(57)【要約】引張り、ねじれの屈曲は、光を走査するためのコンパクトドライブにおいて用いられ、また、軽量、コンパクトな画像投影モジュールにおいて、特に光透過性ウィンドウを有するハウジングの中に取り付けられて、有利に用いられ、モジュールは、ラスタパターンにおいて選択されたピクセルが照明されるように動作し、ＶＧＡ品質の高解像度の画像をカラーで生成する。ドライブは、サポートと、屈曲と、走査ミラーと、屈曲を曲げる手段と、屈曲に張力を加える手段とを備えている。
2008547056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を走査するドライブであって、
ａ）サポートと、
ｂ）該サポート上にあり、軸に沿って延びるねじれ部分を有する屈曲と、
ｃ）該屈曲上にあり、該屈曲と連動する光反射走査ミラーと、
ｄ）該軸の回りに該走査ミラーを振動する、該軸の回りを対向する周囲方向に該屈曲を曲げる手段と、
ｅ）該屈曲が曲げられる引張り状態まで、該軸に沿って該屈曲に張力を加える、該屈曲と一体化した手段と
を備えている、ドライブ。
【請求項２】
前記曲げる手段は、前記屈曲上の永久磁石と、前記サポート上にあり、該屈曲を曲げ、該磁石および同様に前記走査ミラーを振動させる該磁石の永久磁界と相互に作用する周期的な電磁界を、周期的な駆動信号に応答して生成するように動作する電磁コイルとを含む、請求項１に記載のドライブ。
【請求項３】
前記屈曲は、前記ねじれ部分の中間にサポート部分を有し、前記磁石および前記走査ミラーは、該サポート部分に取り付けられている、請求項２に記載のドライブ。
【請求項４】
前記屈曲は、前記軸に沿って間隔のあいた離れた端部部分を有し、該端部部分のうちの１つは前記サポートにアンカされ、前記張力を加える手段は、該屈曲の他方の端部部分において該屈曲と一体化している、請求項１に記載のドライブ。
【請求項５】
前記サポートは、少なくとも１つのピンを有し、前記屈曲の前記一方の端部部分は、該屈曲に該少なくとも１つのピンを位置するための少なくとも１つの切り取りを有する、請求項４に記載のドライブ。
【請求項６】
前記サポートは突起部を有し、前記張力を加える手段は、前記屈曲の他方の端部部分に形成される弾性のあるフラップを含み、該フラップは、該突起部に対して弾性的に支え、該屈曲の該端部部分を前記引張り状態において互いに離れるように押す、請求項４に記載のドライブ。
【請求項７】
前記フラップは、前記引張り状態において曲がった形状を有し、前記突起部は、該曲がったフラップに対する相補的な輪郭の曲がった表面を有する、請求項６に記載のドライブ。
【請求項８】
前記フラップは、自由端を有し、前記突起部は、該自由端とかみ合うリッジを有する、請求項６に記載のドライブ。
【請求項９】
前記他方の端部部分は、レーンにあり、長方形の切り取りを形作り、前記フラップは、該長方形の切り取りに対応する長方形の形状を有し、該フラップは、前記引張り状態において平面に対して持ち上げられた自由端および該平面において該他方の端部部分に接続されたヒンジ付きのエッジを有する、請求項６に記載のドライブ。
【請求項１０】
前記サポート部分は、前記軸に沿って所定の距離だけ延び、前記走査ミラーは、該軸に沿って該所定の距離より大きい距離を延び、前記ねじれ部分の上に少なくとも部分的にかかる、請求項３に記載のドライブ。
【請求項１１】
前記走査ミラーは、前記屈曲の前記サポート部分に取り付けられた後部部分を有し、該後部部分は、該屈曲が曲がる間、該ねじれ部分がねじれるように機械的な隙間を提供するために凹んでいる、請求項１０に記載のドライブ。
【請求項１２】
前記屈曲および前記サポート上に少なくとも１つの振動ダンパを含む、請求項１に記載のドライブ。
【請求項１３】
前記サポートは前記屈曲の幅に及ぶ凹部区画を有し、前記磁石は、少なくとも部分的に該区画の中に受け取られる、請求項２に記載のドライブ。
【請求項１４】
走査ミラーの振動を可能にする引張り可能でねじり可能な屈曲であって、
ａ）該走査ミラーを支持するサポート部分と、
ｂ）軸に沿って延びる一対のねじれ部分と、
ｃ）該軸に沿って間隔のあいた一対の端部部分であって、該端部部分のうちの１つは、該端部部分を該軸に沿って離れるようにして、該走査ミラーが振動するために支持される引張り状態にさせることによって、該屈曲に張力を加える一体化した引張りフラップを有する、一対の端部部分と
