TW201317624A - 微型投影裝置、用於微型投影裝置之控制訊號及其產生方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種微型投影裝置、用於微型投影裝置之控制訊號以及控制訊號之產生方法。微型投影裝置包含一掃瞄模組以及一控制模組。掃瞄模組包含一微反射鏡及與微反射鏡連接之至少一掃瞄軸，而控制模組連接掃瞄模組，用以輸出至少一掃瞄軸控制訊號至掃瞄模組。該掃瞄軸控制訊號為一週期訊號，且具有一包含一實質線性部及一非線性部之波形，且實質線性部佔波形之比例大於非線性部佔波形之比例。藉此，便可抑制微型投影裝置之微反射鏡之非預期振動產生。

Description

微型投影裝置、用於微型投影裝置之控制訊號及其產生方法

本發明係有關於一種投影裝置、用於投影裝置之控制訊號及其產生方法，更詳細來說，係關於一種微型投影裝置、用於微型投影裝置之控制訊號及其產生方法。

近年來，隨著投影顯示技術日新月異，已發展出一種微型投影裝置，可內嵌在行動裝置中，如高階手機、筆記型電腦及數位相機等。目前微型投影裝置依據投影技術之不同大致上可分為三大主流，分別是數位光源處理（Digital Light Processing, DLP）、反射式液晶（Liquid Crystal on Silicone, LCoS）及掃描雷射光束（Scanning laser beam）。其中，掃描雷射光束雖為較新的技術，但具有解析度高與免對焦距等優點而頗受矚目。

一般而言，掃描雷射光束是藉由一微機電裝置來實現。詳言之，該微機電裝置具有一微反射鏡，一雷射光線可射至該微反射鏡上，然後被微反射鏡反射至一目標投影區域上；藉由控制微反射鏡沿著兩個相互垂直的軸擺動，可使被反射的雷射光線在投影面上沿著一預定軌跡移動而構成一影像。

該兩個相互垂直的軸分別稱為一快掃瞄軸(fast scan axis)及一慢掃瞄軸(slow scan axis)，而施加至微機電裝置以使微反射鏡沿著快掃瞄軸旋轉的控制訊號稱為一快軸訊號，使微反射鏡沿著慢掃瞄軸旋轉的控制訊號稱為一慢軸訊號。

快軸訊號主要是讓微反射鏡沿著快速掃瞄軸擺動，以使雷射光線在目標投影區域之水平方向上，來回地移動。慢軸訊號則是讓微反射鏡沿著慢速掃瞄軸擺動，以使雷射光線在目標投影區域之垂直方向，來回地移動。於實際操作時，快軸訊號及慢軸訊號係同步被輸入至微機電裝置，以使雷射光線於目標投影區域中由左移動至右(或右至左)的同時，由上往下移動。當雷射光束向下移動至一特定處而形成所欲構成的影像後，慢軸訊號會驅使雷射光束快速地向上拉回至所欲構成的影像之最上方。

由於習知技術所使用的慢軸訊號多具有三角波型態的波形，因此容易於具有三角波型態波形之波峰處產生不必要的諧波訊號而導致快軸訊號及慢軸訊號之間發生諧波干擾問題。也可以說，微反射鏡沿著快掃瞄軸或慢掃瞄軸擺動時，其擺動的頻率可能會激發出微反射鏡非預期的共振模態，進而導致非預期的微反射鏡的擺動角度以及頻率。此舉可能會影響成像的解析度，更嚴重會造成微反射鏡損壞。

請參閱第1圖，係為習知微型投影裝置之投影畫面之示意圖。由於上述之諧波干擾或共振等缺失，習知微型投影裝置所投射於投影區域12上的之投影畫面10，容易出現多條明顯地亮線14，影響投影畫面10之觀賞品質。

為了改善上述缺失，習知微型投影裝置往往於控制系統中使用複雜的比例-積分-微分（PID）控制器作回授控制，以盡可能抑制微反射鏡被激發出非預期之共振模態。然而，若回授控制運作稍有不慎，仍可能導致微反射鏡因非預期的機械振動而損壞。

