專利名稱：具有變化補償掃描的顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及掃描裝置，特別涉及用于觀察或收集圖像的被掃描光束的顯示器和成像裝置。
發(fā)明的背景各種技術(shù)可用于把圖形或視頻圖像的可視顯示提供給用戶。在許多應(yīng)用中，諸如電視和計算機監(jiān)視器那樣的陰極射線管式顯示器(CRT)可生成圖像用于觀察。這種裝置受到若干限制。例如，CRT體積大、耗電量多，這使其對于便攜式或頭部安裝式應(yīng)用來說不合乎需要。
諸如液晶顯示器和場致發(fā)射顯示器那樣的矩陣可尋址顯示器體積不大，耗電量也不多。然而，典型的矩陣可尋址顯示器使用直徑為數(shù)英寸的屏幕。這種屏幕在頭部安裝式應(yīng)用中，或者在使顯示器僅占用用戶視野一小部分的應(yīng)用中用途有限。這種顯示器的尺寸縮短是以難度增加的處理和有限的分辨率或亮度為代價的。而且，提高這種顯示器的分辨率通常需要明顯地增加復雜性。
一種克服常規(guī)顯示器許多限制的方案是被掃描光束顯示器，例如，在Furness等人發(fā)表的題目為“虛擬視網(wǎng)膜顯示器(VIRTUALRETINAL DISPLAY)”的第5,467,104號美國專利中所述的被掃描光束顯示器，該專利在本文中引用以供參考。如

圖1示意性所示，在被掃描光束顯示器40的一個實施例中，掃描光源42輸出被掃描光束，該被掃描光束通過光束組合器46與觀察者眼睛44耦合。在某些被掃描顯示器中，掃描光源42包括諸如掃描鏡或聲光掃描器那樣的掃描器，該掃描器把已調(diào)制光束掃描到觀察者視網(wǎng)膜上。在其他實施例中，掃描光源可以包括通過角掃描旋轉(zhuǎn)的一個或多個光發(fā)射器。
被掃描光通過觀察者的瞳孔48進入眼睛44，并通過角膜成像到視網(wǎng)膜59上。響應(yīng)于被掃描的光，觀察者感知圖像。在另一實施例中，被掃描光源42把已調(diào)制光束掃描到觀察者觀察的屏幕上。這種適合于兩種中任何一種顯示器的掃描器的例子在Melville等人發(fā)表的題目為“雙軸掃描系統(tǒng)的微型光掃描器”的第5,557,444號美國專利中作了說明，該專利在本文中引用以供參考。
有時，這種顯示器用于部分或增大的觀察應(yīng)用。在這種應(yīng)用中，如圖2A所示，顯示器的一部分設(shè)置在用戶視野中并呈示意圖像，該圖像占用用戶視野45的區(qū)域43。這樣，用戶可看見顯示的虛擬圖像47和背景信息49。如圖2B所示，如果背景光被遮擋，則觀察者僅感知虛擬圖像47。
這種顯示器會遇到的一個困難是光柵收縮，現(xiàn)將參照圖3-5對此進行說明。如圖3示意性所示，掃描光源42包括光源50，該光源50發(fā)射已調(diào)制光束52。在本實施例中，光源50是由諸如激光二極管(未示出)那樣的一個或多個光發(fā)射器驅(qū)動的光纖。透鏡53收集射束52并使射束52聚焦，使得光束52射到旋轉(zhuǎn)鏡54上并指向水平掃描器56。水平掃描器56是一種以正弦方式定期掃描光束52的機械共振掃描器。然后，將水平掃描的光束行進到垂直掃描器58，該垂直掃描器52定期掃描，以便對被水平掃描的光束進行垂直掃描。對于來自掃描器58的光束52的每個角度，出射光瞳擴展器62把光束52變換為一組光束63。眼睛耦合光學器件60收集光束63并形成一組出射光瞳65。出射光瞳65一起用作擴展出射光瞳，用于觀察者眼睛64進行觀察。這樣一種擴展器在Kollin等人發(fā)表的題目為“帶有擴展出射光瞳的虛擬視網(wǎng)膜顯示器”的第5,701,132號美國專利中作了說明，該專利在本文中引用以供參考。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，對于不同的應(yīng)用來說，出射光瞳擴展器62可以省略，可以由眼睛跟蹤系統(tǒng)替代或補充，或者可以具有各種結(jié)構(gòu)，包括衍射或折射設(shè)計。例如，出射光瞳擴展器62可以是平面或彎曲結(jié)構(gòu)，并且可以在各種圖形中生成任何數(shù)量或圖形的輸出光束。而且，盡管圖3僅示出了三個出射光瞳，然而光瞳數(shù)量可以幾乎是任何數(shù)量。例如，在某些應(yīng)用中，15×15陣列可以是合適的。
現(xiàn)返回到掃描說明，隨著光束掃描通過光束擴展器62中的相繼位置，采用下述方式對光束顏色和強度進行調(diào)制，以形成圖像的各自像素。通過對每個像素位置的光束的顏色和強度進行正確控制，顯示器40可生成期望圖像。
圖4A和圖4B示出了垂直和水平掃描器的各自波形的簡化的類型。在平面66(圖3)中，光束跟蹤圖5所示的圖形68。盡管圖5僅示出圖像的11條線，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，實際顯示器中的線數(shù)量通常將比11大得多。通過把實際掃描圖形68與期望光柵掃描圖形69進行比較可以看出，實際被掃描的光束68被“收縮”在光束擴展器62的外邊緣。也就是說，在光束的相繼正向和反向掃描中，掃描圖形邊緣附近的像素彼此不均勻地隔開。該種不均勻的間隔會使像素重疊，或者可在兩排鄰接像素之間留有間隙。并且，由于圖像信息通常作為數(shù)據(jù)陣列而提供的，因而如果陣列中的各位置均與理想光柵圖形69中的各自位置對應(yīng)，則移動的像素位置會造成圖像失真。
對于給定刷新率和給定的波長，各線的像素數(shù)量是在圖3的結(jié)構(gòu)中由與旋轉(zhuǎn)軸垂直的鏡掃描角θ和鏡尺寸D來確定的。因此，對于高分辨率，具有大掃描角θ和大鏡是合乎需要的。然而，大鏡和掃描角通常與較低共振頻率對應(yīng)。對于給定周期，較低的共振頻率提供較少的顯示線。因此，大鏡和較大的掃描角可以生成不能接受的刷新率。
發(fā)明概述顯示器包括主要掃描機構(gòu)，該掃描機構(gòu)同時沿著大體連續(xù)的掃描路徑水平和垂直掃描光束。在優(yōu)選實施例中，掃描機構(gòu)包括鏡，該鏡旋轉(zhuǎn)以便水平掃描光束。在其他實施例中，掃描機構(gòu)可以是電光式，聲光式，聚合物式，折射式，或者任何其他公知的掃描技術(shù)。
光源的對準是為了從各自輸入角向掃描機構(gòu)提供光束。掃描機構(gòu)在圖像區(qū)域的各自不同區(qū)域的兩端之間掃描光束。如上所述，掃描角θ和鏡尺寸確定為光束繪制的像素數(shù)量。
在一個實施例中，掃描機構(gòu)使用水平分量和垂直分量在一般光柵圖形中進行掃描。機械共振掃描器通過以正弦方式掃描光束來生成水平分量。非共振或半共振掃描器通常使用基本恒定的角速度來垂直掃描光束。
在一個實施例中，掃描機構(gòu)包括雙軸微機電(MEM)掃描器。雙軸掃描器使用單個鏡來提供各光束的水平運動和垂直運動。在一個實施例中，顯示器包括緩沖器，該緩沖器存儲數(shù)據(jù)并把存儲的數(shù)據(jù)輸出到光源。校正乘法器提供校正數(shù)據(jù)，該校正數(shù)據(jù)響應(yīng)于存儲的數(shù)據(jù)，對提供給光源的驅(qū)動信號進行調(diào)整。調(diào)整的驅(qū)動信號對由圖形相關(guān)加熱或其他效應(yīng)引起的輸出強度中的變化進行補償。
校正數(shù)據(jù)可根據(jù)經(jīng)驗通過對光源進行表征來確定，可通過對強度與輸入信號的關(guān)系進行監(jiān)測來確定，或者可針對給定光源來預(yù)測。在一個實施例中，當被掃描光束不在視野中時，通過檢測光強度，對照輸入信號來監(jiān)測強度。在另一實施例中，根據(jù)輸入信號來預(yù)測強度，并把預(yù)測的強度與實際檢測強度進行比較。預(yù)測的強度和檢測的強度之間的差生成誤差信號，該誤差信號用于確定校正數(shù)據(jù)。
在另一實施例中，成像器通過檢測器或者光源和檢測器對來獲取平鋪圖像中的圖像。該成像器的一個實施例包括LED或激光器作為光源，其中，各光源均采用各自波長。掃描組件同時把來自各光源的光指向圖像區(qū)域的各自區(qū)域。對于圖像區(qū)域中的各位置，各檢測器均根據(jù)各自位置的反射率，采用其對應(yīng)光源的波長、偏振、或者其他特性來選擇性檢測光。檢測器把電信號輸出到解碼電子裝置，該解碼電子裝置存儲表示意圖像區(qū)域的數(shù)據(jù)。
在一個實施例中，成像器在紅、綠和藍波長帶中的每個波長帶包括多個檢測器/光源對。各對均在其帶內(nèi)的各自波長進行操作。例如，紅對中的第一個在第一紅波長上進行操作，紅對中的第二個在與第一個不同的第二紅波長進行操作。
在一個實施例中，一對光源從不同角度交替地向單個掃描器供光。在掃描器的正向掃描期間，第一光源發(fā)射根據(jù)線路一半調(diào)制的光。在反向掃描期間，第二光源發(fā)射根據(jù)線路另一半調(diào)制的光。由于第二次掃描與第一次掃描的方向相反，因而與線路另一半對應(yīng)的數(shù)據(jù)在施加給第二光源之前被反轉(zhuǎn)，使得來自第二光源的光被調(diào)制，以便反轉(zhuǎn)寫入線路另一半。
在選擇性的供光方案的一個實施例中，單個光發(fā)射器向通過光開關(guān)與兩個單獨光纖中的一個選擇性耦合的輸入光纖供光。在正向掃描期間，光開關(guān)使輸入光纖與單獨光纖中的第一個耦合，使得第一單獨光纖形成第一光源。在反向掃描期間，光開關(guān)向第二單獨光纖供光，使得第二單獨光纖形成第二光源。因此，本實施例允許單個光發(fā)射器為兩個光源供光。
該選擇性的供光方案可擴展為寫入兩個以上的平鋪圖像。在一種方案中，輸入光纖通過一組光開關(guān)與四個光纖耦合，其中，各光纖均從各自角度向掃描組件供光。這些開關(guān)根據(jù)掃描方向和根據(jù)用戶視力的跟蹤位置被激活。例如，當用戶查看圖像的上半部時，為生成左上平鋪圖像中的圖像而對準的第一光纖在正向掃描期間向掃描器供光。為生成右上平鋪圖像而對準的第二光纖在反向掃描期間向掃描器供光。當用戶查看圖像的下半部時，為生成左下平鋪圖像而對準的第三光纖在正向掃描期間向掃描器供光。為生成右下平鋪圖像而對準的第四光纖在反向掃描期間向掃描器供光。
為了平衡兩個平鋪圖像的強度和顏色，電子裝置可依比例確定各光源不同的數(shù)據(jù)。
附圖簡要說明圖1是與觀察者眼睛對準的顯示器的圖示。
圖2A是用戶感知的由來自圖像源的光和來自背景的光的組合產(chǎn)生的組合圖像。
圖2B是由用戶從背景光被遮擋的圖1的顯示器感知的圖像。
圖3是示出光束的雙向掃描和與觀察者眼睛耦合的掃描器和用戶眼睛的圖示。
圖4A和圖4B是圖3的掃描組件中的掃描圖形掃描器的信號定時圖。
圖5是示出與期望的光柵掃描路徑相比，由被掃描光束響應(yīng)于圖4A和圖4B的信號而遵循的路徑的信號位置圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括雙光束在內(nèi)的顯示器的圖示。
圖7是包括系鏈在內(nèi)的頭部安裝式掃描器的等軸測圖。
圖8是包括校正鏡在內(nèi)的圖6的掃描顯示器內(nèi)的掃描組件的圖示。
圖9是適合于在圖8的掃描組件中使用的水平掃描器和垂直掃描器的等軸測圖。
圖10是示出略微重疊的平鋪圖像的使用兩個輸入光束掃描的圖示。
圖11是示出在空間分離位置的四個饋源(feed)的雙軸掃描器的上平面圖。
圖12是由圖11的四饋源掃描器生成的四個平鋪圖像的圖示。
圖13是用于驅(qū)動圖11的四個單獨饋源，包括四個單獨緩沖器在內(nèi)的系統(tǒng)的示意圖。
圖14是把斜坡信號與用于驅(qū)動垂直掃描器的期望信號進行比較的信號定時圖。
圖15是示出垂直掃描位置的定位誤差和校正的信號定時圖。
圖16是壓電校正掃描器的側(cè)斷面圖。
圖17A是微機電(MEM)校正掃描器的上平面圖。
圖17B是示出電容板及其與掃描鏡對準的圖17A的MEM校正掃描器的側(cè)斷面圖。
圖18示出了使用正弦驅(qū)動掃描器通過90％的全掃描的校正的掃描位置。
圖19示出了通過把垂直分量附加給水平鏡而實現(xiàn)掃描校正的誤差減少的掃描器的替代實施例。
圖20是示出由圖19的掃描器偏轉(zhuǎn)的光束的掃描路徑的位置圖。
圖21是包括雙軸微機電(MEM)掃描器和MEM校正掃描器在內(nèi)的掃描系統(tǒng)的示意圖。
圖22是通過使輸入光纖的位置或角度移動而使輸入光束移動的校正掃描器的示意圖。
圖23是包括用于響應(yīng)于電信號使輸入光束移動的電光晶體在內(nèi)的校正掃描器的示意圖。
圖24是用于從目標對象獲得外部光的成像器的示意圖。
圖25是用于還使可視圖像投影的圖24的成像器的替代實施例的示意圖。
圖26是示出隨時間而變化的正弦掃描位置與線性掃描位置的偏差的信號定時圖。
圖27是示意性示出一組線性計數(shù)如何能映射來掃描用于正弦掃描的位置的圖。
圖28是示出對數(shù)據(jù)進行處理以便把數(shù)據(jù)存儲在存儲器矩陣內(nèi)，同時補償共振鏡的非線性掃描速度的系統(tǒng)方框圖。
圖29是用于生成輸出時鐘以便從存儲器矩陣中檢索數(shù)據(jù)，同時補償共振鏡的非線性掃描速度的第一系統(tǒng)的方框圖。