を備えている、屈曲。
【請求項１５】
前記すべての部分は、弾性材料の単一の部分から構成される、請求項１４に記載の屈曲。
【請求項１６】
前記１つの端部部分は、前記フラップの境界を示す全体的に平坦なフレームを有し、該フラップは前記引張り状態において曲がった形状を有する、請求項１４に記載の屈曲。
【請求項１７】
光を走査する方法であって、
ａ）軸に沿って延びるねじれ部分を有する屈曲に光反射の走査ミラーを取り付けるステップと、
ｂ）該軸の回りに該走査ミラーを振動するために該軸の回りを対向する周囲方向に該屈曲を曲げるステップと、
ｃ）該屈曲が曲げられる引張り状態に該軸に沿って該屈曲に張力を加えることによって、該屈曲に自ら張力を加えるステップと
を包含する、方法。
【請求項１８】
前記自ら張力を加えるステップは、前記屈曲の一方の端部領域の外に、かつ該一方の端部領域と一体化して、フラップを形成することによって、実行される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
振動に対して前記屈曲を減衰するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記曲げるステップは、前記走査ミラーと連動する振動のために前記屈曲に永久磁石を取り付けることによって、ならびに、該磁石の永久磁界と相互に作用し、該磁石および該走査ミラーを前記軸の回りに振動させる周期的な電磁界を生成するための電磁コイルに周期的な駆動信号を印加することによって、行われる、請求項１７に記載の屈曲。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、引張り、ねじれ屈曲および該屈曲を用いて光を走査するコンパクトドライブおよび方法に関し、特に、低消費電力、高解像度、小型コンパクトサイズ、静かな動作および最小限の振動を維持しながら、二次元の画像を投影するように動作するカラー画像投影装置において使用する、引張り、ねじれ屈曲および該屈曲を用いて光を走査するコンパクトドライブおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対のミラーであって、互いに直交する方向にそれぞれのドライブによって振動し、ラスタパターンの上でレーザビームを走査する、一対の走査ミラーに基づき、画面上に二次元の画像を投影することは一般的に公知である。しかしながら、公知の画像投影装置は、典型的には、６４０×４８０ピクセルのビデオグラフィクスアレイ（ＶＧＡ）品質の４分の１より少ない限られた解像度で画像を投影し、比較的大きな電力を消費し、比較的重量が重く比較的大きな体積を占有し、それによって、小型、ハンドヘルド、バッテリ駆動のアプリケーションにおいてそれらの装置の使用が非実用的にされる。
【０００３】
例えば、走査ミラーの１つのためのドライブは、ミラーと連動可能な永久磁石を含む。磁石およびミラーは、軸の回りの振動を可能にする屈曲に取り付けられる。電磁コイルは、周期的駆動信号によって電力を加えられ、磁石の永久磁界と相互に作用し屈曲を曲げ、磁石および同時に走査ミラーを軸の回りに振動させる磁界を生成する。
上記の電磁ドライブは、その意図された目的に対して一般的に十分であるが、小型、ハンドヘルド、バッテリ駆動のアプリケーションのために理想的ではない。例えば、屈曲は、周囲温度の変化に対する耐性を向上し、繰り返し可能な振動を生成するために、引張り状態まで張力を加えられなければならない。そのような引張りは、クランプ、ピンおよびねじなどの追加の別々のコンポーネントによって提供され、それらのすべては、ドライブの重量、体積およびエネルギ消費を増加させる。さらに、これらの追加のコンポーネントの組立ては、１つ以上のこれらの追加のコンポーネントがゆるんだりまたは故障したりする可能性を増加させるだけでなく、ドライブの製造のコストおよび複雑性を増加させ、それによって、屈曲の張力を損ない、結局は信頼性のない繰り返し不能な温度依存の走査を引き起こす。例えば、そのような損なわれた屈曲によって支持されたミラーに入射するレーザビームは、画像のレーザビームの意図されたピクセルに正確に向けられないで、その結果、投影された画像の解像度は劣化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の一般的な目的は、光を走査するコンパクトドライブおける使用、特に、装置から離れた広範囲の距離にわたってシャープで鮮明な二次元のカラー画像を投影する画像投影装置において使用する、引張り、ねじれの屈曲を提供することである。
