走向的成像）現象。當鏡子應有頻率偏離實際 頻率時，即使鏡子偏移至最大値仍爲不足。此影響的程度 視鏡子的製作品質而定（製程所致應有頻率偏離）。成像抖 動現象亦可能因環境條件改變（例如溫度、氣壓、濕度等） 造成（環境所致應有頻率偏離）。 201018961 習知技術中，係將光束偏移系統快軸的驅動頻率依其力 學共振頻率調整，且採用此頻率作爲時基。頻率調整有其 必要，以使投射成像的幾何大小維持不變。視時基而定者， 例如每當鏡子轉動方向反轉後，發送一促發訊號至具有一 固定系統基頻之資料處理單元（DPU)，以啓動一列方向上的 雷射光束強度調制。 此方法的缺點在於時基頻率變動時（例如因爲力學共振 條件的熱飄移），列尾的成像資訊將被切斷或呈現扭曲。如 0 此導致投射成像品質低劣。 【發明內容】 本發明的目的在於避免上述缺失，且尤在於提供投射光 束之有效率與改良的飄移補償技術。 此目的係以申請專利範圍中獨立項所述記述特徵達 成。申請專利範圍中附屬項亦提供本發明之其他態樣。 爲達上述目的，本發明提供一種投射至少一光束的方 法，其中係設定一處理單元的時基（例如一運作時頻），以 φ 根據該至少一光束的偏移操控該至少一光束。 如此，可以該至少一光束的偏移作爲操控該至少一光束 之促發訊號與/或時基。 處理單元可包含一處理器、一控制器與/或一可程式邏輯 晶片。 本發明之另一態樣中，係藉由投射裝置的偏向來偏移上 述至少一光束，尤以藉由一鏡子或一微縮鏡。 上述偏向投射裝置中尤可爲一二維共振微縮鏡。 除利用一個二維鏡外，亦可使用兩個二維鏡。尤可在兩 201018961 軸上均賦有共振頻率，然而兩軸無須總是依共振驅動。例 如可近乎靜態驅動慢軸，此謂列掃描法。若兩軸均共振驅 動’則相當於立薩如法。 本發明之再一態樣中，可藉由鏡子單元取得與/或測量偏 移。 上述鏡子單元尤可包含偏向投射單元（例如鏡子）、偏向 投射單元之驅動器、用以測量與/或分析偏向投射單元的運 動或位置之元件，或亦可含所測得訊號的調控元件以及訊 0 號轉換器。 本發明之再一態樣中，尤可藉一調控器控制偏向投射單 元的偏移，尤以控制偏向投射裝置的快軸驅動頻率，且藉 此設定處理單元的時基。 本發明之再一態樣中，亦可根據偏向投射裝置力學性質 考量，藉由一參考訊號設定偏向投射裝置快軸的驅動頻率。 上述參考訊號尤可給定一相位》 本發明之再一態樣中，可藉由調控器，使偏向投射裝置 Φ 之快軸驅動頻率與慢軸驅動頻率間的比例大致維持不變。 本發明之一附加態樣中，係藉由處理單元達成該至少一 光束強度的時間調制。 本發明之再另一態樣中，處理單元根據該至少一光束的 偏移回饋一輸出訊號。 上述處理單元尤可爲一控制電路之一部分。例如，處理 單元可提供一數位訊號至一電壓控制振盪器（VCO)，其中係 利用電壓控制振盪器之一輸出訊號設定處理單元的時基3 處理單元亦可獨立於控制電路運作-尤以不經由控制 201018961 電路之控制迴路部分-且僅藉該至少一光束的偏移 此操控可藉例如電壓控制的振盪器產生之一數値來: 處理單元可包含例如一 DLL元件，以將輸入訊號 當的時基或運作頻率。 本發明之一態樣中，該至少一光束由至少一光源 上述至少一光源尤可包含至少一雷射，尤其包含 雷射二極體》光束可由例如一紅光、一藍光與一或 雷射組成。 一種可選擇的實施態樣中，該至少一光束係以飛 射。 尤可以列掃描法與/或立薩如法爲之。 上述目標亦可以如下之投射至少一光束的裝置達 包含一處理器單元與/或一固接電路組成與/或可依 行程序之一可程式邏輯電路。 再者，上述目標亦可以如下之投射至少一光束的 成，其 -包含一處理單元以操控該至少一光束； -包含求取該至少一光束的偏移之一單元； -其中可根據該至少一光束的偏移設定處理單 基。 本發明之一態樣中，求取該至少一光束偏移的單 一調控器使該至少一光束的偏移大致不變。