圖30是包括預(yù)失真在內(nèi)的圖29的設(shè)備的替代實施例的方框圖。
圖31是圖29的方框圖的時鐘生成部分的詳細方框圖。
圖32是示出為補償垂直光失真而預(yù)失真的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表示。
圖33是包括用于對每半鏡的本體中心進行電子控制的結(jié)構(gòu)在內(nèi)的MEM掃描器的上平面圖。
圖34是示出響應(yīng)于施加的電壓使突起彎曲的圖32的MEM掃描器的上平面圖。
圖35是包括用于使每個半鏡的本體中心側(cè)向移動的梳狀結(jié)構(gòu)在內(nèi)的MEM掃描器的上平面圖。
圖36是包括電控除氣球結(jié)節(jié)在內(nèi)的封裝式掃描器的側(cè)斷面圖。
圖37是包括用于頻率調(diào)諧的選擇性可取下接頭片在內(nèi)的MEM鏡的上平面圖。
圖38是示出掃描區(qū)域與光源重疊的四光源顯示器的示意圖。
圖39是帶有小型旋轉(zhuǎn)鏡和偏置光源的四光源顯示器的示意圖。
圖40是示出帶有小型旋轉(zhuǎn)鏡和公用彎曲鏡的光束路徑的圖39的顯示器的示意圖。
圖41是包括被切換光纖在內(nèi)的單個發(fā)射器顯示器的示意圖，其中，各光纖均為單獨平鋪圖像供光。
圖42是包括四個單獨光纖在內(nèi)的顯示器的示意圖，其中，該四個單獨光纖響應(yīng)于檢測的注視方向通過一組光開關(guān)向掃描器供光，以生成四個單獨平鋪圖像。
本發(fā)明的詳細說明如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的被掃描光束顯示器70設(shè)置成用于由觀察者眼睛72進行觀察。雖然本文提供的顯示器70把光掃描進眼睛72，但是本文所述的結(jié)構(gòu)和概念也可適應(yīng)于其他類型的顯示器，例如，包括觀察屏在內(nèi)的投影顯示器。
顯示器70包括四個要部，以下將對各要部進行更詳細說明。首先，控制電子裝置74響應(yīng)于來自諸如計算機、電視接收器、盒式錄像帶播放器、DVD播放器、遠程傳感器或者類似裝置那樣的圖像源76的圖像信號VIM，提供用于對顯示器70的操作進行控制的電信號。
顯示器70的第二部分是光源78，該光源78輸出已調(diào)制光束80，各已調(diào)制光束80均具有與圖像信號VIM中的信息對應(yīng)的調(diào)制。光源78可以使用諸如激光二極管或微型激光器那樣的相干光發(fā)射器，或者可以使用諸如發(fā)光二極管那樣的非相關(guān)光源。而且，光源78可以包括諸如發(fā)光二極管(LED)那樣的直接已調(diào)制光發(fā)射器，或者可以包括由諸如聲光調(diào)制器那樣的外部調(diào)制器間接調(diào)制的連續(xù)光發(fā)射器。
顯示器70的第三部分是掃描組件82，該掃描組件82通過諸如光柵圖形那樣的二維掃描圖形來掃描已調(diào)制光束80。掃描組件82優(yōu)選地包括一個或多個定期掃描鏡，以下將參照圖3-4、8、11、19-22，對此進行更詳細說明。
設(shè)置在掃描組件82的對置兩側(cè)的透鏡84、86用作成像光學器件，該成像光學器件形成顯示器70的第四部分。透鏡86是圓柱形漸變折射率(GRIN)透鏡，該透鏡收集來自光源78的光并使該光成形。如果光源78包括用于向透鏡86供光的光纖，則透鏡86可以與該光纖接合或形成整體?；蛘?，諸如雙合透鏡或三合透鏡那樣的其他類型的透鏡可以形成透鏡86。而且，諸如衍射元件那樣的其他類型的光學元件可以用于使光成形和引導光。不管元件類型如何，整個光學系列可以包含偏振敏感材料，色校正，或者用于對光的形狀、相位或其他特性進行控制的任何其他光學技術(shù)。
透鏡84是采用彎曲的、部分透射的鏡形成的，該鏡使被掃描光束80近似地成形和聚焦，用于由眼睛72進行觀察。在離開透鏡84之后，被掃描光束80通過瞳孔90進入眼睛72，并射到視網(wǎng)膜92上。隨著各已調(diào)制光束射到視網(wǎng)膜92上，觀察者感知圖像的各自部分，以下將對此進行說明。
由于透鏡84是部分透射透鏡，因而透鏡84把來自掃描組件82的光與從背景89接收到的光進行組合，以生成到觀察者眼睛72的組合輸入。盡管背景89在本文中是作為“現(xiàn)實世界”背景而提供的，然而背景光可以被遮擋，或者可以由相同或不同類型的另一光源生成。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，各種其他光學元件可以替代或補充透鏡84、86。例如，諸如菲涅耳(Fresnel)透鏡那樣的衍射元件可以替代透鏡84、86中的任何一方或雙方。此外，分光器和透鏡可以替代透鏡84的部分透射鏡結(jié)構(gòu)。并且，諸如偏振器、濾色器、出射光瞳擴展器、色校正元件、眼睛跟蹤元件以及背景掩模那樣的各種其他光學元件也可以包含在內(nèi)用于某些應(yīng)用。
盡管圖6的各元件是以示意圖方式提供的，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，各部件一般是為所需的應(yīng)用而具有典型的大小和配置。例如，如圖7所示，如果顯示器70用作移動個人顯示器，則各部件是為安裝到頭盔或與頭部安裝式顯示器70類似的框架而測定大小和構(gòu)成的。在本實施例中，顯示器70的第一部分171安裝到頭戴式框架174上，并且第二部分176則單獨承載在例如臀部帶內(nèi)。其他部分174、176通過光纖和電子系鏈178鏈接，該電子系鏈178把光信號和電子信號從第二部分傳送到第一部分。光纖耦合掃描器顯示器的例子在Furness等人發(fā)表的標題為“帶有光纖點光源的虛擬視網(wǎng)膜顯示器”的第5,596,339號美國專利中作了說明，該專利在本文中引用以供參考。
以下將參照圖8，對掃描組件82的示范性實施例進行說明。掃描組件82包括與圖3的掃描光源42對應(yīng)的若干部件，其中，對掃描組件82和掃描光源42公用的部件采用相同編號。此外，為了清楚說明，僅提供中央光線55用于光束52。
在本實施例中，一對光纖50發(fā)射來自光源78(未示出)的光，并且透鏡84用公用折射透鏡來表示，而不是用部分透射鏡來表示。與圖3的掃描光源42不同，掃描組件82包括有源校正鏡100，該校正鏡100旋轉(zhuǎn)以便沿著垂直軸掃描光束80。如下所述，校正鏡100在水平掃描器56的各掃描(正向或反向)期間，沿著垂直軸產(chǎn)生不同的校正偏移。該校正偏移可抵消由垂直掃描器58引起的光束80的垂直移動，以減少掃描圖形與圖5中用虛線所示的期望圖形的總偏差。
在對校正鏡100的效果和各種信號的相對定時進行說明之前，將參照圖9，對具有分別適合用作水平掃描器56和垂直掃描器58的機械共振掃描器201和掃描器220的掃描組件200的示范性實施例進行說明。
水平掃描器201的主要掃描部件是移動鏡202，該移動鏡202安裝到彈簧板204上。移動鏡202和彈簧板204的尺寸以及彈簧板204的材料屬性具有高Q(高品質(zhì)因數(shù))，固有振蕩(“共振”)頻率約為1-100kHz，其中，所選的共振頻率取決于應(yīng)用。對于刷新率為60Hz并且無隔行掃描的VGA品質(zhì)輸出來說，共振頻率優(yōu)選地約為15-20kHz。如下所述，所選共振頻率或者可實現(xiàn)的分辨率可以通過使用多個饋電裝置來更改。
與鏡202一起安裝的鐵磁材料由一對電磁線圈206、208來驅(qū)動，以便向鏡202提供移動力，從而啟動和保持振蕩。鐵磁材料優(yōu)選地與彈簧板204和鏡202的本體形成整體。驅(qū)動電子裝置218提供電信號用于激活上述線圈206、208。響應(yīng)于電信號，線圈206、208生成周期性電磁場，該周期性電磁場向鐵磁材料施加力，因而造成鏡202的振蕩。如果電信號的頻率和相位與鏡202的移動正確同步，則鏡202采用其共振頻率進行振蕩，并且耗電量少。
垂直掃描器220的結(jié)構(gòu)非常類似于共振掃描器201。與共振掃描器201相同，垂直掃描器220包括鏡222，該鏡222由一對線圈224、226響應(yīng)于來自驅(qū)動電子裝置218的電信號來驅(qū)動。然而，由于對于垂直掃描來說振蕩速度低得多，因而垂直掃描器220通常不是共振的。鏡222接收來自水平掃描器201的光，并在大約30-100Hz的頻率產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)。有利的是，較低的頻率允許鏡222明顯大于鏡202，因而減少對垂直掃描器220的定位的約束。虛擬視網(wǎng)膜顯示器和機械共振掃描的詳情在Furness等人發(fā)表的題目為“虛擬視網(wǎng)膜顯示器”的第5,467,104號美國專利中作了更詳細說明，該專利在本文中引用以供參考。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到可以通過一般光柵圖形來掃描光束的各種其他結(jié)構(gòu)。例如，旋轉(zhuǎn)多邊形或電流測定掃描器可以在某些應(yīng)用中形成掃描56、58中的任何一方或雙方。
在另一實施例中，雙軸微機電(MEM)掃描器可以提供主要掃描。這種掃描器在Neukermanns等人發(fā)表的題目為“微電機扭轉(zhuǎn)式掃描器”的第5,629,790號美國專利中作了說明，該專利在本文中引用以供參考。與上述掃描系統(tǒng)相同，MEM掃描器的水平分量通常由其各自結(jié)構(gòu)的機械共振來定義，以下將參照圖17A-B和圖21，對此進行更詳細說明。與以上參照圖3和圖8所述的雙掃描器系統(tǒng)相同，這種雙軸掃描器會由于在沿著較快掃描軸的掃描期間沿著較慢掃描軸的移動而發(fā)生類似的光柵收縮問題。也可以采用其他掃描方案，例如，聲光掃描器、電光掃描器、旋轉(zhuǎn)多邊形、或者某種可提供掃描功能的掃描方案的組合。這些方案中的某些方案可以無需收縮校正。
返回到圖6、圖8和圖9，光纖50輸出根據(jù)來自驅(qū)動電子裝置218的圖像信號調(diào)制的光束80。同時，驅(qū)動電子裝置218激活線圈206、208、224、226以使鏡202、222振蕩。已調(diào)制光束照射到(水平掃描器56的)水平的振蕩鏡202上，并且水平偏轉(zhuǎn)與鏡202的瞬時角度對應(yīng)的角度。然后，偏轉(zhuǎn)的光束照射到(垂直掃描器58的)垂直鏡222上，并且按照與垂直鏡222的瞬時角度對應(yīng)的垂直角度進行偏轉(zhuǎn)。在由光束擴展器62擴展之后，光束52經(jīng)過透鏡84到達眼睛。而且正如以下所述，光束調(diào)制與水平掃描和垂直掃描同步，使得在鏡的每個位置，光束顏色和強度與期望的虛擬圖像對應(yīng)。因此，各光束把一部分虛擬圖像直接“繪制”在用戶視網(wǎng)膜上。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，為了清楚說明，掃描組件82的若干部件已從圖9中省略。例如，水平和垂直掃描器201、220通常安裝到框架上。此外，透鏡和用于對光束80進行收集、成形、旋轉(zhuǎn)、聚焦或準直的其他光學部件已被省略。而且，在掃描器201、220之間未示出任何中繼光學器件，盡管這些中繼光學器件在某些實施例中是合乎需要的。并且，掃描器201通常包括一個或多個旋轉(zhuǎn)鏡，該旋轉(zhuǎn)鏡引導光束使得光束多次照射到各鏡上，以增加掃描的角范圍。此外，在某些實施例中，掃描器201、220被定向成使光束可在沒有旋轉(zhuǎn)鏡的情況下多次照射到掃描鏡上。
參考圖10和圖11，現(xiàn)將對多個光束80的作用進行說明。在圖10中可以看出，兩個光纖50發(fā)射各自光束80。GRIN透鏡86收集光束80并使之聚焦，使得光束80成為照射到公用掃描鏡1090上的會聚光束80A、80B。
為了清楚說明，圖10的實施例減少了鏡84，該鏡84在某些應(yīng)用中是合乎需要的。而且，圖10的實施例包括進行雙軸掃描的單個鏡1090，而不包括圖9的雙鏡結(jié)構(gòu)。以下將參照圖11、圖17A-B和圖21，對這種雙軸結(jié)構(gòu)進行更詳細的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，也可使用雙鏡系統(tǒng)，盡管這種系統(tǒng)通常將涉及到更復雜的一組光線軌跡以及對不同光路徑長度的更復雜的補償。
而且，在許多應(yīng)用中，盡管圖10的光纖50和透鏡84顯示成與掃描鏡1090一起設(shè)置在公用平面中，然而在圖11中可以看出，把光纖50和透鏡84設(shè)置在軸外會是合乎需要的。并且，與在圖11一樣，如果使用四光纖/透鏡對，則分光器或其他光學元件可允許把光纖/透鏡對設(shè)置在使它們不會阻擋來自于其他光纖/透鏡對的光束80A-D的位置?；蛘?，諸如小旋轉(zhuǎn)鏡那樣的其他方案可允許把光纖/透鏡對重新設(shè)置在非阻擋位置，而對圖像質(zhì)量幾乎沒有影響。以下將參照圖11和圖38-40，對此類方案進行更詳細說明。
