(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを作り出すレーザ光源と、
前記レーザ光源からの光出力を測定する少なくとも一つの光検出器と、
少なくとも一軸で前記光ビームを走査する走査ミラーを備えた走査ミラー組立体であって、ミラー走査角を測定する少なくとも一つの位置センサーを含む前記走査ミラー組立体と、
測定されたピークミラー走査角と測定された光出力の両方から、ミラー走査角で角度掃引しない連続レーザの等価的なレーザパワーに相当するメトリックを決定し、かつ前記メトリックを閾値と比較する要素と、
前記メトリックが前記閾値を超えた場合に前記レーザ光源を遮断する安全回路と、
を備える走査型レーザプロジェクタ。
【請求項２】
前記閾値がレーザクラス限界値に相当する、請求項１に記載の走査型レーザプロジェクタ。
【請求項３】
前記ミラー走査組立体を駆動し、かつ可変である前記ピークミラー走査角でのミラー走査を有効にするミラー駆動回路を更に備える、請求項１に記載の走査型レーザプロジェクタ。
【請求項４】
前記閾値および前記測定されたピークミラー走査角の関数として最大許容光出力を決定する回路を更に備える、請求項３に記載の走査型レーザプロジェクタ。
【請求項５】
前記走査ミラーが、前記光ビームを２軸で走査する、請求項１に記載の走査型レーザプロジェクタ。
【請求項６】
メトリックを決定する前記要素が、前記２軸における測定されたピークミラー走査角から前記メトリックを決定するように動作可能である、請求項５に記載の走査型レーザプロジェクタ。
【請求項７】
光ビームを走査する走査ミラーと、
前記ミラーを命令されたピークミラー走査角だけ回転させるように動作可能なミラー駆動回路であって、前記ピークミラー走査角が前記ミラー駆動回路への入力に基づいて可変である、前記ミラー駆動回路と、
測定されたピークミラー走査角に基づいて最大許容光ビームパワーを決定する回路と、  
前記光ビームを作り出すレーザダイオードと、  
前記測定されたピークミラー走査角および前記レーザダイオードからの光出力の測定値に基づいて、ミラー走査角で角度掃引しない連続レーザの等価的なレーザパワーに相当するメトリックを決定する要素と、
を備える走査型レーザプロジェクタ。
【請求項８】
前記メトリックが閾値を超えると前記レーザダイオードを遮断する安全回路を更に備える、請求項７に記載の走査型レーザプロジェクタ。
【請求項９】
前記走査ミラーが前記光を２次元的に走査し、前記ミラー駆動回路が、２つのピークミラー角度だけ前記ミラーを２次元的に回転させるように動作可能であり、前記最大許容光ビームパワーを決定する前記回路が、前記２次元の測定されたピークミラー走査角に基づいて前記最大許容光ビームパワーを決定する、請求項７に記載の走査型レーザプロジェクタ。
【請求項１０】
前記メトリックが閾値を超えると前記レーザダイオードを遮断する安全回路を更に備える、請求項９に記載の走査型レーザプロジェクタ。
【請求項１１】
画像ソースと、
レーザ光源と、
前記画像ソースから受け取った画素データに基づいて前記レーザ光源を駆動する画像処理要素と、
前記レーザ光を反射する走査ミラーであって、２次元の各々に対するピークミラー走査角を測定するセンサーを有する前記走査ミラーと、
前記走査ミラーを駆動し、かつ走査を２次元的に有効にするミラー駆動回路と、
許容レーザクラスおよび前記２次元の各々に対する測定されたピークミラー走査角に基づいて、最大許容光出力を決定する要素と、
前記レーザ光源からの光出力を測定する光センサーと、
前記測定されたピークミラー走査角および前記測定された光出力に基づいて、ミラー走査角で角度掃引しない連続レーザの等価的なレーザパワーに相当するメトリックを決定する処理部と、
前記メトリックが閾値を超えると前記レーザ光源を無効にする安全回路と、
を備えるモバイル装置。
【請求項１２】
前記ミラー駆動回路が、可変ピークミラー走査角を２次元的に有効にするように動作可能である、請求項１１に記載のモバイル装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
レーザ装置は、出力パワー、波長、光ビームサイズ、および動作モードを含む多くの要因に基づいて安全区分が付与される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
例示的レーザ装置は、連続稼働させるレーザポインタと、連続稼働させないパルスレーザ光源と、１つまたは複数の次元で掃引（sweep、スイープ）されるパルス光ビーム（pulsed light beams）を有する走査型レーザプロジェクタとを含む。レーザ装置のレーザの安全性と区分については、国際電気標準会議（ＩＥＣ）６０８２５‐１規格に詳細に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】図１は、本発明の様々な実施形態に係る走査型レーザプロジェクタを示す図である。
【図２】図２は、本発明の様々な実施形態に係るレーザ限界値比較要素を示す図である。
【図３】図３は、本発明の様々な実施形態に係る可変走査角レーザプロジェクタを示す図である。
【図４】図４は、本発明の様々な実施形態に係る可変走査角レーザプロジェクタを示す図である。
【図５】図５は、本発明の様々な実施形態に係る最大許容光パワー決定要素を示す図である。
【図６】図６は、走査ミラーを備えた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置の平面図である。
【図７】図７は、直線状の垂直軌道および正弦波状の水平軌道から生じる偏向波形を示す図である。
【図８】図８は、本発明の様々な実施形態に係る方法の流れ図である。
【図９】図９は、本発明の様々な実施形態に係る方法の流れ図である。
