專利名稱：掃描束顯示和圖像捕捉的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像掃描技術，尤其涉及掃描束顯示和圖像捕捉。
背景技術：
圖像可以包括許多可變亮度或色彩的像素。圖像可以在具有冗余顯示元件的設備上顯示并且在具有冗余光檢測器元件的設備上捕捉。冗余顯示元件可以單獨渲染每個像素的亮度或色彩；類似地，冗余光檢測器元件可以單獨檢測每個像素的亮度或色彩。這種捕捉和顯示設備分別包括液晶顯示器(LCD)和光電二極管成像陣列。通過這些設備，圖像保真度可以取決于大量冗余元件的均勻性。顯示或捕捉圖像的另一種途徑是使用非冗余顯示或光檢測器元件并且使該元件順序掃描通過圖像的每個像素。在該方法中，圖像保真度不取決于冗余元件的一致性，而是可以取決于非冗余元件能夠掃描通過圖像的迅速、可靠程度。

發(fā)明內容
本公開的一個實施例提供一種顯示或捕捉圖像的方法。該方法包括將照射束引導到高共振、反射鏡-底座系統(tǒng)的反射鏡以及將驅動信號施加到換能器以使反射鏡偏轉。在該方法中，驅動信號具有接近反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率的脈沖頻率。該方法還包括從反射鏡反射照射束以使得照射束掃描通過要顯示或捕捉圖像的區(qū)域，并且與驅動信號同步地尋址圖像的每個像素以顯示或捕捉該圖像。應該理解，提供以上概述以通過簡化形式介紹以下詳細描述中進一步描述的概念的精選。這并不旨在標識所要求保護主題的關鍵或必要特征，所要求保護主題的范圍由詳細描述所附的權利要求書來定義。此外，要求保護的主題不限于解決本文所述的任何缺點的實現(xiàn)。


圖1示意性示出根據本公開實施例的掃描束系統(tǒng)的平面圖。圖2示意性示出根據本公開實施例的掃描顯示區(qū)域。圖3示意性示出根據本公開實施例的另一掃描束系統(tǒng)的平面圖。圖4示意性示出根據本公開實施例的對象的捕捉圖像。圖5是根據本公開實施例的向一對反射鏡制動換能器提供驅動信號的時序電路的示意圖。圖6示出根據本公開實施例的用于顯示或捕捉圖像的方法。
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圖7示出根據本公開實施例的用于向一對反射鏡制動換能器施加驅動信號的方法。圖8和9示出根據本公開不同實施例的用于調節(jié)施加到一對反射鏡制動換能器的驅動信號的相位延遲參數的方法。圖10示出根據本公開實施例的用于系統(tǒng)地選擇參數值以向一對反射鏡制動換能器施加驅動信號的方法。
具體實施例方式現(xiàn)在參照所示的特定實施例，通過示例來描述本公開的主題。在一個或多個實施例中基本相同的組件、過程步驟和其它元素被協(xié)調地標識并且以重復最小的方式描述。然而應該注意，協(xié)調地標識的元素還可以在某種程度上不同。還應該注意，本公開中包括的附圖是示意性的并且通常未按照比例繪制。相反，附圖中所示的各種繪制比例、縱橫比和組件數量可以有目的地失真，以使特定特征或關系更加顯見。圖1示例性示出一個實施例中掃描束系統(tǒng)10的平面圖。掃描束系統(tǒng)相對顯示區(qū)域12設置并且被配置成在顯示區(qū)域上形成顯示圖像。顯示區(qū)域可以是內壁或外壁、投影屏幕、或實質上任何非鏡面反射表面。應該注意，在本公開的各個實施例中顯示和捕捉的圖像可以通過任何適當方式接收、發(fā)送、或存儲。例如，圖像可以作為各自具有可變亮度和/或色彩的離散像素序列而數字地接收、發(fā)送或存儲。相應地，本文所使用的術語“像素”符合數字成像和顯示領域中的普通用途。因此，圖像的像素可以排列在跨笛卡爾坐標X和Y的矩形陣列中。在圖1中繼續(xù)，掃描束系統(tǒng)10包括激光器14、16和18以及光束組合器20和22。 激光器可以包括被配置成發(fā)射可見光的二極管激光器；例如，它們可以包括紅激光器、藍激光器和綠激光器。在其他實施例中，激光器中的至少一個可以發(fā)射紅外或紫外波長的不可見光。激光器被安排成(在本示例中，相對于光束組合器)將其發(fā)射引導到共線、低發(fā)散、 多色照射束對。在一個實施例中，光束組合器可以各自包括平面反射鏡和平面分色反射器。 其它實施例可以只包括一個或包括三個以上的激光器。多色照射束可以諸如通過二次或高次諧波生成而從單個激光束獲得。為此，激光束可被引導通過非線性光學材料，例如倍頻晶體。在圖1中繼續(xù)，掃描束系統(tǒng)10包括機械地耦合到底座觀的反射鏡沈。反射鏡可以包括任何合適的鏡面反射器。