專利名稱：用于減小因電干擾而導致的圖像失真的設備與方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及一種減小因電干擾而導致的圖像失真的設備與 方法，特別是在維持低功耗、高分辨率、小型緊湊的尺寸、安靜操作 以及最小振動的同時投影彩色二維圖像的彩色圖像投影系統(tǒng)中使用 的設備與方法。
背景技術：
基于一對掃描鏡把二維圖像投影在屏幕上是人們所熟知的，其 中，由相應的驅動器沿相互正交的方向振蕩這對掃描鏡，以在光柵圖
樣(raster pattern )上掃描激光束。然而，已知的圖像投影設備僅能 以有限的分辨率投影圖像，所述分辨率通常不足640x480個像素的視 頻圖形陣列(VGA)質量的四分之一，消耗了相當大量的電能，相當 重，而且占據了相當大的體積，從而使它們不能實際用于小型、手持、 電池操作的應用中。而且，圖像也受到了電干擾。
例如，掃描鏡之一的驅動器包括可隨該鏡一起移動的永久磁鐵。 把所述磁鐵和鏡安裝在準許圍繞軸振蕩的彎曲部分上。由具有驅動頻 率的周期性驅動信號激勵一個電磁線圈，并且生成電磁場，該電磁場 與磁鐵的永久場相互作用，以使彎曲部分彎曲，而且使磁鐵，并依次 使掃描鏡，沿一個方向圍繞所述軸按固定的驅動速度移動。掃描鏡可 按諧振頻率、沿相反方向圍繞所述軸按大于驅動速度的返回速度自我 返回。
盡管總體上滿足了其預期的目的，然而，就投影非失真圖像而言， 以上所描述的電磁驅動器是不理想的。例如，用于激勵驅動器的驅動 信號的驅動頻率與/或AC電源線頻率與/或驅動頻率和線頻率的諧 波，可能電干擾諧振頻率以及互相電干擾，從而破壞了固定的驅動速 度，并且導致圖像失真。發(fā)明目的
因此，本發(fā)明的總的目的是，提供一種減小圖像失真的裝置與方
法，特別是在遠離系統(tǒng)延伸的距離范圍內投影銳彩(sharp and clear) 的二維彩色圖像的圖像投影系統(tǒng)中使用的裝置與方法。
本發(fā)明的另 一個目的是，減小在這樣的系統(tǒng)中使用的驅動器的驅 動頻率和諧振頻率之間的電干擾。
本發(fā)明的另 一個目的是，減少在這樣的系統(tǒng)中使用的驅動器的電 源線頻率和諧振頻率之間的電干擾。
另一個目的是，提供一種在具有不同形狀系數(shù)的多種儀器中，特 別是在手持儀器中使用的小型、緊湊、重量輕、高能效以及便攜式彩 色圖像投影裝置。
為了保持與這些目的以及以下將變得更加明顯的其它目的一致， 簡而言之，本發(fā)明的一個特征在于一種通過最小化電干擾來減小投影 圖像中的圖像失真的裝置與方法，如以下所詳細描述的那樣。光源， 例如單色激光器，用于生成用于創(chuàng)建單色圖像的激光束。對于彩色圖 像而言，光源包括被設置為合成光束的不同波長(紅、藍以及綠)的 多個激光器。
驅動組件用于圍繞相互正交的軸振蕩一對掃描鏡，以在投影表面 上，例如在屏幕上，形成掃描行的光柵圖樣，每一個掃描行具有多個 像素。該驅動組件包括可按驅動頻率操作的、用于按基本上固定的驅 動速度、圍繞所述軸之一、沿一個圓周方向移動掃描鏡(有時將掃描 鏡稱為Y-鏡)之一的驅動器，此處，有時也將驅動器稱為Y-驅動器。 Y-鏡可按諧振頻率、沿相反的方向圍繞所述一個軸、按大于驅動速度 的返回速度自我返回。
控制器，優(yōu)選的是編程的微處理器，用于使掃描行中的所選像素 由激光束照亮，并且使其可見，以在投影表面上形成圖像。圖像為二 維的，并且Y-驅動器負責按驅動頻率，即按光柵圖樣的上部掃描行和 較低掃描行之間的視頻幀速率，"畫"圖像。更具體地，如以上所描述 的，Y-驅動器從上部掃描行至較低掃描行按基本上固定的驅動速度驅動Y-鏡，于是，Y-鏡按較快的返回速度從較低掃描行至上部掃描行自 我返回，有時將這一返回速度稱為回掃速度。
如果驅動頻率(通常，60Hz或者85Hz的視頻幀速率是普遍的， 但普遍使用的其它幀速率為56Hz、 72Hz以及75Hz)的諧波與/或如 果用于激勵Y-驅動器的AC電源線頻率(通常，為50Hz或者60Hz) 的諧波與Y-鏡的諧振頻率緊密匹配，則可能存在著這樣的電干擾正 弦瞬變疊加在Y-鏡的基本上固定的驅動速度上，從而導致不希望的圖 像失真。根據本發(fā)明，把Y-鏡的諧振頻率調整為與驅動頻率和線頻率 非調和地相關。對諧振頻率進行選擇，以使其不為驅動頻率和線頻率 的整數(shù)倍。諧振頻率應該盡可能地高以確?？焖俚姆祷兀皇潜M可 能地低以確保最小能耗。