【図１０】図１０は、本発明の様々な実施形態に係るモバイル装置のブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の様々な実施形態に係るモバイル装置を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の様々な実施形態に係るヘッドアップディスプレイシステムを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の様々な実施形態に係るアイウェアを示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の様々な実施形態に係るゲーム装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
実施形態の記載
以下の詳細な説明では、本発明が実施され得る具体的な実施形態を例として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に説明される。本発明の様々な実施形態は、相異なるものであっても、必ずしも相互に排他的なものではないことを理解されたい。例えば、一実施形態との関連で本明細書に説明する特定の機能、構造または特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施形態の中で使用され得る。また、開示する各実施形態内の個々の要素の位置または構成は、本発明の範囲から逸脱することなく修正され得ることを理解されたい。それゆえ、以下の詳細な説明は、限定的な意味に受け取られるべきではなく、本発明の範囲は、適切に解釈され、特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。図面において、類似番号は、複数の図面にわたって同一または同様の機能を示す。
【０００５】
図１は、本発明の様々な実施形態に係る走査型レーザプロジェクタを示す。走査型レーザプロジェクタ１００は、画像処理要素１０２（image processing components 102）と、光源１１０と、走査ミラー１６２（scanning mirror 162）を有する微小電気機械（ＭＥＭＳ）装置１６０と、ミラー駆動回路１１６とを含む。走査型レーザプロジェクタ１００はまた、光検出器１２０と、レーザ限界値比較要素１４０（laser limit comparison components 140）と、安全遮断要素１３０（safety shutoff component 130）とを含む。
【０００６】
動作時に、画像処理要素１０２は、ノード１０１で映像データを受け取り、画素を表示させるときに、光源１１０を駆動するために表示画素データを生成する。ノード１０１上の映像データは、通常直線状グリッドの画素データで受け取られる画像ソースデータを表すが、このことは必須ではない。例えば、ノード１０１上の映像データは、任意の解像度（例えば、６４０×４８０、８４８×４８０、１９２０×１０８０）で画素のグリッドを表示することができる。レーザ走査型プロジェクタ１００は、１８０に示すラスターパターンで走査する走査型プロジェクタである。ラスターパターンは、画像ソースデータにおける直線状グリッドと必ずしも一致せず、画像処理要素１０２は、ラスターパターン上の適切なポイントで表示される表示画素データを生成するように動作する。例えば、いくつかの実施形態において、画像処理要素１０２は、表示画素値を決定するソース画像データ内の画素間においてラスターパターンの走査軌道に沿って垂直方向および／または水平方向で補間（interpolate）を行う。
【０００７】
光源１１０は、表示画素データを受け取り、これに応じて階調値（grayscale values）を有する光を生成する。光源１１０は、単色であってもよいし、あるいは異なる複数の色の光源を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態において、光源１１０は、赤色、緑色、および青色の光源を含む。これらの実施形態において、画像処理要素１０２は、赤色、緑色、および青色の光源の各々に対応する表示画素データを出力する。
【０００８】
いくつかの実施形態において、光源１１０は、１つまたは複数のレーザ光発生装置を含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、光源１１０は、レーザダイオードを含み得る。これらの実施形態において、光源１１０はまた、表示画素値を受け取り、レーザダイオードを駆動するための電流信号を生成する駆動回路を含む。光源１１０からの光は、案内光学系１３２、１３４および１３６を介してミラー１６２に導かれる。任意の種類の光学素子を、光源１１０とミラー１６２との間の光路に含めてもよい。例えば、走査型レーザプロジェクタ１００は、コリメートレンズ（collimating lenses）、ダイクロイックミラー（dichroic mirror）、または任意の他の適切な光学素子（optical elements）を含んでもよい。
【０００９】
走査ミラー１６２は、ミラー駆動回路１１６からノード１９３で受け取った電気刺激（electrical stimuli）に応答して２軸で偏向（deflect）する。走査ミラー１６２は、２軸上を移動しながら、光源１１０により供給される光を反射する。反射光は、ラスターパターンを掃引し、１８０で結果として得られるディスプレイを作り出す。走査ミラー１６２により掃引されるラスターパターンの形状は、２軸でのミラーの移動の関数である。例えば、いくつかの実施形態において、走査ミラー１６２は、鋸歯状波刺激（sawtooth wave stimulus）に応答して第１の次元（例えば、垂直次元）で掃引し、その結果、実質的に線状でかつ単一方向の垂直掃引が得られる。また、例えば、いくつかの実施形態において、走査ミラー１６２は、正弦波刺激（sinusoidal stimulus）に従って第２の次元（例えば、水平次元）で掃引し、その結果、実質的に正弦状の水平掃引が得られる。
【００１０】
ＭＥＭＳ装置１６０は、光を２次元的に走査する走査ミラー組立体の一例である。いくつかの実施形態において、走査ミラー組立体は、２次元的に（例えば、２軸で）走査する単一のミラーを含む。代替的に、いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳ装置１６０は、２つの走査ミラー、すなわち、１軸に沿ってビームを偏向させるミラーおよび第１の軸にほぼ垂直な第２の軸に沿ってビームを偏向させる別のミラーを含む組立体であってもよい。