有鑑於此，如何更有效地抑制微反射鏡的非預期振動，仍是業界亟力達到的目標。

本發明之目的在於提供一微型投影裝置、一用於微型投影裝置之控制訊號及其產生方法，該控制訊號可有效地抑制微型投影裝置的微反射鏡的非預期振動，使得微反射鏡不易損壞，並使得微型投影裝置所投出的影像解析度不易降低。

為達前述目的，本發明揭露一種控制訊號，用於一微型投影裝置，該控制訊號為一週期訊號且具有一波形。該波形包含一實質線性部及一非線性部，該實質線性部之一端連接該非線性部，且該實質線性部佔該波形之比例大於該非線性部佔該波形之比例。

為達前述目的，本發明另揭露一種微型投影裝置，包含：一掃瞄模組，包含一微反射鏡及至少一掃瞄軸，該至少一掃瞄軸連接該微反射鏡；以及一控制模組，連接該掃瞄模組，用以輸出至少一掃瞄軸控制訊號至該掃瞄模組。其中，該掃瞄軸控制訊號為一週期訊號，且具有一波形，該波形包含一實質線性部及一非線性部，該實質線性部之一端連接該非線性部，且該實質線性部佔該波形之比例大於該非線性部佔該波形之比例。

為達前述目的，本發明另揭露一種控制訊號之產生方法，包含：在一第一時間區段中，產生一第一控制訊號，該第一控制訊號的振幅與時間之關係形成一第一非線性部；在一第二時間區段中，產生一第二控制訊號，該第二控制訊號的振幅與時間之關係形成呈一實質線性部，該實質線性部之一端連接該第一非線性部；在一第三時間區段中，產生一第三控制訊號，該第三控制訊號的振幅與時間之關係形成一第二非線性部，該實質線性部之另一端連接該第二非線性部；以及重複上述三個該步驟，以形成具多個相同波形之週期訊號。其中，該第一時間區段及該第三時間區段皆短於該第二時間區段。

為讓上述目的、技術特徵、和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。

本發明提出一微型投影裝置、一用於微型投影裝置之控制訊號以及控制訊號之產生方法。控制訊號包含經波形預先修正法所形成之一預設驅動波形，藉以抑制微型投影裝置的微反射鏡被激發出非預期之共振模態。

本發明之實施例並非用以限制本發明需在如實施例所述之任何特定環境、應用或特殊方式方能實施。在以下說明中，該等圖式均為簡化或稍誇大比例之示意圖，所顯示之元件並非實施時之數目、形狀及尺寸比例，而僅為一種選擇性設計，故實際元件佈局形態可能更為複雜，於此合先敘明。

首先，請先參閱第2圖至第5圖，第2圖為本發明微型投影裝置的較佳實施例的示意圖，第3圖為本發明微型投影裝置的較佳實施例對一目標投影區域之投射軌跡圖，第4圖為本發明微型投影裝置的較佳實施例之投影畫面之示意圖，而第5圖為本發明微型投影裝置的較佳實施例的掃瞄模組之示意圖。微型投影裝置20包含一雷射光束產生模組22、一控制模組24以及一掃瞄模組26。

雷射光束產生模組22用來輸出一經過調變與聚焦控制的雷射光束220至掃瞄模組26。控制模組24係電性連接至掃瞄模組26，用以至少輸出一快掃描軸控制訊號241及一慢掃描軸控制訊號242至掃瞄模組26。掃瞄模組26依據快掃描軸控制訊號241及慢掃描軸控制訊號242將原本呈點狀之雷射光束220轉換為對一目標投影區域28進行二維掃描的掃描線。

如第3圖所示，掃瞄模組26可使雷射光線220同時對目標投影區域28之水平方向（即X方向）及垂直方向（即Y方向）作持續地掃描，以呈現出一循序掃描畫面30。循序掃描畫面30包含第一掃描線軌跡301與第二掃描線軌跡302。