在射出透鏡86之后，第一光束80A照射到掃描鏡1090上并且反射到圖像區(qū)域1094。第二光束80B也通過掃描鏡1090反射到圖像區(qū)域1094。如圖10的光線軌跡所示，在圖像區(qū)域1094中的光束80A-B的水平位置將是水平掃描器56的偏轉(zhuǎn)角以及透鏡86和光纖50的位置和方向的函數(shù)。
在圖像區(qū)域1092，第一光束80A照射圖像區(qū)域1094的第一區(qū)域1092，并且第二光束80B照射第二區(qū)域1096，該第二區(qū)域1096與第一區(qū)域1092基本不重疊。為了在兩個區(qū)域1092、1096之間實現(xiàn)順利過渡，該兩個區(qū)域1092、1096在小重疊區(qū)域1098中略微重疊。因此，盡管這兩個區(qū)域基本不同，然而對應(yīng)的圖像部分可以在邊緣略微“混合”，以下將參照圖12和圖13對此進行說明。
雖然在圖10中僅可看到兩個光束80A-B，但是可使用兩個以上的光纖/透鏡對，并且這些光纖/透鏡對無需共面。例如，在圖11中可以看出，四個單獨的透鏡86把四個單獨光束80A-D從四個空間分離的位置發(fā)送到鏡1090。如圖12所示，鏡1090把四個光束80A-D中的各光束反射到圖像區(qū)域1094的各自空間不同的區(qū)域1202A-D。
因此，四個光束80A-D各自均照射四個單獨的“平鋪圖像”1202A-D，該“平鋪圖像”1202A-D一起形成整個圖像。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，四個以上的平鋪圖像可以形成圖像。例如，添加第三組光纖/透鏡對會生成2×3的平鋪圖像或者3×2的平鋪圖像。
為了生成實際圖像，隨著鏡1090通過諸如光柵圖形那樣的周期性圖形進行掃描，可使用圖像信息對光束80A-D中的各光束的強度和顏色成分進行調(diào)制。圖13示意性示出了一個實施例，在該實施例中，可響應(yīng)于圖像信號VIM來調(diào)制光束80A-D，以生成四個平鋪圖像1202A-D。
圖像信號VIM驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換器1302，該A/D轉(zhuǎn)換器1302生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)來驅(qū)動解復用器1304。響應(yīng)于該數(shù)據(jù)和來自控制器74(圖8)的時鐘信號CK，解復用器1304生成四個輸出數(shù)據(jù)流，其中，各數(shù)據(jù)流均包括與各自平鋪圖像1202A-D對應(yīng)的數(shù)據(jù)。例如，解復用器1304把與圖像的第一行的上半時對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出到第一緩沖器1306A，并把與第一行的下半時對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出到第二緩沖器1306B。然后，解復用器1304把與圖像的第二行對應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出到前兩個緩沖器1306A、B的第二行。在前兩個緩沖器1306A、B包含表示圖像上半部的數(shù)據(jù)之后，解復用器1304便開始填充第三和第四緩沖器1306C、D。一旦所有緩沖器1306A-D都已滿，則輸出時鐘CKOUT就同時從所有緩沖器1306A-D到各自D/A轉(zhuǎn)換器1308A-D對數(shù)據(jù)進行計時。然后，D/A轉(zhuǎn)換器1308A-D驅(qū)動各自光源78以生成光，該光被掃描到上述各自區(qū)域2102A-D。像素輸出的實際定時由輸出時鐘CKOUT來控制，以下將參照圖28-31對此進行說明。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，盡管圖13的系統(tǒng)是針對四個單獨區(qū)域1201A-D而說明的，然而可以使用數(shù)量更多或更少的區(qū)域。而且，如果期望區(qū)域1202A-D的某種重疊，則可把公用數(shù)據(jù)存儲在一個以上的緩沖器1202A-D內(nèi)。由于公用數(shù)據(jù)集將在重疊區(qū)域中復制某些像素，因而可依比例確定該數(shù)據(jù)，以便把強度限制到期望的水平。
現(xiàn)將參照圖14和圖15，對一種用于提高圖像質(zhì)量的方案進行說明，該方案在使圖像部分1202A-D相互“匹配”方面是有用的。由于光束80A-D的角度是由垂直和水平掃描器(用于單軸雙掃描器系統(tǒng))的角度或者單個鏡(用于雙軸掃描器)的水平和垂直角度來確定的，因而在任何時刻的光束80A-D的實際矢量角度便可由矢量加法來確定。在大多數(shù)情況下，如圖14中的虛線所示，掃描圖形的期望的垂直部分將是“階梯”掃描圖形。
如果旋轉(zhuǎn)鏡100(圖8)被禁用，則由光線跟蹤的圖形將與以上參照圖3-5所述的圖形相同。如圖14中的實線所示，用實線所示的圖形的實際垂直掃描部分將是近似斜坡，而不是期望階梯圖形。
一種用于提供階梯圖形的方案將是使用階梯電壓來驅(qū)動垂直掃描器58。然而，由于垂直鏡是一種物理系統(tǒng)，并且階梯涉及到不連續(xù)運動，因而垂直鏡將不會準確地跟隨驅(qū)動信號。而是，隨著垂直鏡試圖跟隨階梯圖形，垂直鏡將會以最大速度移動，而該最大速度在很大程度上是由垂直鏡的大小和重量、鏡支撐結(jié)構(gòu)的材料特性、驅(qū)動信號的峰值電壓或電流，以及驅(qū)動電路的電氣特性來表示的。對于典型的垂直掃描鏡大小、構(gòu)成、掃描角度和驅(qū)動電壓來說，垂直掃描器58被限制在大約100-3000Hz的頻率范圍內(nèi)。期望的掃描圖形具有遠遠超過該范圍的頻率分量。因此，使用階梯驅(qū)動信號來驅(qū)動垂直掃描器58可生成垂直掃描圖形，該垂直掃描圖形與期望圖形有顯著偏差。
為了減少該問題，圖8的掃描組件82把垂直掃描函數(shù)分成兩部分?？偞怪睊呙璞闶窃诩s60Hz時的大振幅斜坡函數(shù)和兩倍水平速度(例如，約30kHz)時的小振幅校正函數(shù)的組合。垂直掃描器58可生成大振幅斜坡函數(shù)，這是因為60Hz頻率遠遠小于典型掃描鏡的頻率上限。校正鏡100替代旋轉(zhuǎn)鏡100并提供小振幅校正。校正鏡100采用比垂直掃描器高得多的頻率操作；然而，校正鏡100的整個角擺幅非常小。
從圖15的信號定時圖可以看出，校正鏡100在水平掃描器從視野的一個邊緣到對置一邊(即在圖15中從時間t1到t2)進行掃描的時間期間，從近似其最大負角行進到其最大正角。如圖14和圖15所示，整個校正角是由垂直掃描鏡在單個水平掃描期間的向下行程量來定義的。對于顯示器的各種配置來說，校正角將是不同的；然而，校正角可容易計算。
例如，對于各圖像區(qū)域1202A-D具有1280根垂直線和10度的總機械垂直掃描角的顯示器來說，各線的角掃描范圍約為0.008度(10/1280＝0.0078125)。假定垂直掃描器58在水平掃描期間行進該全距離，將由校正鏡100提供的誤差校正約為加或減0.0039度。因此，角校正近似為θ/N，其中，θ是垂直掃描角，N是水平線數(shù)量。該數(shù)量可以在某些實施例中進行修改。例如，如果水平掃描器56是共振掃描器，則校正角可以略微不同，這是因為隨著掃描到達視野的邊緣，水平掃描器56將使用一部分掃描時間來停止和開始在反向的行進。也可修改校正角，以便對光學元件中的象差或者光程長度差進行校正。并且，如果僅在水平掃描器周期的一半中(“單向掃描”)提供數(shù)據(jù)，則校正掃描器100的頻率可以減少一半，盡管光柵收縮通常在單向的掃描方案中不成為問題。
從圖14和圖15的定時圖中可以看出，校正鏡100將使用水平掃描器56的頻率兩倍的頻率把光束垂直平移約一行寬度的一半。對于使用雙向掃描(即在水平掃描器56的正向和反向掃描時的數(shù)據(jù)輸出)并按照SVGA圖像質(zhì)量的典型顯示器來說，水平掃描器56將在大約15kHz的頻率發(fā)生共振。這樣，對于典型顯示器來說，校正掃描器100將在大約30kHz的頻率上旋轉(zhuǎn)約一度的十分之一。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，隨著顯示器分辨率的增加，水平掃描器56的掃描速度也增加。校正鏡100的掃描速度將相應(yīng)增加；但是旋轉(zhuǎn)角將減少。例如，對于具有2560線和10度總掃描的顯示器來說，校正鏡100的掃描速度將約為60kHz，旋轉(zhuǎn)角約為0.002度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，為了獲得更高分辨率，在光點大小受到衍射限制的場合，最小校正鏡大小通常將增加。
圖16示出了在某些實施例中適合于校正鏡100的壓電掃描器110。該掃描器110是由平臺112形成的，該平臺112承載一對彼此隔開的壓電激勵器114、116。校正鏡100是一種金屬化大體平面硅襯底，該襯底在激勵器114、116之間延伸。壓電激勵器114、116的對置兩側(cè)包有導電涂層，并與驅(qū)動放大器120耦合，使得激勵器114、116兩端之間的電壓是反向的。正如大家所知，壓電材料在有電場的情況下會發(fā)生變形。因此，當驅(qū)動放大器120輸出電壓時，激勵器114、116在相反的兩個方向把力施加給校正鏡100，從而使校正鏡100旋轉(zhuǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，盡管壓電激勵器114、116是作為具有單組電極和單層壓電材料而提供的，然而激勵器114、116通常將由多層形成。這種結(jié)構(gòu)在市場上可買到的壓電裝置中使用，會產(chǎn)生較大變形。
諸如傳統(tǒng)的斜坡生成器電路那樣的簡單信號生成器電路122響應(yīng)于水平掃描器56的檢測位置為驅(qū)動放大器120提供驅(qū)動信號。到電路122的主要輸入是來自與水平掃描器56耦合的傳感器的傳感信號。該傳感信號可采用各種方案來獲得。例如，正如在Neukermanns等人發(fā)表的題目為“具有整體扭轉(zhuǎn)式傳感器的微機電鉸鏈”的第5,648,618號美國專利中所述，MEM掃描器的扭轉(zhuǎn)運動可生成與掃描鏡的位置對應(yīng)的電輸出，該專利在本文中引用以供參考?；蛘?，正如在Melville發(fā)表的題目為“機械共振掃描器鏡的位置檢測”的第5,694,237號美國專利中所述，鏡的位置可以通過把壓電傳感器安裝到掃描器上來獲得，該專利在本文中引用以供參考。在其他替代例中，光束的位置可通過對水平或垂直掃描鏡的位置進行光監(jiān)測或電氣監(jiān)測，或者通過對在鏡驅(qū)動線圈中感應(yīng)的電流進行監(jiān)測來確定。
當傳感信號表示水平掃描器56位于視野的邊緣時，電路122生成斜坡信號，該斜坡信號在其負最大值開始，并當水平掃描器到達視野中間時到達其零交叉點。然后，當水平掃描到達視野的對置邊緣時，斜坡信號達到其最大值。在當水平掃描慢慢停止并開始返回掃描時的間隔期間，斜坡信號返回到其負最大值。由于電路122可使用傳感信號作為斜坡信號的基本時鐘信號，因而斜坡信號的定時與掃描的水平位置自然同步。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，對于某些實施例來說，與傳感信號有關(guān)的斜坡信號的受控相移可以優(yōu)化性能。如果校正鏡100被共振掃描，則正如以下參照圖18所述，斜坡信號可由正弦信號替代，該正弦信號只需通過對傳感信號進行倍頻、放大和相移就可獲得。
由校正鏡100感應(yīng)的光束80A-D的垂直運動可抵消由垂直掃描器58引起的光束80A-D的運動，使得光束80A-D在水平掃描期間沿著垂直軸保持不動。在水平掃描在視野外的期間中，光束80A-D響應(yīng)于校正鏡100垂直行進到下一水平掃描的標稱位置。
從以上說明可以看出，壓電驅(qū)動校正鏡100的增加可利用斜坡式運動來明顯減少光柵收縮。然而，在某些應(yīng)用中，利用斜坡式運動是不合乎需要的。圖17A和圖17B示出了可用于校正鏡100的掃描器130的一個替代實施例。
掃描器130是共振微機電(MEM)掃描器，其制造與Neukermanns的790專利中所述的單軸實施例類似?？蛇x擇的，掃描器130可以是機械共振掃描器，其與圖9的水平掃描器54非常類似；然而，在這種掃描器中，優(yōu)選的是，板和鏡的尺寸和材料特性是為在約30kHz的頻率時生成共振而選擇的，該頻率是水平掃描器200的共振頻率的兩倍。此外，材料和安裝優(yōu)選被選擇成使掃描器130的Q值比水平掃描器56的Q值低。較低的Q值允許掃描器130在更廣的頻率范圍內(nèi)操作，以便使掃描器130調(diào)諧到水平掃描頻率的整倍數(shù)。
