專利名稱：用于圖像投影的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及便攜式投影設(shè)備。具體而言，本發(fā)明涉及可操作的顯示圖像的便攜式投影設(shè)備。
背景技術(shù)：
商業(yè)和其它的職業(yè)(function)正朝著移動的方式發(fā)展。隨著便攜式計算設(shè)備以及包括膝上型計算機、蜂窩式電話和個人數(shù)字助理(PDA)日益廣泛的使用，其中，可以使用很多典型的便攜式顯示器和便攜式投影設(shè)備。然而，典型的顯示技術(shù)是非常不方便的，它們質(zhì)量差，功率消耗大。
許多典型的投影設(shè)備是設(shè)計連接到一臺計算機，通常是一臺桌上型計算機的大型(large)的投影設(shè)備。由于膝上型計算機的增加(proliferation)，投影設(shè)備變得越來越便攜，市場也隨之擴大。近來，銷售商開發(fā)了一種裝置，它能使PDA(諸如掌上型或袖珍型的PC設(shè)備)與一個投影儀相連并能用于講座(drive a presentation)，從而取消了對膝上型計算機的需要。同樣地，許多高端投影儀具有存儲和顯示Powerpoint文件的能力，而不需要采用外部設(shè)備。這些投影儀的典型用戶是以講座(presentation)為目的的團體用戶(corporate user)，但是，市場正在向著家庭劇院、專業(yè)化的顯示和訓練仿真應用的方面擴展。
顯示投影系統(tǒng)通常是體積大、笨重和功率消耗高的設(shè)備。它們需要用高功率的和高溫的光源來工作。這就意味著它們需要相當大的冷卻和電源供給。當前的設(shè)備需要相當?shù)膹秃瞎鈱W系統(tǒng)(complex optics)來聚焦并掾縱顯示以進行“梯形失真校正”和圖像縮放等。為了與環(huán)境方面的問題相適應，也需要對顯示進行手工校正。較小元件的使用正在使典型設(shè)備變小，但是基本上所使用的技術(shù)是陳舊的技術(shù)。仍然存在功耗高、尺寸大、耐用性和可用性差等問題。這些典型的顯示技術(shù)包括陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、等離子體顯示、光閘或DLP(數(shù)字光處理器)投影儀。
許多典型的便攜式投影儀其寬度和深度與大的膝上型計算機的尺寸相當，但其高度為膝上型計算機的兩倍。一個典型的單元的尺寸是1.9”h×9”×7”，重2.9磅(約1.31544千克)。這個裝置是基于TI DLP(數(shù)字光處理器)技術(shù)，輸出為800 ANSI流明(Lumen)(顯示亮度的一種計量單位)，并支持XGA(1024×768)分辨率。根據(jù)其特征、亮度和分辨率，許多典型產(chǎn)品的價格在3000到10000美元范圍。
使用當前技術(shù)能減少的尺寸和重量是有限的。為了準確地與精密光學元件進行組裝以制造當前的設(shè)備，就需要易碎的、功率消耗大的和昂貴的燈泡。這就會使得生產(chǎn)成本高和利潤少。因此，當前的設(shè)備只用在特殊的用途上，并一項典型的業(yè)務在一個地方往往只有一或兩臺。盡管當前的設(shè)備只有3磅重，似乎比較便攜，但是，它在使用200小時左右之后就需要更換燈泡，而且價格高達200-300美元。
常常用ANSI流明來計量投影儀的亮度。在投影儀的技術(shù)規(guī)格說明書中，這個度量是用“亮度”來標記的，但在技術(shù)上它是發(fā)光功率的度量。流明是光量(quantity of light)的一個度量，而不是照度(illumination)或亮度(brightness)。為了確定亮度，流明的數(shù)量被按照面積來劃分以得到每平方英尺上的流明(lumens/sq.ft.)。
投影儀的ANSI流明測量的規(guī)格與投影圖像的尺寸無關(guān)，通常用在屏幕周圍9個點上的測量結(jié)果來得到一個平均值。許多典型的顯示投影儀的ANSI流明的位于800-1100 ANSI流明之間。
與此相反，典型的電視畫面具有大約20-30流明/平方英尺的亮度。對800ANSI流明的投影儀的比較依靠顯示圖像的尺寸。要記住的是，為了得到亮度的數(shù)值，我們將用流明額定值除以顯示面積。如果假設(shè)屏幕不吸收太多的光，800流明的投影儀的亮度與顯示尺寸為7.5英尺(約2.286米)的典型的電視機的亮度相當。
典型的800流明的投影儀的亮度在屏幕上產(chǎn)生對角線為7.5英尺的圖像(可覆蓋27平方英尺的面積)是30流明/平方英尺(用800流明除以27平方英尺)。對于更大的顯示器，圖像是不大亮的(less bright)。例如，對于一個對角線為10英尺的圖像(可覆蓋48平方英尺)，同樣的投影儀將只有17流明/平方英尺(800/48＝17)的亮度。
許多典型的投影儀或者是LCD(液晶顯示器)或者是DLP(數(shù)字光處理器)投影儀。兩種投影儀都使用以恒定亮度發(fā)光的高強度燈。LCD面板上的每個象素都起著一個微小光閘的作用，以阻擋某一些光，并改變屏幕上的亮度。DLP投影儀有一個由微小鏡面構(gòu)成的陣列，光線或者通過透鏡投影到屏幕上或者投影到投影儀中的黑色“光吸收器”(light sink)上，以便吸收掉不需要的光。不管是一個像素還是全部像素發(fā)射最大限度的光，燈泡的亮度都不會改變。(由于LCD上的像素不能完全阻擋住光，即使是在像素的鏡面指向光吸收器的情況下，DLP投影儀也會漏光，因此，兩種類型的投影儀通常都產(chǎn)生不十分理想的黑色)。
一個100瓦的燈泡通常僅輸出5-7瓦的可見光，其余的能量浪費在發(fā)熱上。100瓦的燈泡發(fā)出的光相當于800流明，但是，一個輸出為800流明的投影儀通常需要250瓦的燈泡。這是因為燈泡在所有的方向上都輸出光。反射器(reflector)的缺陷、光的泄漏以及通過LCD面板和透鏡時吸收的光，使得光在離開投影儀之前，耗費了大約一半的光強度。有些光在穿過房間而投影到屏幕上時也因散射而損失掉了。這樣就使得從燈泡到屏幕上的光損失了許多能量。
為了使燈泡發(fā)出非常“白”的顏色，燈絲必須在很高的溫度下工作，這就需要更高的電壓和功率大得多的電源。這也會增加由于發(fā)熱而損耗的電力。
許多典型的投影儀和許多典型的電視機之間的差別在于投影方法有所不同。在電視機的CRT(陰極射線管)中，光是通過讓聚焦的電子束投影到陰極射線管內(nèi)表面上的熒光體上而產(chǎn)生的。電子束照亮了非常小的點，并使這個點在屏幕表面上從左到右、從上到下快速地移動，直到覆蓋整個的表面為止。這發(fā)生得如此之快，以致肉眼注意不到，而只看到作為一個完整(solid)圖像的畫面。
為了改變該點的亮度，電子束的強度要根據(jù)需要而變化。在CRT中，對亮度的主要限制是它的最大的射束電流。產(chǎn)生一個完整畫面所需要的平均功率要低得多。如果僅有10％的屏幕需要最大的亮度，那么，僅在10％的時間內(nèi)需要最大功率。對于掃描式的顯示器而言，需要兩個度量，這就是平均功率(相當于ANSI流明)和峰值功率。因為很少需要整個屏幕都是白的，所以對于相同質(zhì)量的畫面來說，平均功率可以是很低的。
基于CRT的投影儀通常使用3個非常亮的CRT，并通過透鏡聚焦來投影圖像。然而它們既重又大。有時也將CRT用于背投電視機上。CRT投影儀的峰值與平均(ANSI)流明之比通常是5∶1。例如，一個額定160ANSI流明的CRT投影儀將有超過800的峰值流明。由于CRT能夠完全切斷射束電流，因此，CRT能提供一個理想的黑色級別。對于畫面質(zhì)量而言，一個純凈的黑色和一個明亮的白色是一樣重要的。由于這個基本的不同，具有典型的160流明ANSI亮度和800以上峰值亮度的CRT投影儀看起來確實比額定為800流明的LCD投影儀更加明亮。
早期的計算機監(jiān)視器(綠色屏幕)往往不能按需要掃描足夠多(在足夠高的刷新速率下)的線數(shù)，它們的熒光體具有較長的持續(xù)時間(即在受到電子束的沖擊后它們能持續(xù)較長時間的發(fā)光)。在器件不能足夠快地掃描的情況下，為了克服電子器件的限制，就需要設(shè)計出持續(xù)時間長的熒光體來克服該限制并改進顯示質(zhì)量。