快掃描軸控制訊號241及慢掃描軸控制訊號242係同步輸入至掃瞄模組26，以使雷射光線220在目標投影區域28同時由左移動至右(或右至左)以及由上往下移動，以持續掃動來形成第一掃描線軌跡301。當雷射光束220向下移動至一特定處而形成所欲構成的影像後，慢掃描軸控制訊號242會驅使雷射光束220快速地由特定處向上拉回至所欲構成的影像之最上方，來形成第二掃描線軌跡302。

掃瞄模組26可為雙軸微鏡面裝置，其包含有一微反射鏡50、一快掃瞄軸52及一與快掃瞄軸52相互垂直之慢掃瞄軸54，其中微反射鏡50包含一鏡面結構501。鏡面結構501用於反射雷射光束220，快掃瞄軸52固定地連接該微反射鏡50，而慢掃瞄軸54固定地連接該微反射鏡50。

掃瞄模組26可依據快掃描軸控制訊號241之頻率，驅動鏡面結構501以快掃瞄軸52為旋轉軸，交替地朝順時針方向及逆時針方向進行擺動；掃瞄模組26另可依據慢掃描軸控制訊號242之頻率，驅動鏡面結構501以慢掃瞄軸54為旋轉軸，交替地朝順時針方向及逆時針方向進行向擺動。

掃瞄模組26驅動鏡面結構501之驅動力係可為電磁力、靜電力或是由其它適合之驅動力等。一般而言，鏡面結構501沿快掃瞄軸52擺動時，是處於共振模態，而沿著慢掃瞄軸34擺動時，是處於非共振模態。

此外，鏡面結構501在水平方向上的擺動角度與時間之關係會對應快掃描軸控制訊號241之波形，因此若快掃描軸控制訊號241為一具有固定頻率之正弦訊號，鏡面結構501在水平方向上的擺動角度與時間之關係也會對應地呈正弦關係。

另一方面，鏡面結構501在垂直方向上的擺動角度與時間之關係也會對應慢掃描軸控制訊號242之波形。慢掃描軸控制訊號242之波形係經特殊設計，以減少鏡面結構501的非預期之振動。請配合參閱第4圖所示，在鏡面結構501的非預期振動有效地減少後，微型投影裝置所投射出的投影畫面40將不易有明顯之亮線。如此，對於使用者而言，投影畫面40之觀賞品質比起習知的投影畫面（例如第1圖所示），可大幅地改善。而慢掃描軸控制訊號242之波形的特殊設計，將詳細說明如下。

請參考第6圖，為應用於本發明微型投影裝置較佳實施例之慢掃描軸控制訊號之波形示意圖。第6圖之振幅可代表控制訊號之電壓，故第6圖亦可視為慢掃描軸控制訊號之電壓與時間圖。

慢掃描軸控制訊號242為一週期訊號，其具有一類正弦圖案之波形60。波形60包含一實質線性部64及與實質線性部64連接之一非線性部62。實質線性部64與非線性部62係皆可由至少一種正弦波波形、至少一種方波波形、至少一種三角波波形、至少一種線性波形、或至少一種階梯波波形圖案等中選擇性地組合而成。

請配合參閱第3圖，實質線性部64係用以與快掃瞄軸控制訊號241配合，使雷射光線220沿著第一掃描線軌跡301移動，其中雷射光線220於垂直方向移動距離與時間關係亦呈一實質線性關係，以達成等間距掃描的目的；而非線性部62用以與快掃瞄軸控制訊號241配合，使雷射光線220沿著第二掃描線軌跡302移動。

非線性部62可包含相連接的一第一非線性部621及一第二非線性部622，而第一非線性部621及第二非線性部622又分別連接實質線性部64的兩端。第一及第二非線性部621、622各包含至少一正弦曲線，以本實施例而言，第一非線性部621具有不同型態之一第一正弦曲線621a及一第二正弦曲線621b，而第二非線性部622同樣亦具有不同型態之一第一正弦曲線及622a及一第二正弦曲線622b。