在優(yōu)選實施例中，Y-驅動器為具有安裝在支架上的繃緊的彎曲部 分的電磁驅動器。該彎曲部分具有一對沿一個軸延伸的扭轉部分。通 過磁場的相互作用彎曲該彎曲部分。把永久磁鐵安裝在彎曲部分上， 并且把電磁線圏安裝在支架上。響應于施加于線圏的周期驅動信號， 產生與磁鐵的永久磁場相互作用的周期性電磁場。
優(yōu)選地，把磁鐵和掃描鏡安裝在扭轉部分中間的彎曲部分的支撐 部分上。彎曲部分具有沿所述軸間隔開的末端部分。把末端部分之一 錨固于支架。末端部分的另一個提供了用于把彎曲部分拉緊至繃緊狀 態(tài)的機制。優(yōu)選地，在另一個末端部分中形成彈性薄片。這一薄片彈 性地壓在支架上，并且把末端部分軸向地互相推開至繃緊狀態(tài)。
在操作中，通過以上所描述的磁場相互作用振蕩磁鐵。這使彎曲 部分的支撐部分和掃描鏡沿一個圓周方向移動，從而沿一個圓周方向 扭曲扭轉部分。然后，釋放存儲在扭曲的扭轉部分中的能量，從而沿
相反的圓周方向解開扭轉部分的扭曲。在這些扭曲移動期間，薄片不 斷地拉緊彎曲部分，從而確保了不出現(xiàn)不規(guī)則的、非預期的彎曲部分 的移動?？梢允褂脺p振器減弱不希望的振動。
在優(yōu)選實施例中，通過控制每一扭轉部分的橫向維度，把諧振頻 率調整為與驅動頻率和線頻率非調和地相關聯(lián)。例如，選擇橫向維度的厚度以使得Y-鏡的諧振頻率不為驅動頻率或線頻率的整數(shù)倍。優(yōu)選 地通過化學蝕刻，控制橫向維度的厚度，以實現(xiàn)高精確度。也可以通 過調整Y-鏡的質量、永久磁鐵的質量、或者用于彎曲部分的材料，控 制諧振頻率。然而，優(yōu)選的是令Y-鏡和磁鐵的質量以及彎曲部分的材 料保持不變，并且僅控制扭轉部分的厚度。


圖1為從其將圖像投影在工作距離處的手持儀器的透視圖2為安裝在圖1的儀器中的圖像投影系統(tǒng)的放大的俯視透視
圖3為圖2的系統(tǒng)的俯平面視圖4為圖2的系統(tǒng)中所使用的慣性驅動器的前透視圖5為圖4的慣性驅動器的后透視圖6為圖2的系統(tǒng)的實際實現(xiàn)的透視圖7為描述了圖2的系統(tǒng)的操作的電示意性框圖8為根據本發(fā)明的、圖6的系統(tǒng)中所使用的緊湊驅動器的分解
圖9為圖8的驅動器的裝配圖10為沿圖9的線10-10所取的放大的截面圖11為描述了在無電千擾的情況下圖8的驅動器的速度對時間 曲線圖12為類似于圖11的曲線圖，但其中示出了電千擾的影響； 圖13為用于驅動圖8的驅動器的驅動器電路；以及 圖14為用于驅動圖8的驅動器的另一個驅動器電路。
具體實施例方式
圖1中的附圖標記10通常標識了手持儀器，例如，個人數(shù)字助 手，在該手持儀器中安裝了如圖2中所示的重量輕、緊湊的圖像投影 裝置20,并且該圖像投影裝置20用于在距該儀器的可變距離處投影 二維彩色圖像。例如，圖像18位于相對于儀器IO的工作距離范圍內。
如圖1中所示，圖像18在沿圖像的水平方向延伸的光水平掃描角A上并且在沿圖像的垂直方向延伸的光垂直掃描角B上延伸。如以 下所描述的，圖像包括裝置20中的掃描儀所掃過的掃描行的光柵圖 樣上的被照亮的和未被照亮的像素。
儀器10的平行六面體形狀僅代表其中可以實現(xiàn)裝置20的外殼的 一個形狀系數(shù)?？梢园阉鰞x器的形狀設計為筆、蜂窩電話、蛤殼或 者手表的形狀，例如，如作為即時申請轉讓給同一受讓人的、2002年 3月4日提交的、序列號為10/090， 653的美國專利申請中所示的那 些，所述美國專利申請通過引用合并于此。
在優(yōu)選實施例中，裝置20的體積不足30立方厘米。這一緊湊、 小型尺寸允許把裝置20安裝在許多不同形狀、大或小、便攜或固定 的外殼中，所述外殼包括某些具有板載顯示器12、鍵盤14以及通過 其投影圖像的窗口 16的外殼。
參照圖2和3，裝置20包括半導體激光器22，當激勵半導體激 光器22時，其發(fā)射大約635-655納米的明亮的紅色激光束。透鏡24 為雙面非球面凸透鏡，其具有正的焦距，可用于收集紅光束中的基本 上所有能量，并且可用于產生有限衍射的光束。透鏡26為凹透鏡， 其具有負的焦距?？梢酝ㄟ^儀器10內部的支架(為了清楚起見，未 在圖2中圖示)上未圖示的分開的相應透鏡固定器固定透鏡24、 26。 透鏡24、 26在工作距離上使紅光束剖面(beam profile )成形。