所有的熒光體都不可避免地具有一定的持續(xù)時間。與此矛盾的是，隨著顯示電子器件更快地發(fā)展，可以更快地驅(qū)動電子束的掃描(即具有更高的刷新率)，CRT的制造商不得不設(shè)法最小化CRT中熒光體的持續(xù)時間。計算機監(jiān)視器越來越多地使用在較高的刷新速度下具有較短持續(xù)時間的熒光體，以便減少圖像的閃爍并得到像視頻圖像那樣的活動畫面的輪廓鮮明的圖像(crisper image)。
除了顯示上的問題外，與器件的連接也證明是成問題的。對于膝上型計算機的典型的顯示設(shè)備使用的連接并不能用于其它的便攜式計算設(shè)備。對于許多便攜式設(shè)備而言，交叉兼容性是有限的，并且必須使用多種顯示設(shè)備。
這些問題長期存在于許多顯示場所之中，這其中包括平視顯示器、計量(gauge)顯示器、背投電視、正面投影電視、計算機監(jiān)視器、蜂窩電話顯示屏、PDA顯示屏、便攜式投影儀、照相復印機的成像系統(tǒng)。如此，這個解決方案可以應用到各種顯示應用之中。
同樣，許多典型的顯示設(shè)備在顯示性能、接口規(guī)格和便攜性方面都存有問題。此外，許多典型的顯示器顯得體積龐大、沉重、昂貴、高功耗、產(chǎn)生熱量多、機械結(jié)構(gòu)復雜、難于安裝和/或易破碎，等等。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在比較這樣的現(xiàn)有技術(shù)和在此所述的本發(fā)明之后，將會更加清楚地認識到現(xiàn)有技術(shù)的許多其它方面的問題和缺點。

發(fā)明內(nèi)容
在具有至少一個襯底層(substrate layer)的單個光投影單元中能夠得見本發(fā)明的各個方面。該單元可以有一個具有若干電磁能量源的襯底層，一個具有若干微型機電鏡面的襯底層和一個具有計算電路的襯底層。每個微型機電鏡面可唯一的與一組電磁能量源相關(guān)聯(lián)。此外，計算電路可以驅(qū)動電磁能量源和微型機電鏡面以產(chǎn)生圖像。這些電磁能量源可以包括微型激光器、毫微點(nanodot)和VCSEL(垂面腔面發(fā)射激光器)等。這組電磁能量源可以包括紅、藍、綠光源。此外，這組電磁能量源還可以包括紅外光源和其它光源。與襯底層相集成的可以是透明層。這些透明層可以用作光楔(wedge)以幫助引導光或密封敏感元件。
在投影點(proxel)單元中可以得見本發(fā)明的其它方面。投影點單元可以有一組電磁能量源，每個都發(fā)射不同的波長。這組能量源與一個電磁能量調(diào)制器相關(guān)聯(lián)，并用此調(diào)制器來引導從能量源發(fā)出的光。一組這些投影點單元可以組合在一個單個的芯片狀單元中以便利于圖像的投影。這些不同的波長可以包括紅、藍、綠和紅外線等。此外，電磁能量源可以是毫微點、VCSEL、發(fā)光二極管和微型激光器等。電磁能量調(diào)制器可以是一個微型機電鏡面。此外，該投影點單元還可以包括一個光檢測器。這樣的光檢測器可以用于確定鏡面位置、可操作性、校準和與目標物體的鄰近(proximity of object)等。
從投影裝置中也可得知本發(fā)明的其它的一些方面，該投影裝置包括一個具有幾個光源的襯底，具有幾個微型機電鏡面的第一調(diào)制器襯底以及具有幾個微型機電鏡面的第二調(diào)制器襯底。這些部件都可以與一個計算電路一起集成到一個單個的芯片狀的單元中。該單元可以進一步包括若干與襯底層相集成的透明層。這些透明層可以用作為光楔以幫助引導光或用以密封和保護敏感部分。
從具有多個投影點的集成投影儀的使用方法中也可得見本發(fā)明的其它的一些方面。該方法包括調(diào)節(jié)分配給各個投影點的范圍和數(shù)據(jù)，并引導光的發(fā)射以便與一個或多個光調(diào)制器相協(xié)調(diào)，以產(chǎn)生一個圖像。
如此，說明了一個用于圖像投影的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的詳細說明，并結(jié)合附圖一起考慮，本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點和新特征將會變得更加清楚。


結(jié)合附圖并參照下面的說明，將能更全面地了解本發(fā)明及其優(yōu)點，圖中用相同的標號來標明相同的特征，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明示出了一個投影設(shè)備的示意方塊圖；圖2和3是根據(jù)本發(fā)明示出了另一個投影裝置的示意方塊圖；圖4是示出一個用在如圖1、2和3中的投影設(shè)備中的投影點的圖畫；圖5A、5B和5C是根據(jù)本發(fā)明示出了在投影設(shè)備中的投影點的配置的圖；圖6A、6B、6C和6D是根據(jù)本發(fā)明示出了投影光配置的示意圖；圖7A、7B、7C和7D是根據(jù)本發(fā)明示出了投影屬性的圖；圖8是出了關(guān)于投影設(shè)備的視場的感測(sensing)從目標物體上反射的光的示意方塊圖；圖9是示出了由如圖1、2和3中所見的本發(fā)明使用的范例的方法的方塊流程圖；圖10A、10B、10C和10D是示出了在圖4中所見的投影點的一個范例實施例的示意圖；圖11是在如圖4中所見到的投影點的另一個典型實施例；圖12A、12B、12C和12D是示出了如在圖4中所見的投影點的另外幾個范例實施例的示意圖；圖13A、13B、13C、13D和13E是示出了如在圖1、2和3中所見的一個分層的(layered)投影設(shè)備的范例實施例的示意圖；圖14A、14B和14C是示出了如在圖13A、13B、13C、13D和13E中所見的投影設(shè)備的范例實施例的示意圖；圖15和16是示出了用于操縱如在圖1、2和3中所見的投影設(shè)備的電路的范例實施例的示意方塊圖；以及圖17、18、19A、19B、19C、19D、20、21、22和23是示出了如在圖1、2和3中所見的投影設(shè)備的應用的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及基于具有集成的光源和光調(diào)制器的投影設(shè)備的便攜式顯示設(shè)備的創(chuàng)造。一個可能的應用包括一個基本的掃描投影系統(tǒng)。其它的范例的應用包括平視顯示器、背面投影顯示器、姿態(tài)接口(gesture interface)和復印機(copier)等。
光源和光調(diào)制器可以集成到一個單個的單元或光投影裝置中。這個單元可以包含幾個光學地結(jié)合的層。此外，該單元還可包含與光源和光調(diào)制器電連接的計算電路。如此，所述層可以是與其它材料集成在一起的半導體層，以形成一個單芯片狀的單元。該單元可以采取芯片狀的形式，并由各種半導體、襯底和混合半導體層等制成。該單芯片狀的單元可以投影來自各種子單元和稱為(termed)投影點的光，以產(chǎn)生一個圖像。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于圖像投影的系統(tǒng)10的示意方塊圖。光源12產(chǎn)生電磁信號，所述電磁信號沖擊到調(diào)制設(shè)備14上。調(diào)制設(shè)備14引導來自設(shè)備22的電磁信號?？梢酝ㄟ^聚焦設(shè)備16來引導電磁信號。所述電磁信號可以被引導以沖擊到特定目標物體18上。此外，傳感器20可以檢測散射的電磁信號，并用這些電磁信號來控制光源12、調(diào)制設(shè)備14和/或所述聚焦設(shè)備16。
