专利名称：通过借助镜对调制光束进行光栅扫描的图像投影的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于投影至少一个光束的方法和装置。在基于所谓的“飞点”工作原理的投影器中，借助二维谐振微镜将(典型地由三种原色红、绿和蓝构成的)光束偏转并且投影到图像平面上。在“飞点”投影中，例如激光源的不同颜色(红R、蓝B和绿G)的光束分别对准半透射的镜(镜的透射和反射根据波长来进行)并且然后作为共同的射束(也称作透射射束) 对准二维谐振微镜，该微镜将该共同的射束以二维方式偏转并且投影到图像平面上。在此， 图像在图像平面中通过连续调和地偏转的共同射束来构建。通过对相应的光源进行强度调制与微镜的偏转同步地生成和显示图像信息。通过镜的例如借助行扫描方法或者利萨茹(Lissajous)方法的运动以及激光强度的相应地合适的调制，因此可以在屏幕上产生希望的图像信息。镜例如可以实施为所谓的MEMS (微电子机械系统)镜。当镜运动的实际频率(行频率或者列频率)与在视频电子设备中设置的镜运动的期望频率不一致时，出现图像抖动效果(例如水平或垂直地通过的图像)。在镜的期望频率和实际频率偏差的情况下并未达到最大的镜偏转。效果的强弱取决于镜的制造质量(由制造引起的期望频率偏差)。图像抖动效果也会由于环境条件(例如温度、气压、空气湿度等等)的改变而出现(由环境引起的期望频率偏差)。已知的是射束偏转系统的快轴的驱动频率依据该射束偏转系统的机械谐振频率来校准调节并且用作时基。对频率的校准调节是必要的，以便将所投影的图像的几何尺寸保持恒定。时基决定例如在镜旋转运动的每次方向反转之后将触发信号发送给具有固定的系统时钟信号的数据处理单元(英文DPU)，以便沿着行起动激光束的强度调制。该方法具有如下缺点，在时基的频率改变(例如由于机械谐振的热漂移引起)的情况下，图像信息在行端部被截短或者行被压缩地显示。这引起所投影的图像的质量降低。本发明的任务在于，避免上述缺点并且尤其提出一种用于在投影光束的情况下补偿漂移的有效且改进的可能性。该任务根据独立权利要求的特征部分来解决。本发明的改进方案从从属权利要求中得出。为了解决该任务而提出了一种用于投影至少一个光束的方法，其中根据该至少一个光束的偏转来设置用于激励该至少一个光束的处理单元的时基(例如时钟信号频率)。由此，至少一个光束的偏转可以用作触发器和/或时基，用于激励该至少一个光
束O处理单元可以包括处理器、控制器和/或可编程逻辑电路。一个改进方案是至少一个光束借助转向投影装置、尤其借助镜或者微镜来偏转。转向投影装置尤其可以是二维谐振微镜。替代二维镜，也可以使用两个一维的镜。尤其，两个轴可以具有谐振频率，其中两个轴的驱动不必始终谐振地进行。例如，如果准静态地驱动慢轴，则这涉及行扫描方法。如果谐振地驱动两个轴，则这对应于利萨茹方法。
另一改进方案是借助镜单元来确定和/或测量偏转。镜单元尤其包括转向投影单元(例如镜)、用于转向投影单元的驱动器、用于测量和/或分析转向投影单元的运动或者位置的可能性(必要时带有用于调节所测量的信号的可能性)以及信号转换器。尤其，一个改进方案是借助调节器跟踪转向投影单元的偏转、尤其是转向投影单元的快轴的驱动频率，并且由此设置处理单元的时基。一个改进方案也是在考虑转向投影单元的机械特性的情况下借助参考信号设置转向投影单元的快轴的驱动频率。尤其，参考信号可以预先给定相位值。此外，一个改进方案是借助调节器将转向投影单元的快轴的驱动频率和慢轴的驱动频率的比例保持基本恒定。在一个附加的改进方案的范围中，借助处理单元对至少一个光束的强度进行时间调制。接下来的改进方案在于，处理单元根据至少一个光束的偏转来反馈输出信号。尤其，处理单元可以是调节回路的一部分。例如，处理单元可以将数字信号提供给压控振荡器(VCO)，其中压控振荡器的输出信号用于设置处理单元的时基。也可能的是，处理单元与调节回路无关(尤其不是调节回路的调节环的部分)，并且仅仅通过至少一个光束的偏转来激励。激励例如可以借助由压控振荡器确定的值来进行。