【００１１】
結果として得られるディスプレイ（表示）は、走査ミラー１６２から投影面までの距離（ｄ）およびミラーのピーク走査角の関数である高さ（Ｖ）と幅（Ｈ）を有する。幅（Ｈ）は、距離（ｄ）およびピーク水平走査角（θＨ）の関数である。この関係を以下のようにして図１に示す。
【００１２】
【数１】
0005934353.tif 000002
【００１３】
高さ（Ｖ）は、距離（ｄ）およびピーク垂直走査角（θＶ）の関数である。この関係を以下のようにして図１に示す。
【００１４】
【数２】
0005934353.tif 000003
【００１５】
いくつかの実施形態において、ミラー駆動回路１１６からノード１９３で受け取った電気的刺激は、命令された（commanded）ピーク走査角（peak scan angle）に相当する。例えば、いくつかの実施形態において、ミラー駆動回路１１６は、走査ミラー１６２がピーク水平走査角（θＨ）およびピーク垂直走査角（θＶ）で走査するように命令する。本明細書で使用する「命令されたピーク走査角」という用語は、ミラー駆動回路１１６により命令された所望のピーク走査角を指す。
【００１６】
ＭＥＭＳ装置１６０は、走査ミラー１６２の１つまたは複数の実際の走査角を測定する機能を含む。例えば、ＭＥＭＳ装置１６０は、垂直走査角に比例した電圧を生成する第１のピエゾ抵抗素子を含み得、水平走査角に比例した電圧を生成する第２のピエゾ抵抗素子を含み得る。本明細書で使用する「走査角」という用語は、走査しているときのミラーの瞬時角を指す。ピーク検出器１６４は、測定された走査角をＭＥＭＳ装置１６０からノード１６３で受け取り、測定されたピーク走査角を決定する。本明細書で使用する「測定されたピーク走査角」という用語は、測定された走査角のピーク値を指す。測定されたピーク走査角は、レーザ限界値比較要素１４０に供給される。
【００１７】
光検出器１２０は、光源１１０により生成された光パワーを測定する。いくつかの実施形態において、光検出器１２０は、１つまたは複数の受光器を含む。例えば、いくつかの実施形態では、単一の受光器が全波長の光パワーを測定し、他の実施形態では、異なる色に対して光パワーを個々に測定するために、多数の受光器が含まれる。光検出器１２０は、測定された光出力パワーをレーザ限界値比較要素１４０（laser limit comparison component）に供給する。
【００１８】
レーザ限界値比較要素１４０は、測定された光出力パワーおよび測定されたピーク走査角からメトリック（metric、指標）を決定し、メトリックをノード１３９に供給された閾値と比較する。いくつかの実施形態において、閾値は、ＩＥＣ６０８２５‐１に規定されるクラス２レーザなどのレーザ安全限界値に相当し、メトリックの値は、クラス２レーザ安全限界値を超えているかどうかを決定する。
【００１９】
メトリックが閾値を超えると、安全回路１３０が、光源１１０を無効にするように命令される。光源１１０は、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の方式で無効にすることができる。例えば、ダイオード駆動回路を無効にしてもよいし、光路を塞いでもよい。
【００２０】
図２は、本発明の様々な実施形態に係るレーザ限界値比較要素を示す。レーザ限界値比較要素１４０は、等価レーザパワー決定要素２１０と、比較器２２０とを含む。図２に示すように、いくつかの実施形態において、等価レーザパワー決定要素２１０は、赤色、緑色、および青色のレーザ光を表す測定されたレーザ光の最大値を受け取る。他の実施形態において、等価レーザパワー決定要素２１０は、１つの測定されたレーザ光の値を受け取る。また、いくつかの実施形態において、等価レーザパワー決定要素２１０は、測定された垂直および水平ピーク走査角を受け取る。他の実施形態において、等価レーザパワー決定要素２１０は、１つの測定されたピーク走査角を受け取る。
【００２１】
動作時に、等価レーザパワー決定要素２１０は、測定されたレーザ光最大値および測定されたピーク走査角の関数としてメトリックを決定する。メトリックは、ノード２１１上の比較器２２０に供給される。他の実施形態において、メトリックは、ＩＥＣ６０８２５‐１に従う等価レーザパワーを表す。いくつかの実施形態において、メトリックは、ＩＥＣ６０８２５‐１以外の安全区分に従う等価レーザパワーに相当する。
【００２２】
比較器２２０は、ノード２１１上のメトリックをノード１３９上の閾値と比較する。メトリックが閾値を超えると、ノード１４１に停止命令が供給される。図１に示すように、停止命令は、光源１１０を遮断する安全遮断回路１３０に供給される。
【００２３】
図１および図２に示す本発明の様々な実施形態は、誤動作の場合に走査型レーザプロジェクタからの光出力を無効にするのに有用である。例えば、１つまたは複数の測定されたピーク走査角が予期せず減少し、ノード２１１上のメトリックが閾値を超えて高くなる場合、走査型レーザプロジェクタが予め定められた安全限界値（例えば、クラス２）を超えて動作するのを防ぐために、光源が停止される。また、例えば、１つまたは複数のレーザ光源からのレーザ光パワーが予期せず増大し、ノード２１１上のメトリックが閾値を超えて高くなる場合、走査型レーザプロジェクタが予め定められた安全限界値（例えば、クラス２）を超えて動作するのを防ぐために、光源が停止される。
【００２４】
レーザ限界値比較要素１４０は、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の態様で実現することができる。例えば、いくつかの実施形態において、レーザ限界値比較要素１４０は、ハードウェアで実現され、他の実施形態において、レーザ限界値比較要素１４０は、ソフトウェアで実現される。更に他の実施形態において、レーザ限界値比較要素１４０は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実現される。
【００２５】