使用共振掃描器130可減少用于驅(qū)動掃描器130的電子部件的復雜性，且相對于前述方案可提高掃描效率。共振掃描器往往會具有正弦運動，而不是上述的期望的斜坡式運動。然而，如果合適選擇正弦運動的頻率、相位和振幅，則校正鏡100可顯著減少收縮誤差。例如，圖18示出了使用校正鏡的正弦運動對光柵信號進行校正，其中，水平視野包含90％的總水平掃描角。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，如果視野占總水平掃描角的百分率較小，則可進一步減少光束的位置誤差。此外，通過在光束路徑中加設(shè)第二校正鏡，可實現(xiàn)掃描誤差的進一步減少，盡管與成本對照改進有限，因而這一般是不合乎需要的。另一種減少誤差的方案是把一個或多個高次諧波附加給掃描器驅(qū)動信號，使得共振校正掃描器130的掃描圖形從更接近鋸齒波的正弦掃描偏移。
圖19示出了誤差減少的掃描器140的另一替代實施例，其中，通過把垂直分量附加給水平鏡141來實現(xiàn)掃描校正。在本實施例中，水平掃描器140是MEM掃描器，該掃描器具有靜電驅(qū)動以使掃描鏡旋轉(zhuǎn)。水平掃描器140包括一排可以形成小主體(masses)145的位置143。主體145可以涂敷金屬或者采用諸如光刻技術(shù)那樣的常規(guī)方式形成的其他材料。將主體145中的所選主體移去，以便圍繞鏡141的中心線147形成非對稱分布。主體145通過圍繞與一軸的主軸正交的軸旋轉(zhuǎn)來提供一個分量，用于沿著垂直軸掃描校正。在圖20中可以看出，垂直掃描頻率是水平掃描頻率的兩倍，因而生成圖20的利薩如(Lissajous)或“蝴蝶結(jié)”總掃描圖形。主體145可以有效地改變(例如，通過激光燒蝕)，以便調(diào)諧垂直分量的共振頻率。本實施例允許在沒有附加鏡的情況下進行校正，但通常需要使振動和水平掃描器的共振頻率匹配。
為了使水平掃描器56和校正掃描器100的相對共振頻率保持匹配，可以對掃描器56、100中的任何一方或雙方的共振頻率進行有效調(diào)諧。以下參照圖33-36，對各種頻率控制技術(shù)進行說明。如果掃描器56、100的Q值特別低，或者如果掃描器56、100不是共振掃描器，則只需改變驅(qū)動頻率就可以充分使掃描頻率偏移，以保持同步。
如圖21所示，根據(jù)本發(fā)明的掃描器150的另一實施例采用與校正掃描器154一起的作為主要掃描部件的雙軸掃描器152。雙軸掃描器152是單鏡裝置，該裝置圍繞兩個正交軸發(fā)生振蕩。有關(guān)這種掃描器的設(shè)計、制造和操作的說明，例如參見Neukermanns的790號專利，Asada等人在IEEE電磁學學報中發(fā)表的“硅微型機電二維電光掃描器”，Vol.30，No.6，4647-4649，1994年11月，以及Kiang等人在SPIE的“使用微型光學器件和微型機II的小型化系統(tǒng)”學報中發(fā)表的“用于光掃描的微型機電微型掃描器”，Vol.3008，1997年2月，pp.82-90，這些文獻均在本文中引用以供參考。正如在Neukermann的618號專利中所述，雙軸掃描器152包括整體傳感器156，該整體傳感器156把鏡位置的電反饋提供給終端158。
校正掃描器154優(yōu)選的是MEM掃描器，例如以上參照圖17A-B所述的MEM掃描器，盡管諸如壓電掃描器那樣的其他類型的掃描器也可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如上所述，校正掃描器154可采用正弦方式掃描，以消除掃描誤差的顯著部分；或者校正鏡可在斜坡圖形中掃描，用于進行更精確的誤差校正。
如上所述，來自光源78的光照射到校正鏡154上并按照校正角進行偏轉(zhuǎn)。然后，如以上參照圖3-5所述，該光照射到雙軸掃描器152上，并進行水平和垂直掃描以近似于光柵圖形。
圖23所示的根據(jù)本發(fā)明的顯示器的另一實施例通過使輸入光束側(cè)向相對于光學系統(tǒng)500的輸入發(fā)生物理偏移來消除校正鏡100。在圖23的實施例中，設(shè)置在框架504和輸入光纖506之間的壓電驅(qū)動器502采用水平掃描頻率兩倍的頻率接收驅(qū)動電壓。響應(yīng)于驅(qū)動電壓，壓電驅(qū)動器502發(fā)生變形。由于光纖506與壓電驅(qū)動器502接合，因而壓電驅(qū)動器502的變形產(chǎn)生由箭頭508所示的光纖506和遮蓋光纖510的對應(yīng)偏移。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，根據(jù)光學系統(tǒng)500的特性，壓電驅(qū)動器502可以產(chǎn)生光纖506的側(cè)向平移或者光纖506輸出的角偏移。然后，與在上述實施例中一樣，光學系統(tǒng)500把光纖輸出的運動轉(zhuǎn)換為感知像素位置的運動。雖然圖23的實施例使光纖平移，但是本發(fā)明不限于此。例如，某些應(yīng)用可以包含諸如LED或激光二極管那樣的其他光源的平移，可以使透鏡50的位置平移，或者可以使諸如雙軸MEM掃描器那樣的整個掃描器平移或旋轉(zhuǎn)。
盡管圖23的實施例通過使輸入光纖的位置偏移來使輸入光束偏移，然而使輸入光束偏移的其他方法可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，如圖24所示，電光晶體300響應(yīng)于電信號使輸入光束83偏移。在本實施例中，光束83進入梯形形狀的電光晶體300的第一表面302，其中，折射使傳播方向產(chǎn)生偏移。當光束83通過第二表面304射出時，折射又使傳播方向產(chǎn)生偏移。在各表面，傳播方向的變化量將取決于空氣和晶體300之間的折射率差。
大家知道，電光晶體的折射率取決于通過晶體的電場。通過一對電極306在晶體300的兩端之間施加的電壓可控制晶體300的折射率。因此，該施加電壓可控制晶體300的折射率。因此，如虛線83a所示，隨著光束83進入和射出晶體300，該施加電壓可控制光束83的角偏移。偏移量將與施加的電壓對應(yīng)。因此，通過對施加給電極306的電壓進行控制，可控制偏移量。這樣，晶體300可提供電壓控制的光束偏移器，該光束偏移器可抵消光柵收縮。
盡管本文中所述的實施例是顯示器，然而其他裝置或方法也可在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，如圖24所示，成像器600包括雙軸掃描器602和校正掃描器604，這兩種掃描器與圖21的掃描器152、154非常類似。成像器600是一種圖像收集裝置，該裝置可以是數(shù)字照相機、條形碼閱讀器、二維符號閱讀器、文件掃描器、或者其他圖像采集裝置的輸入元件。為了允許成像器600有效收集光，成像器600包括收集光學器件606，該收集光學器件606把來自成像器600外部的目標對象608的光收集和發(fā)送到校正掃描器604上。收集光學器件606被構(gòu)成為具有適合于具體應(yīng)用的視野深度、焦距、視野和其他光學特性。例如，如果成像器600是二維符號閱讀器，則收集光學器件606可以針對紅光或紅外光而優(yōu)化，并且焦距可以約為10-50cm的等級。為了以較大距離閱讀符號，聚焦光學器件可以具有較長聚焦距離或者可以具有變焦。光學器件可以沿著光學路徑設(shè)置在其他位置，以便能使用更小、更便宜的部件。
校正掃描器604重新引導從以上針對顯示器實施例所述的收集光學器件606接收到的光，以使得收集的光在到達雙軸掃描器602之前具有校正分量。雙軸掃描器602通過一般光柵圖形進行掃描，以便從一系列角收集到達收集光學器件606的光，并把該光重新引導到一組靜止光檢測器610上，使得它使圖像區(qū)域的各自“平鋪圖像”成像，各光檢測器610均設(shè)置在各自位置和方向。
因此，雙軸掃描器602的運動把目標對象608的成像連續(xù)點平移到光檢測器610上。光檢測器610把來自掃描器602的光能變換為由解碼電子裝置612接收的電信號。如果成像器600是符號化的閱讀器，則解碼電子裝置612可以包括符號解碼和存儲電路以及使來自存儲文件的圖像匯編的其他電子裝置。如果成像器是照相機的一部分，則解碼電子裝置612可以包括數(shù)字模擬變換器，用于存儲被掃描平鋪圖像的數(shù)值表示的存儲裝置和相關(guān)電子裝置，以及用于使來自存儲文件的圖像匯編的其他電子裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，盡管校正掃描器604設(shè)置在雙軸掃描器602的前面，然而在某些應(yīng)用中把校正掃描器604設(shè)置在雙軸掃描器602的后面。
圖24所示的成像器600的另一特點是一組照射光源614，該組照射光源614提供照射目標對象上的各自位置的光。照射光源614優(yōu)選地具有不同波長以便于光束區(qū)分，盡管在某些應(yīng)用中可以使用公用波長裝置。在多波長結(jié)構(gòu)的例子中，如果成像器600是符號閱讀器，則照射光源614可以包括紅外光或紅光發(fā)射器，該發(fā)射器把光束發(fā)射到分光器616內(nèi)。分光器616引導照射光束進入雙軸掃描器602，其中，照射光被重新引導到校正掃描器604。由于照射光束與來自目標對象608的光的光路徑共線，因而照射光束照射到在由光檢測器610成像的相同位置的目標對象608上。照射光束由目標對象608在與目標對象608的各自區(qū)域的反射率對應(yīng)的圖形中進行反射。反射的照射光行進到光檢測器610，以便使只能由光檢測器610使用的各自區(qū)域的光成像，從而使目標對象608的各自區(qū)域成像。為了獲得較高分辨率，可以通過各種公知的光學技術(shù)，把由光源614照射或由光檢測器610成像的區(qū)域做得較小，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，盡管圖24示出了設(shè)置在水平掃描器602之后的校正掃描器604，然而優(yōu)選的是經(jīng)常將校正掃描器604設(shè)置在分光器616和水平掃描器602之間。這樣允許把校正掃描器604的鏡做得較小。
可選的是，光檢測器610可以安裝在掃描器602、604的外部，并可以定向成用于直接從它們的各自平鋪圖像捕獲光。由于各光檢測器610在波長上與其各自光源匹配，并且由于光檢測器610與空間不同的區(qū)域?qū)?，因而可對來自各自平鋪圖像的信號之間的色度亮度干擾進行充分抑制。
在圖24的成像器600的一個應(yīng)用中，一個或多個照射光源614包括可視的直接調(diào)制光源，例如，紅色激光二極管或者可視波長發(fā)光二極管(LED)。如圖25所示，這樣，可視照射光源614可為用戶生成可視圖像。在圖25的示范性實施例中，成像器可用作為符號掃描器，以識別在目標對象608上的符號中包含的信息。一旦解碼電子裝置612識別出要觀察的期望圖像，例如物品價格和身份，則解碼電子裝置612就調(diào)制照射光源614的驅(qū)動電流，以便根據(jù)期望的圖像對發(fā)射光的強度進行調(diào)制。當用戶把成像器600指向屏幕619(或者目標對象)時，照射光被掃描到上述屏幕619上。由于照射光是根據(jù)期望的圖像來調(diào)制的，因而從屏幕619反射的可視光根據(jù)期望圖像被空間調(diào)制。因此，成像器600除了采集圖像數(shù)據(jù)以外還用作圖像投影器。除了調(diào)制二極管以生成圖像以外，或者作為其一種替代方法，與目標對象608的各區(qū)域?qū)?yīng)的二極管也可以輸出連續(xù)或脈沖光束，該光束填充成像器600的整個視野。因此，成像器600提供一種觀察者(spotter)框架618，該觀察者框架618把視野指示給用戶。同樣，可修改照射光源614，以顯示視野的輪廓或者生成視野的其他標記，例如交叉影線或基準標記，以協(xié)助用戶使成像器600與目標對象608對準。
除了補償光柵收縮以外，圖28所示的掃描系統(tǒng)的一個實施例還可處理共振和其他非線性掃描系統(tǒng)的非線性的影響。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，如以上圖10所示，盡管該校正是針對單光源或單檢測器系統(tǒng)來說明的，然而本文中所述方案也適用于使用一個以上光源的系統(tǒng)。例如，在一種應(yīng)用中，以下參照圖28所述的校正的輸出時鐘信號驅(qū)動所有緩沖器1306A-D(圖13)，以便并行地從緩沖器1306A-D輸出數(shù)據(jù)。
如圖26中的虛線所示，輸入數(shù)據(jù)的定時是以線性掃描速度為前提的。也就是說，對于一行中的等間隔的后續(xù)位置來說，數(shù)據(jù)按照恒定間隔到達。然而，如圖26中的實線所示，共振掃描器具有以正弦方式變化的掃描速度。對于在時間t0開始的行開始(注意，正如以上參照圖26所述，用于正弦掃描的實際掃描開始將很有可能略微延遲)，正弦掃描最初滯后于線性掃描。這樣，用于位置P1的圖像數(shù)據(jù)在時間t1A到達，則正弦掃描將把像素設(shè)置在位置P2。