把另一個半導體激光器28安裝在支架上，并且半導體激光器28 在被激勵時，發(fā)射大約475-505納米的有限衍射的藍色激光束。使用 另一個雙面非球面凸透鏡30和凹透鏡32按類似于透鏡24、 26的方 式，使藍光束剖面成形。
不是通過半導體激光器，而是通過綠模塊34生成具有約530納 米的波長的綠色激光束，其中，綠模塊34具有其輸出光束為1060納 米的紅外二級管泵浦YAG晶體激光器。把非線性頻率雙晶體包括在 兩個激光鏡之間的紅外激光腔中。由于該腔內部的紅外激光功率遠大 于耦合在該腔外部的功率，所以在生成該腔內部的倍頻綠光的過程 中，倍頻器更為有效。激光器的輸出鏡反射1060nm的紅外輻射，并且透射加倍的530nm的綠激光束。由于固態(tài)激光器以及倍頻器的正確 操作要求精確的溫度控制，所以使用依賴于Peltier效應的諸如熱電冷 卻器的半導體器件控制綠色激光模塊的溫度。熱電冷卻器既可以加 熱，也可以冷卻器件，這取決于所施加的電流的極性。熱敏電阻為綠 色激光模塊的一部分，以便監(jiān)視其溫度。把來自熱敏電阻的讀出饋送 于控制器，控制器相應地調整給熱電冷卻器的控制電流。如以下所解釋的，使激光器在操作中按大約100MHz的頻率脈 動?？梢允辜t與藍半導體激光器22、 28按這樣的高頻率脈動，但當 前可用的綠固態(tài)激光器不能這樣做。因此，可以通過聲光調制器 (AOM) 36使離開綠模塊34的綠激光束脈動，AOM36在用于衍射 綠光束的晶體內部創(chuàng)建聲駐波。然而，AOM36產生了零階、非衍射 光束38和一階、脈動的、衍射光束40。光束38、 40互相偏離，并且 為了分開它們以消除不希望的零階光束38，把光束38、 40沿具有折 疊式反射鏡42的長且折疊的路徑加以路由。作為選擇，AOM既可以 在外部，也可以在內部用于綠激光模塊，以使綠激光束脈動。對綠激 光束進行調制的其它可能方式包括電吸收調制、或者Mach-Zender 干涉儀。圖2中示意性地示出了 AOM。通過正與負透鏡44、 36路由光束38、 40。然而，僅允許衍射的 綠光束40撞擊折疊式反射鏡48以及從折疊式反射鏡48反射。由吸 收器50吸收非衍射的光束38,優(yōu)選地，將吸收器50安裝在鏡48上。所述裝置包括一對分色濾光器52、 54，把分色濾光器52、 54設 置成使綠、藍以及紅光束在到達掃描組件60之前，盡可能地共線。 濾光器52允許綠光束40通過，但通過干涉效應反射來自藍激光器28 的藍光束56。濾光器54允許綠和藍光束40、 56通過，但通過干涉效 應反射來自紅激光器22的紅光束58。把幾乎共線的光束40、 56、 58引導到固定的反沖鏡62，并且從 固定的反沖鏡62反射。掃描組件60包括第一掃描鏡64，其可由慣性 驅動器66 (在圖4-5中獨立圖示)按第一掃描速率振蕩，以在第一水 平掃描角A上掃描從反沖鏡62反射的激光束；以及第二掃描鏡68，其可由電磁驅動器70按第二掃描速率振蕩，以在第二垂直掃描角B 上掃描從第一掃描鏡64反射的激光束。在變型結構中，可以用單個 兩軸鏡取代掃描鏡64、 68。慣性驅動器66為一種高速、低電功耗部件。在作為即時申請轉 讓給同一受讓人的、2003年3月13日提交的、序列號為10/387， 878的美國專利申請中，可以找到慣性驅動器的詳細描述，并且所述 美國專利申請通過引用而被合并于此。慣性驅動器的使用把掃描組件 60的功耗降低至不足1瓦特，在投影彩色圖像的情況下，如下所述， 降低到不足IO瓦特。驅動器66包括可移動框架74，用于通過樞紐支撐掃描鏡64，所 述樞紐包括一對沿樞紐軸延伸的，并連接在掃描鏡64的相對區(qū)域和 框架的相對區(qū)域之間的共線樞紐部分76、 78。框架74不需要包圍掃 描鏡64，如圖中所示。框架、樞紐部分以及掃描鏡由一片、總體上為平面的、大約150n 厚的硅基片制造。對該硅片進行蝕刻，以形成具有上部的平行槽部分、 較低的平行槽部分以及U形中心槽部分的11形槽。優(yōu)選地，掃描鏡 64為卵形，并且在槽部分中自由移動。在優(yōu)選實施例中，卵形掃描鏡 沿軸的維度為749nxl600n。每一個樞紐部分寬27n,長1130卜沖匡架 為矩形，寬為3H)(ni，長為糊(，i"把慣性驅動器安裝在總體上為平面的印刷電路板80上，并且可 用于直接移動框架，和通過慣性圍繞樞紐軸間接振蕩掃描鏡64。