处理单元例如可以包括DLL (延迟锁定环)元件，用于将输入信号转换为适配的时基或者时钟信号频率。一个扩展方案是，至少一个光束由至少一个光源组成。尤其，至少一个光源可以包括至少一个激光器、尤其是包括至少一个激光二极管。 光束例如可以由红色激光、蓝色激光以及一束或两束蓝色激光组成。一个替选的实施形式在于，至少一个光束借助飞点方法来投影。尤其可以使用行扫描方法和/或利萨茹方法。上述任务也通过用于投影至少一个光束的装置来解决，该装置包括处理器单元和 /或有线的电路装置和/或可自由编程的逻辑电路，该装置构建为使得可以执行此方法。此外，上述任务借助用于投影至少一个光束的装置来解决，-该装置包括处理单元，用于激励该至少一个光束，-该装置包括用于确定该至少一个光束的偏转的单元，-其中处理单元的时基可以根据该至少一个光束的偏转来设置。—个扩展方案在于，用于确定至少一个光束的偏转的单元借助调节器将该至少一个光束的偏转保持基本恒定。尤其，调节器可以激励压控振荡器，该压控振荡器与处理单元连接并且根据至少一个光束的偏转将电压提供给该处理单元。该处理单元的DLL元件根据压控振荡器所提供的信号来缩放处理单元的时基。接下来的扩展方案是，装置的部件至少部分地实现为分立的器件和/或至少部分地实施为集成的解决方案。
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一个扩展方案也是与处理单元的通信以及与另外的处理单元的通信借助环形缓冲器和/或借助双端口 RAM来进行。 由此，有利地可以将不同的时基或者时钟频率去耦。在下文中借助附图示出并阐述本发明的实施例。其中
图1示出了用于根据至少一个光束的偏转来调节处理单元(DPU)的时钟信号的电路的框图；图2示出了用于根据至少一个光束的偏转来调节处理单元(DPU)的时钟信号的电路的框图，其中与图1不同，处理单元集成到调节回路中；图3示出了依照图2的根据具有周期时间T的时钟信号的调节的信号曲线；图4示出用于说明借助环形缓冲器或者双端口 RAM的异步数据通信的框图。本方法实现光束偏转系统的快轴的驱动频率依据该光束偏转系统的机械谐振频率来校准调节并且用作时基。附加地，控制电子装置设计为借助其将处理器单元(也称为“DPU”)的时钟信号频率或者时基与时基的比例保持恒定。处理器单元可以包括处理器或者可编程逻辑电路。附加地，将慢轴(例如准静态驱动)的驱动频率与快轴的驱动频率的比例保持恒定。借助在此所描述的方法，视觉印象(分辨能力)在快轴的频率改变或者初始时不同的情况下也保持基本不变。就此而言，用户尤其觉察不到扰动或者扭曲。激光强度的时间调制与镜的运动匹配，以便保证尽可能无扭曲的图像显示并且避免图像抖动效果。为此，对DPU的时基或者时钟信号频率进行校准调节。图1示出了用于调节DPU时钟信号的电路的框图。压控振荡器VCO 101在其输出端提供信号U1，其与参考系统REF104的输入端连接、与镜单元MIRROR(镜)105的输入端连接并且与DPU 102的DLL元件103的输入端连接。信号U2在镜单元MIRROR 105的输出端上输送给调节器REG 106的加法器单元 107。带有负号的信号U3在参考系统REF 104的输出端上输送给加法器单元107。此外，调节器REG 106包括积分器108，其与加法器单元107的输出端连接。积分器108的输出端与VCO 101的输入端连接。光源例如激光器借助DPU 102来驱动。尤其是，DLL元件将信号Ul进行乘法并且于是确定用于激光器的时钟信号基础。对DPU 102的时基或者时钟信号频率的调节通过与DPU 102无关的调节回路来进行。在接通之后，VCO 101以其基频fl = f0来运行，因为在其输入端上没有信号UK。 VCO 101提供输出信号Ul (fl)，其在镜单元MRROR 105中转变为用于快镜轴的驱动信号。 镜的运动被测量并且作为信号U2(fl)来提供。参考系统REF 104提供延迟的(相移的)信号U3 (fl)。信号U3和U2借助加法器单元107相减，并且其相位在调节器REG 106中进行比较。调节器REG 106由此产生信号 Uk，其传递到VCO 101的输入端上。如果信号Uk不等于零，则镜频率(快轴)的校准调节激活。DPU时钟信号频率f2