為了正確設(shè)置像素，圖28的系統(tǒng)使圖像數(shù)據(jù)延遲直到時間t1B，現(xiàn)將對此進行說明。如圖28所示，到達圖像數(shù)據(jù)VIM由計數(shù)器電路2202響應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)信號的水平同步分量計時到行或幀緩沖器2200內(nèi)。計數(shù)器電路2202是一種常規(guī)類型電路，并提供具有等間隔脈沖的輸入時鐘信號，以便計時到緩沖器2200內(nèi)的數(shù)據(jù)。在圖13的多光源系統(tǒng)中，四個緩沖器1306A-D和解復用器1304替代幀緩沖器，并且成像數(shù)據(jù)通過解復用器1304被順次計時到四個緩沖器1306A-D內(nèi)，而不是計時到單個幀緩沖器或行緩沖器內(nèi)。
反饋電路2204對來自緩沖器2200(或者圖13的緩沖器1306A-D)的輸出的定時進行控制。反饋電路2204接收來自掃描組件82的正弦或其他傳感信號，并使用高速秒計數(shù)器2206來劃分傳感信號的周期。邏輯電路2208響應(yīng)于計數(shù)器輸出來生成輸出時鐘信號。
然而，與輸入時鐘信號不同，輸出時鐘信號的脈沖不是等間隔的。而是，通過把圖26的線性信號的定時與正弦信號進行比較來分析確定脈沖定時。例如，對于要設(shè)置在位置P1的像素來說，邏輯電路2208在時間t1B而不是在時間t1A提供輸出脈沖，這和線性的掃描速度的情況一樣。
邏輯電路2208通過訪問存儲器2210中的查閱表來識別與像素位置對應(yīng)的計數(shù)。通過把掃描系統(tǒng)周期劃分為多個計數(shù)并識別與合適的像素位置對應(yīng)的計數(shù)來定義查閱表2210中的數(shù)據(jù)。圖27以圖形方式示出針對35個像素行的該評估。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，該例是為了清楚說明而簡化的。一個典型行可以包括數(shù)百或者甚至數(shù)千像素。可以看出，這些像素在視野邊緣將不合乎需要的間隔靠近，并且在視野中心的遠離間隔也不合乎需要。因此，圖像將在視野邊緣附近被壓縮，并且在中間附近被擴展，因而形成失真圖像。
如上行所示，對于在時間方面等間隔的像素計數(shù)來說，像素位置以非線性方式變化。因此，由上行所示的各像素的期望位置實際上與非線性間隔的計數(shù)對應(yīng)。例如，上行和下行中的第一像素在零計數(shù)時到達，并且應(yīng)設(shè)置在零計數(shù)位置。第二像素在100計數(shù)時到達，但是應(yīng)設(shè)置在540計數(shù)位置。同樣，第三像素在計數(shù)200時到達并在計數(shù)720時被輸出。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，該數(shù)字僅表示實際計算和定時。例如，某些輸出計數(shù)將比其對應(yīng)的輸入計數(shù)高，并且某些計數(shù)將較低。當然，實際上，像素在它的對應(yīng)數(shù)據(jù)到達之前將不會被輸出。為了滿足該條件，圖28的系統(tǒng)實際上采用與同步存儲器裝置類似的方式向數(shù)據(jù)輸出施加等待時間。對于圖27的例子來說，單行等待時間(3400計數(shù)等待時間)將是充分的。使用這種等待時間，第一輸出像素將在計數(shù)3400時出現(xiàn)，并且第二輸出像素將在計數(shù)3940時出現(xiàn)。
圖29示出了一種用于把像素設(shè)置在期望的位置的替代方案。本實施例從圖形生成器而不是計數(shù)器中生成校正時鐘，以便對輸出數(shù)據(jù)的計時進行控制。同步信號剝離器2500把水平同步信號與到達圖像信號VIM剝離。響應(yīng)于同步信號，鎖相環(huán)2502生成被鎖定到同步信號上的一系列時鐘脈沖。由時鐘脈沖驅(qū)動的A/D變換器2504對圖像信號的視頻部分進行抽樣，以生成抽樣的輸入數(shù)據(jù)。抽樣速度將取決于系統(tǒng)的所需分辨率。在優(yōu)選實施例中，抽樣速度近似為40MHz。可編程門陣列2506對來自A/D變換器2504的數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)，以生成一組圖像數(shù)據(jù)，該組圖像數(shù)據(jù)被存儲在緩沖器2508內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，對于各水平同步信號來說，緩沖器將接收一行圖像數(shù)據(jù)。對于1480×1024像素顯示器來說，該系統(tǒng)將在視頻信號的單個周期期間，對1480組圖像數(shù)據(jù)進行抽樣并存儲該1480組圖像數(shù)據(jù)。
一旦各行數(shù)據(jù)被存儲在緩沖器2508內(nèi)，該緩沖器就被計時，以便把數(shù)據(jù)輸出到RAMDAC 2509，該RAMDAC 2509包括伽馬校正存儲器2510，該伽馬校正存儲器2510包含校正數(shù)據(jù)。使用緩沖器數(shù)據(jù)來生成尋址數(shù)據(jù)，以便從伽馬校正存儲器2510中檢索校正的數(shù)據(jù)，而不是使用緩沖器數(shù)據(jù)作為提供給伽馬校正存儲器2510的數(shù)據(jù)輸入。例如，一組與所選圖像強度I1對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)對伽馬校正存儲器2510中的對應(yīng)位置進行識別。伽馬校正存儲器2510輸出一組將在用戶眼睛處生成合適光強度的校正數(shù)據(jù)，而不是輸出實際圖像數(shù)據(jù)。該校正數(shù)據(jù)是根據(jù)經(jīng)驗，通過對整個掃描系統(tǒng)進行表征而分析確定的，其包括各種部件的發(fā)送率，強度與光源的當前響應(yīng)的關(guān)系曲線，部件的衍射和孔徑效應(yīng)以及各種其他系統(tǒng)特性。
在根據(jù)本發(fā)明的圖30所示的一個實施例中，還可以針對光源的溫度與強度的關(guān)系或壽命與強度的關(guān)系變化，對數(shù)據(jù)進行校正。當垂直和水平位置在用戶視野以外時，基準數(shù)據(jù)驅(qū)動光源。例如，在水平掃描的邊緣，按照預(yù)定光強度來設(shè)定基準數(shù)據(jù)。檢測器2519對光源2516和溫度補償電路2521外面的功率進行監(jiān)測。如果強度高于預(yù)定光強度，則增益電路2523按照小于1的校正系數(shù)對來自RAMDAC 2506的信號進行改變。如果強度高于預(yù)定光強度，則校正系數(shù)大于1。雖然本文中所述的實施例去除一部分未調(diào)制光束或者在掃描周期的非顯示部分期間對光束進行抽樣，但是本發(fā)明不限于此。例如，可在掃描周期的顯示部分期間或者連續(xù)地去除一部分已調(diào)制光束。然后，對該去除部分的已調(diào)制光束的強度進行換算，并把該強度與輸入視頻信號進行比較，以確定顯示光的相對強度與顯示光的期望水平的偏移，從而監(jiān)測變化。
除了監(jiān)測強度以外，該系統(tǒng)還可通過相同校正數(shù)據(jù)或者通過乘以第二校正系數(shù)來補償圖形相關(guān)加熱。例如，如果顯示的圖形包括具有高光強度的大區(qū)域，則光源溫度將會由于高水平激活的擴展周期而增加。由于與圖像信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)被存儲在緩沖器內(nèi)，因而在實際激活光源2516之前，該數(shù)據(jù)可用。因此，該系統(tǒng)可“超前”預(yù)測由圖形產(chǎn)生的加熱量。例如，如果將針對目標像素前面的50個像素使光源高度激活，則該系統(tǒng)可預(yù)測近似的圖形相關(guān)熱效應(yīng)。然后，可根據(jù)預(yù)測的圖形相關(guān)加熱來計算校正系數(shù)。盡管校正在本文中通常是針對強度而進行說明的，然而在許多實施例中的校正可針對紅、綠和藍波長而獨立實施，以補償發(fā)射器的不同響應(yīng)和圖形顏色的變化。獨立補償各波長可有助于對由于光發(fā)射器的信號與強度響應(yīng)的不同變化引起的色不平衡進行限制。
返回到圖29，來自伽馬校正存儲器2510的校正的數(shù)據(jù)輸出(可以針對強度變化進行修改)驅(qū)動信號成形電路2514，該信號成形電路2514對校正的模擬信號進行放大和處理，以便生成到光源2516的輸入信號。作為響應(yīng)，光源2516輸出根據(jù)來自伽馬校正存儲器2510的校正數(shù)據(jù)調(diào)制的光。該調(diào)制光進入掃描器2518，以生成掃描的調(diào)制的用于觀察的光。
用于驅(qū)動緩沖器2508、校正存儲器2510和D/A變換器2512的時鐘信號來自校正時鐘電路2520，該校正時鐘電路2520包括時鐘生成器2522，圖形存儲器2524以及上升沿檢測器2526。時鐘生成器2522包括鎖相環(huán)(PLL)，該鎖相環(huán)被鎖定到來自掃描器2518的傳感信號上。該PLL在約80MHz的頻率上生成高頻時鐘信號，該時鐘信號被鎖定到傳感信號上。高頻時鐘信號根據(jù)圖形存儲器2524中的地址順次地對數(shù)據(jù)進行計時。
上升沿檢測器2526響應(yīng)于從圖形存儲器2524中檢索的數(shù)據(jù)的每個0-1轉(zhuǎn)換來輸出脈沖。然后，該脈沖形成時鐘信號CKOUT，該時鐘信號CKOUT驅(qū)動緩沖器輸出、伽馬校正存儲器2510和D/A變換器2512。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，來自邊沿檢測器2526的脈沖輸出的定時將取決于在圖形存儲器2524內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)以及掃描器2518的掃描頻率fsCAN。圖31示出了該概念的簡化例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，在圖31中，為了清楚說明，簡化了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且還省略了尋址和其他電路。
在圖31的例子中，如果掃描頻率fsCAN是20kHz，并且時鐘生成器2522以掃描頻率fscAN4000倍的頻率輸出時鐘信號，則圖形存儲器2524以80MHz的頻率被計時。如果尋址存儲器單元2524A中的所有位都是0，則對于生成器時鐘的16次轉(zhuǎn)換，不會發(fā)生輸出時鐘的轉(zhuǎn)換。對單元2524B的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來說，對于生成器時鐘的16次轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)輸出時鐘的一次轉(zhuǎn)換。同樣，單元2524C在掃描信號的一個周期中提供生成器時鐘的兩個脈沖，并且單元2524E在一個周期中提供生成器時鐘的8個脈沖。
因此，脈沖的數(shù)量和相對定時由在圖形存儲器2524內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)來控制。另一方面，生成器時鐘的頻率取決于掃描器頻率。隨著掃描器頻率改變，脈沖的定時也將改變，而這將取決于圖形存儲器中的存儲的數(shù)據(jù)。
圖29和圖30的方案不限于正弦速度變化校正?？蓪r鐘圖形存儲器2524進行編程，以處理許多其他種類的非線性影響，例如，光失真，二次諧波，以及電子裝置和光源的響應(yīng)時間特性。
并且，如圖30所示，通過把位計數(shù)器2530、查閱表2532和垂直增量電路2534插入在緩沖器2508的前面，可容易對圖29的基本結(jié)構(gòu)進行修改以適應(yīng)垂直掃描誤差或光失真。計數(shù)器2530響應(yīng)每個輸入時鐘脈沖尋址查閱表2532，以便檢索存儲的數(shù)據(jù)的兩位。該檢索的數(shù)據(jù)表示是否垂直尋址應(yīng)該被增加、減少或者不受影響。查詢表2532中的數(shù)據(jù)是通過測量掃描系統(tǒng)或者光學器件的光學失真來經(jīng)驗地確定的，或者通過模擬來分析地確定。如果該尋址將被增加或者減少，則增加電路增加或者減少在緩沖器2508中的地址，以便將要存儲在標稱存儲器位置中的數(shù)據(jù)被實際存儲在高于或者低于標稱位置的交替的位置中。
在圖32的簡化例中示出了這樣一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖示。在該例中，第一行數(shù)據(jù)(0行)的前三組數(shù)據(jù)位3202被存儲在第一排存儲器內(nèi)，第一行的隨后三組數(shù)據(jù)位3204被存儲在第二排存儲器內(nèi)，以及最后三組數(shù)據(jù)位被存儲在第三排存儲器內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，為清楚說明，對該例作了大幅簡化。實際實施將包括更多的數(shù)據(jù)集，并可以利用排的數(shù)量的遞增和遞減。