慣性 驅動器的一個實施例包括垂直于板80延伸的一對壓電換能器82、 84， 并且該壓電換能器82、 84與處于樞紐部分76每一側的框架74的間 隔開的各部分接觸?？梢允褂媚z確保每一換能器的 一端和每一框架部 分之間的永久性接觸。每一換能器的相對端從板80的后部突出，并 且通過導線86、 88電連接于周期性交變的電壓源(未顯示)。在使用中，周期信號向每一換能器施加周期性驅動電壓，并且使 相應的換能器的長度交替地延伸與收縮。當換能器82延伸時，換能 器84收縮，反之亦然，從而可同時推與拉間隔開的框架部分，并且使框架圍繞樞紐軸扭曲。驅動電壓具有相應于掃描鏡的諧振頻率的頻 率。從掃描鏡的初始靜止位置移動掃描鏡，直至其也按諧振頻率圍繞樞紐軸振蕩。在優(yōu)選實施例中，框架和掃描鏡大約為150n厚，而且 掃描鏡具有高Q因子。每一個換能器大約ln的移動，可以導致掃描 鏡按大于20KHz的掃描速率振蕩。另一對壓電換能器90、 92垂直于板80延伸，并且與處于樞紐部 分78每一側的框架74的間隔開的各部分永久性接觸。換能器90、 92 用作反饋設備，以監(jiān)視框架的振蕩移動以及生成電反饋信號，并且沿 導線94、 96將它們引導到反饋控制電路(未顯示)。作為選擇，取代用于反饋的壓電換能器90、 92，也可以使用磁 反饋，其中，把磁鐵安裝在高速鏡的背部，并且使用外部線圏獲取由 振蕩的磁鐵所生成的變化的磁場。盡管光可以從掃描鏡的外表面反射，但最好用金、銀、鋁制造的 鏡面涂料，或者專門設計的高反射介電涂料，涂敷鏡64的表面。電磁驅動器70 (如圖8中的分解圖中和圖9中的裝配圖中示出 的)包括永久磁鐵71，共同安裝在彎曲部分200上并在第二掃描鏡 68之后；以及電磁線圏72，用于響應于對周期性驅動信號的接收生 成周期性磁場。線圏72與磁鐵71相鄰，因此周期性場磁性地與磁鐵 的永久場相互作用，并且使磁鐵，從而依次使第二掃描鏡68振蕩， 如以下所詳細描述的那樣。優(yōu)選地，慣性驅動器66按大于5KHz，更具體地，按大約18KHz 或18KHz以上的掃描速率、高速振蕩掃描鏡64。這一高掃描速率處 于非可聽頻率，從而最小化了噪音和振動。電磁驅動器70按快得足 以允許圖像保持在人眼視網膜上、而不過度閃爍的較慢的掃描速率振 蕩掃描鏡68。較快的鏡64掃描水平掃描行，而較慢的鏡68垂直地掃描水平掃 描行，從而創(chuàng)建了光柵圖樣，其為構成圖像的大致平行的掃描行的網 格或者序列。每一個掃描行具有多個像素。優(yōu)選地，圖像分辨率為 1024x768個像素的XGA質量。在有限的工作范圍上，我們可以顯示表示為720p，即1270x720個像素，的高清晰度電視標準。在某些應 用中，320x480個像素的VGA質量的一半，或者320x240個像素的 VGA質量的四分之一是足夠的。就最小值而言，160x160個像素的分 辨率是所希望的。可以顛倒鏡64、 68的角色，以使鏡68較快，而使鏡64較慢。 也可以把鏡64設計為能夠掃描垂直掃描行，在這一情況下，鏡68將 掃描水平掃描行。另外，也可以把慣性驅動器用于驅動鏡68。實際上， 可以由電動機械的、電的、機械的、靜電的、磁的、或者電磁的驅動 器驅動每一個鏡。在顯示圖像期間，慢鏡工作在如以下結合圖ll所描述的恒速掃 描模式下。在鏡的返回期間，按其自然或諧振頻率把鏡掃描回至初始 位置，所述自然或諧振頻率明顯較高。在鏡的返回行程期間，可以降 低激光器的能量，以減少設備的能耗。圖6是按與圖2相同的透視法描繪的裝置20的實際實現(xiàn)。把以 上所提到的部件安裝在支架上，該支架包括頂蓋100和支撐板102。 固定器104、 106、 108、 110、 112分別把折疊式反射鏡42、 48、濾光 器52、 54以及反沖鏡62保持在互相對齊的狀態(tài)下。每一個固定器具 有多個定位槽，其用于容納穩(wěn)定地安裝在支架上的定位柱。因此，把 鏡與濾光器正確地加以定位。如圖中所示，存在著3個柱，從而準許 兩個角度調整和一個橫向調整。可以把每一個固定器粘在其最終位置 上。通過有選擇地照亮一或多個掃描行中的像素構造圖像。如以下參 照圖7更詳細地加以描述的，控制器114使光柵圖樣中所選擇的像素 被3個激光束照亮，并使其可見的。例如，紅、藍以及綠功率控制器 116、 118、 120分別把電流導向紅、藍以及綠激光器22、 28、 34，以 激勵后者在每一所選擇的像素處發(fā)射相應的光束，并且不把電流導向 紅、藍以及綠激光器，以去除對后者的激勵，從而不照亮其它未選擇 的像素。