波形60相應於一週期時間區段T而沿一時間座標軸延伸分佈。週期時間區段T可區分為一第一時間區段t1、一第二時間區段t2及一第三時間區段t3，實質線性部64對應第二時間區段t2而分佈，且第一及第二非線性部621、622係分別對應第一時間區段t1及第三時間區段t3而分佈。

本實施例中，第一時間區段t1佔週期時間區段T之比例不大於十分之一，第二時間區段t2佔週期時間區段T之比例至少為十分之八，第三時間區段t3佔週期時間區段T之比例不大於十分之一；換言之，實質線性部64佔波形60之比例大於非線性部62佔波形60之比例。

為避免使微反射鏡50產生非預期的共振模態，快慢掃描軸所使用的快慢掃描軸控制訊號之頻率差距較佳地應越大。此外，慢掃描軸控制訊號242的頻率應小於微反射鏡50的一臨界共振頻率，以避免微反射鏡50在臨界共振頻率上振動。這是因為，當微反射鏡50在臨界共振頻率上振動時，其所呈現的共振模態易造成微反射鏡50破壞；而微反射鏡50之臨界共振頻率可透過模擬計算(例如有限元素法)等方式來得知。

當臨界共振頻率得知後，即可將慢掃描軸控制訊號242的實質線性部64及非線性部62的頻率設計成低於臨界共振頻率。如此，第一正弦曲線621a、622a的一最大頻率會小於臨界共振頻率，而第二正弦曲線621b、622b的一最大頻率也會小於臨界共振頻率。

於本較佳實施例中，快掃描軸控制訊號241之固定頻率界於17KHz至19KHz之間，而微反射鏡50相應之臨界共振頻率約為300Hz；此時慢掃描軸控制訊號242之複合頻率應小於300Hz，故第一正弦曲線621a、622a對應的一最大頻率較佳地為180Hz，且第二正弦曲線621b、622b對應的一最大頻率較佳地為300Hz。

以上為微型投影裝置及用於微型投影裝置之控制訊號的說明，接著將說明用於本發明微型投影裝置較佳實施例之慢掃描軸控制訊號之產生方法。請配合參閱第6圖及第7圖，第7圖為本發明控制訊號之產生方法流程圖，該控制訊號之產生方法可包含：

步驟100：在一第一時間區段t1中，產生一第一控制訊號，第一控制訊號的振幅與時間之關係形成一第一非線性部621，該第一非線性部621包含一第一正弦曲線621a及與第一正弦曲線621a連接的一第二正弦曲線621b。

詳言之，為形成慢掃描軸控制訊號242所需的波形60，第一控制訊號需使用一複合訊號，並依序包含使用至少二種以上具不同數值之複合頻率，藉此使第一非線性部621包含一第一正弦曲線621a及與第一正弦曲線621a連接的一第二正弦曲線621b。

第一正弦曲線621a及第二正弦曲線621b係屬於兩相異之波形型態，而第一正弦曲線621a及第二正弦曲線621b之較佳連接方式為平滑地連接。上述平滑連接作法之目的在於：使慢掃描軸控制訊號242於執行傅立葉轉換進行諧波分析時，可有效避免產生不必要的雜散諧波訊號，並降低第一正弦曲線621a及第二正弦曲線621b連接處之相應頻率落入快掃描軸控制訊號241之共振頻率範圍之可能性。

需說明的是，由於步驟100中的第一正弦曲線621a具有較低頻率，因此第一正弦曲線621a於單位時間內振幅增加的幅度較大；相對地，由於步驟100中的第二正弦曲線621b具有較高頻率，因此第二正弦曲線621b於單位時間內振幅增加的幅度較小。於此情況下，第二正弦曲線621b於接近波形60之波峰處可形成一較為平緩的曲線。此平緩的曲線除了有利於與實質線性部64作平滑地連接，更可減少不必要的諧波訊號產生。

步驟102：在一第二時間區段t2中，產生一第二控制訊號，第二控制訊號的振幅與時間之關係呈一實質線性部64，實質線性部64的一端（起始端）平滑地連接第一非線性部621。

詳言之，第二控制訊號係決定波形60之實質線性部64為一線性區段，可藉由使用多種具不同波形型態（例如是正弦波波形、方波波形、三角波波形、線性波形、或階梯波波形等）來合成。

