扫描激光平面性检测的制作方法

在扫描激光投影系统中，当在投影仪的视场中检测到对象时，可以降低激光功率。为此目的，可以使用接近传感器。作为减小对象或障碍物表面或干扰与投影仪或光源之间的距离的函数，可以降低输出功率。这样做以保持在某一激光系统分类或等级内。

用户期望投影到比阈限距离更近的表面上。例如，用户有意地将投影仪移动到非常靠近投影表面以补偿环境照明条件。然而，随着投影仪和投影表面之间的距离减小到低于阈限距离，激光功率被减小，由此妨碍使图像更亮的用户意图。

附图说明

图1示出根据本发明的各种实施例的扫描激光投影仪；

图2示出根据本发明的各种实施例的以光栅图案扫描调制激光束的投影仪；

图3示出根据本发明的各种实施例的投影表面上的投影点；

图4示出根据本发明的各种实施例的投影表面的前方的对象上的投影点；

图5和6示出在根据本发明的各种实施例的扫描激光投影仪的操作期间发生的激光功率的变化；

图7示出根据本发明的各种实施例的激光安全模块；

图8和9示出根据本发明的各种实施例的方法的流程图；

图10和11示出根据本发明的各种实施例的平面性检测器；

图12-14示出由根据本发明的各种实施例的扫描激光投影仪实现的各种距离测量；

图15示出根据本发明的各种实施例的平面性检测器；

图16示出根据本发明的各种实施例，在投影仪的视场中，具有轮廓对象的扫描激光投影仪的俯视图；

图17和18示出根据本发明的各种实施例，投影在复杂投影表面上的扫描激光投影仪的俯视图；

图19示出根据本发明的各种实施例的激光安全模块；

图20示出根据本发明的各种实施例的参考表面存储和障碍检测器；

图21示出根据本发明的各种实施例的处理器电路；

图22示出根据本发明的各种实施例的方法的流程图；

图23示出根据本发明的各种实施例的具有热传感器的扫描激光投影仪；

图24示出根据本发明的各种实施例的响应于热传感器的激光安全模块；

图25示出根据本发明的各种实施例的方法的流程图；

图26示出根据本发明的各种实施例的移动设备的框图；

图27示出根据本发明的各种实施例的移动设备；以及

图28和29示出根据本发明的各种实施例的游戏装置。

具体实施方式

在下述详细描述中，参考附图，其以说明的方式示出可以实践本发明的具体实施例。足够详细地描述这些实施例以使得本领域的技术人员实践本发明。将理解，本发明的各种实施例，尽管不同，但不一定互斥。例如，结合一个实施例本文描述的特定特征、结构或特性可以在其他实施例内实施，而不背离本发明的范围。此外，应理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以改变每个公开的实施例内的单独的元件的位置或排列。因此，下述详细描述不应理解为限制意义，本发明的范围仅通过所附权利要求限定，连同享有权利要求的等效的整个范围适当地解释。在图中，相同的数字在若干视图中表示相同或类似的功能性。

图1示出根据本发明的各种实施例的扫描激光投影仪。扫描激光投影仪100包括图像处理部件102、红色激光模块110、绿色激光模块120、蓝色激光模块130和红外激光模块164。来自激光模块的光与二向色镜(dichroic)103、105、107和142结合。扫描激光投影仪100还包括折光镜(fold mirror)150，以及具有扫描反射镜116的扫描平台114。

操作中，图像处理部件102使用二维内插算法来处理101的视频内容，以确定用于要在其上显示输出像素的每个扫描位置的适当空间图像内容。然后，该内容被映射到用于红色、绿色和蓝色激光源中的每一个的命令电流，使得来自激光器的输出光强与输入图像内容一致。在一些实施例中，该过程以超出150MHz的输出像素速率发生。

然后，将激光束引导到超高速万向节安装的二维双轴激光扫描反射镜116上。在一些实施例中，使用MEMS工艺由硅制作该双轴扫描反射镜。准静态地操作垂直轴的旋转，并且产生垂直锯齿光栅轨迹。水平轴在扫描反射镜的共振振动模式下操作。在一些实施例中，MEMS器件使用电磁致动，该电磁致动使用包含MEMS芯片、永久磁体的小组件和电子接口的微型组件实施，但是在该方面不限制各种实施例。例如，一些实施例采用静电或压电致动。可以采用任何类型的反射镜致动，而不背离本发明的范围。

反射镜控制电路192提供一个或多个驱动信号以控制扫描反射镜116的角运动来使输出光束117在投影表面128上生成光栅扫描126(图2所示)。操作中，激光光源产生用于每个输出像素的光脉冲并且当光束117穿过光栅图案时，扫描反射镜116反射光脉冲。

控制电路192可以用硬件、可编程处理器或以任何组合实施。例如，在一些实施例中，控制电路192可以以专用集成电路(ASIC)实施。此外，在一些实施例中，在ASIC中进行一些较快数据路径控制，并且由软件可编程微处理器提供整体控制。

扫描激光投影仪100进一步包括激光安全模块190。操作中，激光安全模块190基于一个或多个变量修改激光输出功率。例如，在一些实施例中，激光安全模块190包括接近传感器，并且当投影仪与投影表面128(或投影表面128前方的某物)之间的距离小于接近阈限时，减小输出激光功率。另外，在一些实施例中，激光安全模块190包括平面性检测器，该平面性检测器能够检测投影表面128是否基本上为平面。激光安全模块190可以基于投影表面是否基本上为平面来修改由任意激光模块110、120、130或164提供的输出激光功率。在另外的实施例中，激光安全模块190可以包括热传感器，该热传感器确定在投影仪的视场中是否存在有生命的对象。

为了驱动比在特定激光系统等级下针对特定投影距离而规定的输出功率水平更高的输出功率水平(投影仪的亮度增加)，即使存在接近违规，本发明的各种实施例能够确定往回调高激光功率是否安全。

图2示出根据本发明的各种实施例的以光栅图案扫描调制激光束的投影仪。所示的扫描激光投影仪100跨投影仪的视场以光栅图案扫描输出光束117，得到投影表面128上的光栅扫描126。