這些設(shè)備可以位于分離的單元中，或在一個單個的襯底上，或者在其它的各種組合中。例如，可將VCSEL裝置和MEM鏡面放在一個襯底上。VCSEL可以產(chǎn)生一束光束。該光束可以沖擊到鏡面上。該鏡面將該光束引導到屏幕或其它顯示器上。此外，在該裝置上還可以包括一個光傳感器。該反射光可以被檢查到和測量以確定反射物體的距離和反射光的其它性質(zhì)。
半導體光源技術(shù)可以采取各種不同的形式。這些形式可以包括LED(發(fā)光二極管)、RC LED、NRC LED、表面LED、薄膜LED、OLED、VCSELS、EEL(邊緣發(fā)射激光器)、可調(diào)的多色激光器、二極管激光器和毫微點(nanodot)等。
調(diào)制設(shè)備可采取各種不同的形式。這些形式包括數(shù)字光處理器、振動式MEM鏡面、圖像校正活塞鏡面(piston mirror)陣列、具有鏡面的毫微米(nano)或微米(micro)譯碼器(translator)，固定鏡面、液晶單元(liquid crystal cell)、具有可變反射率的設(shè)備，以及其它空間光調(diào)制器，等等。此外，空間光調(diào)制器可以是振幅和/或相位調(diào)制器。它們都可以用于本發(fā)明之中。
本發(fā)明可以使用數(shù)字信號處理器。這個處理器可以用來控制、操縱半導體光發(fā)射器技術(shù)和/或調(diào)制設(shè)備，和/或與半導體光發(fā)射器技術(shù)和/或調(diào)制設(shè)備通信。此外，本發(fā)明還能夠在數(shù)字信號處理器的指示下用調(diào)制設(shè)備引導由半導體光發(fā)射器技術(shù)產(chǎn)生的電磁能量。此外，該數(shù)字信號處理器可以與包括便攜式計算設(shè)備等的計算設(shè)備通信。
在一個范例的實施例中，本發(fā)明可以采取掃描投影顯示器的形式。該顯示器可以使用集成在單個芯片上的基于MEM的鏡面和半導體光源陣列。將基于MEM的鏡面和半導體光源組合到“投影點”元件中。每個“投影點”元件都有一個或多個光源以及一個或多個調(diào)制設(shè)備。投影點元件可以配置在集成設(shè)備上以利于諸如電子縮放、屏蔽和梯形失真(keystone)校正等功能。如此，系統(tǒng)將變得極為耐用、功率消耗較低，并且只有火柴盒大小。此外，投影圖像的分辨率和尺寸并不受設(shè)備尺寸的限制，產(chǎn)量(yield)不會容易地受像素誤差的影響。這樣，它就可以起到個人顯示器或組投影儀(groupprojector)的功能。
在另一個實施例中，掃描投影顯示器可以具有集成在單塊芯片上的基于MEM的鏡面、半導體光源陣列和LiDAR(激光雷達)成像陣列。所述LiDAR可以用于跟蹤顯示表面以控制顯示尺寸，并能夠進行失真校正，為基于姿態(tài)的用戶接口跟蹤用戶的移動，和/或掃描用戶提供的目標物體(二維或三維的)供輸入之用。
在另一個實施例中，集成的設(shè)備將一個或多個振動式鏡面與在投影點元件中的VCSEL組合在一起。該設(shè)備將與投影點相關(guān)聯(lián)的像點投影到屏幕上并迅速移動它們以產(chǎn)生一個畫面。這與傳統(tǒng)的使用諸如單個的DLP或LCD的空間光調(diào)制器通過透鏡來引導光的光調(diào)制方案不同。而該裝置更類似于電視機。在電視機中，為了產(chǎn)生一束電子束，必須將陰極封閉在真空中并加熱到相當高的溫度。然后，電子束沖擊屏幕表面上的熒光體以產(chǎn)生一個光點。相反，半導體光源將電子直接轉(zhuǎn)換為光子并將光子發(fā)射到即使在發(fā)送一段相當長的距離也不會散開的光束中。而且，具有多個投影點，能夠以極高的掃描速度來掃描圖像。
或者，通過將單個光源通過一組鏡面似的(mirrored)表面、易變反射表面、光束分裂器以及其它的定向設(shè)備引導到相位或頻率調(diào)制器以產(chǎn)生一個彩色顯示。結(jié)果產(chǎn)生的改變了頻率的一個或多個光束被引導以形成一個圖像。
盡管單光源的方案是可行的，但是設(shè)計可以包括多個同時掃描的光源，以增加亮度和提高圖像的穩(wěn)定性。
圖2是根據(jù)如圖1中所見的系統(tǒng)的投影系統(tǒng)的范例實施例的示意性方塊圖。在此實施例中，光源32、MEM鏡面36和控制電路34都可以放在分離的襯底或襯底層上。光源32可以是一個單光源、一組光源或光源陣列等。
或者，還可以把器件安放在單個的襯底上。圖3是根據(jù)如在圖1中所見的系統(tǒng)的投影系統(tǒng)的范例實施例的示意方塊圖。在此實施例中，控制電路56、集成光源和定向設(shè)備54都放在一個單個的襯底上。然而，其它各種組合也是可能的。
圖4示出了在投影點元件中的集成光源和光調(diào)制器的范例的實施例。在這個實施例中，一組光源74產(chǎn)生在不同波長的光。這個光沖擊鏡面76和78，并被從所述鏡面76和78引導和投影以產(chǎn)生一個圖像。在此情況下，光源和光調(diào)制器的集合(collection)稱為(termed)投影點。然而，可以設(shè)想到其它各種不同的實施例。
光源組74可以采取各種不同的形式，這包括VCSEL、毫微點(nanodot)、邊緣發(fā)射激光器(EEL)、LED(發(fā)光二極管)、RCLED、NRC LED、表面LED和OLED，等等。在圖4所示的例子中，裝有一組VCSEL的單晶片層與調(diào)制層疊放在一起。
如圖4中所見的光調(diào)制器包括一組鏡面76和78。這些鏡面根據(jù)要求改變光線79的方向以再現(xiàn)一個圖像。在一個范例實施例中，至少有一個鏡面是振動式的鏡面。用一個或多個振動式鏡面的路徑對來自光源的光投影進行計時，以便照亮構(gòu)成圖像的特定的點。
然而，也可以設(shè)想出其它各種調(diào)制器。例如，鏡面可以是數(shù)字的?；蛘?，也可以使用其它的調(diào)制裝置，諸如杠桿臂(leaver arm)、棱鏡和成角度的Pyrex(硼硅酸鹽耐熱玻璃)等。
在集成設(shè)備的表面上可以配置不止一個投影點。投影點的數(shù)量和配置提供了各種特征，諸如投影點冗余、可變寬高比、電子的animorphics和panamorphics、屏蔽、反向掃描、隔行掃描、組式掃描和局部組式掃描等。
可以這樣來配置投影點，以使其投影的范圍與其它的投影點相重疊。以這種方式，可由一組相鄰的投影點來承擔失效的投影點的責任。投影點可在它們范圍內(nèi)的一個有限的區(qū)域中投影，以允許各種不同的特征，包括圖像縮放、屏蔽(masking)、梯形失真校正等。與典型的DLP投影儀不同，單個投影點對一個以上的像素或一個在其上能夠發(fā)生各種光投影的擴展路徑負責。典型的DLP投影為一個像素分配一個單個的數(shù)字鏡面。該鏡面用開/關(guān)像素狀態(tài)進行投影。因此，上述的許多特征都是不可能的。
陣列的模式也是至關(guān)重要的。圖5A示出了在集成設(shè)備表面92上的典型的投影點94配置或陣列。每個投影點在布局(composition)上都可以是一致的，或者隨行、列而發(fā)生變化，或者以關(guān)于芯片92表面的其它模式。例如，每個投影點可以具有一組投影可見光的VCSEL和兩個振動式鏡面?；蛘?，可以根據(jù)投影點的投影來配置具有單波長的投影點?？梢越⒓t光發(fā)射投影點、藍光發(fā)射投影點和綠光發(fā)射投影點的投影點行。在另一個例子中，可根據(jù)一個模式來配置發(fā)射不同波長的投影點。
這個特征的一個方面是減少了線掃描。投影點可以掃描一條線或一條線的一部分。則一組投影點可以同時掃描多條線。在另一個實施例中，投影點可以來回地掃描同樣的一條線或在反向掃描時掃描隨后的一條線。在具有800線的典型的CRT監(jiān)視器上，光束要橫過屏幕掃描800次。對每條水平線重復水平掃描。相反，具有800個或更多投影點的設(shè)備不需掃描超過一次就能產(chǎn)生每條水平線。另一方面，投影點能夠垂直掃描并產(chǎn)生在水平線上每個像素。因此，能夠更快地刷新屏幕。相似的，投影點能夠雙向掃描。投影點的數(shù)量和雙向掃描使得能夠進行隔行掃描，并具有極高的分辨率。