照亮和非照亮的像素的所得到的圖樣包含如下圖像，其是人 或機器可讀信息或圖形的任何顯示。參照圖l，圖l在放大的視圖中示出了光柵圖樣。從端點開始， 慣性驅動器沿水平方向，按水平掃描速率掃描激光束至相對的端點，以形成掃描行。于是，電磁驅動器70沿垂直方向，按垂直掃描速率 掃描激光束至另一個端點，以形成第二掃描行。按同樣的方式，繼續(xù) 形成相繼的掃描行。在微處理器114，或者在控制電路的控制下，通過功率控制器 116、 118、 120的操作，按所選擇的次數(shù)，接通或者關閉對激光器的 激勵或者脈沖，在光柵圖樣中創(chuàng)建圖像。激光器產生可見光，并且僅 當希望看到所希望的圖像中的像素時，才接通激光器。由光束的一或 多個顏色確定每一個像素的顏色?？梢酝ㄟ^紅、藍以及綠激光器的有 選擇的疊加，形成可見光鐠中的任何顏色。光柵圖樣為由每一行上的 多個像素和多個行形成的網格。圖像為所選擇的像素的位圖。可以把 每一個字母或者數(shù)字、任何圖形設計或者標志、甚至機器可讀的條形碼符號，作為位像加以形成。如圖7中所示，在微處理器114的控制下，把具有垂直與水平同 步數(shù)據以及像素和時鐘數(shù)據的流入視頻信號發(fā)送至紅、藍以及綠緩沖 器122、 124、 126。 一個完整的VGA幀的存儲要求數(shù)千字節(jié)，而且 希望緩沖器中具有針對兩個完整幀的足夠存儲空間，以能夠寫一個 幀，同時處理和投影另一個幀。在速度分布器130的控制下，把所緩 沖的數(shù)據發(fā)送至格式器128，并且發(fā)送至紅、藍以及綠查找表(LUT) 132、 134、 136，以校正掃描所造成的固有的內部失真，以及由投影 圖像的顯示角度而導致的幾何失真。通過數(shù)字到模擬轉換器(DAC) 138、 140、 142把所得到的紅、藍以及綠數(shù)字信號轉換成紅、藍以及 綠模擬信號。把紅與藍模擬信號饋送于紅與藍激光器驅動器(LD )144、 146，其也被連接于紅與藍功率控制器116、 118。把綠模擬信號饋送 于AOM射頻(RF )驅動器150，并且依次饋送于也連接于綠LD 148 和綠功率控制器120的綠激光器34。圖7中還描述了反饋控制，包括連接于紅、藍以及綠模擬到數(shù)字 (A/D)轉換器158、 160、 162，并且依次連接于微處理器114的紅、藍以及綠光敏二極管放大器152、 154、 156。由連接于A/D轉換器 166，并依次連接于微處理器的熱敏電阻放大器164監(jiān)視熱量。由驅動器168、 170驅動掃描鏡64、 68，驅動器168、 170饋送 來自依次連接于微處理器的DAC172、 174的模擬驅動信號。反饋放 大器176、 178檢測掃描鏡64、 68的位置，并且將它們連接于反饋 A/D180、 182，并且依次連接于微處理器。優(yōu)選地，通過使綠激光始終保持接通，以及把紅與藍激光器的電 流保持為剛好在發(fā)射激光的閾值之下，功率管理電路184最小化功率， 同時允許快接通時間。如果掃描鏡64、 68之一被檢測為脫離位置，則激光器安全關閉 電路186用于關閉激光器?，F(xiàn)在，轉向圖8 - 9的電磁驅動器70，以上所描述的彎曲部分200 包括平面支撐部分202、 一對平面共線扭轉部分204、 206、以及一對 平面末端部分208、 210。彎曲部分為單片細長的彈性材料，優(yōu)選的為 具有大約0.027mm厚度的淬火不銹鋼。扭轉部分的寬度為大約 0.122mm，盡管可以機器制造具有這種維度的彎曲部分，但優(yōu)選的是 化學蝕刻彎曲部分，以實現(xiàn)這一目的?？刂婆まD部分的橫向維度，以 調整掃描鏡68的諧振頻率，如以下所描述的。扭轉部分為薄的、長 的、用作扭轉桿的類似導線的絞合線(slrand),如以下所描述的。驅動器70包括模壓的塑料支架，該模壓的塑料支架具有上盤212 和下盤214，把線圏72夾在它們之間。上盤具有細長的凹入艙216， 凹入搶216具有頂部開口、 一對安裝在淺的總體上為矩形的凹槽222 中的直立的、圓柱形定位銷218、 220，以及安裝在另一個淺凹槽226 中的直立突出部分224。把彎曲部分200安裝在上盤212上，并且縱向跨越艙216的頂部 開口。