該結(jié)果是一行的一部分數(shù)據(jù)移到新的一行。因此，從圖32可以看出，在緩沖器2508中的所生成的數(shù)據(jù)映像失真。然而，可選擇數(shù)據(jù)映像的失真以抵消由掃描和光失真引起的圖像的垂直失真。結(jié)果是總的系統(tǒng)失真得到減少。盡管圖30的實施例示出了通過對緩沖器2508內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)位置進行調(diào)整來校正垂直失真，然而也可實施其他進行該校正的方案。例如，可對用于從緩沖器2508到RAMDAC 2509檢索數(shù)據(jù)的地址進行修改，而不是對存儲單元的地址進行調(diào)整。
如上所述，在許多應(yīng)用中，對一個或多個掃描器的掃描頻率進行控制是合乎需要的。在非共振或低Q值的應(yīng)用中，只需改變驅(qū)動信號的頻率就可改變掃描頻率。然而，在高Q值共振應(yīng)用中，如果驅(qū)動信號不同于掃描器的共振頻率，則掃描器的振幅響應(yīng)會顯著減弱。改變驅(qū)動信號的振幅會多少有些補償，但是驅(qū)動信號的振幅在許多情況下會高得無法接受。因此，在許多應(yīng)用中，僅通過對驅(qū)動信號頻率和/或振幅進行控制來試圖控制掃描器頻率fsCAN是不合乎需要的。
圖33和圖34針對MEM掃描器3300示出了一種用于控制頻率fsCAN的方案。掃描器3300包括四個調(diào)諧接頭片3302A-D，其設(shè)置在鏡本體3304的各個角。調(diào)諧接頭片3302A-D是撓性突起，它們與鏡本體3304形成整體。固定的剛性突起3305從與調(diào)諧接頭片3302A-D鄰接的鏡本體3304突出，從而在兩者之間留出小間隙。
調(diào)諧接頭片3302A-D中的每個均承載接地電極3306，該接地電極3306通過導線3310與外部電極3312耦合，以形成與各自接頭片3302A-D鄰接的電基準平面。剛性突起3306A-D中的每個均承載各自熱電極3308，該每個熱電極3308由各自的外部電極3316A-D來控制，這允許對各調(diào)諧接頭片3302A-D及其對應(yīng)的剛性突起3306A-D之間的電壓差進行控制。
如圖34所示，各撓性接頭片3302A-D的尺寸被確定成使其響應(yīng)于在接頭片3302A-D和鄰接剛性突起3306之間的施加電壓差來彎曲。彎曲量將取決于施加的電壓，因而允許對調(diào)諧接頭片的彎曲進行電控制。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，掃描器3300的共振頻率將隨著鏡3304的質(zhì)量、用于支撐鏡3304的扭轉(zhuǎn)臂3317的尺寸和機械特性、以及鏡3304(包括其接頭片3302A-D和剛性突起3306)各半質(zhì)量的中心相對于鏡3304的旋轉(zhuǎn)軸的位置3318而變化。使撓性接頭片彎曲會使質(zhì)量中心略微向內(nèi)從原始位置3318轉(zhuǎn)移到新位置3320。由于質(zhì)量中心設(shè)置成更接近旋轉(zhuǎn)軸，因而掃描頻率略微增加。因此增加固定突起3306上的電壓會增加掃描器3300的共振頻率。
使用電子控制元件來控制掃描器中的共振不限于控制水平掃描頻率。例如，在圖35的實施例中，鏡本體3500具有交叉的梳狀驅(qū)動器3502，該驅(qū)動器3502從本體邊緣延伸。梳狀驅(qū)動致動器是公知結(jié)構(gòu)，有關(guān)該結(jié)構(gòu)的說明例如參見Tang等人在變換器’89的第五屆固態(tài)傳感器和致動器以及歐洲傳感器III國際會議論文中發(fā)表的“橫向多晶硅共振器的靜電梳狀驅(qū)動器”，Vo1.2，pp.328-331，1990年6月，該文獻在本文中引用以供參考。
各自導線3504從每個梳狀驅(qū)動器3502延伸，以允許調(diào)諧電壓Vtune1、Vtune2來控制梳狀驅(qū)動器3502。眾所周知，施加的電壓在梳狀驅(qū)動器3502中產(chǎn)生橫向力F1、F2。在梳狀驅(qū)動器3502遠端的撓性臂3506響應(yīng)于力F1、F2進行彎曲，因而使撓性臂3506的質(zhì)量相對于鏡本體的各自半部的質(zhì)量中心3508發(fā)生偏移。由于位置偏移與鏡本體3500的旋轉(zhuǎn)軸平行，因而水平共振頻率不會顯著偏移。然而，如果電壓被設(shè)定成使撓性臂受到不同位置偏移，則可使鏡本體3500略微不平衡。然后，鏡本體3500將開始近似于圖20的利薩如(Lissajous)圖形。對調(diào)諧電壓Vtune1、Vtune2進行調(diào)整可在掃描圖形中產(chǎn)生對應(yīng)調(diào)整。如果對撓性部分3506的質(zhì)量以及電壓Vtune1、Vtune2進行合適選擇，則來自不平衡鏡本體的振動的共振頻率將是水平掃描頻率的整倍數(shù)，并且利薩如圖形將穩(wěn)定。通過對掃描圖形進行監(jiān)測并對調(diào)諧電壓Vtune1、Vtune2進行相應(yīng)調(diào)整，可使利薩如圖形保持穩(wěn)定。這樣，電子控制結(jié)構(gòu)可有助于收縮校正。
圖36示出了一種用于控制掃描器3600的共振頻率的替代方案。在本實施例中，掃描器3600被包容在具有透明蓋3606的密封包裝3604中的平臺3602上。包裝3604還包含處于低壓力狀態(tài)的氣體，例如氦氣和氬氣混合氣體。掃描器3600的共振頻率將部分地取決于包裝3602內(nèi)的壓力和氣體的特性，有關(guān)該說明參見Baltes等人在IEEE光譜學報上發(fā)表的“小人國中的電子鼻”(The Electronic Nose in Lilliput)，1998年9月，pp.35-39，該文章在本文中引用以供參考。與常規(guī)密封包裝不同，外殼3602包括一對除氣球結(jié)節(jié)3610，該球結(jié)節(jié)3610隱藏在平臺3602的下面。
球結(jié)節(jié)3610是由諸如聚合物中的異丙醇那樣的除氣材料形成的，位于電阻加熱器3611的頂部。電流使加熱器3611產(chǎn)生電阻加熱，而這又使球結(jié)節(jié)3610除氣。電子頻率控制器3614通過設(shè)置在各球結(jié)節(jié)3610的對置兩側(cè)的成對電極3612施加受控電流來控制除氣量。氣體濃度的增加會減少掃描器3600的共振頻率。對于更大的頻率變化來說，吸收性聚合物部分3618覆蓋掃描器的扭轉(zhuǎn)臂3620，以“放大”對共振頻率的吸收效應(yīng)。
通常地，上述可變或“有效”的調(diào)諧方案對于產(chǎn)生小頻率變化是最合乎需要的。例如，這種小頻率調(diào)整可補償由于環(huán)境影響、老化或者內(nèi)部熱聚集引起的共振頻率漂移。為了減少有效調(diào)諧方案的難度或者為了整個消除有效調(diào)諧，在許多應(yīng)用中，合乎需要的是對掃描器的共振頻率進行“調(diào)諧”，以便把掃描器的未補償共振頻率和期望掃描頻率之差降至最少。這種頻率差會由處理變化、材料特性變化或者若干其他影響來產(chǎn)生。
圖37示出了一種用于對掃描器的未補償共振頻率進行調(diào)諧的方案，其中，掃描器3700使用整體調(diào)諧接頭片3702A-B、3704A-B、3706A-B、3708A-B、3710和3712來制造的。最初，對掃描器的鏡本體3714和扭轉(zhuǎn)臂3716進行尺寸確定，以生成略微小于期望共振頻率的共振頻率(裝設(shè)所有調(diào)諧接頭片3702A-B、3704A-B、3706A-B、3708A-B、3710和3712)。一旦掃描器3700被組裝，就可采用各種方式來測定共振頻率。例如，可采用上述一種技術(shù)來驅(qū)動掃描器3700，并可對鏡響應(yīng)進行光學監(jiān)測。或者，阻抗與頻率的測定也可較快速地提供共振頻率。
然后，把確定共振頻率與期望共振頻率進行比較，以識別期望的頻率補償。根據(jù)識別的頻率補償，可例如依靠激光微調(diào)或機械力來去除調(diào)諧接頭片3702A-B、3704A-B、3706A-B、3708A-B、3710和3712中的某些接頭片，以減少鏡本體3714的質(zhì)量。眾所周知，減少鏡本體3714的質(zhì)量(在沒有其他變化的情況下)將會增加共振頻率。將為識別的頻率補償而去除的接頭片的數(shù)量和位置可通過建?；蚪?jīng)驗數(shù)據(jù)來確定。優(yōu)選的是，去除的調(diào)諧接頭片相對于鏡本體的各自半部的質(zhì)量中心并相對于鏡本體3714的旋轉(zhuǎn)軸而對稱設(shè)置。為了更容易實現(xiàn)該對稱性，把調(diào)諧接頭片3702A-B、3704A-B、3706A-B、3708A-B、3710和3712設(shè)置在圍繞鏡本體3714的對稱位置。例如，調(diào)諧接頭片3702A-B和3704A-B形成一組四個接頭片，該一組四個接頭片通常將作為一組去除。同樣，調(diào)諧接頭片3710和3712形成一對接頭片，該一對接頭片通常將作為一對去除。
雖然為了便于說明而把圖37中的調(diào)諧接頭片3702A-B、3704A-B、3706A-B、3708A-B、3710和3712顯示成大小相等，但是使這些接頭片大小相同并不總是有必要或甚至合乎需要的。在某些應(yīng)用中，這些接頭片可以改變大小，以實現(xiàn)更大的調(diào)諧靈活性。
正如以上參照圖12所述，二維平鋪可允許使用一種對掃描器的需求不大且分辨率高的大型顯示器。圖38示出了當四個單獨光源3800、3802、3804、3806向公用掃描器3808供光時會遇到的一個困難。從左下部掃描器3800的光線軌蹤可以看出，右上部光源3804設(shè)置在左下部光源3800的期望掃描區(qū)域3810內(nèi)。在不再進行調(diào)整時，右上部光源3804將預(yù)計遮擋圖像的一部分與左下部光源3800接觸，從而在對應(yīng)平鋪圖像中產(chǎn)生未照射區(qū)域。
圖39示出了一種可用于減少光源和光束重疊影響的方案。在本實施例中，光通過單獨光纖3900、3902、3904、3906到達，并由各自GRIN透鏡3908、3910、3912、3914收集和聚焦到各自旋轉(zhuǎn)鏡3916、3918、3920、3922上。從圖40中的兩個鏡3916、3922可以看出，旋轉(zhuǎn)鏡3916、3922是非常小的鏡，這些鏡把來自其各自GRIN透鏡3908、3914的光重新指向彎曲的部分反射鏡3924。如上所述，該鏡3924把入射光返回到中心設(shè)置并定期掃描的掃描器3926。被掃描光通過部分透射鏡3924行進到可觀察圖像的圖像區(qū)域3928。
在圖40中可以看出，GRIN透鏡3908、3914從各自光纖3900、3906收集發(fā)散光，并在各自旋轉(zhuǎn)鏡3916、3922把光束寬度減少到其最小直徑。然后，光束3930在行進到彎曲鏡3924時進行擴展。彎曲鏡3924把擴展光束3930變換為基本準直或略微會聚的光束3932，該光束3932的直徑比掃描器3926的鏡寬度W略小。
在圖40中可以看出，旋轉(zhuǎn)鏡3916、3918、3920、3922將在其一部分掃描期間阻擋光與其他旋轉(zhuǎn)鏡接觸。然而，由于旋轉(zhuǎn)鏡僅阻擋光束的一小部分，并且由于光束在圖像區(qū)域3924會聚，因而結(jié)果將是對應(yīng)像素發(fā)生略微模糊。在未補償時，這會產(chǎn)生與期望像素強度的略微偏離。然而，以上參照圖29所述的可編程門陣列2506可對強度進行預(yù)加權(quán)，以抵消旋轉(zhuǎn)鏡3916、3918、3920、3922的模糊影響。
為了進一步提高效率，圖39和圖40的顯示器還可利用偏振光的特性。在某些應(yīng)用中，光纖3900、3902、3904、3906(或其他光源，例如激光二極管)發(fā)射偏振光。偏振相關(guān)反射器3934，例如3M的雙亮度增強薄膜(Dual Brightness Film)覆蓋鏡的內(nèi)表面并反射偏振入射光束3930。隨著反射光束3932行進到掃描器3926，光束3932通過四分之一波長片，該四分之一波長片使偏振光旋轉(zhuǎn)45度。然后，光束3932由掃描器3926反射，并再次通過四分之一波長片，使得偏振光旋轉(zhuǎn)共90度并與原始光束3930正交。正交的偏振光束有效通過偏振相關(guān)反射器3934，并行進到圖像區(qū)域3928。
圖41示出了平鋪方案的使用如何可在沒有校正掃描器的情況下減少光柵收縮。在本實施例中，來自輸入光纖4102的已調(diào)制光進入由光開關(guān)4108要求的一對傳輸光纖4104、4106中的一個或另一個。光射出傳輸光纖4104、4106，并照射到公用掃描器4110上，該公用掃描器4110把來自第一光纖4104的光掃描到圖像區(qū)域4114的第一區(qū)域4112上，并把來自第二光纖4106的光掃描到圖像區(qū)域4114的第二區(qū)域4116上。光纖4104、4106被定向成使第一和第二區(qū)域4112、4116在重疊區(qū)4118中非常略微地重疊。