在一個實施例中，反射鏡可以基本上是直徑從0. Imm至IOmm 的圓形，用于可見波長的高速掃描。然而，應該理解，其它尺寸范圍和其它反射鏡幾何結構也完全與本公開相符。底座可以是支持反射鏡并允許反射鏡關于兩個不同轉動軸偏轉的任何彈性裝備。例如，底座可以是彎曲底座。在一個實施例中，反射鏡和底座可以實現(xiàn)高共振機械系統(tǒng)。例如，反射鏡-底座系統(tǒng)可以呈現(xiàn)幾百至幾萬的共振品質因數。高Q掃描儀可以降低驅動功率要求，并且可以增大反射鏡偏轉的定量可預測性。提供高Q的一些途徑包括將反射鏡-底座系統(tǒng)裝入其中含有降低壓強的空氣或另一氣體的封裝中。在一個實施例中，封裝中可以包含粘性比空氣更低的氣體。在這些和其它實施例中，反射鏡-底座系統(tǒng)自身的硅結構可以適于實現(xiàn)高共振。此外，反射鏡-底座系統(tǒng)可以包括呈現(xiàn)高可逆變形的撓曲材料(flexure material)。
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圖1示出在操作上耦合到控制器34的第一換能器30和第二換能器32。第一和第二換能器被配置成使反射鏡分別繞第一轉動軸36 (垂直附圖平面定向)和第二轉動軸38 偏轉。第一和第二轉動軸彼此并不平行，而且在某些實施例中可以垂直，如圖1所示。在此處所示的實施例中，位于雙軸底座上的單個反射鏡繞垂直轉動軸偏轉。在其他實施例中，相同的效果可以通過使用各自位于單軸底座上的串聯(lián)排列的兩個反射鏡來實現(xiàn)。此外，反射鏡-底座系統(tǒng)可以相對于繞轉動軸之一(例如快軸)的偏轉而高度共振，并且相對于繞另一轉動軸的偏轉較小共振。在一個實施例中，反射鏡-底座系統(tǒng)可以是相對于繞慢軸的偏轉非共振的。此外，本公開的至少一些部分可以是關于其中反射鏡-底座系統(tǒng)相對于繞兩個軸的偏轉非共振的配置。在本文所預期的實施例中，第一、第二換能器可以包括諸如壓電、電磁或靜電換能器?？刂破?4被配置成向每個換能器施加驅動信號(即，改變換能器的驅動電壓或電流) 并由此影響反射鏡沈的偏轉。在一個特定實施例中，換能器30和32是當跨緊密間隔的板或梳施加高電壓時向反射鏡提供偏轉力的靜電換能器。在一個實施例中，板或梳的配置可以至少部分不對稱。不對稱可能是由于將配置移出對稱狀態(tài)的機械噪聲引起的。缺乏鐵磁或壓電材料，靜電換能器可以使用標準微機電系統(tǒng)(MEMQ工藝來制造并且因此與相對低成本的掃描束系統(tǒng)兼容。如圖1所示，照射束M從反射鏡沈向顯示區(qū)域12反射。相應地，控制反射鏡繞第一轉動軸36和第二轉動軸38的偏轉允許照射束在顯示區(qū)域內‘行進’以照射顯示區(qū)域的點狀地點。更精確地，控制反射鏡繞第一轉動軸的偏轉確定照射地點40沿第一平移軸X 的位置；控制反射鏡繞第二轉動軸的偏轉確定照射地點沿第二平移軸Y(垂直于繪圖平面定向)的位置。第一、第二平移軸通常彼此不平行，并且在某些實施例中可以是垂直的。為了使掃描束系統(tǒng)10能夠顯示圖像，控制器34被配置成在照射束正掃描顯示區(qū)域12的同時與施加到換能器30、32的驅動信號同步地尋址圖像的每個像素。對于掃描束顯示，尋址圖像的每個像素包括對圖像的每個像素調節(jié)照射束M的強度。相應地，在圖1 所示的實施例中，激光器14、16、18在操作上耦合到控制器34。控制器被配置成向每個激光器提供經調制的驅動電流以調制其發(fā)射振幅。圖2示出相對于圖1的視圖旋轉并如同垂直觀察一樣取向的顯示區(qū)域12。顯示區(qū)域包括跨平移軸X和Y的像素陣列42。通過以如上所述的方式將照射束M每個波長的適當照射強度遞送到每個像素，在顯示區(qū)域中形成顯示圖像。下文所述的方法提供關于可以使反射鏡沈偏轉和照射束強度調制同步的方式的其它細節(jié)。在某些方法中，遞送到顯示區(qū)域12的光強被檢測并用于改進同步。例如，反射鏡26的偏轉相對于施加到換能器30或32的驅動脈沖的相位延遲可以通過實時檢測到達顯示區(qū)域的光強來確定。因此，現(xiàn)在參照圖1，掃描束系統(tǒng)10包括靠近顯示區(qū)域12安置的光檢測器44和46。光檢測器可以各自包括光電二極管或光電倍增管并且可以無透鏡以在廣角上檢測光。在圖1所示的實施例中，來自照射束對的光通過水平孔徑縫48到達光檢測器48 ；其通過垂直孔徑縫50到達光檢測器46。相應地，光檢測器響應于照射地點40的 X坐標，而不響應Y坐標；光檢測器46響應于照射地點的Y坐標，而不響應X坐標。