把磁鐵71安裝在支撐部分202的底側上，并且至少部分地位 于搶216中，從而把磁鐵71比此前更靠近線圏地加以定位，并且縮 短了驅動所需的整個垂直高度。末端區(qū)域208為E字形，并且具有一對用于貼切地容納栓220、218的開口 228， 230。引入孔232、 234準許引入液體膠，以把末端 區(qū)域208牢固地錨定在淺凹槽222中。按矩形形成末端區(qū)域210，其內部形成有兩個縱向切口 236、 238 以及橫向切口 240，從而框起并創(chuàng)建了矩形薄片242。薄片242位于 與末端區(qū)域210相同的平面中。然而，為了清楚地加以說明，在圖8 中，在其彎曲的、壓緊或變折的狀態(tài)下，示出了薄片242，如以下所 描述的，以便更好地顯示其在緊繃狀態(tài)下位于末端區(qū)域210的平面之 上的自由緣244。把薄片242以樞紐形式安裝于平行于自由緣244的 其樞紐緣246上的末端區(qū)域210。當把末端區(qū)域210安裝在上盤212上時，以上所提到的突出部分 224的頂表面250嚙合與自由緣244相鄰的薄片242的下側，并且推 薄片，以呈現(xiàn)所示的彎曲形狀。當彎曲薄片時，其在末端區(qū)域210中 騰出矩形開口 248。突出部分224也具有彎曲表面252，彎曲表面252 總體上呈與彎的薄片242的彎曲互補的輪廓。實際上，把彎曲表面252 設計為能夠確保在裝配期間不把彎的薄片242彎過其屈服點，甚至是 在借助諸如鉗子的工具手工地安裝彎曲部分的情況下。換句話說，不 希望使薄片永久性的彎曲，因為這樣的永久性變形可能使薄片失去向 彎曲部分提供必須的拉緊的能力，如以下所描述的。另外，在彎曲表 面252和彎的薄片242之間的有限的間隙確保了在墜落的情況下，即， 在偶然撞擊地面或者其它硬表面時所述裝置經歷了突然的沖擊和減 速力的情況下，不會使薄片永久性地彎曲。一旦把末端區(qū)域210平放在上盤212上，如圖9的裝配圖中所示， 在形成于突出部分250的直立垂直表面256和彎曲表面252之間的角 254中，通過扣式( snap - type )動作，接收自由緣244。 突出部分 224與彈性薄片242協(xié)同運作，以沿彎曲部分的長度方向拉緊，即把 末端區(qū)域210從末端區(qū)域208推開。在現(xiàn)有技術中，不是由附加的離 散部件，而是由與彎曲部分成一體的薄片實現(xiàn)這一拉緊。薄片的壓緊 或者變折，創(chuàng)建了對拉緊彎曲部分的扭轉部分的反作用力。拉緊的彎曲部分用作為安裝在其上的掃描鏡68的復位彈簧。在間，傳播與磁鐵71的永久場相互 作用的周期性電磁場，從而導致磁鐵朝扭轉部分204、 206沿其延伸 的軸、沿一個圓周方向移動。磁鐵移動支撐部分202和掃描鏡68，并 且相對于固定末端部分208、 210圍繞軸沿一個圓周方向把扭轉部分 204、 206扭曲于端點限制的掃描位置。因此，釋放了存儲在扭曲的扭 轉部分中的能量，從而移動了支撐部分202和掃描鏡68，并且相對于 固定末端部分208、 210圍繞軸沿相反的圓周方向解開對扭轉部分的 扭曲?？梢酝ㄟ^，也可以不通過相互作用磁場幫助這一能量釋放。在 任何情況下，都可以按諧振頻率繼續(xù)支撐部分202和掃描鏡的移動， 此時，沿相反的圓周方向，把扭轉部分204、 206扭曲至另一個端點 限制的掃描位置。重復這一周期，從而振蕩了掃描鏡68，并且掃描了 入射在端點限制的掃描位置之間的掃描鏡68上的任何光束。由于確 保了對彎曲部分的拉緊，所以鏡的掃描移動是可重復的、可靠的、并 且不受導致金屬彎曲部分的膨脹與收縮的環(huán)境溫度變化的影響。把一對減振器258、 260粘在末端區(qū)域210和上盤212上。減振 器用作黏彈性減振器，黏彈性減振器被設計來衰減某一頻率范圍內的 任何振動。這些減振器還用作針對末端區(qū)域210的一個附加的機械錨 定，以防止在墜落期間彎曲部分脫離突出部分224。如先前所提到的，在優(yōu)選實施例中，在創(chuàng)建光柵圖樣的過程中， 把本發(fā)明的緊湊驅動器用作垂直或Y-驅動器。這意味著入射在掃描鏡 上的光束為其長度沿光柵圖樣的水平或X-方向延伸的掃描行。為了容 納該掃描行的整個長度，如圖8-9中所示，掃描鏡68的長度長，高 度短。然而，長的掃描鏡增加了驅動器的整個長度，因此減小了總長 度，從而實現(xiàn)了緊湊的結構，把掃描鏡設計為至少部分地與扭轉部分 204、 206重疊。