【０００５】
本発明の別の目的は、そのようなドライブの重量、体積、複雑性およびエネルギ消費を最小限にすることである。
【０００６】
本発明のさらに別の目的は、そのような屈曲の引張りを単純化することである。
【０００７】
本発明のさらに別の目的は、画像投影装置に、信頼性ある、繰り返し可能な、温度の影響を受けない光走査を提供することである。
【０００８】
さらなる目的は、様々な形状因子の多くの機器、特にハンドヘルド機器において有用な小型、コンパクト、軽量、エネルギ効率のよい、ポータブルのカラー画像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的および以下に明らかになるその他のことを踏まえると、本発明の１つの特徴は、簡単に述べると、光を走査するためのドライブおよびその方法にある。屈曲はサポートに取り付けられる。屈曲は軸に沿って延びる一対のねじれ部分を有する。光反射走査ミラーは、それと連動する屈曲に取り付けられる。屈曲は、軸の回りに走査ミラーを振動する軸の回りに対向する周囲方向に曲げられる。
【００１０】
本発明に従って、屈曲が曲げられる引張り状態に軸に沿って屈曲に張力を加える、屈曲自体と一体化した手段が提供される。引張り屈曲を達成するために、クランプ、ピンおよびねじなどの追加の別々のコンポーネントは用いられない。管理、作表、組立て、故障または紛失する追加のコンポーネントはない。ドライブは、振動する質量が、これまでより少ないので、よりコンパクトで、重量、体積およびエネルギ消費がより少ない。本明細書において達成される引張りは、繰り返し可能で信頼性があり、周囲温度の変動に対して耐性がある。走査ミラーに入射する光ビームは、走査ミラーのターゲット、例えば、そのようなコンパクトドライブが有用である画像投影装置によって投影される画像のピクセルに正確に反射される。
【００１１】
別のアプリケーションにおいて、光ビームは画像投影に用いられないで、代わりに、一次元または二次元バーコード記号などの機械読取り可能なインディシアを横切って光ビームを掃引するために用いられる。なおも別のアプリケーションにおいて、光ビームは掃引されないで、代わりに、光検出器の視野が記号を横切って、掃引され、記号によって散乱された光は、振動ミラーによって反射され、検出器に向けられる。
【００１２】
好ましい実施形態において、屈曲は磁界相互作用によって曲げられる。永久磁石が屈曲に取り付けられ、電磁コイルがサポートに取り付けられる。コイルに印加される周期的駆動信号に応答して、磁石の永久磁界と相互に作用する周期的電磁界が生成され、それによって屈曲を曲げ、磁石と走査ミラーの両方を振動させる。
【００１３】
磁石および走査ミラーは、好ましくは、ねじれ部分の中間の屈曲のサポート部分に取り付けられる。屈曲は、軸に沿って間隔のあいた端部部分を有する。端部部分の一方は、サポートに定着される。端部部分の他方は屈曲に張力を加える手段を提供する。好ましくは、弾性のあるフラップは、他方の端部部分において形成される。このフラップは、サポートに対して弾性的に支え、端部部分を互いに離れるように軸方向に押して引張り状態にする。
【００１４】
動作時、磁石は上記の磁界の相互作用によって振動される。このことは、屈曲のサポート部分および走査ミラーが対向する周囲方向に動くようにし、それによって、まず、一方の周囲方向にねじれ部分をねじり、次いで、対向する周囲方向にねじれ部分をねじる。屈曲は、これらのねじり動作中、フラップによって常時張力を加えられ、それによって、不規則な意図されない屈曲の動作が発生しないことを確実にする。振動ダンパは、望まない振動を減衰させるために用いられ得る。
【００１５】