如本文所使用的，术语“视场”是指当扫描时，输出光束117可达到的区域。例如，可能由输出光束117照射的空间中的任意点被称为在投影仪100的视场内。

在一些实施例中，通过将水平轴上的正弦分量与垂直轴上的锯齿分量结合来形成光栅扫描126。在这些实施例中，输出光束117以正弦图案前后左右地扫过，并且通过回扫(下到上)期间空白的显示，以锯齿图案垂直(上下)扫过。图2示出当光束垂直上下扫过时的正弦图案，但未示出从下到上的回扫。在其他实施例中，用三角形波控制垂直扫描，使得无回扫。在另外的实施例中，垂直扫描为正弦。本发明的各种实施例不受用于控制垂直和水平扫过或得到的光栅图案的波形的限制。

图3示出根据本发明的各种实施例的投影表面上的投影点。如本文使用的，术语“投影点”是指由光栅扫描激光束照射的空间中的点。例如，图3示出平面投影表面128上的投影点300的阵列。

本发明的各种实施例测量投影仪100与投影仪的视场内的投影点之间的距离。例如，包括飞行时间(time-of-flight，TOF)测量系统的接近传感器可以被包括以测量激光脉冲的往返跃迁时间，由此测量到各种投影点的距离。

图3示出以阵列图案布置的(m x n)个投影点，尽管这不是本发明的限制。可以在任意数目的投影点测量距离，并且点可以不是以如所示的阵列布置的。例如，在一些实施例中，以一维或二维稀疏地填充投影点。

当用于扫描光束投影中时，飞行时间接近感测产生三维数据集。例如，图3中所示的三维数据包括在位置(m,n)的距离(Z)。指数m和n可以对应于反射镜角或对应于自由空间中的直角坐标。同样地，术语Z可以表示极坐标中的半径值或可以表示直角坐标系中的第三值。本领域的技术人员将理解到如何在坐标系之间自由转换。

如能在图3中看到的，能在光栅扫描中的任何地方触发TOF测量，并且能在表示三维数据集的帧的过程上构成包括任意多个测量点的数据阵列。TOF的分辨率能稀疏(如图示)或更密集以实现更高测量分辨率。通过多个帧上的稍微偏移测量点的过采样会产生甚至更高的分辨率。

能使用三维数据集(Z1,1…Zm,n)来推断投影表面和或投影表面前方的视场中的任何对象的维度或形状。例如，在图3所示的实施例中，投影点位于平面中。

在投影表面的一些使用情形中，用户将投影仪指向诸如墙的平面上。然而，如果墙太近，因为由TOF测量系统检测到的接近违规，系统会减小功率或关闭。为排除此，捕捉的3D数据阵列的另外的处理能用于区分投影仪前方的对象。在这种情况下，进行特殊数学处理来将3D数据识别为平面表面。这允许系统在人类头部或身体与平面表面之间区分。如果该信息已知，投影仪能回到额定输出功率并且以全功率投影，同时投影表面在TOF接近系统的范围内，并且接近违规仍然存在。

图4示出根据本发明的各种实施例的在投影表面前方的对象上的投影点。示出的对象410和420在投影表面128的前方。对象410和420可以是能出现在投影仪与投影表面之间的任何类型的对象。例如，它们可以是投影仪与墙之间的桌上的对象，或它们可以是人类的手和头部或走过投影仪前方的视场的人。

当输出光束扫描过对象时，测量到投影点的距离。在一个实例中，如果距离小于接近阈限，则激光投影仪可以立即地减小输出功率来满足特定激光系统等级。如下文进一步描述的，然后，投影仪可以确定所有投影点是否基本上位于平面中。在图4的示例中，投影点并非均基本上位于平面中，因此，仅基于平面性确定不恢复激光功率。

在另外的实施例中，投影仪可以测量视场中的热，以尽力确定对象410或420中的任何一个是否为有生命的对象，因为激光系统分类的焦点是人类皮肤、组织和视神经末梢的效应。如果确定它们是有生命的，那么激光功率将保持减小，而如果确定它们是没有生命的，那么激光功率可以恢复到较高水平。

图5示出根据本发明的各种实施例的扫描激光投影仪的操作期间发生的激光功率的变化。图5中的线图示出作为水平轴上的距离的函数的垂直轴上的输出流明。当投影仪移近投影表面，并且然后从投影表面后退，会发生图5中所示的激光功率变化。当障碍位于视场中，并且随后从视场移除时，也会发生图5所示的激光功率变化。

从(1)开始，所有投影点上的测量距离均大于接近阈限，并且投影仪以特定激光系统等级允许的最大输出流明操作。在(2)，接近传感器已经确定至少一个投影点比接近阈限更近，并且在(3)减小激光功率以满足投影仪的视场中的特定激光系统等级。在(4)，接近传感器确定所有投影点再次比接近阈限更远，因此，在(5)，激光功率能够再次增加到最大功率。

图5中所示的操作是随时间的滞后的示例。当违反接近阈限时，调低激光功率，然后在一段时间后，如果移除接近违规，则能恢复激光功率。

图6示出根据本发明的各种实施例的在扫描激光投影仪的操作期间发生的激光功率的变化。图6的操作类似于图5，除时域滞后外，还可以进行表面或投影平面几何确定。例如，如果确定投影点基本上在平面中，即使接近违规仍然存在，激光功率可以恢复到较高值。

从(1)开始，所有投影点的测量距离均大于接近阈限，并且投影仪以特定激光系统等级允许的最大输出流明操作。在(2)，接近传感器已经确定至少一个投影点比接近阈限更近，并且在(3)减小激光功率。在(4)，投影仪确定投影点基本上位于平面中。作为平面性确定的结果，在(5)，能使激光功率再次增加到最大功率。

如果投影仪确定投影点不再基本上位于平面中，操作可以从(5)继续再次减小功率，或如果投影仪确定所有投影点的测量距离再次大于接近阈限，过程再次从(1)开始。

图6示出了当用户旨在更靠近投影平面以控制投影图像的大小或在存在高环境光时增加图像的感知亮度时发生的操作。在这种情况下，一旦检测到接近违规，则调低激光功率。然而，为满足用户意图，即使接近违规仍然存在，在平面性确定之后，重新开启激光功率。

图7示出根据本发明的各种实施例的激光安全模块。激光安全模块700是激光安全模块190(图1)的示例性实施方式。激光安全模块700包括接近传感器704、平面性检测器710、激光功率控制器720和IR控制器702。