図３は、本発明の様々な実施形態による可変（variable）走査角レーザプロジェクタを示す。可変走査角レーザプロジェクタ３００は、ミラー駆動回路が可変ピーク走査角機能を備えることを除き、レーザプロジェクタ１００（図１）と同様である。図３で表す実施形態において、ミラー駆動回路３１６は、水平駆動要素３１０と、垂直駆動要素３２０とを含み、これら要素の両方がピーク走査角制御値に応答する。
【００２６】
本発明の様々な実施形態において、垂直ピーク走査角と水平ピーク走査角のいずれかまたは両方は、種々の結果を達成するために、可変走査角レーザプロジェクタ３００の動作中に動的に修正される。結果の例としては、結果として得られたディスプレイのサイズまたはアスペクト比（縦横比）を変更すること、距離（ｄ）が変化するときに、結果として得られたディスプレイのサイズを維持すること、ならびに距離および／またはアスペクト比が変化するときに、画像の明るさを維持することが挙げられる。
【００２７】
図３に示すように、水平駆動要素３１０は、所望のピーク水平走査角を表すピーク走査角制御信号刺激を受け取り、垂直駆動要素３２０は、所望のピーク垂直走査角を表すピーク走査角制御信号刺激を受け取る。ピーク走査角制御信号刺激は、複数の信号線（例えば、専用信号線、即ち共有バス）に供給してもよいし、１本の信号線（例えば、シリアルバス）に供給してもよい。
【００２８】
水平駆動要素３１０および垂直駆動要素３２０は、ピーク走査角信号刺激を受け取り、指定されたピーク走査角での実際のミラーの移動を有効にする信号を生成する。垂直駆動要素３２０および水平駆動要素３１０により生成された信号は、ミラー駆動要素３１６により合成され、このミラー駆動要素は、ノード１９３上のコンポジット信号でＭＥＭＳ装置１６０を駆動する。２つの走査ミラーを含むいくつかの実施形態において、ＭＥＭＳ装置１６０は、垂直駆動要素３２０および水平駆動要素３１０により生成された信号により直接駆動される。
【００２９】
ピーク水平走査角およびピーク垂直走査角は、手動、自動、または任意の組み合わせで制御することができる。例えば、ユーザがピーク走査角を修正するために、ユーザ制御を提供してもよい。また、例えば、映像ソースアプリケーションが、使用する走査型レーザプロジェクタの走査角またはアスペクト比を指定してもよい。
【００３０】
図４は、本発明の様々な実施形態による可変走査角レーザプロジェクタを示す。可変走査角レーザプロジェクタ４００は、最大許容光パワー決定要素４１０を伴うが、可変走査角レーザプロジェクタ３００（図３）と同様である。最大許容光パワー決定要素４１０は、測定されたピーク走査角および閾値を受け取り、それから、最大許容レーザ光パワーを決定する。
【００３１】
いくつかの実施形態において、最大許容光パワー決定要素４１０は、所定の一対の測定されたピーク走査角および閾値に対する最大許容レーザパワーを決定する。上述のように、閾値は、ＩＥＣ６０８２５‐１に規定されるクラス２レーザ限界値などのレーザ限界値を表し得る。
【００３２】
動作時に、１つまたは複数のピーク走査角が（自動でまたはユーザにより）修正されると、可変走査角レーザプロジェクタ４００が、プロジェクタを特定のクラス限界値内に維持するために最大レーザパワーを修正する。
【００３３】
図５は、本発明の様々な実施形態に係る最大許容光パワー決定要素を示す。最大許容光パワー決定要素５１０は、最大許容光パワー決定要素４１０と、任意選択の加算要素５１２、５１４および５１６とを含む。
【００３４】
図５に示すように、最大許容光パワー決定要素４１０は、測定された垂直ピーク走査角および水平ピーク走査角を受け取り、更に、閾値を受け取る。最大許容光パワー決定要素４１０は、この情報を使用して、赤色、緑色および青色の最大許容レーザパワーを決定する。いくつかの実施形態において、加算器５１２、５１４および５１６を使用して、各色それぞれのパワーマージンを加算し、画像処理要素１０２に供給される最大許容パワー値における許容差の蓄積を可能にする。
【００３５】
図６は、走査ミラーを備えた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置の平面図を示す。ＭＥＭＳ装置１６０は、固定プラットフォーム６０２と（fixed platform 602）、走査プラットフォーム６１４（scanning platform 614）と、走査ミラー１６２とを含む。走査プラットフォーム６１４は、湾曲部６１０および６１２により固定プラットフォーム６０２に連結され、走査ミラー１６２は、湾曲部２２０および２２２により走査プラットフォーム６１４に連結される。走査プラットフォーム６１４は、駆動線６５０に接続された駆動コイルを有し、ミラー駆動回路１１６（図１）または３１６（図３、図４）からノード１９３に供給されるコンポジット信号（composit signal）により駆動される。駆動線６５０（drive line 650）に送り込まれる電流は、駆動コイルに電流を発生させる。相互接続部６６０のうちの２つは、駆動線６５０に連結される。
【００３６】
動作時に、外部の磁場発生源（図示せず）は、駆動コイルに磁場を印加する。外部の磁場発生源により駆動コイルに印加された磁場は、コイルの平面内に成分を有し、２つの駆動軸に対して非直交方向に方向付けられる。コイル巻線の中の面内電流は、面内磁場と相互作用し、導体に面外ローレンツ力を発生させる。駆動電流は走査プラットフォーム６１４上にループを形成するので、電流が走査軸に亘って符号を反転させる。即ち、ローレンツ力も走査軸に亘って符号を反転させ、その結果、磁場の面内で磁場に垂直にトルクが発生する。この合成トルクは、トルクの周波数内容に応じて２つの走査方向に応答を発生させる。
【００３７】
湾曲部６１０および６１２の長軸は、旋回軸（pivot axis）を形成する。湾曲部６１０および６１２は、ねじれ屈曲に耐える可撓性部材であり、旋回軸を中心とした走査プラットフォーム６１４の回転を可能にし、固定プラットフォーム６０２に対する走査プラットフォーム６１４の角変位を許容する。本明細書では、この角変位を走査角と称する。湾曲部６１０および６１２は、図６に示すようなねじれの実施形態に限定されない。例えば、いくつかの実施形態において、湾曲部６１０および６１２は、円弧、「Ｓ」字形、または他の蛇行形状を呈する。本明細書で使用する「湾曲部」という用語は、別の（走査または固定）プラットフォームに走査プラットフォームを連結し、かつその別のプラットフォームに対する走査プラットフォームの角変位を許容する動きが可能な任意の可撓性部材を指す。