在圖1 所示的實施例中，光通過濾光器52和M傳送到光檢測器，濾光器可以包括諸如干涉濾光器或濾色器。這樣，光檢測器可以被配置成檢測照射束任何波長的窄帶光。在所示的實施例中，光檢測器、濾光器和孔徑縫安排在顯示區(qū)域的一個邊緣上以直接從照射束接收光；在其他實施例中，光檢測器可被安排在靠近顯示區(qū)域邊緣處或者在顯示區(qū)域內。在其他實施例中，光檢測器、濾光器和孔徑縫可被安排成與顯示區(qū)域相對，并且被配置成接收來自顯示區(qū)域的反射光。在其他實施例中，可以在一個或多個反射鏡處接收來自照射束的光，并由一個或多個反射鏡將光反射到適當的縫、濾光器和/或檢測器。在某些情形中，反射鏡自身的形狀可以用于仿效縫的功能。此外，與本公開完全相符的某些配置可以缺乏濾光器、孔徑縫和 /或光檢測器。圖3示意性示出一個實施例中的另一掃描束系統(tǒng)56的平面圖。掃描束系統(tǒng)56被安排成與對象58相對，并被配置成捕捉該對象的圖像。對于圖像捕捉，至少一個光檢測器 60 (基本上等效于以上光檢測器44和46)被安排成與對象相對并被配置成接收來自從該對象反射的照射束M的光。在圖3所示的實施例中，濾光器62被安排在光檢測器60之前以將光檢測器的響應限制在照射束的一個或多個波長。在掃描束系統(tǒng)56中，照射束M在對象58上掃描，如同其在以上實施例中在顯示區(qū)域12上掃描一樣。相應地，換能器30和32被配置成偏轉反射鏡沈使得照射束掃描通過捕捉對象圖像的區(qū)域。同時，控制器34被配置成與驅動信號同步地尋址圖像的每個像素。 對于掃描束圖像捕捉，尋址圖像的每個像素包括在照射束在對象上掃描時對圖像的每個像素寄存所檢測的照射束的光強。在這一配置中，在任何給定時間，只照射對象的單個點狀地點40。當照射束在對象的暗部上掃描時，很少或沒有來自照射束的光反射回光檢測器60 ；當在對象的亮部上掃描時，更多光被反射回光檢測器。圖4示出相對于圖3的視圖旋轉并且如同在所捕捉圖像中出現(xiàn)一樣定向的對象。通過使用不同波長的激光器，掃描束系統(tǒng)56可以響應于對象58的著色來制造。在一個實施例中，三種不同可見波長的激光器可以連續(xù)操作；裝有濾色器或干涉濾光器的多個光檢測器可以用于檢測從對象反射的光。在另一實施例中，一個或多個光檢測器可以響應于照射束的全波長范圍；然而，可以調制激光器以使得色彩信息在時間上被編碼并且可從光檢測器輸出的相位提取。以空間分辨率為代價，激光器的調制還可以用于諸如經由鎖定(lock-in)放大來改進檢測反射光的信噪比。以時間分辨率為代價，還可以通過平均所收集的幀來改進信噪比。 在掃描束顯示和圖像-捕捉等應用中，高幀率和高分辨率通常都是期望的。對于顯示，可以足夠快地掃描圖像像素使得人類眼睛感知到靜態(tài)圖像；對于圖像捕捉，可以至少在對象運動的時間尺度上快速掃描。因此，在一個實施例中，本文所述的掃描束系統(tǒng)可以被配置成以每幀一百萬像素的分辨率每秒捕捉六十幀。當然，也可以構想其它幀率和分辨率。
通過掃描束系統(tǒng)10和56，幀率由反射鏡沈偏轉的變化率確定，并且分辨率由偏轉范圍確定。作為第一近似，反射鏡沈和底座觀類似于驅動質量-彈簧系統(tǒng)(a driven mass-spring system)。在這一系統(tǒng)中，反射鏡的不連續(xù)或突然加速可能需要額外的制動力。結果，以可以實現(xiàn)適當幀率的頻率光柵化(raster)照射束通過尖銳轉角(類似于陰極射線管的電子束)可能并不實際。然而，可以以適當頻率和振幅正弦地加速反射鏡。這可以通過向換能器30和32施加脈沖列驅動信號來實現(xiàn)，脈沖列的頻率被小心選取以驅動該系統(tǒng)接近其共振頻率。
當以這一方式驅動換能器30和32時，照射束M以沿李薩(Lissajous)圖周期性變化的速度掃描對象或顯示區(qū)域。為了示出某些掃描特征，圖2和4示出描繪出李薩圖 64的照射地點40。當然，照射地點可以繪制出用于適當高分辨率的更高階李薩圖(參見下文)。為了優(yōu)化幀率，反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率可以盡量高。減小反射鏡沈的質量會增大共振頻率，但是減小反射鏡直徑可能會降低圖像分辨率。這是因為任何光束在從反射鏡反射時會遭遇衍射。這種衍射可以使照射束M發(fā)散k* λ/d弧度，其中d是反射鏡直徑，λ是照射波長，并且k是接近一個單位(unity)的常數。照射束的發(fā)散使照射地點40 更大而圖像分辨率更低。