接近传感器704从投影点接收反射并且测量投影点与扫描激光投影仪之间的距离。在一些实施例中，接近传感器704通过测量在119接收到的光脉冲的飞行时间(TOF)来测量距离。例如，接近传感器可以包括如在U.S.专利申请公开2013/0107000 Al中描述的TOF距离测量系统。

在一些实施例中，接近传感器704包括光电检测器(未示出)以及飞行时间(TOF)距离测量电路以测量距离。光电检测器可以检测光的任何波长。例如，当光电检测器检测到红外光时，则可以使用由IR光源164(图1)产生的红外光来进行距离测量。另外，例如，当光电检测器检测到可见光时，则可以使用任意可见光源110、120、130(图1)来进行距离测量。用于距离测量的光的波长不是本发明的限制。可以使用可见或不可见的任何波长而不背离本发明的范围。

操作中，接近传感器704从投影点接收反射并且测量距离，如上所述。距离(R)被提供给节点705上的平面性检测器710。接近传感器704还接收703上的接近阈限值。在一些实施例中，接近阈限值对应于操作距离以满足特定激光系统等级。例如，当接近传感器与所有投影点之间的距离大于接近阈限时，允许以该等级中可允许的激光功率的操作。又例如，当接近传感器与任意投影点之间的距离小于接近阈限时，以较高激光功率操作是不可接受的，因为通过减小的范围会违反激光系统等级。

接近阈限值可以是存储在扫描激光投影仪内的存储器中的数值，并且可以或不可以改变。例如，在一些实施例中，在制造时，接近阈限值可以被编程到扫描激光投影仪中，并且仅可以由制造商修改。又例如，在其他实施例中，接近阈限值可以是由系统设计者硬编码在接近传感器内的静态值。在这些实施例中，即使是制造商，也不能修改接近阈限值。在另外的实施例中，接近阈限值是扫描激光投影仪的当前亮度的函数，并且当用户变化亮度时会改变。

平面性检测器710从接近传感器704接收距离值，并且还接收节点701上的反射镜角信息。使用该信息，平面性检测器710生成表示三维空间中的投影点的位置的数据的阵列，如上参考图3所述。平面性检测器710解释该数据并且确定投影点是否基本上位于平面中。

如本文使用的，短语“基本上位于平面中”是指指定的公差值内为平面的三维空间中的投影点。可以以任何方式指定公差值。例如，在一些实施例中，可以通过测量精度来确定公差值，以便防止导致非平面性确定的测量误差。在其他实施例中，公差值可以由可能障碍的最小预期维度来指定。例如，如果预期障碍为人类头部，那么可以使用几厘米的公差值。在这些实施例中，在作为完美平面的几厘米内的投影点被称为“基本上位于平面中”。

本发明的各种实施例使用不同机制检测平面性。例如，一些实施例，投影点被拟合到3D空间中的平面方程。在其他实施例中，在阵列的相邻点之间确定梯度矢量以确定任何一个投影点是否位于公差值外。

IR控制器702响应于节点701上的反射镜角信息驱动IR激光模块164。以这种方式，红外光能用于照射视场中的投影点，以及在119的反射能用于测量接近，如上所述。IR控制器702可以以任何适当的方式实施。例如，IR控制器702的一些实施例包括模拟电子设备，诸如放大器和电流驱动器。一些实施例还包括数字电子设备，诸如模数转换器、数模转换器和微处理器。实施IR控制器702的方式不是本发明的限制。

激光功率控制器720基于接收到的信息修改扫描激光投影仪的激光功率输出。例如，当接近违规被检测并且在711通信到激光功率控制器720时，激光功率控制器720命令调低激光功率。又例如，激光功率控制器720可以基于平面性检测器710确定投影点是否基本上位于平面中来命令激光功率的变化。

可以以任何适当的方式实施激光功率控制器720。例如，在一些实施例中，可以使用执行存储在存储设备中的指令的微处理器来实施激光功率控制器720。在又一些实施例中，激光功率控制器720被包括为专用电路(ASIC)的一部分，该专用电路(ASIC)包含数字和模拟电路这两者。在191的激光功率控制信号可以用来调高或调低激光功率，或切断激光功率。例如，在191的激光功率控制信号可以禁用向激光模块供电的电源或可以操作转向驱动激光二极管的一些或全部驱动电流的分流设备。

如上参考图6所述，并且如下文参考后续图所述，当检测到接近违规时，激光功率控制器720可以调低激光功率。随后，如果确定投影点基本上位于平面中，则可以往回调高激光功率。然而，如果确定投影点不基本上位于平面中，则激光功率仍然保持在较低水平，直到物理上清除接近违规。

图8示出根据本发明的各种实施例的方法的流程图。在一些实施例中，由具有平面性检测的扫描激光投影仪进行方法800或其部分，在前图中示出了其实施例。在其他实施例中，由一系列电路或电子系统进行方法800。方法800不受进行该方法的特定类型装置限制。方法800中的各种动作可以以呈现的顺序进行，或可以以不同的顺序进行。此外，在一些实施例中，在图8中列出的一些动作可以从方法800省略。

所示方法800以块810开始。如在810所示，做出在扫描激光投影仪的视场中的至少一个投影点违反接近阈限的确定。在一些实施例中，这对应于接近传感器(诸如接近传感器704，图7)比较接近阈限与投影仪和投影点之间的距离，并且确定投影点的至少一个太靠近投影仪。这也在图5和6的(2)示出。

在820，响应于接近违规，减小扫描激光投影仪内的激光功率。在一些实施例中，这对应于激光功率控制器720命令来自红色激光模块110、绿色激光模块120、蓝色激光模块130中的任意一个或全部的激光功率的减小，并且可选地，作为在711接收接近违规的指令的结果，颜色通道用于接近测量，其可以是红外激光模块164(图1)。在830，测量扫描激光投影仪和视场内的多个投影点之间的距离。在一些实施例中，与810的接近违规检测并行地进行该处理，并且在其他实施例中，在检测到接近违规之后进行该处理。在一些实施例中，830的动作对应于在119从投影点接收到反射时接近传感器704的操作。