【００３８】
ミラー１６２は、湾曲部６２０および６２２により形成される第１の軸を中心に旋回し、湾曲部６１０および６１２により形成される第２の軸を中心に旋回する。本明細書では、第１の軸を水平軸と称し、第２の軸を垂直軸と称する。投影装置の回転により２軸の回転が生じるので、垂直と水平との区別は若干任意である。よって、本発明の様々な実施形態は、「水平」および「垂直」という用語により限定されるべきではない。
【００３９】
いくつかの実施形態において、走査ミラー１６２は、水平軸において機械的共振周波数で走査し、その結果、正弦波状の水平掃引が得られる。更に、いくつかの実施形態において、走査ミラー１６２は、非共振周波数で垂直方向に走査し、その結果、垂直走査周波数を独立して制御することができる。
【００４０】
ＭＥＭＳ装置１６０はまた、１つまたは複数の集積ピエゾ抵抗位置センサーを内蔵する。ピエゾ抵抗センサー２８０は、走査プラットフォーム６１４に対するミラー１６２の変位を表す電圧を生成し、ピエゾ抵抗センサー２８２は、固定プラットフォーム６０２に対する走査プラットフォーム６１４の変位を表す電圧を生成する。本発明を限定するものではないが、図６に示すように、いくつかの実施形態において、位置センサーは両方の走査軸に設けられる。例えば、いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳ装置１６０は、１軸にのみ位置センサーを含む。相互接続部６６０のサブセットは、各軸の集積位置センサーに接続性を提供する。
【００４１】
以下に更に述べるように、本発明の様々な実施形態において、ミラー１６２の１つまたは複数のピーク走査角が動作中に修正される。例えば、ピーク水平走査角を修正してもよいし、ピーク垂直走査角を修正してもよいし、両方の角度を修正してもよい。ピーク走査角は、駆動線２５０で受け取られる信号刺激により制御および修正してもよい。この信号刺激は、駆動回路１１６（図１）または３１６（図３、図４）によりノード１９３に供給される。
【００４２】
図６に示す特定のＭＥＭＳ装置の実施形態は例として提供されており、本発明の様々な実施形態は、この具体的な実施形に限定されない。例えば、光ビームをラスターパターンで反射するように２次元的に掃引できる任意の走査ミラーを、本発明の範囲から逸脱することなく組み込むことができる。また、例えば、光ビームをラスターパターンで反射するために、走査ミラーの任意の組み合わせ（例えば、２つのミラー、即ち各軸に１つ）を用いることができる。更に、任意の種類のミラー駆動機構を、本発明の範囲から逸脱することなく用いることができる。例えば、ＭＥＭＳ装置１６０は、静磁場を有する移動プラットフォーム上で駆動コイルを使用し、他の実施形態は、駆動コイルが固定プラットフォーム上にある状態で、移動プラットフォーム上に磁石を含み得る。更に、ミラー駆動機構は、静電駆動機構を含み得る。
【００４３】
図７は、直線状の垂直軌道および正弦波状の水平軌道から生じる偏向波形を示す。垂直偏向波形７１０は鋸歯状波形であり、水平偏向波形７２０は正弦波形である。ミラー１６２が波形７１０と７２０に従って垂直軸と水平軸で偏向すると、図１に示す走査ビーム軌道１８０が得られる。
【００４４】
波形７１０および７２０に従うミラー１６２の偏向は、ＭＥＭＳ装置１６０を適切な駆動信号で駆動することにより達成することができる。いくつかの実施形態において、水平偏向周波数はミラーの共振周波数であり、その周波数での非常に小さな励起により所望のピーク走査角が得られる。垂直偏向のための鋸歯状の駆動信号は、様々な周波数の正弦波の和から導出することができる。垂直偏向のための駆動信号もまた、波形発生器にプログラムされた特定の点から導出することができる。
【００４５】
鋸歯状の駆動信号により、図７に示す垂直偏向が得られるが、他の駆動信号の実施形態も存在する。例えば、いくつかの実施形態において、垂直駆動信号は、三角波（後続のフレームが上から下に書かれ、その後、各フレームで下から上へと交互に続く）または正弦波形であってもよい。
【００４６】
鋸歯状の垂直偏向波形７１０は、垂直掃引部分とフライバック部分とを含む。いくつかの実施形態においては、画素は、垂直掃引部分において表示され、フライバック部分においては表示されない。フライバック部分は、画像視野の上部に「フライバックする」ビームに相当する。
【００４７】
説明を分かり易くするために、図７は、垂直掃引当たりのほんの一部の水平周期のみを示す。実際には、これより多くの水平周期が存在する。例えば、２４．５ｋＨｚの水平共振周波数および６０Ｈｚのフレーム率は、垂直掃引当たり約４０８の水平周期をもたらす。
【００４８】
水平偏向波形７２０の振幅は、ピーク水平走査角に対応する。振幅が増大すると、ピーク走査角もまた増大する。ここで図１および図３に戻って参照すると、θＨが増大すると、水平駆動要素３１０が、水平偏向波形７２０の振幅を増大させる刺激をＭＥＭＳ１６０に供給する。概略的に述べれば、θＨが変化する（△θＨ）と、水平偏向波形７２０の振幅に変化が生じる。同様に、垂直偏向波形７１０の振幅は、ピーク垂直走査角に対応する。振幅が増大すると、走査角もまた増大する。ここで図１および図３を再び参照すると、θＶが増大すると、垂直駆動要素３２０が、垂直偏向波形７１０の振幅を増大させる刺激をＭＥＭＳ１６０に供給する。概略的に述べれば、θｖが変化する（△θｖ）と、垂直偏向波形７１０の振幅に変化が生じる。
【００４９】
図８は、本発明の様々な実施形態に係る方法の流れ図を示す。いくつかの実施形態において、方法８００または方法８００の一部は、これまでの図に実施形態を示した走査型レーザプロジェクタにより実行される。他の実施形態において、方法８００は、一連の回路または電子システムにより実行される。方法８００は、方法を実行する特定の種類の装置に限定されない。方法８００の様々な動作は、提示した順序で実行してもよいし、異なる順序で実行してもよい。更に、いくつかの実施形態において、図８に列挙した動作の一部が、方法８００から省略される。