增大反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率的另一種途徑是增加底座觀的剛度。對于給定施加力，該方法可以潛在地減小反射鏡的偏轉范圍，從而再次降低所分辨像素的數量。然而，可以通過同時增大反射鏡-底座系統(tǒng)的共振品質因數Q，即通過使系統(tǒng)更加共振，來補償偏轉范圍的減小。這樣，有可能使用較小的施加力來驅動反射鏡通過較大的角范圍。使反射鏡-底座系統(tǒng)更共振是有益的，尤其在換能器制動力固有地較低(例如使用靜電換能器)的實施例中。上述高Q方法可以在給定幀率下顯著增加掃描束顯示或圖像-捕捉系統(tǒng)中所分辨像素的數量。為了優(yōu)勢更大，可以使用驅動換能器30和32的適應性策略。在一個實施例中為了確保高Q操作，非常接近反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率(例如達百萬分之(PPm)幾十至幾百以內)地驅動每個換能器。然而，共振頻率自身因制造公差和溫度變化而發(fā)生相同或更大的變化。因此，根據本公開，可編程驅動時鐘可以用于啟動換能器的驅動信號。圖5示意性示出一個實施例中用于向換能器30和32提供信號的示例時序電路 66。在所示的時序電路中，脈沖列是通過整數劃分從快時鐘導出的。該方法不引入相位噪聲，并且可以用于取代使時鐘相位抖動以實現(xiàn)非整數劃分的技術。應該注意，相位噪聲(由于高Q反射鏡制動)導致反射鏡偏轉的振幅噪聲，這可能會影響圖像保真度。另一方面，整數劃分在許多時鐘周期上平均時鐘抖動(jitter)，藉此相對于快時鐘減小所劃分脈沖列中的相位噪聲。圖5示出像素時鐘68，頻率等于期望像素頻率f的可編程時鐘。粗略地假設每條水平線一千個像素，該頻率可以是幾十兆赫。時序電路66中的所有其它時鐘以f的整數約數運行。在圖5所示的實施例中，像素時鐘包括被配置成生成可調節(jié)頻率的脈沖列的電壓控制振蕩器(VCO)。通過調節(jié)VCO的控制電壓，可以將頻率設置成諸如7ppm或更高的精度。在其它實施例中，像素時鐘可以包括跟隨有可編程分頻器的極快速常數頻率時鐘。例如，可以從使用三次諧波晶體或鎖相環(huán)(PLL)的晶體振蕩器生成極快速常數頻率時鐘。圖5示出第一(例如快、水平)換能器30和第二(例如慢、垂直)換能器32。注意，第一和第二換能器還可以相反地安排，且比水平軸更快地掃描垂直軸。來自像素時鐘68 的脈沖列由兩個整數fast_tot (快_tot)和SloW_tot (滿_tot)來劃分以產生分別用于第一和第二換能器的驅動脈沖。當這些換能器分別以以下頻率時鐘化時，f_/fast_tot，禾口f_/slow_tot,
照射束M描繪出具有以下頻率的李薩圖f_/(2*LCM(fast_tot, slow_tot))。在以上表述中，LCM(faSt_t0t，Sl0W_t0t)表示括號內整數的最小公倍數。分母中額外因子2是從以下事實得到當換能器是對稱梳驅動類型時，反射鏡的機械振蕩頻率是施加到換能器的驅動頻率的一半。這一特征還在制動反射鏡時引入180度的相位不確定性，使得每次像素時鐘啟動時，對于每個換能器，反射鏡具有百分之五十的幾率反向偏轉。 該事件會導致圖像被顯示或捕捉成鏡像。在圖5所示的實施例中，fast_tot和SloW_tot被選擇成2的共同整數冪的倍數。fast_tot = (2~(lo_bits))*fast_perslow_tot = (2"(lo_bits))*slow_per,其中fast_per (快_周期)和sl0W_per (慢_周期)是相對素數，即它們不共享除了數字1之外的整數因數。析出2的整數冪增大了可選擇適當、相對素數的可能性，如下所述，這簡化了幀同步。在該實施例中，照射束M描繪出的李薩圖具有以下周期frame_per = 2* (2" (lo_bits)) *fast_per*slow_per (幀 _ 周期=2* (2" (lo_ 比特))*快_周期r*慢_周期).為了執(zhí)行所述的頻率劃分，時序電路66包括被配置成時鐘分頻器的三個數字計數器。Lo-bits (lo_比特)計數器70由像素時鐘68直接進行時鐘控制，并且通過2~ (lo_ bits)來劃分像素時鐘的脈沖頻率?？熘芷谟嫈灯?2和慢周期計數器74由lo-bits計數器時鐘化，并且分別通過fast_per和sleeper來劃分lo-bits計數器的脈沖頻率。如圖5所示，換能器30和32并不由計數器分頻器72和74直接驅動。相反，快周期計數器72和慢周期計數器74的輸出脈沖列通過可編程延遲線76和78來饋送。