在840，确定多个投影点是否基本上位于平面中。在一些实施例中，通过将投影点拟合到3D空间中的最佳拟合面来进行。在其他实施例中，这通过确定平均距离，然后比较到每个投影点的距离与平均值来进行。在另外的实施例中，这通过确定邻近投影点之间的平均梯度矢量，然后确定任意一个投影点是否不位于预期空间内来进行。

在850，如果多个投影点基本上位于平面中，则增加激光功率。在一些实施例中，这对应于作为从平面性检测器710接收平面性确定的结果，激光功率控制器720命令恢复激光功率。在图6的(5)示出该操作，其中，即使仍然有接近违规，也恢复激光功率。

图9示出根据本发明的各种实施例的方法的流程图。在一些实施例中，通过具有平面性检测的扫描激光投影仪来进行方法900或其一部分，在前图中示出其实施例。在其他实施例中，通过一系列电路或电子系统来进行方法900。方法900不受进行该方法的特定类型装置限制。方法900中的各种动作可以以呈现的顺序执行，或可以以不同的顺序执行。此外，在一些实施例中，在图9中列出的一些动作可以从方法900省略。

所示方法900以块910开始。如910所示，测量扫描激光投影仪和投影仪的视场内的多个投影点之间的距离。这对应于测量在119接收到的反射的往返跃迁时间的接近传感器704(图7)的操作。

在920，确定多个投影点是否基本上位于平面中。在一些实施例中，这通过将该投影点拟合到3D空间中的最佳拟合平面来进行。在其他实施例中，这可以通过确定平均距离，并且然后将到每个投影点的距离与平均值比较来进行。在另外的实施例中，这通过确定邻近投影点之间的平均梯度矢量，然后确定任意一个投影点是否不位于预期空间内来进行。

在930，如果多个投影点不基本上位于平面中，进行至少一个动作来满足对视场中的障碍的系统或产品实例化的要求。在一些实施例中，这对应于减小激光功率。在其他实施例中，这对应于不增加激光功率。在另外的实施例中，这对应于测量视场中的热以确定障碍是否存在，该障碍可以是有生命的对象，诸如人类或动物。在另外的实施例中，这可以在系统的较高阶或相关联的计算实体中设定标志，然后通过决策矩阵使其采取动作。

图10示出根据本发明的各种实施例的平面性检测器。平面性检测器1000可以用作如上面描述的激光安全模块700中的平面性检测器710。平面性检测器1000包括投影点阵列缓冲器1010、平均电路1020和比较器1030。操作中，由平面性检测器1000将每个投影点接收为由极坐标Θ_x,Θ_y,R表示的3D空间中的点，其中，Θ_x、Θ_y表示反射镜角，并且R表示半径。在图12中示出半径R，其中，R仅是扫描激光投影仪100和投影表面128上的投影点之间的测量距离。

现在再回到图10，投影点阵列缓冲器1010存储表示3D空间中的投影点的数据。在一些实施例中，针对投影点的每一帧替换投影点阵列缓冲器1010中的数据，并且在其他实施例中，投影点阵列缓冲器1010中的数据在多个帧上取平均以降低噪声。可以以任何适当的方式实施投影点阵列缓冲器1010。例如，在一些实施例中，使用存储设备，诸如静态随机存取存储器(SRAM)来实施投影点阵列缓冲器1010。

平均电路1020对针对所有投影点的距离值(R)取平均。例如，参考图12，对所有测量R值求和并且将该结果除以投影点的数量。图12示出投影仪和投影表面的侧视图，并且仅示出一维中的R数据。实际上，当激光束光栅扫描时，R数据存在于二维中，并且将收集R值的二维阵列(见图3)。

比较器1030比较公差值与每个R值和平均R值之间的差。如果所有R值均与该平均值相差小于该公差，则确定投影点基本上位于平面中，并且在721宣称(assert)基本上平面的信号。

在一些实施例中，平面性检测器1000将整个极坐标存储在如上所述的投影点阵列缓冲器1010中，并且在其他实施例中，平面性检测器1000仅存储针对每个投影点的R值。当不期望R值变化太多时，由图10所示的实施例工作良好。例如，如果投影仪打算垂直于投影表面时，图10中所示的R取平均技术将工作良好，并且视场足够窄，使得期望R值在窄范围内变化(小于公差值)。

图11示出根据本发明的各种实施例的平面性检测器。平面性检测器1100可以用作如上面描述的激光安全模块700中的平面性检测器710。平面性检测器1100包括极坐标到直角坐标转换电路1102、投影点阵列缓冲器1010、平均电路1120和比较器1130。操作中，由平面性检测器1100将每个投影点接收为由极坐标Θ_x,Θ_y,R表示的3D空间中的点，其中，Θ_x、Θ_y表示反射镜角，并且R表示半径。极坐标到直角坐标转换电路1102接收极坐标Θ_x,Θ_y,R的投影点，并且将其转换成直角坐标X,Y,Z。极坐标到直角坐标转换电路1102可以以任何适当的方式实施。例如，在一些实施例中，可以用数字硬件实施极坐标到直角坐标转换电路1102，以及在其他实施例中，可以由执行存储在存储设备中的指令的处理器来实施极坐标到直角坐标转换电路。

在图13和14中示出Z坐标。直角坐标系统中的Z坐标不同于极坐标中的R值之处在于：Z坐标表示与投影仪无关的坐标空间中的点的位置，而R值表示与投影仪的绝对距离。任意公开的实施例可以包括或省略坐标转换电路，并且可以使用任意坐标系统来表示空间中的投影点。图13示出基本上垂直于投影仪的投影表面，并且图14表示相对于投影仪转向的投影表面。注意，即使在图14的示例中Z坐标显著地改变，图13和14也均收集基本上平面的投影点数据。

现在再回到图11，投影点阵列缓冲器1010存储表示3D空间中的投影点的数据。在一些实施例中，针对投影点的每个帧替换投影点阵列缓冲器1010中的数据，并且在其他实施例中，投影点阵列缓冲器1010中的数据在多个帧上取平均以降低噪声。可以以任何适当的方式实施投影点阵列缓冲器1010。例如，在一些实施例中，可以使用存储设备，诸如静态随机存取存储器(SRAM)来实施投影点阵列缓冲器1010。