在掃描器4110的前向掃描期間，電子控制器4120激活開關(guān)4108，使得光通過第二光纖4106。因此，掃描器4110沿著第二區(qū)域4116中的第一掃描行4122重新引導光。在前向掃描結(jié)束時，控制器4120激活開關(guān)4108，使得光通過第一光纖4104并沿著第一區(qū)域4112中的第一掃描行4124被掃描。對于掃描器4110的每個隨后的掃描來說，控制器4120激活該開關(guān)，以便在各區(qū)域4112、4116中生成多組行。如圖41所示，由于垂直掃描在前向掃描期間繼續(xù)，因而這些行可以略微傾斜。雖然該傾斜通常不會觀察者觀察到，但是如果期望，定制光學器件可產(chǎn)生“反”傾斜，該“反”傾斜可抵消掃描傾斜?；蛘?，圖像數(shù)據(jù)可以由以上參照圖29所述的可編程門陣列2506來預(yù)失真，以進行補償。
該結(jié)構(gòu)不限于兩個水平平鋪圖像或單個光發(fā)射器。例如，如圖42所示，來自兩個光纖的光被轉(zhuǎn)換到四個光纖內(nèi)，以生成一個2×2平鋪圖像。
在該方案中，輸入光纖4200通過一組光開關(guān)4210、4212、4214與四個光纖4202、4204、4206、4208耦合，其中，各光纖均從各自角度向掃描組件4216供光。開關(guān)控制器4220根據(jù)掃描方向并根據(jù)由注視跟蹤器(未示出)提供的用戶注視的跟蹤位置來激活開關(guān)4210、4212、4214。該注視跟蹤器可以是用于確定注視方向的任何公知設(shè)備。
例如，當用戶查看圖像的上半部時，為生成左上平鋪圖像4222中的圖像而對準的第一光纖4206在正向掃描期間向掃描組件4216供光。為生成右上平鋪圖像4224而對準的第二光纖4208在反向掃描期間向掃描組件4216供光。當用戶查看圖像的下半部時，為生成左下平鋪圖像4226而對準的第三光纖4204在正向掃描期間向掃描組件4216供光。為生成右下平鋪圖像4228而對準的第四光纖4202在反向掃描期間向掃描組件4216供光。雖然光纖4200、4206、4208、4204中的每個均用單個光纖來表示，但是在某些應(yīng)用中，實際上，各光纖4200、4206、4208、4204均可以包括多個光纖4200、4206、4208、4204。在這些應(yīng)用中，各光纖4200、4206、4208、4204均由多個輸入光纖4200和對應(yīng)的多個開關(guān)組來供光。這種實施例的有利方面是允許同時寫入多行。同時寫入多行可針對上述單行寫入方案減少水平掃描器的頻率，因而減少掃描困難。而且，同時從多個光發(fā)射器供光可減少各光源針對給定顯示亮度所需的光能量，并可減少光束的調(diào)制頻率。這可減少光源的性能要求，從而降低整個顯示器的成本和復雜性。
雖然圖41和圖42的實施例在本文中是使用光纖和光開關(guān)進行說明的，但是在某些應(yīng)用中，諸如激光二極管、LED、微型激光器、或者氣體激光器那樣的分立光源可以替代各光纖。在這些應(yīng)用中，電開關(guān)(例如，晶體管)可對到每個光源的驅(qū)動電流進行選擇性控制，或者對與各自光源對準的外部調(diào)制器進行控制，以便對在鏡的正向和反向掃描期間的供光進行控制。
盡管本發(fā)明在本文中是通過示范性實施例進行說明的，然而可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本文中所述的結(jié)構(gòu)和方法進行改變。例如，也可以改變各種部件的定位。在重新定位的例子中，校正掃描器可設(shè)置在其他掃描器前或后的光路徑中。而且，在許多應(yīng)用中可以附加或省略出射光瞳擴展器。在這些實施例中，可以附加常規(guī)眼睛跟蹤，以便于使被掃描光束與眼睛容易耦合。并且，除了被掃描視網(wǎng)膜顯示器以外，掃描系統(tǒng)還可用于投影顯示器、光存儲器和各種其他被掃描光束應(yīng)用。并且，諸如可編程延遲裝置那樣的各種其他定時控制機構(gòu)可以用于補償掃描器的可變速度，取代以上參照圖24-31所述的方案。此外，在某些應(yīng)用中，為便于定位或由于其他原因而使用多個掃描器可以是合乎需要的，其中，各掃描器均可以由一個或多個光束供光。在這種結(jié)構(gòu)中，各掃描器及其對應(yīng)光源可生成各自平鋪圖像集。然后，通過把來自各掃描器的平鋪圖像集進行組合，要么采用鄰接定位，要么采用重疊來形成整個圖像。盡管重疊一般只有在各掃描器用于各自波長時才是優(yōu)選的，然而在某些應(yīng)用中，重疊可以用于隔行掃描或者其他圖像組合方案。
在另一種用于定時和失真校正的替代方案中，存儲器映像可以是未失真的，并且可以按照恒定速度來尋址。為了補償掃描器的非線性，各單元的數(shù)據(jù)是從檢索的圖像數(shù)據(jù)中獲得的，并且以固定增量被輸出。參照圖27，例如，數(shù)據(jù)將在時間1500被輸出，盡管該時間不直接與像素時間對應(yīng)。為了進行補償，緩沖器2508在該行的第10和第11單元被尋址。然后，輸出數(shù)據(jù)是來自第10和第11單元的數(shù)據(jù)的加權(quán)平均。因此，以恒定速度對緩沖器2508進行計時，并且以恒定速度來輸出像素。此外，通過認真控制尋址電路并進行加權(quán)求平均，可對輸出數(shù)據(jù)以正弦方式進行校正。而且，盡管本文中所述的光發(fā)射器和光源利用帶有或不帶光纖的激光二極管或LED，然而，諸如微型激光器、氣體激光器、或者其他光發(fā)射裝置那樣的各種其他光發(fā)射器在某些應(yīng)用中也是可以合乎需要的。并且，盡管本文中所述的示范性掃描組件利用扭轉(zhuǎn)安裝式鏡，然而諸如旋轉(zhuǎn)多面體、梳狀驅(qū)動鏡、聲光掃描器和其他掃描結(jié)構(gòu)那樣的其他掃描組件結(jié)構(gòu)可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，雖然光束被顯示為在單個掃描器上會聚，但是在某些應(yīng)用中，針對各光束使用單獨掃描器或者使用各自均反射多個光束的多個掃描器可以是合乎需要的。因此，本發(fā)明除了受所附權(quán)利要求限制以外，不受其他限制。
權(quán)利要求
1.一種用于響應(yīng)于圖像信號來顯示具有第一和第二圖像部分的圖像的裝置，該裝置包括第一光源，其響應(yīng)于第一輸入信號，用于沿著與第一光源有關(guān)的第一光路徑發(fā)射第一已調(diào)制光束；掃描器，其具有輸入，該輸入設(shè)置成沿著第一光路徑，操作該掃描器用于接收第一已調(diào)制光束，并用于使第一已調(diào)制光束通過所選掃描路徑重新指向第一圖像區(qū)域，在該第一圖像區(qū)域中，第一已調(diào)制光束定義第一圖像部分；以及電子控制電路，其具有輸入端口，用于接收圖像信號；以及第一輸出，其與第一光源耦合；該控制電路響應(yīng)于圖像信號，用于生成第一輸入信號；該控制電路進一步包括誤差電路，其響應(yīng)于在第一已調(diào)制光束強度中確定的誤差，以生成誤差信號；校正電路，其具有輸入，該輸入與誤差電路耦合，該校正電路響應(yīng)于誤差信號，用于調(diào)整第一輸入信號，以減少確定的誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述誤差電路包括包含校正數(shù)據(jù)在內(nèi)的緩沖器，并且其中所述校正電路包括電子乘法器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一光源包括光發(fā)射器；以及調(diào)制器，其位于光發(fā)射器的外部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一光源包括直接可調(diào)制的光發(fā)射器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一光源包括光發(fā)射器；以及光纖，其與光發(fā)射器光耦合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述電子控制電路包括時鐘電路，該時鐘電路響應(yīng)于圖像信號，用于生成非均勻時鐘信號，該非均勻時鐘信號具有與掃描鏡掃描圖形的預(yù)期的非線性對應(yīng)的非均勻性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述掃描器被扭轉(zhuǎn)安裝到基部上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，該裝置進一步包括電子可控主體，其由掃描鏡承載，該電子可控主體響應(yīng)于電信號以相對于掃描鏡移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述掃描器具有共振振蕩頻率，該裝置還包括傳感器，操作該傳感器以生成表示鏡移動的傳感器信號，并且其中耦合所述電子控制電路以接收傳感器信號并響應(yīng)于該信號來改變電信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括第二光源，其響應(yīng)于第二輸入信號，用于沿著與第二光源有關(guān)的第二光路徑發(fā)射第二已調(diào)制光束，該第二光源定向成使掃描器在第二光路徑中，以及其中操作所述掃描器用于使第二已調(diào)制光束重新指向第二圖像區(qū)域，在該第二圖像區(qū)域中，第二已調(diào)制光束定義第二圖像部分，并且其中第一和第二光源的方向被選擇成使第一和第二區(qū)域根本不重疊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，該裝置進一步包括單個光發(fā)射器，該光發(fā)射器為第一和第二光源提供光。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，第一和第二光源中的每個均包括單獨光發(fā)射器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，第一和第二光源中的每個均包括多個光發(fā)射器，各光發(fā)射器均采用單獨波長。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述每個光發(fā)射器均包括LED。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述每個光發(fā)射器均包括激光二極管。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述每個光發(fā)射器均包括微型激光器。
17.一種響應(yīng)于圖像信號在圖像區(qū)域中生成圖像的圖像顯示器，該圖像顯示器包括輸入終端，其接收圖像信號；輸入電路，其與輸入終端耦合，該輸入電路響應(yīng)于圖像信號以生成與圖像信號對應(yīng)的驅(qū)動信號；校正電路，其具有信號輸入，其與輸入電路耦合；誤差信號輸入；以及校正電路輸出；該校正電路響應(yīng)于信號輸入處的驅(qū)動信號和誤差信號輸入處的誤差信號，用于生成校正的驅(qū)動信號；掃描光源，其具有輸入端口，該輸入端口與校正電路輸出耦合，該掃描光源響應(yīng)于校正的驅(qū)動信號以生成第一已調(diào)制光束，并通過第一掃描圖形來掃描第一已調(diào)制光束，該掃描光源具有標稱輸出響應(yīng)，該標稱輸出響應(yīng)與期望輸出響應(yīng)有偏差；以及誤差信號源，其具有耦合到誤差信號輸入的誤差信號輸出，操作該誤差信號源用于生成誤差信號作為響應(yīng)于需要的輸出的標稱輸出的偏差的函數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像顯示器，進一步包括光傳感器，該光傳感器設(shè)置成用于檢測第一光束的一部分，操作該傳感器用于生成表示標稱輸出響應(yīng)的傳感信號，該光傳感器進一步與誤差信號源耦合以把傳感信號提供給誤差信號源。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像顯示器，其中，所述預(yù)定掃描圖形是雙軸的。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像顯示器，其中，所述第一光源包括多個光發(fā)射器，各光發(fā)射器均在各自波長范圍內(nèi)提供光。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的圖像顯示器，其中，所述第一光源包括紅、綠和藍光發(fā)射器。