可編程延遲線向脈沖列施加可調節(jié)時間延遲，這補償了換能器電激勵與反射鏡偏轉之間的相位延遲。在一個實施例中，可編程延遲線的每個可調節(jié)延遲包括像素時鐘68的可調節(jié)整數周期。就以上定義的參數而言，時序電路66可以使照射束M描繪出如下李薩圖χ(t) = sin(2氺pi氺(f_pixel/(slow—per氺2~(lo_bits)))氺t+phi_x), andy(t) = sin(f_pixel/(fast_per*2"(lo_bits)))*t+phi_y),其中phi_x和phi_y是與可編程延遲線的可調節(jié)時間延遲相對應的有效相位延遲。在本實施例中，對于任何整數k彡0，當t = k氺frame_per/f_pixel,開始寫或獲取新的幀。此時，lo-bits計數器70、快周期計數器72和慢周期計數器 74各自剛剛換行(wrap)并呈現(xiàn)累計計數零。該條件是fast_per和sl0W_per被選擇為相對素數這一事實的結果。相應地，時序電路66包括當每個上述計數器分頻器的累計計數為零時提供同步脈沖的邏輯門80至86。然而，因為換能器30和32由2劃分，所以確定何時觸發(fā)幀同步時可以忽略邏輯門的每個其它輸出脈沖。鑒于啟動時180度的相位不確定性， 忽略奇數或偶數脈沖是任意的。上述示例配置實現(xiàn)用于使用掃描束系統(tǒng)顯示或捕捉圖像的各種方法。相應地，現(xiàn)在繼續(xù)參照以上配置，通過示例來描述一些此類方法。然而，應該理解，本文所述的方法以及完全落在本公開范圍內的其它等效方案也可以經由其它配置來實現(xiàn)。
圖6示出在一個實施例中用于顯示或捕捉圖像的示例方法88。在90，如上所述，將照射束引導到高共振反射鏡-底座系統(tǒng)的反射鏡上。在一個實施例中，反射鏡-底座系統(tǒng)可以具有一百以上的共振品質因數Q。在92，向換能器施加驅動信號以偏轉反射鏡。驅動信號可以具有接近反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率的脈沖頻率。在一個實施例中，驅動信號的脈沖頻率可以接近反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率達百萬分之一百以內。相應地，施加驅動信號可包括調節(jié)驅動信號的脈沖頻率以在共振頻率變化時跟蹤反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率。共振頻率可以由于制造公差或由于反射鏡的不確定溫度而變化，如下所述的。然后，該方法前進至94，在那里照射束從反射鏡反射使得照射束掃描通過其中顯示或捕捉圖像的區(qū)域。在96，與驅動信號同步地尋址圖像的每個像素。96之后，該方法返回。在涉及圖像顯示的實施例中，在96尋址圖像的每個像素包括在照明束掃描通過顯示區(qū)域時對圖像的每個像素調節(jié)照射束強度。在涉及圖像捕捉的實施例中，尋址圖像的每個像素包括在照射束在對象上掃描或者掃描通過對象所處的區(qū)域時，對圖像的每個像素寄存所檢測的照射束的光強。以下進一步描述圖7至圖9所示的內容，尤其是以上方法的諸方面。圖7示出在一個實施例中，用于向一對換能器施加驅動信號以驅動反射鏡的示例方法92A。該方法可以由各種配置實現(xiàn)，諸如上述時序電路66。在98，生成頻
像素)的脈沖列。在100，由2"lo_bits來劃分脈沖列的頻率。在102，由fast_per和slow_ per來進一步劃分脈沖列的頻率。在104，延遲所劃分的脈沖列以補償反射鏡制動的相位延遲。有可能測量特定反射鏡的相位延遲，以及使用所測量的值作為常數來預校準掃描束系統(tǒng)。然而，近共振驅動的高Q系統(tǒng)會呈現(xiàn)隨驅動頻率的改變以及隨共振頻率的改變而強烈變化的相位。由于共振頻率是溫度的函數，因此反射鏡溫度的微小變化會產生相位延遲的大變化。反射鏡的相位延遲很重要，因為掃描束系統(tǒng)有效地掃過四個圖像當光束向左和向上運動時的第一圖像，當向左和向下運動時的第二圖像，當向右和向上運動時的第三圖像， 以及當向右和向下運動時的第四圖像。相位延遲的不正確估計導致這四個圖像之間的不對準，使得每個像素一分為四。鑒于這些擔心，下文中描述和示出使用可調節(jié)相位延遲的方法。在圖7中繼續(xù)，方法92A前進至106，其中向換能器施加已延遲、已劃分的脈沖列來導致反射鏡的正弦偏轉。在108，確定劃分脈沖列的計數器分頻器是否已剛剛換行。