平均电路1120对针对所有投影点的Z坐标值取平均。例如，参考图13，对所有测量的Z坐标值求和并且将该结果除以投影点的数量。图13示出投影仪以及投影点的侧视图，并且还仅示出一维中的Z坐标数据。实际上，当激光束光栅扫描时，Z坐标数据将存在于二维中，并且将收集Z坐标值的二维阵列(见图3)。

比较器1130比较公差值与每个Z坐标值和平均Z坐标值之间的差。如果所有Z坐标值与该平均值相差小于该公差，则确定投影点基本上位于平面中，并且在721宣称(assert)基本上平面的信号。

在一些实施例中，平面性检测器1100将整个直角坐标存储在如上所述的投影点阵列缓冲器1010中，并且在其他实施例中，平面性检测器1100仅存储针对每个投影点的Z坐标值。当不期望Z坐标值变化太多时，由图11所示的实施例工作良好。例如，如果投影仪打算垂直于投影表面，则图11所示的Z取平均技术工作良好，使得期望Z值在窄范围(小于公差值)内改变。

当如图12和13所示，投影仪基本上垂直于投影表面时，如上参考图10和11所述的距离取平均和Z坐标取平均技术工作良好，但当如图14所示，投影表面不垂直于投影表面时，则不符合标准。下文描述适合于非垂直投影表面的平面性检测实施例。

图15示出根据本发明的各种实施例的平面性检测器。平面性检测器1500可以用作如上所述的激光安全模块700中的平面性检测器710。平面性检测器1500包括极坐标到直角坐标转换电路1102、投影点阵列缓冲器1010、最佳拟合平面计算电路1520和比较器1530。操作中，由平面性检测器1500将每个投影点接收为由极坐标Θ_x,Θ_y,R表示的3D空间中的点，其中，Θ_x、Θ_y表示反射镜角，以及R表示半径。极坐标到直角坐标转换电路1102接收极坐标Θ_x,Θ_y,R的投影点，并且将其转换成直角坐标X,Y,Z。极坐标到直角坐标转换电路1102可以以任何适当的方式实施。例如，在一些实施例中，可以用数字硬件实施极坐标到直角坐标转换电路1102，并且在其他实施例中，可以由执行存储在存储设备中的指令的处理器来实施极坐标到直角坐标转换电路。

投影点阵列缓冲器1010存储表示3D空间中的投影点的数据。在一些实施例中，针对投影点的每个帧替换投影点阵列缓冲器1010中的数据，并且在其他实施例中，投影点阵列缓冲器1010中的数据在多个帧上取平均以降低噪声。可以以任何适当的方式实施投影点阵列缓冲器1010。例如，在一些实施例中，可以使用存储设备，诸如静态随机存取存储器(SRAM)来实施投影点阵列缓冲器1010。

最佳拟合平面计算电路1520使用最佳拟合标准将平面方程拟合到投影点阵列缓冲器1010中的投影点。例如，在一些实施例中，使用最小平方误差(LSE)算法来将平面方程拟合到投影点，并且在其他实施例中，正交距离回归平面被拟合到投影点，并且其中，X和Y坐标被视为固定，并且到该平面的Z距离被最小化。本发明的各种实施例不受用于将平面方程拟合到投影点的最佳拟合方法的类型限制。

在一些实施例中，最佳拟合平面计算电路1520确定用于投影点的每个帧的最佳拟合平面方程。在其他实施例中，仅在已经对投影点数据的多个帧取平均来减小噪声后，最佳拟合平面计算电路1520才确定最佳拟合平面方程。

最佳拟合平面计算电路1520可以以任何适当的方式实施。例如，在一些实施例中，在受一个或多个状态机控制的专用数字硬件中实施最佳拟合平面计算电路1520。在这些实施例中，可以将数字硬件和状态机包括在专用集成电路(ASIC)中。在其他实施例中，可以通过执行存储在存储器中的指令的处理器来实施最佳拟合平面计算电路。

比较器1530比较公差值与每个Z坐标值和由电路1520确定的最佳拟合平面方程之间的差。如果所有Z坐标值与平均值的差小于该公差，确定投影点基本上在平面中，并且在721宣称(assert)基本上平面的信号。

对其中投影表面为平面的所有情形，如上参考图15所述的最佳拟合平面方程技术工作良好，不论投影仪和投影表面之间的相对角如何。例如，对图12、13和14所示的情形，最佳拟合平面方程技术工作良好。

图16示出根据本发明的各种实施例的在投影仪的视场中具有轮廓对象的扫描激光投影仪的俯视图。轮廓对象1610可以为投影表面1620前方的球形或柱形。在一些实施例中，可以数学地定义，诸如用表示柱体或球体的方程定义对象1610。

本发明的一些实施例将更一般的形状拟合概念应用于可以在数学上定义的非平面表面。例如，诸如建筑物中的大的支撑柱的柱体可以用作投影表面。如果能定义柱体的曲率，则可以使用同一投影点数据阵列来区别暗示有效投影表面的均匀曲率。

图17和18示出根据本发明的各种实施例的投射在复合投影表面上的扫描激光投影仪的俯视图。图17示出投影点将落在其上的存在四个表面(S1、S2、S3、S4)的三个对象。图18示出投影点将落在其上的具有三个单独表面(W1、W2、W3)的墙。

本发明的各种实施例获得如图17和18所示的不规则表面来用作“参考形状”。例如，可以使用接近传感器来测量无生命的不规则(x,y,z)3D形表面，并且可以将对应的投影点数据保存在设备存储器中。然后比较后续投影点测量样本与保存的参考形状点，以确定任意新测量的投影点是否偏离参考。在这些实施例中，不计算方程，但仍然指定与建立的“参考形状”的公差。如果投影点偏离“参考形状”的量大于该公差，示出到投影场中的侵入。

图19示出根据本发明的各种实施例的激光安全模块。激光安全模块1900是激光安全模块190(图1)的示例性实施方式。除参考表面存储和障碍检测电路1910外，激光安全模块1900类似于激光安全模块700(图7)。

操作中，参考表面存储和障碍检测电路1910存储描述参考表面的信息，并且通过将投影点的位置与存储的参考表面比较来确定是否存在障碍。在一些实施例中，数学地表示存储的参考表面，并且在其他实施例中，存储的参考表面是存储的投影点集合。