コンパクトドライブにおいて、引張り、ねじれの屈曲を使用することは、二次元のカラー画像を投影するための画像投影装置において特に有益である。装置は、サポートと、赤色、青色および緑色のレーザビームをそれぞれ発射する複数の赤色、青色および緑色のレーザと、レーザビームを同一直線状に配置し複合ビームを形成するための光学アセンブリと、サポートから動作距離の間隔のあいた走査線であって、各走査線は多数のピクセルを有する、走査線のパターンとして複合ビームを掃引するスキャナと、および選択されたピクセルがレーザビームによって照明され見えるようにされ、カラー画像を生成するコントローラとを含む。
【００１６】
好ましい実施形態において、スキャナは、様々な走査速度および様々な走査角度で、全体的に互いに直交の方向に沿って複合ビームを掃引するための一対の振動可能な走査ミラーを含む。走査速度の少なくとも１つは、ノイズを減少させるために、可聴振動数を超え、例えば、１８ｋＨｚを超える。走査ミラーの少なくとも１つは、消費電力を最小限にするために、慣性ドライブによって駆動される。他方の走査ミラーは、本発明のコンパクトドライブによって駆動される。画像解像度は、好ましくは、ＶＧＡ品質の４分の１を超えるが、典型的にはＶＧＡ品質に等しいかまたはそれを超える。サポート、レーザ、スキャナ、コントローラおよび光学アセンブリは、好ましくは、３０立方センチメートル未満の体積を占める。
【００１７】
装置は、ペン形状、銃形状、または懐中電灯形状の機器、パーソナルデジタルアシスタント、ペンダント、腕時計、コンピュータ、および要約すると、コンパクトで小型サイズに起因して、任意の形状を含むが、これらに限定されない、様々な形状因子のハウジングに交換可能で取り付け可能である。投影された画像は、広告または標示の目的、またはテレビまたはコンピュータモニタ画面、および、要約すると何かを表示することを所望する任意の目的のために用いられ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１における参照番号１０は、一般的に、例えば、パーソナルデジタルアシスタントなどのハンドヘルド機器と同一であり、ここにおいて、図２に示されるように、軽量でコンパクトな画像投影装置２０が、取り付けられ、機器から可変の距離において二次元カラー画像を投影するように動作する。例として、画像１８は、機器１０に対して動作範囲内の距離に位置する。
【００１９】
図１に示されるように、画像１８は、画像の水平方向に沿って延びる光の水平走査角度Ａにわたり、また画像の垂直方向に沿って延びる光の垂直走査角度Ｂにわたり、延びる。下記のように、画像は、装置２０においてスキャナによって掃引される走査線のラスタパターン上の照明されるピクセルおよび照明されないピクセルから構成される。
【００２０】
機器１０の平行六面体の形状は、装置２０がハウジングの中においてインプリメントされ得るハウジングの１つの形状因子にすぎない。機器は、例えば、２００２年３月４日に出願され、本出願と同じ譲受人に譲渡され、本明細書に参考として援用される米国特許出願第１０／０９０，６５３号に示されるような、ペン、セルラー電話、クラムシェル（ｃｌａｍｓｈｅｌｌ）または腕時計のように形作られ得る。
【００２１】
好ましい実施形態において、装置２０は、体積約３０立方センチメートルより小さい。このコンパクトで小型のサイズにより、装置２０は、搭載ディスプレイ１２、キーパッド１４および画像がそこを通って投影されるウィンドウ１６を有する一部のハウジングを含む、大型または小型の、ポータブルまたは固定式などの多くの様々な形状のハウジングに収納されることが可能である。
【００２２】
図２および図３を参照すると、装置２０は、電圧が印加されると約６３５〜６５５ナノメートルの明るい赤色レーザビームを放射する半導体レーザ２２を含む。レンズ２４は、正の焦点距離を有するバイアスフェリック（ｂｉａｓｐｈｅｒｉｃ）凸レンズであり、赤色ビームの事実上すべてのエネルギを集め、回析制限されたビームを生成するように動作する。レンズ２６は、負の焦点距離を有する凹レンズである。レンズ２４、２６は、機器１０の内部のサポート（明快さのため図２に示されていない）上で、離れている、図示されていないそれぞれのレンズホルダーによって保持される。レンズ２４、２６は、動作距離にわたって赤色ビームプロファイルを形作る。
【００２３】
サポートに取り付けられた別の半導体レーザ２８は、電圧が印加されると約４７５〜５０５ナノメートルの回折制限された青色レーザビームを放射する。別のバイアスフェリック凸レンズ３０および凹レンズ３２は、レンズ２４、２６と類似の方法で青色ビームプロファイルを形作るために用いられる。