如果計數器分頻器剛剛換行(例如如果計數器分頻器的奇數全部清除)，則該方法前進至110，其中觸發(fā)幀同步事件。在該步驟之后，或者如果在108確定全部計數器分頻器沒有換行，則該方法返回。因為在圖像顯示或圖像捕捉期間，照射束M的強度可能會變化，因此照射束傳遞到反射鏡26的熱量也可以變化，從而導致反射鏡加熱或冷卻。環(huán)境溫度也可以影響反射鏡溫度。任何這種溫度變化不僅可以影響反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率，而且還可以影響反射鏡偏轉相對于換能器驅動信號的相位延遲。因此，為了確保與驅動信號同步地尋址圖像的每個像素，這種尋址可以相對于驅動信號的脈沖延遲可調節(jié)量。此外，可調節(jié)量可以基于反射鏡溫度。很容易將該可調節(jié)延遲量歸入以上方法中在104施加的時間延遲中。相應地， 圖8和9所示的方法提供響應于反射鏡溫度的調節(jié)相位延遲參數圖8示出用于調節(jié)相位延遲參數的示例方法112，相位延遲參數在諸如上述方法92A的換能器驅動方法中延遲已劃分脈沖列。在方法112中，通過在對應于預置照射束強度的多個預定延遲量之間內插，基于照射束強度來確定可調節(jié)延遲量。在方法112的114，調節(jié)照射束的強度。在116，測量對照射地點40的水平位置敏感的光檢測器響應。在118，測量對照射地點的垂直位置敏感的光檢測器響應。在一個實施例中，水平和垂直響應光檢測器在照射束通過它們時提供脈沖類信號。因此，該方法可以包括在信號達到其最大值時寄存時鐘計數，以及使用所寄存的時鐘計數作為相位測量。例如， 可以檢測信號的峰值。否則，可以將閾值設在峰值之下的適當值(例如峰值一半處)，并且可以基于信號上升到閾值之上的時間來測量相位。然后該方法前進到120，其中基于所測量的光檢測器響應，對當前已調節(jié)照射束強度確定如上定義的相位延遲參數phi_x和phi_y。 在122，在不同照射束強度下重復步驟114至120。在一個實施例中，在照明束的一個或多個激光器全部關閉、照明束的一個或多個激光器全部打開以及在其間多個強度水平下測量相位延遲參數。然后，該方法前進到124，其中在圖像顯示或圖像捕捉期間，基于照明束的實際強度通過內插來確定相位延遲參數的連續(xù)值(running value) 0在內插中使用的實際強度可以是即時強度，或者它可以是在適當集成周期上的平均。因此，方法112用于響應于照射束的可變強度來調節(jié)施加到換能器30和32的相位延遲的開環(huán)方法。圖9所示的方法提供類似的閉環(huán)方法。圖9示出用于調節(jié)相位延遲參數的另一示例方法126，相位延遲參數在諸如上述方法92A的換能器驅動方法中延遲已劃分脈沖列。在該方法的116，測量對照射地點40的水平位置敏感的光檢測器響應。在118，測量對照射地點的垂直位置敏感的光檢測器響應。 然后該方法前進到128，其中基于光檢測器響應的脈沖簽名計算光檢測器的坐標。在上述配置中，每個光檢測器每個反射鏡周期生成兩個脈沖，一個在光束在X或Y的增大方向上掃描光檢測器時，而另一個在光束在減小反向上往回掃描光檢測器時。如果脈沖之間的時間等于X或Y掃描周期，則光電二極管定位在掃描中心。如果時間短，則它可以靠近掃描限制之一。在此之間，它作為掃描周期的反正弦而變化。在圖9中繼續(xù)，方法1 前進到130，在那里基于光檢測器位置和光檢測器響應確定相位延遲參數phi_x*phi_y的誤差。在132，調節(jié)phi_x*phi_y的連續(xù)值。在一個實施例中，可以向相位參數施加小于剛確定的值的校正；該方法避免過沖并使相位誤差隨時間指數地弱化。在以上方法的一個實施例中，控制器34可以在一個或多個可見光波長下在掃描邊緣處施加恒定照射。相應地，可以通過以光未被調制的角度檢測來自照射束的光并且將所檢測光的強度與驅動信號同步，來確定可調節(jié)量。在另一個實施例中，控制器可以使用照射束的不可見、未調制波長在顯示區(qū)域的任何位置施加恒定照射。在此，可以通過檢測來自照射束未調節(jié)波長的光并且將所檢測光的強度與驅動信號同步，來確定可調節(jié)量。其它實施例可以組合以上示出的方法的多個方面。例如，相位參數的開環(huán)估計可以與閉環(huán)細化結合使用。在其它實施例中，開環(huán)和/或閉環(huán)方法可以用于改變驅動頻率(例如通過改變像素時鐘頻率)以實現(xiàn)參數反射鏡相位延遲，而不是調節(jié)相位延遲參數。