調控器尤可操控一以電壓控制的振盪器，其與處 相連，且根據該至少一光束的偏移送達一電壓。根 壓控制的振盪器送達的的訊號，處理單元中的DLL 操控。 進行。 轉成適 組成。 至少一 二綠光 點法投 成，其 設定執 裝置達 元的時 元藉由 理單元 據以電 元件可 201018961 等比調制處理單元的時基。 ' 本發明之再一態樣中，裝置的組件至少部分設成離散元 件與/或至少部分整合成積體電路。 本發明之又一態樣中，可藉由一環型緩衝器與/或藉由一 雙埠隨機存取記憶體（Ram)，達成與處理單元以及與另一處 理單元之數據交換。 如此，可較佳地分隔不同的時基或運作速率。 【實施方式】 φ 本發明的實施例將藉由圖式詳細說明。 本發明的技術方案中，可依其力學共振頻率調控光束偏 移系統中快軸的驅動頻率，且以此作爲時基。 此外，其中設有控制電子系統，藉此使處理器單元的 時基或運作頻率（DPU)與時基間的比例關係不變。 處理器單元可包含一處理器或一可程式邏輯電路。 此外，可使慢軸（例如準靜驅動軸）與快軸的兩驅動頻率 間比例關係維持不變。此技術方案中，成像特徵（解析度） φ 即使在快軸頻率變化中，或在起始時的不同頻率下，仍維 持大致不變。如此，尤以干擾或變形均不易察覺。 雷射強度的時間調制係配合鏡子的運動，以提供盡可能 無扭曲的成像，且避免成像抖動效果。因此對時基或DPU 運作頻率加以調控。 第1圖顯示控制DPU運作頻率電路之方塊圖。 電壓控制的振盪器VCO 101於其輸出端提供一訊號 U1，其連接一參考系統 REF 104的輸入端、鏡子單元 MIRROR 105的輸入端與DPU 102中DLL元件103的輸入端。 201018961 於鏡子單元MIRROR 105的輸出端，將一訊號U2送達調 控器REG 106中的加法單元1〇7。於參考系統REF 104輸出 端，將一訊號U3以負値送達加法單元107。 此外，調控器REG 106包含一積分器108，其與加法單 元107的輸出端相連。積分器108的輸出端與VCO 101的 輸入端相連。 例如雷射的光源可藉由DPU 102驅動。DLL元件尤可將 訊號U1倍乘，且藉此決定雷射的運作頻率。 時基或DPU 102的運作頻率之控制係藉由獨立於DPU 102的控制電路達成。 啓動後，VCO 101以其基頻fl=f0運作，因無訊號UR送 達其輸入端。VCO 101送出一輸出訊號Ul(fl)，其於鏡子 單元MIRROR 105中被轉換成鏡子快軸之適當的驅動訊 號。可依鏡子運動的測量結果提供訊號U2(fl)。

參考系統REF 104產生一延遲（相位偏移）訊號U3(fl)。 此訊號U3與U2經加法單元107相減，且於調控器REG 106 中比較其相位。調控器REG 106據此產生訊號UR，其將送 達VCO 101的輸入端。 若訊號URf等於零，則啓動鏡子操作頻率（快軸）的調 控。藉由送達DLL元件103的訊號U1，可產生DPU運作 頻率。如此，可使f2/fl比例關係大致不變，且因而使鏡子 的快軸維持於一共振驅動狀態。 訊號U1的頻率Π相當於鏡子系統快軸的運動頻率，且 與介於15kHz與50kH之間。各類鏡子頻寬之製程誤差一般 在+/- 1-2%的範圍，而 DPU運作速率一般在 10MHz至 201018961 4 0 0MHz的範圍。據此可計算得出例如具30kHz可驅基頻的 某類鏡子之製程誤差在29.4kHz與 30.6kHz之間。對於 180MHz之典型運作速率而言，f2/fl的比例常數爲6000。 因此，運作速率的變動落於176MHz至184MHz間的頻帶範 圍內。 以下進一步說明第1圖中各方塊單元： VC0 101:VC0 101根據輸入訊號UR產生運作頻率Π: /1 = /0 + kvco · Ur ' _ 其中，kvc。爲VCO101之一常數。 訊號UR亦可爲負値，運作頻率f0則代表一平均頻 率。