步驟104：在一第三時間區段t3中，產生一第三控制訊號，第三控制訊號的振幅與時間之關係形成一第二非線性部622，實質線性部64的另一端(終止端)平滑地連接第二非線性部622。

詳言之，類似於第一控制訊號之原理，第三控制訊號可為一複合訊號，並依序包含使用至少二種以上具不同數值之複合頻率。第二非線性部622之一第一正弦曲線622a及與第一正弦曲線622a平滑地連接的一第二正弦曲線622b分別對應複合訊號中之不同數值頻率。

於此情況下，慢掃描軸控制訊號242之一個標準波形將可由第一時間區段t1之第一非線性部621、第二時間區段t2之實質線性部64及第三間區段t3之第二非線性部622所建構成。其中，第二時間區段t2至少為第一時間區段t1的八倍，且第二時間區段t2至少為第三時間區段t3的八倍；亦即是第一時間區段t1及第三時間區段t3皆短於第二時間區段t2。

步驟106：重複上述三個步驟，以形成具多個相同波形之週期性訊號。

詳言之，前述步驟100至步驟104已清楚揭示慢掃描軸控制訊號242之一個標準波形的形成步驟，而步驟106係重複地形成多個波形以建構出一可用於掃描用途的連續週期性訊號。

以上為本發明較佳實施例的微型投影裝置、用於微型投影裝置之控制訊號以及控制訊號之產生方法說明，而本發明可具有以下特點：

1. 本發明可抑制微反射鏡被激發出非預期之共振模態，以避免微反射鏡、快掃描軸及慢掃描軸因非預期的機械振動而遭破壞；
2. 由於微反射鏡、快掃描軸及慢掃描軸不易產生非預期的機械振動，微型投影裝置可不需使用複雜的PID控制器來監控微反射鏡的旋轉角度，使得微型投影裝置可透過開迴路方式來控制，大幅簡化了控制系統之設計及節省控制系統之成本；
3. 本發明用於驅動微型投影裝置之慢掃描軸控制訊號之波形，可避免慢掃描軸控制訊號之頻率因落入快掃描軸控制訊號之共振頻率範圍，而使反射鏡形成多重共振態；及
4. 本發明用於微型投影裝置之慢掃描軸控制訊號之預設驅動波形因具有較大比例的實質線性部，以及較低比例的非線性部，故可改善第一掃描線軌跡之垂直掃描間距，並提高循序掃描畫面之畫面品質。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為準。

10．．．投影畫面

12．．．目標投影區域

14．．．亮線

20．．．微型投影裝置

22．．．雷射光束產生模組

220．．．雷射光束

24．．．控制模組

241．．．快掃描軸控制訊號

242．．．慢掃描軸控制訊號

26．．．掃瞄模組

28．．．目標投影區域

30．．．循序掃描畫面

301．．．第一掃描線軌跡

302．．．第二掃描線軌跡

40．．．投影畫面

50．．．微反射鏡

501．．．鏡面結構

52．．．快掃瞄軸

54．．．慢掃瞄軸

60．．．波形

62．．．非線性部

621．．．第一非線性部

622．．．第二非線性部

621a、622a．．．第一正弦曲線

621b、622b．．．第二正弦曲線

64．．．實質線性部

T．．．週期時間區段

t1．．．第一時間區段

t2．．．第二時間區段

t3．．．第三時間區段

100、102、104、106．．．步驟

第1圖為習知微型投影裝置之投影畫面之示意圖；

第2圖為本發明微型投影裝置的較佳實施例的示意圖；

第3圖為本發明微型投影裝置的較佳實施例對一目標投影區域之投射軌跡圖；

第4圖為本發明微型投影裝置的較佳實施例之投影畫面之示意圖；

第5圖為本發明微型投影裝置的較佳實施例的掃瞄模組之示意圖；

第6圖為應用於本發明微型投影裝置較佳實施例之慢掃描軸控制訊號之波形示意圖；及

第7圖為本發明控制訊號之產生方法流程圖。

20．．．微型投影裝置

22．．．雷射光束產生模組

220．．．雷射光束

24．．．控制模組

241．．．快掃描軸控制訊號

242．．．慢掃描軸控制訊號

26．．．掃瞄模組

28．．．目標投影區域

Claims (18)