5的产生通过传递到DLL元件103上的信号Ul来进行。因此，f2/fl的比例基本恒定，并且镜的快轴相应地处于谐振的工作中。信号Ul的频率fl对应于镜系统的快轴的运动频率并且在15kHz和50kHz之间。 镜类型的制造分布的带宽通常在+/-1-2%的范围中，并且DPU的时钟信号率通常在IOMHz 到400MHz的范围中。由此，例如针对具有所追求的30kHz的基频的镜类型计算29. 4kHz到 30. 6kHz的制造分布。在180MHz的典型时钟频率的情况下这意味着f2/fl的比例恒定地等于6000。因此，时钟频率的变化在176MHz到184MHz的频带中。在下文中进一步描述在图1中所示的各个块VCO 101 VCO 101产生时钟信号fl，其与输入信号Uk有关fl = f0+kvco · Ue,其中kVCQ是VCO 101的常数。信号Uk也可以是负的，使得时钟信号f0表示平均频率。VCO提供输出信号Ul (fl)。镜单元MIRROR 105 镜单元MIRROR 105尤其包括镜、镜驱动器、用于测量和/或分析镜值或者镜运动 (镜的反馈)的可能性(在必要情况下具有用于调节所测量的信号的可能性)以及信号转换器。镜的驱动可以以电感性、电容性、压电-电阻性或者电-机械方式进行。测量系统 (镜-反馈)可以通过分析电容性的、电感性的、光学的或者电-机械的测量量来提供信号， 该信号允许推断出镜运动。信号调节引起测量信号的附加的电平适配和噪声过滤。镜单元MIRROR 105提供输出信号U2 (f 1)。参考系统REF 104 参考系统REF 104能够实现输入信号U (fl)的围绕可设置的相位值相移。要设置的相位值取决于镜的机械特性并且典型地为大约90°。参考系统REF 104 提供输出信号U3(fl)。DPU 102 DPU 102可以处理进入的视频数据，并且根据预先给定的/所实现的算法将调制信号传送给激光驱动器，该算法尤其在DPU时钟信号频率和快镜轴的频率之间的预先给定的比例方面被优化。DLL 元件 103 DLL元件103优选地集成在DPU 102中，并且根据两个时钟信号的所确定的比例来缩放从VCO 101中输出的时钟信号频率。调节器REG 106 调节器REG 106具有以下任务将输入信号U2和U3就其相位进行比较，并且根据偏差产生合适的信号(信号Ur形式的调节电压)。在此示例性地示出的情况中，信号U2和U3相减，并且随后的积分器108确定相位的偏差的量度并且将该量度作为传递到VCO 101的输入端的信号Uk来提供。尤其，以下扩展方案或者变型方案是可能的(1)根据图1的装置可以由分立的器件构建，这些器件包括DPU 102、VCO 101、调节器REG 106、(尤其具有镜驱动器和/或测量装置的)镜单元MIRROR 105和参考系统REF 104。(2)根据2的装置可以实施为集成的解决方案，例如以与镜结合的集成的电子单芯片-解决方案的形式来实施。(3)根据图1的装置包括半导体元件并且可以集成地构建，该装置例如包括VCO 101、调节器REG 106、镜单元MIRROR 105(或其部分)以及参考系统REF 104。(4)此外，在根据图1的装置中可以将快轴与慢轴的频率比例保持恒定。作为另一扩展方案，图2示出了 DPU时钟信号调节器的框图，其中与图1相比，DPU 集成到调节回路中，。于是，图2示出了 VCO 201，其在其输出端提供信号U1，该信号与参考系统REF 204 的输入端连接，与镜单元MIRROR 205的输入端连接并且与DPU 202的DLL元件203的输入