在使用大量的設(shè)備時也能夠具有冗余?？蛇m當?shù)馗淖兏鞣N設(shè)備以補償一個或多個相鄰設(shè)備的損失。這種改變是很簡單的，如調(diào)整掃描范圍和通過軟件或硬件分配給任何給定投影點的數(shù)據(jù)。
此外，傳感器及其它不可見光源可以和可見光源放在一起。它們可以用來檢測視場中目標物體的位置和移動。
然而，可以設(shè)想出各種不同的配置。圖5B示出了一個圓形的或Fresnel(菲涅耳)狀的配置。圖5C示出一個類似橢圓形的配置。可將投影點按不同的形狀來配置，如矩形或不規(guī)則的形狀。這些配置中的每一個對于特定的應用都產(chǎn)生優(yōu)點。例如，圖5A的配置可以用在便攜式投影儀或背面投影電視。圖5B和5C的配置可以應用在更特殊的應用上，如用在顯示器面板、平視顯示器和表面不平的目標物體上。
圖6A示出具有單振動式鏡面的投影點的掃描線配置?？梢匝刂o定掃描線(如在頂部標出的掃描線)來投影光線。通過對光源(如VCSEL)的激活進行定時，系統(tǒng)可以產(chǎn)生沿著頂部掃描路徑標出的完整的循環(huán)。然而如果想要使用振蕩器的全部范圍，就可以將光線投影到沿所標出的一段頂部路徑的任何一點上。底部路徑可以代表第二投影點。如果配置了多個投影點，就可以同時掃描一個圖像的所有的線。
在第二實施例中，下面的線可以代表第一投影點的另一條路徑。如果將一個振蕩鏡面和至少具有兩個方位的數(shù)字鏡面結(jié)合在一起，光源就可以投影在不同路徑的任何一點上，以便于完全掃描振動式鏡面。如果配置了大量這樣的投影點，就能實現(xiàn)局部組式掃描(partial gang scan)。
圖6B示出了另一個實施例，其中，各個投影點都有重疊的范圍。以這種方式，如果任何一個投影點不起作用或受到損壞，在此區(qū)域中的其它的投影點就會承擔起該投影點范圍的選擇的部分的責任；提供冗余。這樣的配置也能實現(xiàn)電子縮放特性，按此特性，各個相鄰的投影點可以在投影點的中心范圍內(nèi)的指定范圍。如所分配的范圍所指示的，相同圖像數(shù)據(jù)能夠在較小和較大的區(qū)域中投影。
如果在調(diào)制中使用兩個振動式鏡面，就能產(chǎn)生如圖6C所示的正弦路徑。可以對光定時，以在沿此路徑的任何一點上發(fā)射。如果兩個鏡面的振蕩速率之比大于1比1，就能產(chǎn)生可以改變給定區(qū)域的覆蓋的各種正弦路徑。這樣的指標可以通過生產(chǎn)制造來固定，或者用軟件或硬件參數(shù)或開關(guān)來改變。
圖6D示出了來自兩個數(shù)字鏡面的輸出的另一個潛在的實施例。如果兩個鏡面中的每一個都有兩個位置，任何給定投影點就能產(chǎn)生一組四個象素?；蛘?，如果每個鏡面都有三個位置，任何給定投影點就能產(chǎn)生9個象素。然而，可以設(shè)想到不同的組合。這樣的特征還可以用來提供重疊和冗余。
圖7A、7B、7C和7D還示出了用投影點來產(chǎn)生的不同效果或特性。例如，圖7A示出了以擴展方式改變給定投影點的范圍。這樣的責任區(qū)域的控制可以用來提供諸如梯形失真校正、寬高比變化和圖像縮放的特征。圖7B示出了責任區(qū)的類似的改變，其中，責任區(qū)被壓縮或者縮窄了。這也可以產(chǎn)生諸如梯形失真校正、縮放和寬高比變化的特征。圖7C示出了使用不到全部可用投影點的情況。在此情況下，可以提供屏蔽。圖7D示出了使用一個或多個投影點投影到不能工作的投影點的區(qū)域中。如符號“×”所示，不工作的投影點不能產(chǎn)生像素或掃描線。相鄰的投影點就會承擔起兩個投影點的任務?；蛘?，遠處的一個投影點可以對投影區(qū)承擔責任，或者由一個投影點的組合來補償由不工作的投影點造成的損失。利用這些功能，可以提供各種特性，諸如改變寬高比、支持多種寬高比、基于軟件的梯形失真校正、animorphics、panamorphics、屏蔽、掃描、隔行掃描和組式掃描。
另一方面，設(shè)備陣列也可能產(chǎn)生一組散射的、會聚的、干涉的(interfering)或附加的(additive)光束。這組光束可以產(chǎn)生附加的顏色陣列?；蛘?，對于一些應用，可配置設(shè)備以產(chǎn)生干涉圖(interference pattern)。這些干涉圖可以建造低振幅的區(qū)域和高振幅的區(qū)域。而且，可以配置設(shè)備以產(chǎn)生重疊模式(overlapping pattern)。各種不同的模式可以以一中在給定位置增加光強度以超過單個設(shè)備的強度的方式操作。
在另一個實施例中，可以給投影點提供電磁能量源，如在圖8中所例示的，所述能量源可以是可見的，也可以是不可見的?？梢圆捎靡粋€感測機制來檢測在視場中的目標物體、投影表面的外觀和/或在投影表面以外的物體。該能量源可以與位于芯片102中的檢測器一起使用，以檢測目標物體或投影表面的形狀或角度。例如，芯片102可以用可見光譜和紅外光束投影一個圖像。例如，紅外光束可以從物體106和108或屏幕104反射。然后，可以用芯片102中的檢測器來確定目標物體的形狀、目標物體的位置、屏幕104的形狀和屏幕104所在的角度。然后可以自動進行校正，改變投影點的范圍、掃描分派給每個投影點的數(shù)據(jù)以及其它特性，以產(chǎn)生一個校正的圖像。例如，如果將屏幕104放在方位112的角度上，芯片102就能自動校正投影的圖像以對新角度加以補償并保持圖像的質(zhì)量。適當?shù)剡x擇屏幕材料也能夠檢測屏幕對面的物體，諸如物體110。在另一個范例的實施例中，也可用投影點調(diào)制器作為光收集源(light collection source)，使用利用檢測的光收集方案或光投影方案來收集沿給定路線的光?？梢栽O(shè)想一個姿態(tài)接口。
例如，可以使用一個LiDAR系統(tǒng)來檢測屏幕的位置、方向(orientation)、表面質(zhì)量和其它參數(shù)。然后這個信息還可以被用來調(diào)整聚焦、指向和光的發(fā)射。此外，該系統(tǒng)可以檢測在屏幕前面的物體并相適應地投影以便補償失真。以這種方式，該系統(tǒng)可以有一個適應的光學性能。LiDAR系統(tǒng)可建在每個投影點之中，包括分離的投影，或者采取另外的形式，與投影點陣列和芯片分離或集成在一起。
也可將光檢測器與每個投影點元件集成在一起，以便確定鏡面的位置，檢測從給定投影角度反射的光和/或確定投影點光源的可操作性。當然，還可以設(shè)想其它各種不同的用途。
圖9示出了利用投影點配置實現(xiàn)各種可能的功能的范例方法。該系統(tǒng)可以接收也可以不接收如方塊122所指示的指令。例如，這些指令可以包括指示縮放、改變寬高比或調(diào)整圖像要求等。這些指令可由用戶、控制器或反饋機制等提供。
這個系統(tǒng)也可以用傳感器和檢測器來構(gòu)成。利用這些裝置，如方塊124所示，該系統(tǒng)可以感測環(huán)境。在此情況下，諸如屏幕角度、屏幕形狀、在光路上其它物體的存在的投影特性的感測可以用來結(jié)合其它指令以確定每個投影點的最佳范圍和數(shù)據(jù)的分配。如方塊126中所示，通過軟件和/或硬件的排隊，投影點的范圍可以被調(diào)整以達到期望的圖像特征。如方塊128中所示，可以通過向各個投影點控制單元提供選擇數(shù)據(jù)來實施圖像投影。
以這種方式，可以提供各種特征，諸如改變寬高比、支持多種寬高比、animorphics、panamorphics、梯形失真校正、屏蔽、掃描、隔行掃描和組式掃描等。例如，系統(tǒng)的預試可以確定各種不同的投影點的可操作性，并且感測能力可以幫助確定哪個投影點是操作的。然后，該集成設(shè)備可以存儲可操作性信息，并利用這點決定投影點的新的范圍，以便在投影點中達到冗余?；蛘?，通過感測屏幕的角度或屏幕相對于投影的角度可以達到對梯形失真的校正。通過調(diào)整投影點的范圍和光投影的定時以減少圖像的視線縮短(foreshortening)。各種光學元件可以與光源組合在一起，或者作為設(shè)備的部分裝在光路中，用于聚焦或改變光束的光學性質(zhì)的目的。鏡面也可以包括光學元件和或特定的表面形狀或特征，以達到特定的光學調(diào)節(jié)或改變光束的性質(zhì)。