如果参考表面存储和障碍检测电路检测障碍存在或已经清除障碍，将该信息提供给激光功率控制器720。然后，激光功率控制器720可以调节激光功率输出，如上所述。

图20示出根据本发明的各种实施例的参考表面存储和障碍检测电路。电路1910包括极坐标到直角坐标转换电路1102、投影点阵列缓冲器1010、参考表面捕捉电路2020和比较器2030。操作中，每个投影点由电路1910接收为由极坐标Θ_x,Θ_y,R表示的3D空间中的点，其中，Θ_x、Θ_y表示反射镜角，以及R表示半径。极坐标到直角坐标转换电路1102接收极坐标Θ_x,Θ_y,R的投影点，并且将它们转换成直角坐标X,Y,Z。极坐标到直角坐标转换电路1102可以以任何适当的方式实施。例如，在一些实施例中，可以用数字硬件实施极坐标到直角坐标转换电路1102，并且在其他实施例中，可以由执行存储在存储设备中的指令的处理器来实施极坐标到直角坐标转换电路。

投影点阵列缓冲器1010存储表示3D空间中的投影点的数据。在一些实施例中，针对投影点的每个帧替换投影点阵列缓冲器1010中的数据，并且在其他实施例中，对投影点阵列缓冲器1010中的数据在多个帧上取平均以降低噪声。可以以任何适当的方式实施投影点阵列缓冲器1010。例如，在一些实施例中，可以使用存储设备，诸如静态随机存取存储器(SRAM)来实施投影点阵列缓冲器1010。

参考表面捕捉电路2020捕捉如由缓冲器1010中的投影点数据识别的投影表面的表示。在一些实施例中，该操作在系统启动时进行一次，并且在其他实施例中，在整个操作期间周期地进行该操作。在一些实施例中，数学地表示参考表面，并且在其他实施例中，由参考投影点阵列表示参考表面。

可以以任何适当的方式实施参考表面捕捉电路2020。例如，在一些实施例中，在由一个或多个状态机控制的专用数字硬件中实施参考表面捕捉电路2020。在这些实施例中，数字硬件和状态机可以包括在专用集成电路(ASIC)中。在其他实施例中，可以通过执行存储在存储器中的指令的处理器来实施参考表面捕捉电路2020。

比较器2030将公差值与每个Z坐标值和由电路2020捕捉的参考表面之间的差比较。如果所有Z坐标值与参考表面相差小于该公差，确定投影点基本上位于参考表面上，并且在1921宣称障碍清除信号。

图21示出根据本发明的各种实施例的处理器电路。在一些实施例中，处理器电路210可以用作如上所述的激光安全模块700中的平面性检测器710。在其他实施例中，处理器电路210可以用作如上所述的激光安全模块1900中的参考表面存储和障碍检测电路1910。处理器电路210包括投影点阵列缓冲器1010、处理器2110和存储器2120。存储器2120表示存储指令的非瞬时计算机可读介质。当由处理器2110执行指令时，进行平面性确定或参考表面运算。可以由处理器电路210执行任意如上所述的平面性检测或参考表面技术。例如，处理器电路210可以对极或直角坐标中的距离取平均，确定最佳拟合平面方程等。又例如，处理器电路210可以数学地或通过排序投影点来捕捉参考表面。处理器电路210还可以进行与投影点比较以确定投影点是否基本上位于平面中或基本上位于参考表面上。

处理器电路210的一些实施例进行平面性确定，而无需确定平均距离或最佳拟合平面方程。例如，一些实施例确定邻近投影点的子集之间的梯度矢量，并且然后确定剩余投影点是否满足梯度矢量。下文描述一个这样的实施例。

使用上述任何方法，可以用投影点填充投影点阵列缓冲器1010。确定最小深度读数Zmin(最近点)。

取决于Zmin出现的边缘或角，查找最近向前或向后相邻点。将梯度矢量计算为δ差Zdelta＝Znext-Zcurrent。如果Zdelta大于或几乎等于0，增加图像平面的梯度。从每个新位置重复，直到离Zmin的最远端为止。这是滑动窗口深度检查算法。滑动窗口检查具有最近相邻点的当前点，并且滑动方向从Zmin向外(向前或向后)。

如果有任何不连续，即，如果Zdelta小于0，指示深度下降或预期梯形图像平面的平面外的障碍的存在。

图22示出根据本发明的各种实施例的方法的流程图。在一些实施例中，由具有参考表面存储和障碍检测的扫描激光投影仪进行方法2200或其一部分，在前图中示出其实施例。在其他实施例中，由一系列电路或电子系统进行方法2200。方法2200不受进行该方法的特定类型的装置限制。方法2200中的各种动作可以以呈现的顺序进行，或可以以不同的顺序进行。此外，在一些实施例中，在图22中列出的一些动作可以从方法2200省略。

所示的方法2200从块2210开始。如在2210所示，捕捉参考表面。在一些实施例中，这对应于存储投影表面的数学表示。在其他实施例中，这对应于存储投影点集合。

在2220，测量扫描激光投影仪与投影仪的视场内的多个投影点之间的距离。这对应于测量在119接收的反射的往返跃迁时间的接近传感器704(图19)的操作。

在2230，做出多个投影点是否基本上位于参考表面上的确定。在一些实施例中，这通过确定投影点是否位于数学定义的表面上来进行。在其他实施例中，这通过比较投影点与表示参考表面的存储投影点来进行。

在2240，如果多个投影点不基本上位于参考表面上，进行至少一个动作来满足对视场中的障碍的系统或产品示例化的要求。在一些实施例中，这对应于减小激光功率。在其他实施例中，这对应于不增加激光功率。在另外的实施例中，这对应于测量视场中的热来确定可以是诸如人类或动物的有生命的对象的障碍存在。在其他实施例中，这可以在系统的较高阶或相关计算实体中设定标志，然后通过决策矩阵，使其采取动作。

图23示出根据本发明的各种实施例的具有热传感器的扫描激光投影仪。2230包括除了热传感器2310之外类似于扫描激光投影仪100的部件。激光器和光学设备2320包括图1中所示的激光模块和光学设备。激光安全模块2390还可以包括响应于热传感器2310的另外部件。在下文中，参考图24，更详细地描述激光安全模块2390。