端连接。信号U2在镜单元MIRROR 205的输出端上输送给调节器REG 206的加法器单元 207。带有负号的信号U3在参考系统REF 204的输出端上输送给加法器单元207。此外，调节器REG 206包括积分器208，其与加法器单元207的输出端连接。积分器208的输出端与比较器210的第一输入端(其也设置在调节器REG 206中)连接，在该比较器的第二输入端上存在参考值211。比较器210的输出端与DPU202连接。DPU 202具有输出端，其与积分器208连接并且用于积分器208的复位 (“Reset (复位)”)。此外，DPU 202的输出端与量化单元209连接。量化单元209尤其包括数/模转换器，用于将DPU 202的η比特的信号转换为模拟信号UR。由此，根据图2的电路与根据图1的电路的不同尤其在于，调节器REG 206的输出端并不直接引导至VCO 201，而是经由DPU 202来引导。DPU 202尤其根据输入信号U2和U3的上升沿来执行积分器208的复位。在U2和 U3之差为正偏差的情况下，调节器REG 206将逻辑“1”作为输出信号提供给DPU 202，否则提供逻辑“0”。调节器REG 206的输出信号也可以根据调节算法的实现而相反地翻转。例如，一种实现可以构建为使得在调节器REG 206的输出端的逻辑“0”引起频率提高、即信号Uk的提高。为此，提高的数字值η由DPU 202发送给量化单元209。量化单元 209将数字值转换为模拟信号Uk，该信号具有与模拟信号Ue的以前的值相比更高的值。相应地，在调节器REG206的输出端的逻辑“1”引起具有降低的值的信号Ueo图3示出了依照图2的根据具有周期时间T的时钟信号的调节的信号曲线。曲线301示例性地示出了在比较器210的输出端上的信号，曲线302示出了在量化单元209的输入端上的相关的信号并且曲线303示出了在VCO 201的输出端上的相应的信号U1。就可能的扩展方案或者变型方案而言，上面对图1所进行的阐述相应地适用。附加地，量化单元209和/或比较器210可以相应地实施为分立的和/或集成的元件。DPU的通信就DPU与另外的构件的通信而言，必要时应注意对于使不同的时钟信号基础去
7耦，异步数据通信会是必要的。图4示出了用于阐明借助环形缓冲器或者双端口 RAM的异步数据通信的框图。例如，在图4中示出了成像单元401，其具有计为60Hz的时钟信号基础A。显示单元402具有计为55Hz的时钟信号基础B。在成像单元401和显示单元402之间设置有双端口 RAM 403。双端口 RAM 403包括带有分离的地址总线系统和数据总线系统的两个端口 A 和B，其中两个端口可以访问相同的存储器区域。成像单元401将时钟信号“Clk Α”、地址信号“Adr Α”和读/写信号“W/RA”提供给双端口 RAM 403。此外，在双端口 RAM 403和成像单元401之间交换数据“Data A(数据 A)”。显示单元402将时钟信号“ClkB”、地址信号“Adr B”和读/写信号“W/R B”提供给双端口 RAM 403。此外，在双端口 RAM 403和显示单元402之间交换数据“data B(数据B)”。每个端口 A和/或B提供如下可能性通过不同的控制信号既从存储器中读取数据又将数据写到存储器中。基于分离的时钟信号输入端，可以在两个端口上以不同的速度来写或者读取。例如在端口 B上读出对显示所需的图像数据期间，已经可以通过在端口 A 上的第二地址总线来写入新的图像数据。另外的优点在此所介绍的方法能够实现补偿由制造引起的镜频率的公差，以及补偿由环境引起的镜频率的改变。补偿与生成图像的算法无关，生成图像的算法尤其与镜频率无关。此外，可以借助该建议来提高图像分辨率以及避免或者降低图像抖动效果。数据处理单元的较小的和/或成本低廉的实现形式或者结构也能够实现。另一优点是数据处理单元的降低的功率消耗。通过所提出的补偿提高了镜制造的产出以及投影器制造的产出。总之，可以降低图像质量相对于投影器的总容量的散布。附图标记表101 VCO (压控振荡器)102 DPU (数据处理单元，处理单元)103 DLL元件(延迟锁定环)104参考系统REF105 镜单元 MIRROR106 调节器 REG107加法器单元(加法元件)108积分器201 VCO (压控振荡器)202 DPU (数据处理单元)203 DLL元件(延迟锁定环)204参考系统REF205 镜单元 MIROR206 调节器 REG207加法器单元(加法元件)208积分器