圖10A、10B和10C是投影點的范例實施例。投影點系統(tǒng)130可以被開發(fā)具有一個或多個光源132和兩個鏡面134和136。隨著鏡面134和136的振動或移動，光源132按節(jié)拍(in time)投影光以產(chǎn)生投影光束138。在這個范例實施例中，鏡面134和136可以振動以便在光的方向上產(chǎn)生一個垂直交叉(perpendicular)的變化。例如，鏡面134可以振動以便在投影光束中產(chǎn)生垂直偏離，鏡面136可以振動而在投影光束138中產(chǎn)生水平偏離。反之亦然。
或者，一個鏡面可以是靜止的或固定的。這將能減少對活動鏡面的尺寸要求。可將雙軸的活動鏡面與靜止鏡面結(jié)合起來使用，以產(chǎn)生一個掃描投影。而且，可以設(shè)想數(shù)字鏡面和振動式鏡面的各種組合。
圖10A是系統(tǒng)130的側(cè)視圖。該系統(tǒng)位于普通的襯底140上。將一個或一組光源132安裝在該襯底之中，鏡面134和136同樣那樣。沒有示出包含在襯底140中的適合的電連接或?qū)w連接以及絕緣結(jié)構(gòu)。圖10B示出了投影點的頂視圖。在一個范例實施例中，從一個或一組光源132發(fā)出的光通過用鏡面134進行上調(diào)制或下調(diào)制(modulate up or down)，然后反射到鏡面136上。這里是如圖10B所示的一側(cè)到另一側(cè)的(side-to-side)調(diào)制。然而，也可以交換角色。而且，鏡面可以按不同的速度振動。如果這些比率定為2∶1、3∶1或其它的比率，就會產(chǎn)生正弦曲線或各種其它的形狀。定時的光投影就會沿著這個曲線產(chǎn)生像素或線。這些由一個或多個投影點產(chǎn)生的像素或線的組合可以組合以產(chǎn)生一個圖像。
圖10C示出了另一個實施例，其中，集成設(shè)備是由各種不同的層142、144、146組成。在這個實施例中，光源132和其它的電子電路放置在層142。第一鏡面134放在層146上，第二鏡面136放在層144上。這些層可以相互連接，并且每層都可以有控制電路的不同部件。在這個組合中，由鏡面134和136來調(diào)制由光源132產(chǎn)生的定時的光，以產(chǎn)生投影光束138。然后將此投影光束用在與其它的光束的組合中以產(chǎn)生圖像。
圖10D示出了另一個實施例，其中，在變化的(varying)晶片層上產(chǎn)生一組光源。這些晶片層可用來產(chǎn)生具有不同波長的光源。在這個范例實施例中，光源152、154和156分別位于層168、166和164上。光源152、154和156的每一個都具有不同的波長，如紅、藍或綠。結(jié)合控制電路，光源152、154和156根據(jù)時間信號發(fā)射一個光束，隨后該光束由鏡面158和160進行調(diào)制，以產(chǎn)生調(diào)制光束162。調(diào)制光束162結(jié)合來自其它的投影點的其它光束產(chǎn)生一個圖像。
在圖11中可見另一個實施例或投影點。圖11示出了一組邊緣發(fā)射激光器(EEL)182、184和186。每個邊緣發(fā)射激光器都有一個不同的波長，如紅、藍或綠?？蓪⑦@些激光器指向鏡面188或其它的調(diào)制器。整個配置可以位于一個普通的襯底190上。然而，也可以設(shè)想各種不同的光源和調(diào)制系統(tǒng)。
圖12A示出了另一個實施例。在此情況下，光源202位于襯底208中。鏡面204位于襯底212中。在襯底208和212之間是一個透明層210，如Pyrex(硼硅酸鹽耐熱玻璃)。透明層210可以成一個角度。由光源202產(chǎn)生的光以一個角度沖擊到鏡面204上，然后從襯底204的開孔214引出，以產(chǎn)生一個調(diào)制光束206。
圖12B示出了另一個范例實施例，其中，光源222位于層224中。用具有透射(transmissive)光指向元件228的杠桿臂(lever arm)226來調(diào)制和/或引導由光源222產(chǎn)生的光，以產(chǎn)生調(diào)制光束230。在圖12C所示的另一個實施例中，將光源226放在光束224上?？梢岳霉馐囊苿踊蛘駝硬⒔Y(jié)合其它的調(diào)制器以產(chǎn)生上述的效果。如此，還可以設(shè)想光束、數(shù)字鏡面、振動式鏡面和其它光調(diào)制器構(gòu)成的各種不同的組合。
圖12D描述了另一個實施例，其中，LCD板層(LCD panel layer)與一個或多個鏡面層集成一起?？梢杂肔CD層對一個或多個光源進行過濾或調(diào)制?？梢允褂靡粋€或多個鏡面層對來自LCD層的光發(fā)射進行掃描。
圖13A、13B、13C、13D和13E示出具有集成光源和調(diào)制裝置的分層設(shè)備的各種不同的實施例。圖13A與圖10C相似，光源和調(diào)制層以所示的分層方式配置。此外，在第一調(diào)制層上可以覆蓋一個透明層，以便有效地密封該調(diào)制層，并防止灰塵、濕氣和其它的污物損壞和降低調(diào)制器或光源的性能。而且，可將電路層連接在源層的下面?；蛘?，可以將電路層和源層、第一調(diào)制器層或第二調(diào)制器層集成在一起。
圖13B示出了這個系統(tǒng)的一個范例的變形，其中，第一調(diào)制器層和第二調(diào)制器層密封在兩個透明層之間。隨后，可在這個結(jié)構(gòu)上將電路層和源層連接起來。這個結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，在生產(chǎn)制造的過程中較早地將調(diào)制器層密封起來，以防止損壞并提高成品率。圖13C是另一個變形，其中，電路層放在第一調(diào)制器層和第二調(diào)制器層之間。這種配置的優(yōu)點是可以保持電路層靠近調(diào)制器層。另外，在第一調(diào)制器層和第二調(diào)制器層之間的期望的光路可以大于兩個鄰近層所允許的光路。在這種情況下，諸如電路層或透明層的位于第一和第二調(diào)制器層之間的第三層能在調(diào)制器之間提供較大的距離。
圖13D和圖13E示出了在集成設(shè)備中成角度的透明層的放置。在這些情況在的每一種情況下，成角度的透明層都能改變光入射的相對角度。在反射調(diào)制器(mirrored modulator)的情況下，如果光源垂直于靜止的反射面，系統(tǒng)就必須始終偏轉(zhuǎn)鏡面以使光線反射到隨后的鏡面。此外，對于光調(diào)制而言，并非鏡面的整個范圍都是可用的。使光的入射成一定角度可以起到增加投影點范圍的作用。在圖13D中，成角度的透明層或楔位于第一和第二調(diào)制器層之間。當光線沖擊到第一調(diào)制器層上時，就按一定的角度被反射到第二調(diào)制器層上。如果兩個調(diào)制器層是平行的，第一調(diào)制器就必須工作以執(zhí)行一個附加的角度的運動。然而，如果使用所述楔形透明層，就可以使用第一調(diào)制器的全部范圍。圖13E示出了另一例子，其中，楔形透明層是放在調(diào)制器層和源層之間。在此情況下，入射在第一調(diào)制層上的光相對于保存了一定范圍的第一調(diào)制器被再次改變了一定角度(angled)。
圖14A示出了楔形透明層的一個更詳細的例子。在此情況下，一組VCSEL 252放置在層260中。VCSEL產(chǎn)生一個定時的光信號，該光信號沖擊鏡面254和256以產(chǎn)生一個調(diào)制光258。鏡面254和256可以是靜止鏡面、數(shù)字鏡面、單軸振動式鏡面、雙軸鏡面或一些組合。在此范例實施例中，由諸如Pyrex的材料制成的楔形透明層266是放在第一調(diào)制器層268和第二調(diào)制器層262之間。來自VCSEL 252的光在自動入射角內(nèi)沖擊鏡面254。如此，就可以利用鏡面254的全部活動范圍。而且，電路可以或可以不放在層264中，并且系統(tǒng)也可以或可以不用透明層270密封起來。