【００２４】
５３０ナノメートルのオーダーの波長を有する緑色レーザビームは、半導体レーザによって生成されるのではなく、代わりに、出力ビームが１０６０ナノメートルである赤外線ダイオード励起のＹＡＧ結晶レーザを有する緑色モジュール３４によって生成される。非線形周波数倍化結晶は、２つのレーザミラーの間にある赤外線レーザキャビティの中に含まれる。キャビティ内の赤外線レーザ出力は、キャビティ外で結合される出力よりはるかに大きいので、周波数二倍器は、キャビティ内の倍化周波数緑色光を生成することにおいてより効率的である。レーザの出力ミラーは１０６０ｎｍ赤外線放射に対して反射性を有し、倍化された５３０ｎｍ緑色レーザビームに対して透過性を有する。固体レーザおよび周波数二倍器の正確な動作は厳密な温度制御を必要とするので、ペルチェ効果による熱電冷却機などの半導体デバイスが緑色レーザモジュールの温度を制御するために用いられる。熱電冷却機は、印加された電流の極性に従って、デバイスを加熱し得るまたは冷却し得る。サーミスタは、緑色レーザモジュールの温度を監視するために、緑色レーザモジュールの一部である。サーミスタからの読出しは、コントローラに送られ、従って、コントローラは、熱電冷却機への制御電流を調整する。
【００２５】
下記に説明されるように、レーザは、動作時１００ＭＨｚのオーダーの周波数でパルス化される。赤色および青色の半導体レーザ２２、２８は、そのような高周波数でパルス化され得るが、現在利用可能な緑色固体レーザは、そのような高周波数でパルス化され得ない。その結果、緑色モジュール３４から出る緑色レーザビームは、緑色ビームを回折するための水晶内に音響定常波を生成する音響光学変調器（ＡＯＭ）を用いてパルス化される。しかしながら、ＡＯＭ３６は、ゼロ次の非回折ビーム３８および一次のパルス化された回折ビーム４０を生成する。ビーム３８、４０は、互いからはずれ、望ましくないゼロ次ビーム３８を除去するためにそれらを分離させるために、ビーム３８、４０は、折り曲げミラー４２を有する長い、折り曲がった経路に沿って送られる。あるいは、ＡＯＭは、緑色レーザモジュールをパルス化するために、緑色レーザモジュールに対して外部または内部のいずれかに用いられ得る。緑色レーザビームを変調する他の可能な方法は、電子吸収変調すなわちマッハツェンダー干渉計を含む。ＡＯＭは図２に概略的に示される。
【００２６】
ビーム３８、４０は、正および負のレンズ４４、４６を通って送られる。しかしながら、回折された緑色ビーム４０のみが、折り曲げミラー４８に当たり、そこから反射されることが可能である。非回折ビーム３８は、好ましくはミラー４８に取り付けられたアブソーバ５０によって吸収される。
【００２７】
装置は、緑色、青色および赤色ビームを、走査アセンブリ６０に達する前に、できるだけ同一直線状にするように配置された一対のダイクロイックフィルタ５２、５４を含む。フィルタ５２は、緑色ビーム４０がそこを通過することを可能にするが、青色レーザ２８からの青色ビーム５６は、干渉効果によって反射される。フィルタ５４は、緑色ビーム４０および青色ビーム５６がそこを通過することを可能にするが、赤色レーザ２２からの赤色ビーム５８は、干渉効果によって反射される。
【００２８】
ほぼ同一直線状のビーム４０、５６、５８は、固定バウンスミラー６２に向けられ、また反射される。走査アセンブリ６０は、第１の水平走査角度Ａにわたってバウンスミラー６２から反射されたレーザビームを掃引するために、第１の走査速度で慣性ドライブ６６（図４〜図５に分離して示されている）によって振動可能な第１の走査ミラー６４と、第２の垂直走査角度Ｂにわたって第１の走査ミラー６４から反射されたレーザビームを掃引するために、第２の走査速度で電磁ドライブ７０によって振動可能な第２の走査ミラー６８とを含む。変形の構造において、走査ミラー６４、６８は、単一の二軸ミラーによって置き換えられ得る。
【００２９】
慣性ドライブ６６は、高速で低消費電力のコンポーネントである。慣性ドライブの詳細は、２００３年３月１３日に出願され、本出願と同じ譲受人に譲渡され、本明細書に参考として援用される米国特許出願第１０／３８７，８７８号に見出され得る。慣性ドライブの使用は、走査アセンブリ６０の消費電力を１ワット未満、およびカラー画像の投影の場合は下記のように１０ワット未満に減少させる。