1. 一種控制訊號，用於一微型投影裝置，該控制訊號為一週期訊號且具有一波形，該波形包含一實質線性部及一非線性部，該實質線性部之一端連接該非線性部，且該實質線性部佔該波形之比例大於該非線性部佔該波形之比例。
2. 如請求項1所述之控制訊號，其中該非線性部係包含至少一正弦曲線。
3. 如請求項2所述之控制訊號，其中該至少一正弦曲線的一最大頻率小於300Hz。
4. 如請求項2所述之控制訊號，其中該至少一正弦曲線係包含一第一正弦曲線及一第二正弦曲線。
5. 如請求項4所述之控制訊號，其中該第一正弦曲線的一最大頻率小於180Hz，且該第二正弦曲線的一最大頻率小於300Hz。
6. 如請求項1所述之控制訊號，其中該實質線性部佔該波形之比例至少為十分之八。
7. 一種微型投影裝置，包含：
   　　一掃瞄模組，包含一微反射鏡及至少一掃瞄軸，該至少一掃瞄軸連接該微反射鏡；以及
   　　一控制模組，連接該掃瞄模組，用以輸出至少一掃瞄軸控制訊號至該掃瞄模組；
   　　其中，該掃瞄軸控制訊號為一週期訊號，且具有一波形，該波形包含一實質線性部及一非線性部，該實質線性部之一端連接該非線性部，且該實質線性部佔該波形之比例大於該非線性部佔該波形之比例。
8. 如請求項7所述之微型投影裝置，其中該非線性部係包含至少一正弦曲線。
9. 如請求項8所述之微型投影裝置，其中該微反射鏡具有一臨界共振頻率，且該至少一正弦曲線的一最大頻率小於該臨界共振頻率。
10. 如請求項8所述之微型投影裝置，其中該至少一正弦曲線係包含一第一正弦曲線及一第二正弦曲線。
11. 如請求項10所述之微型投影裝置，其中該微反射鏡具有一臨界共振頻率，該第一正弦曲線的一最大頻率小於該臨界共振頻率，且該第二正弦曲線的一最大頻率小於該臨界共振頻率。
12. 如請求項7所述之微型投影裝置，其中該實質線性部佔該波形之比例至少為十分之八。
13. 一種控制訊號之產生方法，其包含步驟如下：
    　　在一第一時間區段中，產生一第一控制訊號，該第一訊號的振幅與時間之關係形成一第一非線性部；
    　　在一第二時間區段中，產生一第二控制訊號，該第二控制訊號的振幅與時間之關係形成一實質線性部，該實質線性部之一端連接該第一非線性部；
    　　在一第三時間區段中，產生一第三控制訊號，該第三控制訊號的振幅與時間之關係形成一第二非線性部，該實質線性部之另一端連接該第二非線性部；以及
    　　重複上述三個該步驟，以形成具多個相同波形之週期訊號；
    　　其中，該第一時間區段及該第三時間區段皆短於該第二時間區段。
14. 如請求項13所述之控制訊號之產生方法，其中該第一非線性部及該第二非線性部各包含至少一正弦曲線。
15. 如請求項14所述之控制訊號之產生方法，其中該至少一正弦曲線的一最大頻率小於300Hz。
16. 如請求項14所述之控制訊號之產生方法，其中該至少一正弦曲線係包含一第一正弦曲線及一第二正弦曲線。
17. 如請求項16所述之控制訊號之產生方法，其中該第一正弦曲線的一最大頻率小於180Hz，且該第二正弦曲線的一最大頻率小於300Hz。
18. 如請求項13所述之控制訊號之產生方法，其中該第二時間區段至少為該第一時間區段的八倍，且該第二時間區段至少為該第三時間區段的八倍。