圖14B示出了系統(tǒng)的另一個實施例，其中，楔形透明層292放置在源層290和調(diào)制器層298及294之間。在此情況下，來自VCSEL 282的光按照將光指向鏡面286的自動入射角沖擊鏡面284。鏡面286產(chǎn)生光束288。這里同樣，可將電路層296放在調(diào)制器層294和298之間，并可用透明層300來密封該系統(tǒng)。
圖14C示出了透明層的另外用途，以便在制造處理的早期階段有效地密封調(diào)制器層。在此情況下，調(diào)制器層322是密封在透明層320和324之間。類似地，將調(diào)制器層328密封在透明層326和330之間。將調(diào)制器層和與它們相關(guān)聯(lián)的透明層重疊在一起，以便使光束318首先沖擊調(diào)制器314，然后是調(diào)制器316。在一個特殊的情況下，調(diào)制器層可以包含相同的電路設(shè)計。頂部的調(diào)制器層上下顛倒并相對于底部的調(diào)制器層旋轉(zhuǎn)90度，然后將兩個調(diào)制器層結(jié)合起來。然后再將這兩個調(diào)制器層與控制電路和集成光源連接起來。以這種方式，就能實現(xiàn)單個調(diào)制器層的設(shè)計在每個器件中使用兩次。
圖15示出了系統(tǒng)使用的范例電路。電路340包括一個幀緩存器342、一個視頻處理器子系統(tǒng)344和各個投影點控制單元346、348、350和352等。幀緩存器可以接收和存儲視頻數(shù)據(jù)和/或控制數(shù)據(jù)和提供控制輸出。該數(shù)據(jù)被提供給解釋(interpret)數(shù)據(jù)和控制指令的視頻處理器子系統(tǒng)344。該視頻處理器子系統(tǒng)還將指令和控制數(shù)據(jù)進行再分，并將指令和控制數(shù)據(jù)提供給投影點控制單元346、348、350和352。然后，所述投影點控制單元結(jié)合操縱投影點元件以產(chǎn)生圖像。
幀緩存器342可以采取各種不同的形式。這些形式包括RAM(隨機存取存儲器)和各種存儲器電路?；蛘撸總€投影點都可以有一個幀存儲器，在每個投影點上分離的幀存儲器可以用于每個波長，芯片可以有一個包含幀緩存器的單個的存儲器或各種不同組合。
視頻處理器子系統(tǒng)344可以采取各種形式。這些形式可以包括數(shù)字信號處理器等。
投影點控制器346、348、350和352可以采取圖16示例的形式。圖16示出了用于控制投影點的電路。串行RGB數(shù)據(jù)輸入到轉(zhuǎn)換器362中。由串行RGB信號得出的時鐘信號引導到寫地址發(fā)生器366。RGB數(shù)據(jù)被引導到顏色信道分離電路364。分離的信道信號被引導到它們各自的線緩存器370、372和374中。在這里，它們根據(jù)寫地址發(fā)生器366產(chǎn)生的寫地址進行存儲。然后，線緩存器370、372和374根據(jù)由讀地址發(fā)生器368產(chǎn)生的讀地址信號進行讀取。根據(jù)調(diào)制鏡面和像素時鐘的移動或位置來確定讀地址信號。例如，可以根據(jù)一個方向上的移動來生成地址以產(chǎn)生光脈沖。然后，根據(jù)相反的移動來生成地址以產(chǎn)生光脈沖。對于水平線，可以根據(jù)從左到右的圖像掃描來生成地址以產(chǎn)生像素。然后在鏡面反轉(zhuǎn)方向時，可以根據(jù)從右到左的掃描來讀取數(shù)據(jù)。以這種方式，每次掃過鏡面都可以產(chǎn)生像素。寫地址發(fā)生器366和讀地址發(fā)生器368也可以通信以保證適當?shù)牡刂诽幚怼?br> RGB數(shù)據(jù)從線緩存器370、372和374中分別發(fā)送到相應的DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)376、378和380。DAC 376、378和380可以接收與亮度相關(guān)的信號。而且，DAC 376、378和380可以分別接收與每個發(fā)射器382、384和386相關(guān)的校準信號。該校準信號可以是在生產(chǎn)制造時確定的一個補償值(offset)，以補償設(shè)備之間的變異性。例如，可對器件進行測試并將校準了的偏移(shift)存儲在每個投影點和發(fā)射器的配置存儲器(configuration memory)390中。
在圖16的例子中，示出了紅、藍、綠發(fā)射器(分別為382、384和386)。此外，也可以產(chǎn)生其它波長的信號。例如，一個與紅外信號相關(guān)聯(lián)的附加信號可以輸入到線緩存器和DAC。
串行控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)可以在視頻處理器子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換器388之間進行通信。可將數(shù)據(jù)引導到配置存儲器390中。該配置存儲器可以存儲發(fā)射器校準信息、亮度信息以及與垂直驅(qū)動和水平驅(qū)動相關(guān)的參數(shù)。在這個范例實施例中，配置存儲器將與垂直驅(qū)動相關(guān)的參數(shù)提供給垂直驅(qū)動DAC 394。然后，垂直驅(qū)動器DAC 394向垂直鏡面驅(qū)動器396發(fā)出信號。在數(shù)字鏡面的情況下，鏡面可以采取期望的位置。在振動式鏡面的情況下，可以用指示水平鏡面的振動和位置的給定頻率驅(qū)動鏡面來進行振動。
配置存儲器390也根據(jù)水平鏡面的振動提供定時。在這個范例實施例中，水平鏡面驅(qū)動器399按已知的頻率驅(qū)動水平振動式鏡面。鏡面?zhèn)鞲衅?98感測鏡面的位置。在這個例子中，當鏡面達到振動范圍的一個極限時，鏡面?zhèn)鞲衅?98產(chǎn)生一個信號。該傳感器信號被提供給像素定時電路392，其根據(jù)位置、尺寸和分辨率數(shù)據(jù)來確定發(fā)送給讀地址發(fā)生器368的像素時鐘信號和方向信號。
能夠改變投影的范圍、發(fā)射器的發(fā)光定時和發(fā)光的持續(xù)時間，以產(chǎn)生期望效果。例如，可以在一個較窄的水平振動范圍內(nèi)發(fā)送RGB數(shù)據(jù)，也可以在擴展到整個范圍內(nèi)。以這種方式，可能實現(xiàn)各種特性?？梢允褂眯盘柡蛿?shù)據(jù)定時來產(chǎn)生變化的(varying)寬高比、多種寬高比、梯形失真校正、animorphics、panamorphics、屏蔽、掃描、縮放、隔行掃描、反向的信號(reverted signal)、反轉(zhuǎn)信號(reverse signal)、透鏡位移和組式掃描。
如此，可將圖1、2和3所示的集成系統(tǒng)用于各種應用之中。圖17示出了一個背面投影電視或監(jiān)視器，其中，集成設(shè)備412投影到反射表面(mirroredsurface)414上，隨后投影到屏幕416上。或者，集成設(shè)備412也可以直接或通過各種光學器件投影到屏幕416上。
在另一個實施例中，圖18示出了一個平視顯示器，其中，集成設(shè)備432位于一個儀表板(dashboard)434上，并將圖像436投影在擋風玻璃(windshield)430上。也可以用集成設(shè)備432或類似設(shè)備來創(chuàng)建儀表板(instrument panel)438、440和旅行屏幕(travel screen)442。例如，所述旅行屏幕可以用來顯示地圖或運行方向、來自車輛的后視圖(rear view)或任何其它的圖像數(shù)據(jù)。平視顯示可以用在汽車、卡車、船舶、巡航船、飛機或其它應用上。甚至可以將平視顯示圖像投影在建筑物(building)和其它建筑物(structure)的窗戶上。