【００５０】
方法８００は、ブロック８１０から開始される。８１０に示すように、ピークミラー走査角（peak mirror scan angle）が測定される。いくつかの実施形態において、２つのミラー走査角が測定され（水平および垂直）、ピーク走査角（peak scan angles）が決定される。走査角は、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の手段により測定することができる。ピエゾ抵抗位置センサーについては、図６を参照して一例として上述している。ブロック８２０にて、最大光パワー（maximum light power）が測定される。いくつかの実施形態において、これは、１つまたは複数の受光器がレーザ光パワーを測定することに相当する。
【００５１】
ブロック８３０にて、ピークミラー走査角および最大光パワーから、メトリック（指標）が決定される。いくつかの実施形態において、メトリックは、角度掃引されない連続レーザの等価的なレーザパワーに相当する。ブロック８４０にて、メトリックが閾値と比較される。いくつかの実施形態において、閾値は、ＩＥＣ６０８２５‐１に説明されているようなレーザクラス限界値に相当する。例えば、メトリックが、クラス２レーザ限界値に相当し得る。
【００５２】
ブロック８５０にて、メトリックが閾値を超えた場合、レーザ光源が停止される。これは、レーザ限界値比較要素１４０が、安全遮断要素１３０に光源１１０を停止するように命令することに相当する。
【００５３】
図９は、本発明の様々な実施形態に係る方法の流れ図を示す。いくつかの実施形態において、方法９００または方法９００の一部は、これまでの図に実施形態を示した走査型レーザプロジェクタにより実行される。他の実施形態において、方法９００は、一連の回路または電子システムにより実行される。方法９００は、方法を実行する特定の種類の装置に限定されない。方法９００の様々な動作は、提示した順序で実行してもよいし、異なる順序で実行してもよい。更に、いくつかの実施形態において、図９に列挙した動作の一部が、方法９００から省略される。
【００５４】
方法９００は、ブロック９１０から開始される。９１０に示すように、レーザクラス限界値に相当する閾値が受け取られる。これは、最大許容光パワー決定要素４１０が、ノード１３９（図４）で閾値情報を受け取ることに相当する。
【００５５】
ブロック９２０にて、ピークミラー走査角が測定される。これは、１つまたは複数のピーク走査角が、ＭＥＭＳ装置１６０により測定され、測定されたピーク走査角を最大許容光パワー決定要素４１０に供給することに相当する。
【００５６】
９３０にて、閾値およびピークミラー走査角から、最大許容光パワーが決定される。この情報は、走査型レーザプロジェクタにおいて画素を作成するためにレーザ駆動信号をスケーリング（scaling）するときに、画像処理要素１０２（図１）などの画像処理要素により使用される。
【００５７】
図１０は、本発明の様々な実施形態に係るモバイル装置のブロック図を示す。図１０に示すように、モバイル装置１０００は、無線インターフェース１０１０と、プロセッサ１０２０と、メモリー１０３０と、走査型プロジェクタ１００１とを含む。走査型プロジェクタ１００１は、１８０でラスター画像を描く。走査型プロジェクタ１００１は、先の図を参照して上述したような走査型レーザプロジェクタである。走査型プロジェクタ１００１は、本明細書に記載のような安全遮断回路および／または動的ピーク走査角回路を含み得る。
【００５８】
走査型プロジェクタ１００１は、任意の画像ソースからの画像データを受け取ることができる。例えば、いくつかの実施形態において、走査型プロジェクタ１００１は、静止画を保存するメモリーを含む。他の実施形態において、走査型プロジェクタ１００１は、動画を含むメモリーを含む。更に他の実施形態において、走査型プロジェクタ１００１は、コネクタ、無線インターフェース１０１０、有線インターフェース等のような外部ソースから受け取った画像を表示する。
【００５９】
無線インターフェース１０１０は、無線送信および／または受信機能を含み得る。例えば、いくつかの実施形態において、無線インターフェース１０１０は、無線ネットワーク上で通信できるネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）を含む。また、例えば、いくつかの実施形態において、無線インターフェース１０１０は、携帯電話機能を含み得る。更に他の実施形態において、無線インターフェース１０１０は、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を含み得る。当業者であれば、無線インターフェース１０１０が本発明の範囲から逸脱することなく任意の種類の無線通信機能を含み得ることを理解するであろう。
【００６０】
プロセッサ１０２０は、モバイル装置１０００内の様々な要素と通信できる任意の種類のプロセッサであってよい。例えば、プロセッサ１０２０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のベンダーから入手可能な内蔵プロセッサであってもよいし、市販のマイクロプロセッサであってもよい。いくつかの実施形態において、プロセッサ１０２０は、画像または映像データを走査型プロジェクタ１００１に提供する。画像または映像データは、無線インターフェース１０１０から取得してもよいし、無線インターフェース１０１０から取得したデータから導出してもよい。例えば、走査型プロジェクタ１００１は、無線インターフェース１０１０から直接受け取った画像または映像を、プロセッサ１０２０を通して表示してもよい。また、例えば、プロセッサ１０２０は、無線インターフェース１０１０から受け取った画像および／または映像に追加するオーバーレイを行ってもよいし、無線インターフェース１０１０から受け取ったデータに基づいて保存されている画像を変更してもよい（例えば、無線インターフェース１０１０が位置座標を提供するＧＰＳ実施形態において地図表示を修正するなど）。
【００６１】