上述配置和方法參照諸如各種數值參數，faSt_per、Sl0W_per、l0_bitS、f_piXel。 圖10示出用于系統(tǒng)地選擇這些參數的適當值的示例方法134。在所示實施例中，可以基于所顯示或所捕捉圖像的期望屬性(例如快(垂直)分辨率、慢(水平)分辨率)以及基于各種物理約束(諸如快軸共振頻率和慢軸共振頻率)選擇參數值。在方法134的136，以快軸分辨率和慢軸分辨率來表示期望圖像分辨率。在138， 確定硬件約束參數的快軸共振頻率和慢軸共振頻率。假設快軸遠快于慢軸，快軸分辨率如下2氺fast—per氺2~lo_bits,以及幀中像素總數如下2*fast_per*slow_per*2"lo_bits.因此，慢軸分辨率如下(幀中總像素)/(快軸分辨率)=slow_per.因此，在140，基于期望慢軸分辨率相應地選擇sl0W_per。然后在142，fast_per 被選為相關于sl0W_per的相對素數，使得fast_per/slow_per ^ (快共振頻率)/ (慢共振頻率).因為這些參數是整數，所以上式僅在一定近似下滿足。在某些實施例中，當全局地選擇sl0_per和faSt_per以滿足以上等式時，近似質量可以得到改進。然后，方法134前進到144，在那里基于期望快軸分辨率選擇lo_bits，并且前進到146，在那里最終計算f_ pixel ο雖然以上方法參照快軸(例如水平軸)的共振頻率和慢軸(例如垂直軸)的共振頻率，但是本公開也與近共振地驅動換能器之一以及非共振地驅動另一換能器的情況相符。在一個示例實施例中，可以近共振地驅動快、水平換能器，同時非共振地驅動慢、垂直換能器(例如在基本上線性步驟的序列中)。如上所述，本文所述的配置和方法可以用于圖像顯示和圖像捕捉。然而在某些實施例中，期望顯示第一圖像而且并發(fā)地捕捉第二圖像。在一個簡單示例中，光學觸摸屏可以顯示虛擬鍵區(qū)或其它信息，而且并發(fā)地捕捉定義用戶輸入的圖像；所捕捉的圖像可以包括用戶的手指或輸入筆。在另一示例中，視頻游戲系統(tǒng)可以向玩家顯示信息或圖示，而且并發(fā)地捕捉編碼對玩家部署或姿勢的圖像。視頻游戲系統(tǒng)可以處理所捕捉的圖像以譯碼部署或姿勢并將其用作輸入。在一個實施例中，掃描束顯示和圖像捕捉系統(tǒng)被配置成在對象所位于的區(qū)域中顯示第一圖像。如上所述，該系統(tǒng)還被配置成檢測從對象反射的顯示光。這樣，捕捉第二圖像， 第二圖像包括所顯示第一圖像的像素狀倍增產物和被均勻照射對象的圖像。相應地，可以經由第一圖像的像素狀劃分來提取被均勻照射對象的圖像。該方法提供使用最小掃描束配置的并發(fā)顯示和圖像捕捉，當然，所捕捉的對象圖像可能易于遭受來自不均勻照射的空間不均勻噪聲。在另一實施例中，用于并發(fā)圖像顯示和圖像捕捉的照射束可以包括用于顯示第一圖像的一個或多個可見激光和用于捕捉第二圖像的附加不可見(例如紅或紫外)激光。可以基本上如圖1所示地組合顯示和成像光束。在該實施例中，可以將不可見激光保持在恒定強度；可以僅經由不可見波長的窄帶檢測來捕捉第二圖像。相應地，可以通過將適當濾光器安排在光檢測器之前，來阻擋來自一個或多個已調制可見激光的反射光。應該理解，在某些實施例中，可以省略本文所述和/或所示的某些進程步驟而不背離本公開的范圍。類似地，可以不總是要求所述的進程步驟序列實現(xiàn)目標結果，而是為了示出和描述簡單而提供的。所示動作、功能或操作中的一個或多個可以重復執(zhí)行，這取決于所使用的特定策略。 最后，可以理解，此處描述的制品、系統(tǒng)和方法在本質上是示例性的，并且這些具體實施例或示例不被認為是限制意義，因為多個變型是可能的。因此，本公開包括此處所公開的各種系統(tǒng)和方法的所有新穎和非顯而易見的組合和子組合，及其任何和所有的等效方
權利要求
1.一種用于顯示或捕捉圖像的方法(88)，所述方法包括將照射束04)引導(90)到高共振、反射鏡-底座系統(tǒng)06、觀)的反射鏡06)上；向換能器(30、3幻施加驅動信號以偏轉所述反射鏡，所述驅動信號具有接近所述反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率的脈沖頻率；從所述反射鏡反射所述照射束，以使得所述照射束掃描通過要顯示或捕捉圖像的區(qū)域；以及與所述驅動信號同步地尋址所述圖像的每個像素0 以顯示或捕捉所述圖像。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，尋址所述圖像的每個像素包括在所述照射束掃描通過所述區(qū)域時對所述圖像的每個像素調節(jié)所述照射束的強度。