【００３０】
ドライブ６６は、ヒンジによって走査ミラー６４を支持する可動フレーム７４を含み、該ヒンジは、ヒンジ軸に沿って延び走査ミラー６４の相対する領域とフレームの相対する領域との間で接続された一対の同一直線状のヒンジ部分７６、７８を含む。フレーム７４は、示されるように走査ミラー６４を囲む必要はない。
【００３１】
フレーム、ヒンジ部分および走査ミラーは、厚さ約１５０μの、一片でほぼ平坦なシリコン基板で組み立てられる。シリコンは、エッチングされ、上部並行スロット部、下部並行スロット部およびＵ形状の中央スロット部を有するオメガ形状のスロットを形成する。走査ミラー６４は、好ましくは楕円形を有し、スロット部の中で自由に動く。好ましい実施形態において、楕円形の走査ミラーの軸に沿った寸法は、７４９μ×１６００μである。各ヒンジ部分は、幅が２７μ長さが１１３０μの寸法である。フレームは、幅が３１００μ長さが４６００μの寸法の長方形の形状を有する。
【００３２】
慣性ドライブは、ほぼ平坦なプリント回路基板８０に取り付けられ、フレームを直接に動かし、慣性によって、ヒンジ軸の回りに走査ミラー６４を間接的に振動させるために動作する。慣性ドライブの一実施形態は、基板８０に垂直に、ヒンジ部分７６の両側でフレーム７４の間隔のあいた離れた部分に延びる一対の圧電変換器８２、８４を含む。各変換器の一端と各フレーム部分の一端との間の永続的な接触を確実にするために、接着剤が用いられ得る。各変換器の反対の端部は、基板８０の後部から突き出て、ワイヤ８６、８８によって周期的交流電圧源（図示されていない）に電気的に接続される。
【００３３】
使用時、周期的信号は、周期的駆動電圧を各変換器に印加し、それぞれの変換器の長さを交互に延伸および収縮させる。変換器８２が延伸する場合、変換器８４は収縮し、変換器８４が延伸する場合、変換器８２は収縮し、それによって、間隔のあいたフレーム部分を同時に押して引き、フレームをヒンジ軸の回りにねじるようにする。駆動電圧は、走査ミラーの共鳴振動数に対応する振動数を有する。走査ミラーは、その最初の静止位置から、走査ミラーも共鳴振動数でヒンジ軸の回りを振動するまで、動かされる。好ましい実施形態において、フレームおよび走査ミラーは、厚さが約１５０μであり、走査ミラーは高いＱ値を有する。各変換器による１μのオーダーでの動きは、２０ｋＨｚを超える走査速度で走査ミラーの振動を引き起こし得る。
【００３４】
別の対の圧電変換器９０、９２は、基板８０に垂直に、ヒンジ部分７８の両側でフレーム７４の間隔のあいた離れた部分に永続的に接触するように延びる。変換器９０、９２は、フレームの振動動作を監視し、ワイヤ９４、９６に沿って電気的フィードバック信号をフィードバック制御回路（図示されていない）に伝えるためのフィードバックデバイスとして役立つ。
【００３５】
あるいは、フィードバックのための圧電変換器９０、９２を用いる代わりに、磁気フィードバックが用いられ得、この場合、磁石が高速ミラーの背面に取り付けられ、振動する磁石によって生成された変化する磁界をピックアップするために外部のコイルが用いられる。
【００３６】
光は走査ミラーの外部の表面で反射し得るが、ミラー６４の表面を、金、銀、アルミニウムから作られる反射性コーティングまたは特別に設計された高反射の誘電性コーティングで塗布することが望ましい。
【００３７】
電磁ドライブ７０（図８に組立分解図および図９に組立図で示されている）は、屈曲（ｆｌｅｘｕｒｅ）２００の上および第２の走査ミラー６８の後に結合して取り付けられる永久磁石７１、および周期的な駆動信号の受信に応答して周期的な磁界を生成するように動作する電磁コイル７２を含む。コイル７２は、下記に詳細に記述されるように、周期的な磁界が磁石の永久磁界と磁気的に相互に作用し、磁石および同様に第２の走査ミラー６８を振動させるように、磁石７１の近辺にある。
【００３８】
慣性ドライブ６６は、好ましくは５ｋＨｚより大きく、より詳細には１８ｋＨｚ以上のオーダーの走査速度での高速で走査ミラー６４を振動させる。この高走査速度は不可聴振動数であり、それによってノイズおよび振動を最小限にする。電磁ドライブ７０は、過度のフリッカなしに画像を人間の目の網膜に残存させることを可能にする速さである４０Ｈｚのオーダーのより遅い走査速度で走査ミラー６８を振動させる。