為此，如圖10中所示，掃描鏡68的后部具有縱向凹 槽262，以使扭轉部分204、 206在其重疊區(qū)域中不與掃描鏡相接觸。從圖IO中可以看出，掃描鏡68具有T字形橫斷面，并且優(yōu)選 地為其上涂有反射鏡涂層的)擠壓成形的塑料片或者拉伸的玻璃片。 可以制作長的擠壓件，然后拋光、涂涂層、然后切開，以在驅動器中使用。如圖11中以圖形形式所描述的，在一部分驅動周期中由電磁驅動器70按驅動模式、以基本上不變的驅動速度，驅動掃描鏡68，在 該時間期間顯示圖像的一個幀。例如，這代表了光柵圖樣中掃描行從 其最高位置至其最低位置的移動，反之亦然。圖11還描述了其中在 驅動周期的剩余部分期間掃描鏡返回的鏡返回模式。這代表了光柵圖 樣中掃描行從其最低位置至其最高位置的返回移動，反之亦然。按掃描鏡68的諧振頻率執(zhí)行返回，以保存電能，如圖中所示，并且在驅 動模式期間，所述諧振頻率快于驅動器70的驅動頻率。如先前以數(shù)值示例所提到的那樣，典型的驅動頻率，即幀速率， 為60Hz或者85Hz，但也經常使用其它的驅動頻率，例如56Hz、 72Hz 以及75Hz。用于激勵電磁線圏70的AC線頻率通常為50Hz或者 60Hz。如果驅動頻率或者線頻率的諧波與掃描鏡68的諧振頻率緊密 匹配，則存在電干擾，并且正弦瞬變，例如圖12中所描述的，疊加 在速度對時間曲線的恒速部分上。非失真圖像要求在驅動模式期間基 本上不變的速度。然而，瞬變會導致速度的變化，從而以失控的、無 法預計的方式使圖像失真。根據本發(fā)明，對諧振頻率進行調整，以根據驅動和線頻率的諧波， 盡可能地對其進行某些折衷。諧振頻率應該盡可能地高，以確保掃描 鏡68的快速返回，但使其盡可能地低，以最小化驅動器70的電功耗。 在所述優(yōu)選實施例中，應對諧振頻率進行選擇，以使其處于270 -280Hz的范圍內。通過改變諸如鏡68的質量與/或磁鐵71的質量與/或彎曲部分 200的材料等因素，對掃描鏡68的諧振頻率進行調整。然而，優(yōu)選的 是維持這樣的因素不變，而改變扭轉部分204、 206的厚度與/或寬 度。如生前所提到的，扭轉部分的標定厚度為大約0.027mm，它們的 寬度為大約0.122mm?；瘜W蝕刻實現(xiàn)這些橫向維度是優(yōu)選的，以獲取 所希望的、將為驅動和線頻率的非整數(shù)倍的諧振頻率。圖13描述了驅動電路的實施例，該驅動電路用于按基本上不變的速度、沿一個圓周方向驅動掃描鏡68，從而準許按其諧振頻率、沿 相反的圓周方向的快速向回返回移動。反饋單元300從反饋信號中提 取速度與位置信息，并且生成用于向誤差放大器304輸入的速度信號 和向比較器306輸入的位置信號。通常，反饋單元300包括靠近磁鐵 71加以安裝的反饋線團，用于生成追蹤驅動線圏72所生成的驅動信 號的反饋信號。鏡控制器302設置所希望的速度，并且向誤差放大器304輸出用 于與鏡速度信號進行比較的參照速度信號。把掃描放大器304的輸出 饋送于鏡驅動器308，鏡驅動器308生成給驅動線圏72的輸出驅動電 流，用于連續(xù)地調整掃描鏡的速度，以與控制器302所設置的參照速 度相匹配?？刂破?02還設置端點限制位置，并且向比較器306輸出用于與 鏡位置信號進行比較的端點位置信號。把比較器306的輸出饋送于鏡 驅動器308。當鏡位置信號與端點位置信號相匹配時，把鏡驅動器308 轉換成高阻抗狀態(tài)，從而防止了輸出驅動電流向驅動線圏72的流動。 于是，根據存儲在扭曲的扭轉部分中的能量把掃描鏡68設置成按其 諧振頻率自由地返回。當掃描鏡到達其相對的端點限制位置時，比較 器306將驅動器308轉換接通，并且開始新的驅動周期。圖14的實施例類似于圖13的實施例，不同之處在于鏡驅動器 308在鏡控制器302的完全控制下。在這一實施例中，取代連續(xù)地調 整驅動器308，控制器302重復預先規(guī)定的周期，同時對相繼的周期 進行小增量的改變。作為選擇，也可以令控制器302與來自主機控制 器的垂直同步脈沖同步。所附權利要求中闡述了新的與希望受專利特許證保護的權利要求。
權利要求