這個系統(tǒng)可以被用來提供與環(huán)境狀況、新聞、儀表板、報警指示器、增強的視覺圖像、空氣運動相關(guān)的信息以及其它的信息。例如，該系統(tǒng)可以被用在小轎車上以便提供附加的安全帶警告。而且，該系統(tǒng)還可以用來將夜視圖像覆蓋在視場(vision field)上，以便為汽車加強對行車事故的識別。
而且，該系統(tǒng)可以被用來代替儀表板。例如，在背投投影儀(rear projector)的實施例中，該系統(tǒng)可以從儀表盤(dash)的后面來投影儀表板(instrumentpanel)?；蛘?，可以用正面投影的方式或按各種其它的配置來投影儀表板(panel)。另外，可以用投影儀系統(tǒng)來投影來自映射系統(tǒng)、后視系統(tǒng)、氣候控制系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)和其它系統(tǒng)的信息。該實施例也可用于諸如船舶、飛機、卡車及其它交通工具中的等同系統(tǒng)。
此外，顯示區(qū)域可以采取各種形狀。這些形狀與儀器板、儀表、擋風玻璃及其它裝置的輪廓相關(guān)。另外，該顯示器可以有以動態(tài)變化形狀的方式投影圖像的功能。
圖19A、19B、19C和19D示出了用在范例的小型投影設(shè)備中的集成設(shè)備。該系統(tǒng)可以與計算機、PDA或其它計算設(shè)備相連接。或者，該單元可以作為一個獨立的(self-contained)投影設(shè)備。投影設(shè)備452具有一個能在目標屏幕454上投影的彈出式(popup)投影儀456。圖19B是投影設(shè)備452的俯視圖。集成設(shè)備可以裝在彈出式投影儀456中。這個系統(tǒng)可以有或可以沒有光學器件458。圖19C是靠近裝有光學器件458的彈出式臂桿456所見的小型投影設(shè)備452的側(cè)視圖。該系統(tǒng)也可以具有包括諸如串行端口、并行端口、USB、火線(fire wire)、SCSI、IrDA、智能介質(zhì)的各種連接器和視頻輸入等的輸入設(shè)備和諸如軟盤驅(qū)動器、移動式硬盤驅(qū)動器、智能介質(zhì)讀取器、CD或DVD等的驅(qū)動462。圖19D示出了具有臂桿(arm)456和光學器件458的設(shè)備452的前視圖。
然而，可以在墻上、窗戶上或其它表面上進行投影。而且，可以將這個設(shè)備配置來在不平坦的表面上、奇特形狀的表面上或成角度的表面上投影?；蛘撸梢允褂弥T如LiDAR的感測設(shè)備來檢測表面的形狀并控制投影以便對該表面進行補償。
在另一個范例實施例中，投影設(shè)備可以是膝上型計算機、PDA或其它的計算設(shè)備的一部分。該投影儀可以將圖像投影在膝上型計算機的屏幕上。以這種方式，可將膝上型計算機上的跳動顯示(flip up display)較少到表面應用(surface application)，甚至消除跳動。在另一個例子中，PDA可以在墻上、桌上、紙張上、手上、眼鏡上甚至眼睛上投影顯示。
通過控制每個投影點的光束偏轉(zhuǎn)和指定的范圍，這個投影儀能夠調(diào)節(jié)投影圖像的水平和垂直位置。從而能夠?qū)崿F(xiàn)一種形式的自動梯形失真校正，該梯形失真校正是基于這樣的一個假設(shè)，即投影儀是放在垂直于顯示表面的位置上。由于用電子地調(diào)節(jié)投影儀的圖像，因此能夠測量投影點的角度偏轉(zhuǎn)的變化，并且可用所述角度變化來計算所需的梯形失真校正中的相應變化。這個方案可應用于在水平或垂直方向上的偏轉(zhuǎn)或二者的組合。由于圖像是在投影圖像的表平面上移動的，使得能夠自動校正圖像的梯形失真。也可以使用各種傳感器的方法，如傾斜傳感器、紅外傳感器或來自觀看者(viewer)的反饋。
圖20示出另一個范例實施例，其中，將基于芯片或單元的投影系統(tǒng)與一個卡集成在一起或插入到計算設(shè)備。投影儀單元468安裝在接頭466上。接頭466可允許投影單元468的多軸旋轉(zhuǎn)。投影單元468也通信地連接(communicatively coupled)到卡464。這個卡464可以采取PCMCIA卡、PCI卡或智能卡等形式。
圖21示出了集成設(shè)備的另一個典型的用途。集成設(shè)備472將光線投影到捆起來的一組光纖上。可將這組光纖操縱(guided)或模制(molded)成各種形狀以產(chǎn)生圖像表面。
在圖22所示的另一個用途中，集成設(shè)備492可以在屏幕494上投影。投影點的移動范圍和光源的定時信號可以用來在表面949上產(chǎn)生圖像。而且，可以使用與每個投影點分開或相關(guān)的檢測裝置來確定屏幕的形狀、角度或位置，并調(diào)節(jié)每個投影點的移動范圍或責任范圍，以便相應地加以補償。
這樣的系統(tǒng)也可用在觸摸屏的應用上。例如，圖23示出了一個公用信息機(kiosk)的配置。公用信息機500有一塊可移動的板502，其上有光投影芯片504和耐用屏幕506。由于觸摸檢測是基于來自芯片504的光投影，因此，這個屏幕可以是無源的，并可由較為粗糙的材料制成。
在適用于傳統(tǒng)的正投影面和背面投影的應用的同時，所述光投影設(shè)備的唯一的屬性包括尺寸極小、功率消耗低、產(chǎn)生的熱量少。這些屬性使得投影技術(shù)能夠用于前所未有的廣泛應用中。這些應用既包括正面投影，也包括背面投影。所述投影裝置可以和萬向接頭安裝在一起，以允許通過手工操作來對準投影設(shè)備。所述光投影裝置還具有圖像校正能力，甚至在芯片的方位與屏幕表面的正常角度成相當大的角度時也是這樣，無論或左或右，或上或下。靈活的定位能力還使得該設(shè)備具有不尋常的應用范圍。
一些獨特的應用包括櫥柜般大小的背面投影顯示器，其尺寸在高度和寬度上接近于屏幕尺寸，并且深度小于屏幕對角線尺寸的三分之一，并且有一個可以折疊成扁平包裝的外殼。
粗糙的(rugged)公用信息機，其使用便宜的、易于更換的屏幕，并將有源顯示部件保護在一個小的外殼中。由于屏幕是一個粗糙而又便宜的無源部件，因此，對于觸摸屏而言，這類公用信息機是很理想的。
汽車用、航空用和船用顯示器，能夠在擋風玻璃上投影它們的圖像，但是體積小得足以能安放在儀表盤上而不需要組合式的(complex)外殼。這些設(shè)備能夠當作為可插到電源上的零件市場(aftermarket)設(shè)備來使用而不需要更多的安裝。對于導航和系統(tǒng)監(jiān)控，這類的應用可以起到信息顯示器的功能。
汽車用、航空用和船用顯示器，能夠在背投屏幕上投影它們的圖像，并用靈活的可配置的顯示器來代替當前的“儀表盤”儀器。
嵌入應用，其中將光投影裝置安裝在許多電子設(shè)備中。這包括能夠顯示多組捕獲視頻和圖像而不用外部顯示設(shè)備的可攜式攝像機和數(shù)字照相機。還包括嵌入到游戲控制器、手提電子玩具和專用工具。此外，通過將所述投影儀嵌入便攜式DVD播放器或膝上型計算機中，并用無源屏幕來代替現(xiàn)有的顯示器，也能夠取代在相同的裝置的LCD面板。
嵌入到交通工具中用于信息顯示和娛樂。所述設(shè)備可以嵌入到飛機或其它交通工具的頂部(overhead)或其它的部件，以便用于在座位靠背和艙壁(bulkhead)上投影顯示。
附加到各種接口卡，諸如小型閃光器件(compact flash)、PCMCIA或其它器件，以擴大現(xiàn)有器件的顯示能力。
小型講詞提示機，可以容易地放在地板上或講臺上而不會擋住演講人的視域。
動態(tài)信號，能方便地放置在零售環(huán)境中，還能夠顯示活動圖像和可刷新的(refreshable)信息。
可配置的應用，可以將該設(shè)備從安裝在護目鏡上的平視顯示器轉(zhuǎn)換為用于在傳統(tǒng)表面上投影成組的大幅圖像，或者將用在個人DVD或游戲機控制臺上的顯示器以及背面或正面投影儀轉(zhuǎn)換為大屏幕顯示器。