【００３９】
より速いミラー６４は水平走査線を掃引し、より遅いミラー６８は水平走査線を垂直に掃引し、それによって、画像が作成されるグリッドまたはほぼ並行な走査線の連続であるラスタパターンを作成する。各走査線は多数のピクセルを有する。画像解像度は、好ましくは、１０２４×７６８ピクセルのＸＧＡ品質である。限定された動作範囲にわたって、７２０ｐ、１２７０×７２０ピクセルで示される高品位テレビ規格を表示し得る。一部の実施形態において、３２０×４８０ピクセルである２分の１のＶＧＡ品質または３２０×２４０ピクセルである４分の１のＶＧＡ品質で十分である。最低限１６０×１６０ピクセルの解像度が望ましい。
【００４０】
ミラー６４、６８の役割は、ミラー６８がより速くミラー６４がより遅くとなるように、逆にされ得る。ミラー６４はまた、垂直走査線を掃引するように設計され得、この場合、ミラー６８は水平走査線を掃引する。また、慣性ドライブは、ミラー６８を駆動するために用いられ得る。実際に、どちらのミラーも、電気機械ドライブ、電気ドライブ、機械ドライブ、静電気ドライブ、磁気ドライブ、または電磁気ドライブによって駆動され得る。
【００４１】
低速ミラーは一定の速度の掃引モードで動作され、そのモード中、画像が表示される。ミラーが戻る間、ミラーは、その有意に高い固有振動数で初期位置に戻り掃引される。ミラーの戻る移動の間、レーザは、デバイスの消費電力を減少させるために、電力供給が下げられ得る。
【００４２】
図６は、図２の斜視図と同じ斜視図における装置２０の実際的なインプリメンテーションである。上記コンポーネントは、トップカバー１００およびサポートプレート１０２を含むサポートに取り付けられる。ホルダ１０４、１０６、１０８、１１０、１１２はそれぞれ、折り曲げミラー４２、４８、フィルタ５２、５４およびバウンスミラー６２を相互に整列して保持する。各ホルダは、サポートに固定的に取り付けられた位置決めポストを受けるための複数の位置決めスロットを有する。従って、ミラーおよびフィルタは、正しく位置決めされる。示されるように、３つのポストがあり、それによって２つの角度調整および１つの横の調整が可能である。各ホルダはその最終の位置に接着され得る。
【００４３】
画像は、１本以上の走査線におけるピクセルの選択的な照明によって作成される。図７を参照してより詳細に下記されるように、コントローラ１１４は、ラスタパターンにおいて選択されたピクセルが３つのレーザビームによって照明され、見えるようにされるようにする。例えば、赤色、青色および緑色のパワーコントローラ１１６、１１８、１２０はそれぞれ、各選択されたピクセルにおいて、それぞれの光ビームを放射させるために、赤色レーザ２２、青色レーザ２８および緑色レーザ３４に電流を送り、それらのレーザに電圧を加え、他の選択されないピクセルを照明しないために、赤色レーザ、青色レーザおよび緑色レーザに電流を送らず、それらのレーザに電圧を加えない。照明されたピクセルおよび照明されないピクセルの結果として生じるパターンは画像を構成し、該画像は人間または機械が読取り可能な情報またはグラフィックの任意の表示であり得る。
【００４４】
図１を参照すると、ラスタパターンが拡大図で示される。エンドポイントで開始すると、レーザビームは、慣性ドライブによって水平走査速度で水平方向に沿って反対のエンドポイントに向って掃引され、走査線を形成する。そこでレーザビームは、電磁ドライブ７０によって垂直走査速度で垂直方向に沿って別のエンドポイントに向って掃引され、第２の走査線を形成する。連続する走査線の形成は同じ方法で進行する。
【００４５】
画像は、マイクロプロセッサ１１４またはパワーコントローラ１１６、１１８、１２０の動作による制御回路の制御の下に、選択された時間にレーザに電圧を加えることまたはレーザをパルス化して、オンおよびオフにすることによって、ラスタパターンにおいて作成される。レーザは、可視光を生成し、所望の画像のピクセルが見られるように所望されるときにのみ、オンにされる。各ピクセルの色は、ビームの１つ以上の色によって決定される。可視光スペクトルにおける任意の色は、１つ以上の赤色レーザ、青色レーザ、および緑色レーザの選択的な重なりによって形成され得る。ラスタパターンは、各線および複数の線上の複数のピクセルから作られるグリッドである。画像は、選択されたピクセルのビットマップである。あらゆる文字または数字、任意の図表デザインまたはロゴ、および機械読取り可能バーコード記号でさえ、ビットマップの画像として形成され得る。