热传感器2310是能感测投影仪2300的视场中的热的任何传感器。例如，热传感器2310可以是具有被设计或定位为几乎匹配或重叠投影仪的视场以便检测来自热体的辐射的多面光学器件(例如微菲涅耳透镜或微透镜阵列)的热电堆。

低频温度读出器能用来验证周围对象是否存在于视场中。例如，在一些实施例中，当用户有意地定位投影仪，使得无生命对象(例如，书，花瓶或其他桌面对象)在的视场中比接近阈限更近时，发生接近违规。作为接近违规的结果，调低激光功率，并且因为平面性或参考表面检测失败，将不会往回调高。然后，可以利用热传感器2310来检测热特征是否存在于视场内。如果热特征不匹配有生命的对象，往回调高激光功率。另一方面，如果热特征认为有生命的对象导致接近违规，则激光功率保持降低或关闭，直到障碍不再存在。

图24示出根据本发明的各种实施例的响应于热传感器的激光安全模块。激光安全模块2390包括接近传感器704和IR控制器702，这两者均在上文参考图7描述过。激光安全模块2390还包括平面性或障碍检测器2410以及激光功率控制器2420。

平面性或障碍检测器2410可以包括本文所述的任何平面性检测实施例。平面性或障碍检测器2410还可以包括本文所述的任何参考存储和障碍检测器。

激光功率控制器2420响应于在711的接近违规、在2421的平面性或障碍确定，以及在2311的从热传感器接收到的热特征信息。

操作中，当检测到接近违规时，激光安全模块调低激光功率。如果确定投影点基本上位于平面中或基本上位于参考表面上，则往回调高激光功率。如果投影点不基本上在平面中或不基本上在参考表面上，那么热传感器指示视场中没有有生命的对象，可以往回调高激光功率。否则，激光功率保持减小，直到热传感器表明视场中没有有生命的对象、确定投影点基本上位于平面中或基本上位于参考表面上、或接近违规被移除。

图25示出根据本发明的各种实施例的方法的流程图。在一些实施例中，由具有热传感器的扫描激光投影仪进行方法2500或其一部分，其实施例在前述图中示出。在其他实施例中，通过一系列电路或电子系统进行方法2500。方法2500不受进行该方法的特定类型装置限制。方法2500中的各种动作可以以呈现的顺序进行，或可以以不同的顺序进行。此外，在一些实施例中，在图25中列出的一些动作可以从方法2500省略。

所示的方法2500以块2510开始。如2510所示，测量扫描激光投影仪和投影仪的视场内的多个投影点之间的距离。这对应于测量在119接收的反射的往返跃迁时间的接近传感器704(图24)的操作。

在2520，确定多个投影点是否基本上位于平面中或参考表面上。在一些实施例中，这通过将投影点拟合3D空间中的最佳拟合平面方程来进行。在其他实施例中，这通过确定平均距离，然后比较到每个投影点的距离与平均值来进行。在另外的实施例中，这通过确定邻近投影点之间的平均梯度矢量，然后确定任何一个投影点是否不位于预期空间内来进行。在另外的实施例中，这通过比较投影点与存储的参考表面来进行。

在2530，在视场中测量热以确定视场中是否存在有生命的障碍。在一些实施例中，仅当多个投影点基本上不位于平面中或参考表面上时才进行该动作，并且在其他实施例中，不考虑平面性或参考表面确定而进行该动作。如上所述，基于在2530进行的热感测的结果来影响激光功率控制。如果检测到认为在视场中有有生命的对象的热特征，则激光功率保持减小。如果检测到认为在视场中没有有生命的对象的热特征，则使激光功率恢复到较高水平。

图26示出根据本发明的各种实施例的移动设备的框图。如图26所示，移动设备2600包括无线接口2610、处理器2620、存储器2630和扫描激光投影仪100。扫描激光投影仪100包括如上所述的激光安全电路和功率控制。例如，扫描激光投影仪100可以包括接近传感器和平面性检测器或参考表面存储和障碍检测。例如，扫描激光投影仪100可以包括热传感器以如本文所述地确定视场中的障碍是有生命的还是无生命的。

扫描激光投影仪100可以从任何图像源接收图像数据。例如，在一些实施例中，扫描激光投影仪100包括保存静态图像的存储器。在其他实施例中，扫描激光投影仪100包括包含视频图像的存储器。在另外的实施例中，扫描激光投影仪100显示从外部源，诸如连接器、无线接口2610、无线接口等接收到的图像。

无线接口2610可以包括任何无线传输和/或接收能力。例如，在一些实施例中，无线接口2610包括能够通过无线网络通信的网络接口卡(NIC)。又例如，在一些实施例中，无线接口2610可以包括蜂窝电话能力。在另外的实施例中，无线接口2610可以包括全球定位系统(GPS)接收机。本领域的技术人员将理解到，无线接口2610可以包括任何类型的无线通信能力，而不背离本发明的范围。

处理器2620可以是能够与移动设备2600中的各种部件通信的任何类型的处理器。例如，处理器2620可以是从专用集成电路(ASIC)厂家可获得的嵌入式处理器，或可以是商业中可获得的微处理器。在一些实施例中，处理器2620将图像或视频数据提供给扫描激光投影仪100。图像或视频数据可以从无线接口2610检索或可以从无线接口2610检索的数据得出。例如，通过处理器2620，扫描激光投影仪100可以显示直接地从无线接口2610接收的图像或视频。又例如，处理器2620可以提供叠层以添加到从无线接口2610接收的图像和/或视频，或可以基于从无线接口2610接收的数据，变更存储的图像(例如，在无线接口2610提供位置坐标的GPS实施例中，修改地图显示)。

图27示出根据本发明的各种实施例的移动设备。移动设备2700可以是具有或不具有通信能力的手持扫描激光投影仪。例如，在一些实施例中，移动设备2700可以是具有很少或没有其他能力的扫描激光投影仪。又例如，在一些实施例中，移动设备2700可以是可用于通信的设备，包括例如蜂窝电话、智能电话、平板计算设备、全球定位系统(GPS)接收机等。此外，移动设备2700可以经由无线(例如蜂窝)，连接到更大网络，或该设备能经由未管制的频谱(例如WiFi)连接接受和/或传送数据消息或视频内容。