図１１は、本発明の様々な実施形態に係るモバイル装置を示す。モバイル装置１１００は、通信機能を備えたまたは備えていない携帯用の投影装置であってもよい。例えば、いくつかの実施形態において、モバイル装置１１００は、他の機能をほとんどまたは全く備えていない携帯用プロジェクタであってもよい。また、例えば、いくつかの実施形態において、モバイル装置１１００は、例えば、携帯電話、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機等を含む、通信に利用可能な装置であってもよい。更に、モバイル装置１１００は、無線接続（例えば、ＷｉＭａｘ）またはセルラー接続を介して、より大きなネットワークに接続してもよいし、あるいは、この装置は、規制されないスペクトル（例えば、ＷｉＦｉ）接続を介してデータメッセージまたは映像コンテンツを受け取ることができる。
【００６２】
モバイル装置１１００は、１８０で光により画像を作り出す走査型プロジェクタ１００１を含む。モバイル装置１１００はまた、多くの他の種類の回路を含むが、それらの回路は分かり易くするために図１１から意図的に省略されている。
【００６３】
モバイル装置１１００は、ディスプレイ１１１０と、キーパッド１１２０と、音声ポート１１０２と、制御ボタン１１０４と、カードスロット１１０６と、音声／映像（Ａ／Ｖ）ポート１１０８とを含む。これらの要素は、いずれも必須ではない。例えば、モバイル装置１１００は、ディスプレイ１１１０、キーパッド１１２０、音声ポート１１０２、制御ボタン１１０４、カードスロット１１０６またはＡ／Ｖポート１１０８のいずれも有さず、走査型プロジェクタ１００１のみを含んでいればよい。いくつかの実施形態は、これらの要素のサブセットを含む。例えば、アクセサリプロジェクタ製品は、走査型プロジェクタ１００１と、制御ボタン１１０４と、Ａ／Ｖポート１１０８とを含み得る。
【００６４】
ディスプレイ１１１０は、任意の種類のディスプレイであってもよい。例えば、いくつかの実施形態において、ディスプレイ１１１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面を含む。ディスプレイ１１１０は、１８０で投影されたものと同一のコンテンツまたは異なるコンテンツを常に表示することができる。例えば、アクセサリプロジェクタ製品が同一のコンテンツを常に表示できるのに対して、携帯電話の実施形態では、ディスプレイ１１１０上に異なるコンテンツを表示し、１８０で１種類のコンテンツを投影することができる。キーパッド１１２０は、電話のキーパッドまたは他の種類のキーパッドであってもよい。
【００６５】
Ａ／Ｖポート１１０８は、映像信号および／または音声信号を受け付けおよび／または送信する。例えば、Ａ／Ｖポート１１０８は、デジタル音声および映像データを搬送するのに適したケーブルを受け入れるデジタルポートであってもよい。更に、Ａ／Ｖポート１１０８は、複合入力を受け付けるＲＣＡジャックを含み得る。更にまた、Ａ／Ｖポート１１０８は、アナログ映像信号を受け付けるＶＧＡコネクタを含み得る。いくつかの実施態様において、モバイル装置１１００は、Ａ／Ｖポート１１０８を通して外部信号源に繋ぐことができ、モバイル装置１１００は、Ａ／Ｖポート１１０８を通して受け付けたコンテンツを投影することができる。他の実施形態において、モバイル装置１１００は、コンテンツの発信元であってもよく、Ａ／Ｖポート１１０８は異なる装置にコンテンツを送信するために使用される。
【００６６】
音声ポート１１０２は、音声信号を供給する。例えば、いくつか実施形態において、モバイル装置１１００は、音声および映像を保存し、かつ再生できるメディアプレーヤである。これらの実施形態において、映像は１８０で投影することができ、音声は音声ポート１１０２で出力することができる。他の実施形態において、モバイル装置１１００は、音声および映像をＡ／Ｖポート１１０８で受け取るアクセサリプロジェクタであってもよい。これらの実施形態において、モバイル装置１１００は、映像コンテンツを１８０で投影し、音声コンテンツを音声ポート１１０２で出力することができる。
【００６７】
モバイル装置１１００はまた、カードスロット１１０６を含む。いくつかの実施形態において、カードスロット１１０６に挿入されたメモリーカードは、音声ポート１１０２で出力される音声および／または１８０で投影される映像データのソースを提供することができる。カードスロット１１０６は、例えば、マルチメディアメモリーカード（ＭＭＣ）、メモリースティックＤＵＯ、セキュアデジタル（ＳＤ）メモリーカード、およびスマートメディアカードを含む、任意の種類の固体記憶装置を受け入れることができる。上記リストは、例示として意図されており、網羅的ではない。
【００６８】
制御ボタンは１１０４、任意の用途に使用することができる。例えば、いくつかの実施形態において、制御ボタン１１０４は、ディスプレイ１１１０上のメニューシステムをナビゲートするために使用してもよい。また、例えば、いくつかの実施形態において、制御ボタン１１０４は、１つまたは複数のピーク走査角を修正するために使用してもよい。動作時に、ユーザが、制御ボタン１１０４を押圧することにより投影されたディスプレイのアスペクト比またはサイズを修正してもよい。
【００６９】
図１２は、本発明の様々な実施形態に係るヘッドアップディスプレイシステムを示す。１２００にヘッドアップディスプレイを投影するように車両のダッシュボードに搭載されたプロジェクタ１００１が示されている。図１２に自動車のヘッドアップディスプレイを示すが、これは本発明を限定するものではない。例えば、本発明の様々な実施形態は、航空電子機器用途、航空交通管制用途および他の用途におけるヘッドアップディスプレイを含む。いくつかの実施形態において、プロジェクタ１００１のユーザ制御は、ピーク走査角を手動で変更できるように運転者に露出される。更に、いくつかの実施形態において、自動制御により、フロントガラスまでの距離および／または周囲の明るさを補正するために、ピーク走査角の調整が行われる。更に他の実施形態において、ピーク走査角は、表示内容に基づいて映像ソース（自動車パネル）により指定してもよい。
【００７０】