VC0提供一輸出訊號Ul(fl)。 鏡子單元MIRROR 105 : 鏡子單元MIRROR 105尤包含一鏡子、一鏡子驅動器、 測量與/或分析鏡子相關數値或鏡子的運動（鏡子系統 回饋）的設計，或可包含調整測得訊號以及訊號轉換器 的設置。 φ 鏡子的驅動可爲感應式、電容式、壓阻式或電力式。 量測系統（鏡子與回饋單元）可經分析一電容、感應、 光學或電力測量値，提供可推知鏡子運動狀態之訊 號。訊號調整可另外控制測量訊號之匹配與雜訊濾除。 鏡子單元MIRROR 105提供輸出訊號U2(fl)。 參考系統REF 104 : 參考系統REF 104可賦予輸入訊號U(fl)—可調相位値 之相位移。 201018961

DPU DLL❹ 調控 ❹ (1) 此預設之相位係依鏡子的力學特性而定，且一般約爲 90。。參考系統REF 104提供一輸出訊號U3(fl)。 102 ： DPU 102可處理輸入的視訊資料，並根據一預設/已植 入一演算法則’尤爲根據DPU運作頻率與鏡子快軸頻 率間關係而最佳化者，以將調制訊號轉送至一或多個 雷射驅動器。 元件103 : DLL元件103可較佳地整合於DPU 102中，並依兩運 作頻率間的固定比例關係等比調制由VCO 101給定的 運作頻率。 器 REG 106 : 調控器REG 106的作用在於比較輸入訊號U2與U3之 相位，並分別依其差値產生適當的訊號（以訊號UR表 現之控制電壓。 於此處例示中，將訊號U3與U2相減，再由積分器108 產生相位差之一表値，以此作爲訊號Ur，並傳送至VCO 101的輸入端。 1以下之實施態樣或其變化態樣尤爲可行： 如第1圖所示之設置可由個別元件組成，包含DPU 102、VCO 101、調控器 REG 106、鏡子單元 MIRROR 105(尤可具有鏡子驅動器與/或測量設計）與參考系統 REF 104。 如第1圖所示之設置可以整合方式爲之，例如結合鏡 子之積體電路式單一晶片。 -10 - (2) 201018961 (3) 如第1圖所示之設置可包含半導體元件，且可以整合 方式爲之，包括例如VCO 101、調控器REG 106、鏡子 單元MIRROR 105(或其組件）以及參考系統ref 104。 (4) 此外，如第1圖所示之設置中，快軸與慢軸的頻率間 比例關係可維持一定値。 第2圖以方塊圖表示本發明另一態樣中DPU運作頻率之 控制，其中不同於第1圖者，係將DPU整合入控制電路中。 因此，第2圖顯示於其輸出端提供訊號U1之VCO201， ❹ 其連至參考系統REF 204的輸入端、鏡子單元MIRROR205 的輸入端與DPU 202中DLL元件203的輸入端。 於鏡子單元MIRROR 205的輸出端，將訊號U2傳送至調 控器REG 2 06的加法單元207。於參考系統REF 204的輸出 端，將附帶負號之訊號傳送至加法單元207。 再者，調控器REG 206包含一積分器208，其與加法單 元207的輸出端相連》積分器208的輸出端與比較器210(亦 設於調控器REG 206中）的第一輸入端相連，其第二輸入端 0 則預設一參考値211。比較器210的輸出端係與DPU 202 相連。 DPU 20 2具有一輸出端，其與積分器20 8相連且可用於 將積分器208歸零（Reset)。 此外，DPU 202之一輸出端與一量式轉換單元209相連。 此量式轉換單元209尤可包含一數位/類比轉換器，以將 DPU 202之一 η-位元訊號轉換成一類比訊號Ur。 如此，如第2圖所設的電路有異於如第1圖所設的電 路，尤其在調控器REG 206的輸出端未與VCO 201直接相 -11- 201018961 連，而是經由DPU 202。 尤在輸入訊號U2與U3的升緣後’ DPU 202將執行一次 積分器208歸零。