22.一種響應(yīng)于圖像信號在觀察位置提供所選圖像的裝置，該裝置包括光源，其響應(yīng)于輸入信號以發(fā)射根據(jù)各自輸入信號調(diào)制的光束，該光源具有與輸入信號響應(yīng)相比的可變強度；掃描組件，其設(shè)置成接收已調(diào)制光束，并通過觀察位置的對應(yīng)區(qū)域來操作掃描調(diào)制的光束，以生成圖像；以及校正電路，其具有輸入終端，用于接收圖像信號；以及輸出端口，其與光源耦合；該校正電路響應(yīng)于圖像信號以及改變與輸入信號響應(yīng)相比的強度以生成不是圖像信號的恒定函數(shù)的輸入信號。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述相比于輸入信號響應(yīng)的強度隨著所選圖像的函數(shù)變化而變化，其中所述校正電路包括存儲器裝置，該存儲器裝置包含表示這種變化的數(shù)據(jù)集，并且其中所述校正電路響應(yīng)于圖像信號以檢索對應(yīng)的各自數(shù)據(jù)集。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述光源具有圖形相關(guān)強度響應(yīng)，并且其中所述存儲器裝置包含與圖形相關(guān)響應(yīng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述電子控制器包括信號解碼電路，其響應(yīng)于圖像信號以生成與圖像對應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)；存儲器緩沖器，其與解碼電路耦合，并構(gòu)成為存儲圖像數(shù)據(jù)；存儲器裝置，其包含校正數(shù)據(jù)；以及數(shù)據(jù)組合電路，其與存儲緩沖器和存儲器裝置耦合，操作該數(shù)據(jù)組合電路用于從存儲緩沖器中檢索圖像數(shù)據(jù)和從存儲器裝置中檢索校正數(shù)據(jù)，并用于生成表示不是圖像信號的恒定函數(shù)的輸入信號的校正的數(shù)據(jù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述掃描組件包括雙軸掃描器。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述雙軸掃描器包括單個鏡，該鏡圍繞兩個基本正交的軸旋轉(zhuǎn)。
28.一種響應(yīng)于表示期望的圖像的圖像信號來生成使用具有光發(fā)射器的掃描顯示器進行觀察的圖像的方法，該光發(fā)射器具有隨著圖像中的圖形函數(shù)而變化的響應(yīng)；該方法包括以下步驟識別與期望的圖像對應(yīng)的標稱驅(qū)動信號；響應(yīng)于圖像信號，預(yù)測光發(fā)射器響應(yīng)中的變化；生成表示預(yù)測的變化的電信號；響應(yīng)于所識別的標稱驅(qū)動信號和表示預(yù)測變化的電信號，生成校正的驅(qū)動信號；響應(yīng)于校正的驅(qū)動信號，生成根據(jù)校正的驅(qū)動信號調(diào)制的光束；以及通過所選掃描圖形來掃描光束，以生成圖像。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，通過所選的掃描圖形來掃描光束的步驟包括以第一頻率圍繞第一軸共振掃描光束。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，預(yù)測光發(fā)射器響應(yīng)中的變化步驟包括預(yù)測光發(fā)射器響應(yīng)中的圖形相關(guān)加熱變化。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中所述顯示器包括包含校正數(shù)據(jù)的存儲器裝置，并且其中生成表示預(yù)測變化的電信號的步驟包括從緩沖器中檢索校正數(shù)據(jù)。
32.一種響應(yīng)于圖像信號來觀察圖像的顯示設(shè)備，該設(shè)備包括掃描系統(tǒng)，其具有光輸入和光輸出；已調(diào)制的光源，包括光發(fā)射器，其具有電信號輸入，并響應(yīng)于信號輸入處的輸入信號生成具有與輸入信號對應(yīng)的強度的已調(diào)制光；以及電子控制器，其具有用于接收圖像信號的圖像輸入以及與光發(fā)射器的信號輸入耦合的信號輸出，該電子控制器包括存儲緩沖器，用于存儲與圖像信號對應(yīng)的數(shù)據(jù)；加權(quán)電路，其與存儲緩沖器耦合，并操作于響應(yīng)存儲數(shù)據(jù)來確定校正系數(shù)；以及耦合到存儲緩沖器、加權(quán)電路和信號輸出的乘法器電路，其響應(yīng)于存儲數(shù)據(jù)和校正系數(shù)以在信號輸出處生成輸入信號。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的顯示設(shè)備，其中所述光發(fā)射器是LED。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的顯示設(shè)備，其中所述輸入信號是驅(qū)動電流。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的顯示設(shè)備，該設(shè)備進一步包括光檢測器，其與光發(fā)射器光耦合，該光檢測器進一步包括耦合到加權(quán)電路的檢測器輸出。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的顯示設(shè)備，其中所述加權(quán)電路響應(yīng)于光檢測器以調(diào)整校正系數(shù)。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的顯示設(shè)備，進一步包括同步電路，該同步電路與光檢測器耦合，并具有接收圖像信號分量的同步輸入，該同步電路響應(yīng)于圖像信號分量和光檢測器，用于生成用于更新加權(quán)電路的信號。
38.一種用于對掃描顯示器的光發(fā)射器的L-I響應(yīng)中的變化進行補償?shù)脑O(shè)備，該設(shè)備包括強度監(jiān)測器，其與光發(fā)射器光耦合；基準信號源，其提供表示期望的強度的基準信號；比較電路，其在基準信號源中與強度監(jiān)測器耦合，并操作用于生成表示監(jiān)測強度和期望強度之差的誤差信號；以及校正電路，其具有耦合到比較電路的第一輸入；其被構(gòu)成為用于接收用于光發(fā)射器的驅(qū)動信號的第二輸入；以及與光發(fā)射器耦合的校正電路輸出；該校正電路響應(yīng)于誤差信號和驅(qū)動信號以在校正電路輸出處生成校正的驅(qū)動信號。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的設(shè)備，該設(shè)備進一步包括圖像信號解碼器，該圖像信號解碼器具有圖像輸入，用于接收圖像信號；以及緩沖器，其與圖像輸入耦合并構(gòu)成為存儲表示圖像信號的數(shù)據(jù)，其中將所述校正電路與緩沖器耦合，并且其中所述驅(qū)動信號包括從緩沖器中檢索的數(shù)據(jù)。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其中所述校正電路包括D/A轉(zhuǎn)換器，其把檢索數(shù)據(jù)變換為模擬信號；以及乘法器，其具有響應(yīng)于誤差信號的乘法系數(shù)。
41.一種在顯示器中穩(wěn)定光強度的方法，包括以下步驟響應(yīng)于輸入信號來生成驅(qū)動電流；響應(yīng)于輸入信號來確定期望的光強度；響應(yīng)于驅(qū)動電流來監(jiān)測生成的實際光強度；確定監(jiān)測的實際光強度和期望的光強度之間的偏差；以及響應(yīng)于確定的偏差來依比例確定驅(qū)動電流。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述輸入信號包括表示期望的強度的數(shù)據(jù)，并且其中所述響應(yīng)于確定的偏差來依比例確定驅(qū)動電流的步驟包括以數(shù)字方式使數(shù)據(jù)與校正系數(shù)相乘。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中包括表示期望的強度的數(shù)據(jù)的所述輸入信號進一步包括使用D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)據(jù)變換為模擬信號，并且其中所述響應(yīng)于確定的偏差來依比例確定驅(qū)動電流的步驟包括把控制信號提供給D/A轉(zhuǎn)換器。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述顯示器是一種具有回掃間隔的光柵掃描顯示器，并且其中所述監(jiān)測實際強度的步驟發(fā)生在回掃間隔期間。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中進一步包括在回掃間隔期間提供基準水平信號。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，進一步包括監(jiān)測輸入信號，以確定激活圖形；以及響應(yīng)于確定的激活圖形來依比例確定驅(qū)動信號。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中所述輸入信號包括表示期望的圖像的數(shù)據(jù)，其中所述監(jiān)測輸入信號以確定激活圖形的步驟包括把數(shù)據(jù)存儲在緩沖器內(nèi)；檢索一部分存儲數(shù)據(jù)；以及以數(shù)字方式處理所檢索的數(shù)據(jù)。
48.一種用于在掃描光束顯示器中補償圖形相關(guān)加熱的方法，該方法包括接收表示用于顯示的期望的圖像的輸入信號；在存儲器裝置中存儲一部分輸入信號的數(shù)字表示；從存儲器裝置中檢索第一數(shù)據(jù)集；響應(yīng)于檢索的第一數(shù)據(jù)集來預(yù)測熱效應(yīng)；從存儲器裝置中檢索第二數(shù)據(jù)集，檢索的數(shù)據(jù)表示所選的圖像部分；響應(yīng)于第二數(shù)據(jù)集來確定驅(qū)動信號；以及響應(yīng)于預(yù)測的熱效應(yīng)來調(diào)整驅(qū)動信號。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，進一步包括響應(yīng)于確定的驅(qū)動信號來生成實際的驅(qū)動信號；以及其中調(diào)整驅(qū)動信號的步驟包括使實際驅(qū)動信號與比例乘數(shù)相乘。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中，確定驅(qū)動信號的步驟包括生成期望的強度的數(shù)字表示，并且其中響應(yīng)于預(yù)測的熱效應(yīng)來調(diào)整驅(qū)動信號的步驟包括以數(shù)字方式處理數(shù)字表示，以生成補償?shù)臄?shù)字表示。
51.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述第二數(shù)據(jù)集表示用于顯示的目標像素，并且其中從存儲裝置中檢索第一數(shù)據(jù)集的步驟包括檢索表示在目標像素之前的一個或多個像素的數(shù)據(jù)。
52.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述顯示器包括具有熱響應(yīng)的光發(fā)射器，并且其中響應(yīng)于檢索的第一數(shù)據(jù)集來預(yù)測熱效應(yīng)的步驟包括檢索表示光發(fā)射器熱響應(yīng)的特征數(shù)據(jù)集。
全文摘要
一種顯示設(shè)備，包括掃描組件，該掃描組件通常在光柵圖形中圍繞兩個或多個軸進行掃描。光源把光發(fā)射到掃描組件(82)，使得該掃描組件同時掃描一個以上光束。該光源設(shè)置成使其光束照射圖像區(qū)域的離散區(qū)域。圖像可以從一組“平鋪圖像”中形成，其中，掃描組件的單個掃描對多個光束同時進行掃描。本發(fā)明對用于控制光強度以補償光源響應(yīng)或光學系統(tǒng)響應(yīng)中的變化，或者以平衡平鋪圖像系統(tǒng)響應(yīng)的各種方案作了說明。在這些方案是緩沖器中的數(shù)據(jù)換算，有源乘法，或者D/A轉(zhuǎn)換器的控制。
文檔編號G02B26/10GK1455883SQ00820005
公開日2003年11月12日 申請日期2000年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月3日
發(fā)明者克拉倫斯T·特格雷恩 申請人:微視有限公司