209量化单元(例如包括数/模转换器)210比较器211参考值301曲线在比较器210的输出端上的信号302曲线在量化单元209的输入端上的信号303曲线在V⑶201的输出端上的信号Ul401成像单元402显示单元403 双端口 RAM
权利要求
1.一种用于投影至少一个光束的方法，-其中根据所述至少一个光束的偏转来设置用于激励所述至少一个光束的处理单元 (102,202)的时基。
2.根据权利要求1所述的方法，其中借助转向投影装置、尤其借助镜或微镜来使所述至少一个光束偏转。
3.根据权利要求2所述的方法，其中借助镜单元(105,20 来确定和/或测量所述偏转。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中借助调节器(106，206)跟踪转向投影单元的偏转、尤其转向投影装置的快轴的驱动频率，并且由此设置处理单元的时基。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在考虑转向投影装置的机械特性的情况下借助参考信号(U； )来设置该转向投影装置的快轴的驱动频率。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中借助调节器(106，206)将转向投影装置的快轴的驱动频率和该转向投影装置的慢轴的驱动频率之间的比例保持基本恒定。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中借助处理单元(102，202)对所述至少一个光束的强度进行时间调制。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中处理单元(102,20 根据所述至少一个光束的偏转来反馈输出信号(Uk)。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述至少一个光束由至少一个光源组成。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中借助飞点方法来投影所述至少一个光束。
11.一种用于投影至少一个光束的装置，其包括处理器单元和/或有线的电路装置和 /或可自由编程的逻辑电路，该装置配置为使得能够执行根据上述权利要求之一所述的方法。
12.一种用于投影至少一个光束的装置-该装置包括处理单元(102，202)，用于激励所述至少一个光束，-该装置包括用于确定所述至少一个光束的偏转的单元(105，205)，-其中该处理单元的时基能够根据所述至少一个光束的偏转来设置。
13.根据权利要求12所述的装置，其中用于确定所述至少一个光束的偏转的单元 (105,205)借助调节器(106，206)将所述至少一个光束的偏转保持基本恒定。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其部件至少部分地实现为分立的器件，和/或至少部分地实施为集成的解决方案。
15.根据权利要求12至14之一所述的装置，其中与处理单元(102,20 的通信以及与另外的处理单元的通信借助环形缓冲器和/或借助双端口 RAM(40;3)来进行。
全文摘要
提出了用于投影至少一个光束的方法以及装置，其中根据所述至少一个光束的偏转来设置用于激励该至少一个光束的处理单元的时基(例如时钟信号频率)。
文档编号H04N9/14GK102165759SQ200980138513
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月23日 优先权日2008年9月29日
发明者克里斯蒂安·加默, 延斯·里克特, 简·奥利弗·德鲁姆 申请人:奥斯兰姆有限公司