然而，還可以設(shè)想出各種不同的可能利用所述光投影裝置的應用。
如此，描述了一種便攜式顯示系統(tǒng)。鑒于上述對本發(fā)明和附圖的詳細說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，其它的更改和變動將會顯得更加清楚。如同下面的權(quán)利要求中所描述的，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以進行各種變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種公用信息機設(shè)備，該公用信息機設(shè)備包括一個包含多個投影點的投影設(shè)備，每個投影點包括至少一個電磁能量源和至少一個電磁能量調(diào)制器；以及一個顯示數(shù)據(jù)源，該投影設(shè)備根據(jù)該顯示數(shù)據(jù)源將圖像投影在無源顯示器屏幕上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公用信息機設(shè)備還包括一個用于感測無源顯示器屏幕的姿態(tài)的感測裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公用信息機設(shè)備，其中每個投影點還包括一個電磁能量傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的公用信息機設(shè)備，其中每個投影點還包括一個發(fā)射不可見的電磁能量的不可見電磁能量源，電磁能量傳感器感測反射的不可見電磁能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的公用信息機設(shè)備，其中反射的不可見電磁能量被解釋為無源顯示器屏幕的姿態(tài)接口的一部分。
6.一種圖像投影裝置，該圖像投影裝置包括一個含有多個投影點的投影設(shè)備，每個投影點包括至少一個電磁能量源和至少一個電磁能量調(diào)制器；以及一個連接到該投影設(shè)備的接口卡，該接口卡接收圖像數(shù)據(jù)，并且該投影設(shè)備根據(jù)該圖像數(shù)據(jù)進行投影。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像投影裝置，其中該接口卡是PCI卡。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像投影裝置，其中該接口卡是PCMCIA卡。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像投影裝置，其中每個投影點還包括一個電磁能量傳感器；以及一個發(fā)射不可見的電磁能量的不可見電磁能量源，該電磁能量傳感器感測反射的不可見電磁能量。
10.一種顯示裝置，該顯示裝置包括一個包括多個投影點的投影設(shè)備，每個投影點包括至少一個電磁能量源和至少一個電磁能量調(diào)制器，該投影設(shè)備放在靠近擋風玻璃的地方，該投影設(shè)備將圖像數(shù)據(jù)投影在擋風玻璃上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示裝置，其中該擋風玻璃位于道路運輸交通工具上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示裝置，其中該擋風玻璃位于飛機上。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的顯示裝置，其中該擋風玻璃位于船舶上。
14.一種背投顯示裝置，該背投顯示裝置包括一個包括多個投影點的投影設(shè)備，每個投影點包括至少一個電磁能量源和至少一個電磁能量調(diào)制器；一個無源屏幕，該無源屏幕包括一個在觀察表面背面的光沖擊表面；一個圖像數(shù)據(jù)輸入，該圖像數(shù)據(jù)輸入通信地連接到投影設(shè)備，該投影設(shè)備根據(jù)通過圖像數(shù)據(jù)輸入接收的圖像數(shù)據(jù)將電磁能量投影到無源屏幕的光沖擊表面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的背投裝置，其中每個投影點還包括一個電磁能量傳感器；以及一個發(fā)射不可見的電磁能量的不可見電磁能量源，該電磁能傳感器感測反射的不可見電磁能量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的背投裝置，其中該反射的電磁能量被解釋為姿態(tài)接口的一部分。
17.一種便攜式投影單元，該便攜式投影單元包括一個包括圖像數(shù)據(jù)輸入設(shè)備的主體，該圖像數(shù)據(jù)輸入設(shè)備提供圖像數(shù)據(jù)；以及一個連接到主體的投影臂，該投影臂包括一個含有多個投影點的投影設(shè)備，每個投影點包括至少一個電磁能量源和至少一個電磁能量調(diào)制器，該投影設(shè)備根據(jù)該圖像數(shù)據(jù)進行投影。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的便攜式投影單元，其中每個投影點還包括一個電磁能量傳感器；以及一個發(fā)射不可見的電磁能量的不可見電磁能量源，該電磁能傳感器感測反射的不可見電磁能量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的便攜式投影單元，其中該反射的電磁能量被解釋為姿態(tài)接口的一部分。
20.一種便攜式計算機，該便攜式計算機包括一個根據(jù)程序提供顯示數(shù)據(jù)的計算電路；以及一個包括多個投影點的投影設(shè)備，每個投影點包括至少一個電磁能量源和至少一個電磁能量調(diào)制器，該投影設(shè)備根據(jù)該顯示數(shù)據(jù)投影圖像。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的便攜式計算機，其中每個投影點還包括一個電磁能量傳感器；以及一個發(fā)射不可見的電磁能量的不可見電磁能量源，該電磁能傳感器感測反射的不可見電磁能量。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的便攜式計算機，其中該反射的電磁能量被解釋為姿態(tài)接口的一部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的便攜式計算機，還包括一個無源屏幕，該投影設(shè)備將顯示數(shù)據(jù)投影在該無源屏幕上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在單芯片上組合有光源、調(diào)制器以及控制電路的固體投影設(shè)備。例如，投影儀可以包括幾組VCSEL，每個都與一組MEM鏡面相關(guān)聯(lián)，并與控制電路相連接。該設(shè)備也可以包括用于密封的各種Pyrex層和斜面層。該設(shè)備還可以包括與該光源相關(guān)聯(lián)的檢測器。這些檢測器用于確定投影表面的形狀和位置、建造姿態(tài)接口并確定投影點的可操作性。本發(fā)明還涉及使用該器件用于操縱該圖像、產(chǎn)生縮放、屏蔽、反轉(zhuǎn)圖像、定位和梯形失真校正等的方法。本發(fā)明可以用在投影顯示設(shè)備、便攜式顯示設(shè)備、平視顯示、視網(wǎng)膜顯示、背面和正面投影顯示，以及其它的顯示應用。
文檔編號H04N5/74GK1735831SQ02826016
公開日2006年2月15日 申請日期2002年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月6日
發(fā)明者邁克爾·格雷伯特 申請人:基約蒂公司