當U3與U2的差値爲正，調控器REG206 將邏輯準位爲1之輸出訊號傳送至DPU 202，否則輸出邏 輯準位爲0。 根據預設的控制演算法則，上述調控器REG 206的輸出 訊號亦可相反。 例如，可於設計中，以調控器REG 206的輸出端之邏輯 H 準位0表徵頻率即訊號1^的上升。此時從DPU 202將一提 高的數位値送至量式轉換單元20 9。量式轉換單元209將此 數位値轉換成類比訊號Ur，其具有比先前的訊號UR更高的 數値。相對地，調控器REG 206的輸出端若爲邏輯準位1 將產生數値降低的訊號UR。 第3圖說明根據第2圖設計之控制訊號流程，其依具運 作週期T之一運作頻率而定。 訊號圖譜301例示比較器210的輸出端訊號，訊號圖譜 ^ 3 02表示量式轉換單元209的輸入端之對應訊號，訊號圖譜 303爲VCO 201的輸出端之對應訊號U1。 根據第1圖之上述實施例描述亦可對應地適用於其他可 能的實施態樣或變化態樣。此外’量式轉換單元209與/或 比較器210可對應地採用離散式與/或整合式元件。 DPU數據交換_ 在DPU與其他組件單元的數據交換上應有時應注意，必 須使用非同步的資料數據交換以區隔不同的運作時基。 第4圖中的示意方塊圖說明非同步資料數據交換，係藉 -12- 201018961 由一環型緩衝器或一雙埠隨機存取記憶體。 例如，第4圖可表現一成像單元401，其具有運作基頻 A如60Hz。呈顯單元402具有運作基頻B如55Hz-ZwiSchen 成像單元401與呈顯單元402之間設有一雙埠隨機存取記 憶體403。此雙埠隨機存取記憶體403包含兩個存取埠a 與B，其個別具有存取位址系統與資料匯流排系統，其中， 兩個存取埠可存取相同的記憶體區塊。 成像單元401將運作頻率訊號"Clk A"、存取位址訊號 φ "Adr A"與讀/寫訊號"W/R A"傳送至雙埠隨機存取記憶體 403。此外，雙埠隨機存取記憶體403與成像單元401之間 可交換資料"Data A”。呈顯單元402將運作頻率訊號"Clk B"、存取位址訊號"Adr B"與讀/寫訊號"W/R B"傳送至雙埠 隨機存取記憶體403。此外，雙埠隨機存取記憶體403與呈 顯單元402之間可交換資料"Data B"。 藉由任一存取埠A與/或B，均可根據不同控制訊號從記 憶體讀取資料，或將資料寫入記憶體。因爲運作頻率分開 φ 輸入，故可以不同速度寫入或讀取兩個存取埠。例如，當 存取埠B讀取成像所需資料時，可藉由第二存取位址匯流 排將新的成像資料寫入存取埠A。 其他優點 上述本發明的技術方案中，可對決定於製程的鏡子操作 頻率之公差有補償效果，以及對環境影響所致鏡子操作頻 率的改變有補償效果。此補償係不受影像生成的演算法影 響，影像生成的演算法則尤與鏡子操作頻率無關。 此外，本發明的技術方案可提高成像解析度，並避免或 -13- 201018961 減低成像抖動效果。 本發明的技術方案亦可達成較小的與/或成本低廉的製 程或資料處理單元的製作。 另一優點爲降低了資料處理單元的工作負載。 由於上述補償效果，可提高鏡子的生產效率與投影器的 生產效率。 就投影器生產之一總數而言，整體上可降低成像品質之 偏差範圍。 φ 【圖式簡單說明】 第1圖爲一方塊圖，顯示根據至少一光束的偏移控制處 理單元（DPU)的運作頻率之電路； 第2圖爲一方塊圖，顯示根據至少一光束的偏移控制處 理單元（DPU)的運作頻率之電路，其中，不同於第1圖者爲 處理單元係整合入控制電路； 第3圖爲根據第2圖設計的控制過程訊號圖譜，係基於 運作週期爲T之運作頻率進行； ❹ ^ 第4圖爲一方塊圖，用以說明藉由環型緩衝器或雙埠隨 機存取記憶體進行之非同步資料數據交換。 【主要元件符號說明】 101 以 電 壓 控 制 的 振 盪器 102 資 料 處 理 單 元 103 延 遲 鎖 相 迴 路 元 件 104 參 考 系 統 105 鏡 子 單 元 -14- 調控器 加法單元 積分器 以電壓控制的振盪器 資料處理單元 延遲鎖相迴路元件 參考系統 鏡子單元 調控器 加法單元 積分器 量式轉換單元 比較器 參考値 比較器210的輸出端訊號之訊號圖譜 量式轉換單元209的輸入端訊號之訊號圖譜 VCO201的輸出端訊號U1之訊號圖譜 成像單元 呈顯單元 雙埠隨機存取記憶體 VCO 201的輸出端訊號 •鏡子單元MIRROR 105的輸出端訊號 參考系統REF 104的輸出端負値訊號 -15- 201018961

