TWI474046B - 投射至少一光束的方法與裝置 - Google Patents

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Description

投射至少一光束的方法與裝置
本發明係有關於一種投射至少一光束的方法與裝置。
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(亦稱為投射光束)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。鏡子可為例如所謂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值仍為不足。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)。
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，且採用此頻率作為時基。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)，以啟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(例如因為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。如此導致投射成像品質低劣。
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。
為達上述目的，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為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為一二維共振微縮鏡。
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。
上述處理單元尤可為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。
處理單元亦可獨立於控制電路運作-尤以不經由控制電路之控制迴路部分-且僅藉該至少一光束的偏移操控。此操控可藉例如電壓控制的振盪器產生之一數值來進行。
處理單元可包含例如一DLL元件，以將輸入訊號轉成適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組成。
上述至少一光源尤可包含至少一雷射，尤其包含至少一雷射二極體。光束可由例如一紅光、一藍光與一或二綠光雷射組成。
一種可選擇的實施態樣中，該至少一光束係以飛點法投射。
尤可以列掃描法與/或立薩如法為之。
上述目標亦可以如下之投射至少一光束的裝置達成，其包含一處理器單元與/或一固接電路組成與/或可依設定執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裝置達成，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元的時基。
本發明之一態樣中，求取該至少一光束偏移的單元藉由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，其與處理單元相連，且根據該至少一光束的偏移送達一電壓。根據以電壓控制的振盪器送達的的訊號，處理單元中的DLL元件可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。
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，且以此作為時基。
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)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。
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107。於參考系統REF 104輸出端，將一訊號U3以負值送達加法單元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。
啟動後，VCO 101以其基頻f1=f0運作，因無訊號UR 送達其輸入端。VCO 101送出一輸出訊號U1(f1)，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(f1)。
參考系統REF 104產生一延遲(相位偏移)訊號U3(f1)。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UR 不等於零，則啟動鏡子操作頻率(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/f1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f1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400MHz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/f1的比例常數為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：VCO 101：VCO 101根據輸入訊號UR 產生運作頻率f1：f 1=f 0+k VCO ‧U R ，其中，kVCO 為VCO 101之一常數。
訊號UR 亦可為負值，運作頻率f0則代表一平均頻率。VCO提供一輸出訊號U1(f1)。
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/或分析鏡子相關數值或鏡子的運動(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。
鏡子的驅動可為感應式、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、光學或電力測量值，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(f1)。
參考系統REF 104：參考系統REF 104可賦予輸入訊號U(f1)一可調相位值之相位移。
此預設之相位係依鏡子的力學特性而定，且一般約為90°。參考系統REF 104提供一輸出訊號U3(f1)。
DPU 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，尤為根據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。
DLL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。
調控器REG 106：調控器REG 106的作用在於比較輸入訊號U2與U3之相位，並分別依其差值產生適當的訊號(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產生相位差之一表值，以此作為訊號UR ，並傳送至VCO 101的輸入端。
如以下之實施態樣或其變化態樣尤為可行：
(1)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。
(2)如第1圖所示之設置可以整合方式為之，例如結合鏡子之積體電路式單一晶片。
(3)如第1圖所示之設置可包含半導體元件，且可以整合方式為之，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值。
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VCO 201，其連至參考系統REF 204的輸入端、鏡子單元MIRROR 205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 206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，其第二輸入端則預設一參考值211。比較器210的輸出端係與DPU 202相連。
DPU 202具有一輸出端，其與積分器208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n-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的差值為正，調控器REG 206將邏輯準位為1之輸出訊號傳送至DPU 202，否則輸出邏輯準位為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的輸出端之邏輯準位0表徵頻率即訊號UR 的上升。此時從DPU 202將一提高的數位值送至量式轉換單元209。量式轉換單元209將此數位值轉換成類比訊號UR ，其具有比先前的訊號UR 更高的數值。相對地，調控器REG 206的輸出端若為邏輯準位1將產生數值降低的訊號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302表示量式轉換單元209的輸入端之對應訊號，訊號圖譜303為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"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。因為運作頻率分開輸入，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。
另一優點為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。
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
106．．．調控器
107．．．加法單元
108．．．積分器
201．．．以電壓控制的振盪器
202．．．資料處理單元
203．．．延遲鎖相迴路元件
204．．．參考系統
205．．．鏡子單元
206．．．調控器
207．．．加法單元
208．．．積分器
209．．．量式轉換單元
210．．．比較器
211．．．參考值
301．．．比較器210的輸出端訊號之訊號圖譜
302．．．量式轉換單元209的輸入端訊號之訊號圖譜
303．．．VCO 201的輸出端訊號U1之訊號圖譜
401．．．成像單元
402．．．呈顯單元
403．．．雙埠隨機存取記憶體
U1．．．VCO 201的輸出端訊號
U2．．．鏡子單元MIRROR 105的輸出端訊號
U3．．．參考系統REF 104的輸出端負值訊號
UR ．．．調控器REG 106送達VCO 101輸入端的訊號
0．．．邏輯準位
1．．．邏輯準位
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
f1、f2．．．頻率
n1、n2．．．資料
W/R A．．．讀/寫訊號
W/R B．．．讀/寫訊號
第1圖為一方塊圖，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圖為一方塊圖，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圖者為處理單元係整合入控制電路；
第3圖為根據第2圖設計的控制過程訊號圖譜，係基於運作週期為T之運作頻率進行；
第4圖為一方塊圖，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。
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
106．．．調控器
107．．．加法單元
108．．．積分器

Claims (13)

  1. 一種投射至少一個光束的方法，其中該方法包含：提供至少一個光束；以及藉由一處理單元，進行該至少一個光束強度之時間調制；藉由一偏向投射裝置使該至少一個光束偏移；其中藉由一鏡子單元取得與/或測量該偏移；以及設定對於該處理單元之一驅動器，藉以根據該至少一個光束之一偏移操控該至少一個光束。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中以一調控器調整該偏向投射單元的偏移，且藉此設定該處理單元的時基。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中以一調控器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。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中參考該偏向投射裝置的力學特性，以一參考訊號設定偏向該投射裝置中快軸之該驅動頻率。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中藉由該調控器，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。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該處理單元根據該至少一個光束的偏移回饋一輸出訊號。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該至少一個光 束由至少一個光源合成。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由飛點法投射該至少一個光束。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由一鏡子或一微縮鏡使該至少一光束偏移。
  10. 一種用以投射至少一個光束之裝置，該裝置包含：至少一個處理器單元；一固接之電路組成；及一可程式邏輯電路，其設置係可執行一用以投射該至少一個光束之方法，該方法包含：提供該至少一個光束；以及藉由一處理單元，進行該至少一個光束強度之時間調制；藉由一偏向投射裝置使該至少一個光束偏移；其中藉由一鏡子單元取得與/或測量該偏移；以及設定對於該處理單元之一驅動器，藉以根據該至少一個光束之一偏移操控該至少一個光束。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其中求取該至少一個光束的偏移之該單元藉由一調控器，使該至少一個光束的偏移維持大致不變。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，其組件至少部分為離散元件與/或至少部分為整合式元件。
  13. 如申請專利範圍第10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，進行該處理單元及另一處理單元之數據交換。
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