図１３は、本発明の様々な実施形態に係るアイウェアを示す。アイウェア１３００は、アイウェアの視界にディスプレイを投影するプロジェクタ１００１を含む。いくつかの実施形態において、アイウェア１３００は透明であり、他の実施形態において、アイウェア１３００は不透明である。例えば、アイウェア１３００は、拡張現実の用途に使用してもよく、この用途では、着用者が現実世界に重ね合されたプロジェクタ１００１からのディスプレイを見ることができる。また、例えば、アイウェア１３００は、仮想現実の用途に使用してもよく、この用途では、着用者の視界全体がプロジェクタ１００１により生成される。図１３では１つのプロジェクタ１００１のみを示すが、これは本発明を限定するものではない。例えば、いくつかの実施形態において、アイウェア１３００は、２つ（即ち、各眼に１つ）のプロジェクタを含む。
【００７１】
図１４は、本発明の様々な実施形態に係るゲーム装置を示す。ゲーム装置１４００は、ユーザまたは複数のユーザが、ゲーム環境を観察しかつゲーム環境と相互作用できるようにする。ゲームは、ゲーム装置１４００（走査型レーザプロジェクタ１００１を含む装置）の動き、位置または向きに基づいてナビゲートされる。他の制御インターフェース（手動操作ボタン、フットペダル、または口頭コマンドなど）もまた、ピーク走査角の変更を含むゲーム環境のナビゲーションまたはゲーム環境との相互作用に寄与し得る。例えば、いくつかの実施形態において、トリガー１４４２は、ユーザまたは複数のユーザが、「一人称シューティングゲーム」として一般に知られる一人称視点のビデオゲーム環境下にあるという錯覚に寄与する。投影されたディスプレイのサイズ、アスペクト比、および明るさは、ユーザの動きとの組み合わせでゲームアプリケーションにより制御することができるので、ゲーム装置１４００は、これらのユーザにとって非常に現実に近い環境または「没入型の」環境を作り出す。
【００７２】
多くの他の一人称視点シミュレーションを、３Ｄ地震探査、宇宙遊泳計画、ジャングル林冠の探索、自動車の安全指導、医療教育などの活動のために、ゲーム装置１４００により作り出すこともできる。触覚インターフェース１４４４は、反動、振動、揺れ、轟音などの様々な出力信号を供給することができる。触覚インターフェース１４４４は、接触感知式ディスプレイ画面またはスタイラスを必要とするディスプレイ画面などの接触感知式入力機構を含み得る。追加的な触覚インターフェース、例えば、動作感知プローブ用の入力機構および／または出力機構もまた、本発明の様々な実施形態に含まれる。
【００７３】
ゲーム装置１４００はまた、一体型オーディオスピーカ、リモートスピーカ、またはヘッドフォンなどの音声出力装置を含み得る。これらのような音声出力装置は、有線でまたは無線技術を通じてゲーム装置１４００に接続することができる。例えば、ワイヤレスヘッドフォン１４４６は、任意の種類の類似の無線技術に自由に置き換え可能であるが、ブルートゥース接続を介してユーザに音響効果を提供する。いくつかの実施形態において、ワイヤレスヘッドフォン１４４６は、多数のユーザ、インストラクタ、またはオブザーバの通信を可能にするために、マイクロフォン１４４５またはバイノーラルマイクロフォン１４４７を含み得る。バイノーラルマイクロフォン１４４７は、通常、ユーザの頭影により修正される音を捕捉するために、各イヤピースにマイクロフォンを含む。この特徴は、他のシミュレーション参加者によるバイノーラル受聴および音像定位のために使用してもよい。
【００７４】
ゲーム装置１４００は、距離、周囲の明るさ、動き、位置、向きなどを測定する任意の数のセンサー１４１０を含み得る。例えば、ゲーム装置１４００は、デジタルコンパスにより絶対方位を検出し、ＸＹＺジャイロスコープまたは加速度計により相対的な動きを検出してもよい。いくつかの実施形態において、ゲーム装置１４００はまた、装置の相対的な向き、または装置の急激な加速もしくは減速を検出する第２の加速度計またはジャイロスコープを含む。他の実施形態において、ゲーム装置１４００は、ユーザが地上空間を移動するときの絶対位置を検出するために、全地球測位衛星（ＧＰＳ）センサーを含み得る。
【００７５】
ゲーム装置１４００は、電池１４４１および／または診断光１４４３を含み得る。例えば、電池１４４１は充電式電池であってもよく、診断光１４４３は電池の電流充電を表示することができる。別の例において、電池１４４１は、取り外し可能な電池クリップであってもよく、ゲーム装置１４００は、放電した電池を充電済み電池と交換する一方で、装置の動作を継続できるようにするために、追加の電池、電気コンデンサまたはスーパーコンデンサを有してもよい。他の実施形態において、診断光１４４３は、この装置に含まれるまたはこの装置に接続された電子部品の状態をユーザまたはサービス技術者に知らせることができる。例えば、診断光１４４３は、受信した無線信号の強度、またはメモリーカードの有無を表示してもよい。診断光１４４３は、有機発光ダイオードまたは液晶ディスプレイ画面などの任意の小画面で代用することもできる。そのような光または画面は、ゲーム装置１４００の外殻が半透明または透明である場合、この装置の外側表面上、または表面下に位置し得る。
【００７６】
ゲーム装置１４００の他の要素は、この装置から取り外し可能、脱離可能、または分離可能であってもよい。例えば、動的走査角投影装置は、ゲーム筐体１４４９から脱離可能または分離可能であってもよい。いくつかの実施形態において、動的走査角投影装置の従属要素は、ゲーム筐体１４４９から脱離可能または分離可能であってもよく、それでもなお機能する。
【００７７】
特定の実施形態に関連付けて本発明を説明してきたが、当業者であれば容易に理解できるように、修正および変形を本発明の範囲から逸脱することなく採用し得ることを理解されたい。このような修正および変形は、本発明の範囲内および添付の特許請求の範囲内であると見なされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005934353.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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