移动设备2700包括：扫描激光投影仪100、显示器2710、小键盘2720、音频端口2702、控制按钮2704、卡槽2706和音频/视频(A/V)端口2708。这些元件均并非是必不可少的。例如，移动设备2700可以仅包括不具有任何显示器2710、小键盘2720、音频端口2702、控制按钮2704、卡槽2706或A/V端口2708的扫描投影仪100。一些实施例包括这些元件的子集。例如，附件投影仪可以包括扫描激光投影仪100、控制按钮2704和A/V端口2708。智能电话实施例可以将小键盘2720和显示器2710结合到触敏显示设备中。

显示器2710可以是任何类型的显示器。例如，在一些实施例中，显示器2710包括液晶显示器(LCD)屏。在一些实施例中，显示器2710可以是触敏的。显示器2710可以或可以不总是显示通过扫描激光投影仪100投影的图像。例如，附件产品可以总在显示器2710上显示投影的图像，而移动电话实施例可以投影视频，同时在显示器2710上显示不同内容。小键盘2720可以是电话小键盘或任何其他类型的小键盘。

A/V端口2708接受和/或传送视频和/或音频信号。例如，A/V端口2708可以是数字端口，诸如接受适合于传送数字音频和视频数据的电缆的高清多媒体接口(HDMI)接口。此外，A/V端口2708可以包括接受或传送复合输入的RCA插口。此外，A/V端口2708可以包括接受模拟视频信号的VGA连接器。在一些实施例中，移动设备2700可以通过A/V端口2708，拴到外部信号源，并且移动设备2700可以投影通过A/V端口2708接受的内容。在其他实施例中，移动设备2700可以是内容的发起者，并且A/V端口2708用来将内容传送到不同设备。

音频端口2702提供音频信号。例如，在一些实施例中，移动设备2700是能记录和播放音频和视频的媒体记录器。在这些实施例中，视频可以通过扫描激光投影仪100投影并且音频可以在音频端口2702处输出。

移动设备2700还包括卡槽2706。在一些实施例中，插入卡槽2706中的存储器卡可以提供用于在音频端口2702输出的音频和/或要由扫描激光投影仪100投影的视频数据的源。卡槽2706可以接收任何类型的固态存储器设备，包括例如安全数字(SD)存储卡。

图28示出根据本发明的各种实施例的游戏装置。游戏装置2800允许用户或多个用户观察和与游戏环境交互。在一些实施例中，基于游戏装置2800的运动、位置或方向导航游戏，该装置包括扫描激光投影仪100。

其他控制接口，诸如手动操作的按钮、脚踏板或口头命令也可以用来在游戏环境中导航或与之交互。例如，在一些实施例中，扳机装置2842用来使用户或多个用户处于第一人称视角视频游戏环境，通称为“第一人称射击游戏”的错觉。因为投影显示器的大小和亮度能结合用户的运动由游戏应用控制，游戏装置2800创建用于这些用户的非常可信或“身临其境”的环境。

许多其他第一人称视角模拟也能由游戏装置2800创建，如3D地震地质勘探、太空行走规划、丛林冠层探测、汽车安全教育、医学教育等的这些活动。触觉界面2844可以提供各种输出信号，诸如反冲、振动、摇晃、隆隆声等。触觉界面2844还可以包括触敏输入特征，诸如触敏显示屏或接收触笔的显示屏。另外的触觉界面，例如用于运动敏感探头的输入和/或输出特征也包括在本发明的各种实施例中。

游戏装置2800还可以包括音频输出设备，诸如集成音频扬声器、远程扬声器或耳机。这些种类的音频输出设备可以通过导线或通过无线技术连接到游戏装置2800。例如，无线耳机2846经由蓝牙连接向用户提供声效，尽管任何类型的类似的无线技术能自由地替代。在一些实施例中，无线耳机2846可以包括麦克风2845或双耳麦克风2847，以允许多个用户、教员或观察者通信。双耳麦克风2847通常包括每个耳机上的麦克风，以捕捉由用户的头阴影修改的声音。该特征可以用于通过其他模拟参与者的双耳收听和声音定位。

游戏装置2800可以包括测量周围亮度、运动、位置、方向等的任意多个传感器2810。例如，游戏装置2800可以通过数字罗盘，检测绝对航向，并且通过x-y-z陀螺仪或加速计检测相对运动。在一些实施例中，游戏装置2800还包括检测设备的相对方向，或其快速加速或减速的第二加速计或陀螺仪。在其他实施例中，当用户在地面空间中行进时，游戏装置2800可以包括全球定位卫星(GPS)传感器来检测绝对位置。

游戏装置2800可以包括电池2841和/或诊断灯2843。例如，电池2841可以是可充电电池，以及诊断灯2843能指示电池的当前充电。在另一示例中，电池2841可以是可移动电池夹，并且游戏装置2800可以具有当用充电电池替换放电电池时，允许装置连续操作的另外的电池、电子电容器或超级电容器。在其他实施例中，诊断灯2843能将包括在该设备内或连接到该设备的电子部件的状态告知用户或服务技术人员。例如，诊断灯2843可以指示接收到的无线信号的强度，或存储卡的存在与否。诊断灯2843还能由任何小屏，诸如有机发光二极管或液晶显示屏代替。这些灯或屏能在游戏装置2800的外部表面上，或如果用于该装置的壳体是半透明或透明的，则在该表面下。

游戏装置2800的其他部件可从该设备移除、拆卸或分离。例如扫描激光投影仪100可以从游戏壳体2849拆卸或分离。在一些实施例中，扫描激光投影仪100的子部件可以从游戏壳体2849拆卸或分离并且仍然起作用。

图29示出根据本发明的各种实施例的游戏装置。游戏装置2900包括按钮2902、显示器2910和投影仪100。在一些实施例中，游戏装置200是不需要用于用户玩游戏的大的控制台的独立的装置。例如，用户可以在观看显示器2910和/或180的投影内容的同时玩游戏。在其他实施例中，游戏装置2900操作为用于更大游戏控制台的控制器。在这些实施例中，用户可以与观看显示器2910和/或180的投影内容结合观看拴到该控制台的更大屏幕。

尽管结合某些实施例描述了本发明，应理解到，正如本领域的技术人员容易理解的，在不背离本发明的范围的情况下，可以采用改进和变形。这些改进和变形被认为在本发明和附加权利要求的范围内。