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，尋址所述圖像的每個像素包括在所述照射束掃描通過所述區(qū)域時對所述圖像的每個像素寄存所檢測的來自照射束的光強。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，施加所述驅動信號包括調節(jié)所述驅動信號的脈沖頻率以在所述共振頻率變化時跟蹤所述共振頻率。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，與所述驅動信號同步地尋址所述圖像的每個像素包括將對每個像素的尋址相對于所述驅動信號的脈沖延遲可調節(jié)量。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述可調節(jié)量基于所述反射鏡的溫度。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述可調節(jié)量是通過在對應于預置照射束強度的多個預定延遲量之間內插、基于所述照射束強度來確定的。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述可調節(jié)量是通過檢測來自所述照射束的未調制波長的光并且將所檢測光強與所述驅動信號同步來確定的。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述可調節(jié)量是通過以光未被調制的角度檢測來自所述照射束的光并且將所檢測的光強與所述驅動信號同步來確定的。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射鏡-底座系統(tǒng)具有一百以上的共振品質因數Q。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述脈沖頻率接近所述共振頻率達百萬分之一百以內。
12.一種用于顯示或捕捉圖像的系統(tǒng)(10、56)，所述系統(tǒng)包括至少一個激光器(14、16、18)，其被安排成引導光進入照射束04)；反射鏡(26)，其被耦合在高共振反射鏡-底座系統(tǒng)Q6J8)中并且被配置成反射所述照射束；換能器(30、32)，其被配置成偏轉所述反射鏡以使得所述照射束掃描通過要顯示或捕捉圖像的區(qū)域；以及控制器(34)，其被配置成向所述換能器施加驅動信號，所述驅動信號具有接近所述反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率的脈沖頻率，所述控制器還被配置成與所述驅動信號同步地尋址所述圖像的每個像素(42)，將對每個像素的尋址相對于所述驅動信號的脈沖延遲可調節(jié)量，所述可調節(jié)量基于所述反射鏡的溫度。
13.如權利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，尋址所述圖像的每個像素包括在所述照射束掃描通過所述區(qū)域時對所述圖像的每個像素調節(jié)所述照射束的強度。
14.如權利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，尋址所述圖像的每個像素包括在所述照射束掃描通過所述區(qū)域時對所述圖像的每個像素寄存所檢測的來自照射束的光強。
15.如權利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器包括被配置成生成可調節(jié)頻率的脈沖列的電壓控制振蕩器。
全文摘要
本發(fā)明描述了掃描束顯示和圖像捕捉。一種用于顯示或捕捉圖像的方法包括將照明束引導到高諧振、反射鏡-底座系統(tǒng)的反射鏡上以及將驅動信號施加到換能器以偏轉反射鏡。在該方法中，驅動信號具有接近反射鏡-底座系統(tǒng)的共振頻率的脈沖頻率。該方法還包括從反射鏡反射照射束使得照射束掃描通過要顯示或捕捉圖像的區(qū)域，并且與驅動信號同步地尋址圖像的每個像素以顯示或捕捉該圖像。
文檔編號G02B26/10GK102236167SQ20111011880
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權日2010年4月28日
發(fā)明者A·S·瓦塔坎蒂, J·R·劉易斯, J·韋斯特許斯, R·克蘭, S·巴斯徹 申請人:微軟公司