Ur 壬田 調 控 器 REG 106送達VCO 101輸入端的訊號 0 輯 準 位 1 趣 輯 準 位 Addr A 存 取 位 址訊號 Addr B 存 取 位 址訊號 Clk 時 脈 Data A 數 據 資 料 Data B 數 據 資 料 fl、: f2 jBS 頻 率 n 1、 n 2 資 料 W/R A 讀 /寫訊號 W/R B 讀 /寫訊號 ❹ -16-

Claims (1)

1. 201018961 ，七、申請專利範圍： 1. 一種投射至少一光束的方法，其中係設定一處理單元 (102、202)之一時基，藉以根據該至少一光束之一偏移操 控此至少一光束》 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由一偏向投 射裝置使該至少一光束偏移，尤以藉由一鏡子或一微縮 鏡。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中藉由一鏡子單 φ 元（1〇5、2〇5)取得與/或測量該偏移。 4. 如申請專利範圍第2或3項中任一項所述之方法，其中 以一調控器（106、206)調整該偏向投射單元的偏移，尤以 調整偏向投射裝置中操作快軸之一驅動頻率，且藉此設 定該處理單元的時基。 5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中參考該偏向投 射裝置的力學特性，以一參考訊號（U3)設定偏向該投射裝 置中快軸之該驅動頻率。 φ 6.如申請專利範圍第4或5項中任一項所述之方法，其中 藉由該調控器（106、206)，使偏向投射裝置的快軸驅動頻 率與慢軸驅動頻率間之比例關係維持大致不變。 7. 如申請專利範圍前列各項中任一項所述之方法，其中藉 由該處理單元（102、202)，進行該至少一光束強度之時 間調制。 8. 如申請專利範圍前列各項中任一項所述之方法，其中該 處理單元（102、202)根據該至少一光束的偏移回饋一輸出 訊號（Ur) ^ -17- 201018961 9. 如申請專利範圍前列各項中任一項所述之方法，其中該 至少一光束由至少一光源合成。 10. 如申請專利範圍前列各項中任一項所述之方法，其中藉 由飛點法投射該至少一光束。 11. —種用以投射至少一光束之裝置，其包含一處理器單元 及/或固接之電路組成及/或一可程式邏輯電路，其設置 係可執行申請專利範圍前列各項中任一項所述之方法。 Γ2.—種用以投射至少一光束之裝置，其中 φ -包含操控該至少一光束之處理單元（102、202); -包含求取該至少一光束的偏移之單元（105、205); -其中係根據該至少一光束的偏移設定該處理單元的時 基。 13.如申請專利範圍第12項所述之裝置，其中求取該至少 一光束的偏移之該單元（105、2 05)藉由一調控器（106、 206)，使該至少一光束的偏移維持大致不變。 丨4.如申請專利範圍第12或13項所述之裝置，其組件至少 ©部分爲離散元件與/或至少部分爲整合式元件》 15.如申請專利範圍第12至14項中任一項所述之裝置，其 中藉由一環型緩衝器與/或一雙埠隨機存取記憶體 (40 3)，進行該處理單元（102、2 02)及另一處理單元之數 據交換。 -18 -