1.一種用于減小投影圖像中的圖像失真的裝置，包括a)光源，用于生成光束；b)一對可振蕩的掃描鏡；c)驅動組件，用于圍繞互相正交的軸振蕩掃描鏡，以在投影表面上形成掃描行的光柵圖樣，每個掃描行具有多個像素，該驅動組件包括可按驅動頻率操作的驅動器，所述驅動器用于按基本上固定的驅動速度、圍繞所述軸中的一個軸、沿一個圓周方向移動所述掃描鏡中的一個掃描鏡，所述一個掃描鏡可按諧振頻率、按大于所述驅動速度的返回速度、圍繞所述一個軸、沿相反的圓周方向返回；d)控制器，用于使掃描行中的所選像素被激光束照亮并使其可見，以在投影表面形成圖像；以及e)把諧振頻率調整為與驅動頻率非調和地相關，以減小諧振頻率和驅動頻率之間的電干擾，并且防止圖像失真。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述光源為用于發(fā)射作 為光束的激光束的激光器。
3. 根據權利要求1所述的裝置，其中，所述驅動器包括其上安 裝了所述一個掃描鏡的彎曲部分；以及用于圍繞所述一個軸、沿所述 圓周方向中的至少一個彎曲該彎曲部分以使所述一個掃描鏡圍繞該 一個軸移動的裝置。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其中，所述彎曲部分具有沿所 述一個軸延伸的縱向扭轉部分，每一個扭轉部分具有橫向維度；以及 其中，所述諧振頻率取決于所述橫向維度。
5. 根據權利要求1所述的裝置，其中，根據電源線頻率激勵驅 動器，而且其中，調整裝置也用于把諧振頻率調整為與電源線頻率非 調和地相關。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其中，電源線頻率為50Hz和 60Hz之一，并且其中，驅動頻率為60Hz和85Hz之一，并且其中，諧振頻率不為電源線頻率和驅動頻率的整數(shù)倍。
7. —種用于減小投影圖像中的圖像失真的方法，包括下列步驟a) 生成光束；b) 圍繞互相正交的軸振蕩一對掃描鏡，以在投影表面上形成掃 描行的光柵圖樣，每個掃描行具有多個像素，由可按驅動頻率操作的 驅動器執(zhí)行所述振蕩步驟，所述驅動器用以按基本上固定的驅動速 度、圍繞所述軸中的一個軸、沿一個圓周方向移動所述掃描鏡中的一 個掃描鏡，所述一個掃描鏡可按諧振頻率、按大于驅動速度的返回速 度、圍繞所述一個軸、沿相反的圓周方向返回；c) 使所述掃描行中的所選像素被激光束照亮并使其可見，以在 投影表面形成圖像；以及e)把所述諧振頻率調整為與所述驅動頻率非調和地相關，以減 小諧振頻率和驅動頻率之間的電干擾，并且防止圖像失真。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，由激光器生成所述光束。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中，所述驅動器包括其上安 裝了所述一個掃描鏡的彎曲部分；以及用于圍繞所述一個軸、沿所述 圓周方向中的至少一個彎曲該彎曲部分，以使所述一個掃描鏡圍繞該 一個軸移動的步驟。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，所述彎曲部分具有沿所 述一個軸延伸的縱向扭轉部分，每一個扭轉部分具有橫向維度；以及 其中，所述諧振頻率取決于所述橫向維度。
11. 根據權利要求7所述的方法，以及根據電源線頻率激勵所述 驅動器的步驟，而且其中，所述調整步驟也用于把所述諧振頻率調整 為與所述電源線頻率非調和地相關。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中，所述電源線頻率為50Hz 和60Hz之一，而且其中，所述驅動頻率為60Hz和85Hz之一，以及 其中，所述諧振頻率不是所述電源線頻率和所述驅動頻率的整數(shù)倍。
13. 根據權利要求10所述的方法，其中，通過把所述橫向維度 蝕刻為預先確定的值，執(zhí)行所述調整步驟。
全文摘要
通過把諧振頻率選擇為與驅動頻率和線頻率非調和地相關，減小了驅動器中諧振頻率、驅動頻率和線頻率之間的電干擾。所述驅動器適用于那些使光柵圖樣中所選擇的像素被照亮以產生高分辨率彩色VGA質量的非失真圖像的重量輕、緊湊的圖像投影模塊。
文檔編號G03B21/28GK101583905SQ200680026819
公開日2009年11月18日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權日2005年6月24日
發(fā)明者卡爾·維坦博格, 迪米特里·亞維德 申請人:訊寶科技公司