【００４６】
図７に示されるように、ピクセルデータおよびクロックデータと同様に垂直同期データおよび水平同期データを有する入力ビデオ信号は、マイクロプロセッサ１１４の制御の下に赤色バッファ１２２、青色バッファ１２４および緑色バッファ１２６に送られる。１つのフルＶＧＡフレームの格納は多くのキロバイト数を必要とし、一方のフレームが処理または投影されている間に他方のフレームが書き込まれることを可能にする２つのフルフレームに十分なメモリをバッファに有することが望ましい。バッファされたデータは、スピードプロファイラ１３０の制御の下にフォーマッタ１２８に、および、投影された画像の表示の角度によって引き起こされる幾何学的ゆがみと同様に、走査によって引き起こされる固有の内部のゆがみを補正するために、赤色ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３２、青色ルックアップテーブル１３４、緑色ルックアップテーブル１３６に送られる。その結果生じる赤色ディジタル信号、青色ディジタル信号、緑色ディジタル信号は、ディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１３８、１４０、１４２によって、赤色アナログ信号、青色アナログ信号、緑色アナログ信号に変換される。赤色アナログ信号および青色アナログ信号は、赤色レーザドライバ（ＬＤ）１４４および青色レーザドライバ１４６に出力され、赤色レーザドライバ１４４および青色レーザドライバ１４６はまた、赤色出力コントローラ１１６および青色出力コントローラ１１８に接続される。緑色アナログ信号は、ＡＯＭ無線周波数（ＲＦ）ドライバ１５０および同様に緑色レーザ３４に出力され、緑色レーザ３４はまた、緑色ＬＤ１４８および緑色出力コントローラ１２０に接続される。
【００４７】
フィードバック制御はまた、赤色アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５８、青色アナログ−ディジタル変換器１６０、緑色アナログ−ディジタル変換器１６２に、および同様にマイクロプロセッサ１１４に接続された赤色フォトダイオード増幅器１５２、青色フォトダイオード増幅器１５４、緑色フォトダイオード増幅器１５６を含み、図７に示される。熱は、Ａ／Ｄ変換器１６６に、および同様にマイクロプロセッサに接続されたサーミスタ増幅器１６４によって監視される。
【００４８】
走査ミラー６４、６８は、マイクロプロセッサに同時に接続されたＤＡＣ１７２、１７４からのアナログ駆動信号が供給されるドライバ１６８、１７０によって駆動される。フィードバック増幅器１７６、１７８は、走査ミラー６４、６８の位置を検出し、フィードバックＡ／Ｄ１８０、１８２に、および同様にマイクロプロセッサに接続される。
【００４９】
電力管理回路１８４は、好ましくは、緑色レーザを常時オンに保ち、および赤色レーザおよび青色レーザの電流をレーザの閾値よりすぐ下に保つことによって高速のオンタイム（ｏｎ−ｔｉｍｅ）を可能にしながら、電力を最小限にするように動作する。
【００５０】
レーザ安全遮断回路１８６は、走査ミラー６４、６８のいずれかが、位置からずれていると検出された場合、レーザを遮断するように動作する。
【００５１】
ここで図８〜図９の電磁ドライブ７０を参照すると、上記の屈曲２００は、平面サポート部分２０２、一対の平面の同一直線状のねじれ部分２０４、２０６、および一対の平面の端部部分２０８、２１０を含む。屈曲は、弾性材料、好ましくは０．０２７ｍｍのオーダーの厚さを有する強化ステンレス鋼からなる単一の細長い部分である。ねじれ部分の幅は０．１２２ｍｍのオーダーであり、そのような寸法を有する屈曲を機械加工することは可能であるが、この目的のために屈曲を化学的にエッチングすることが好ましい。ねじれ部分は、下記のようにねじれバーとして作用する、薄く長いワイヤ様のストランドである。
【００５２】
ドライブ７０は、上部プレート２１２および下部プレート２１４を有し、その間にコイル７２がはさまれている、成形プラスチックサポートを含む。上部プレートは、上部開口部を有する細長い凹部区画２１６、浅いほぼ長方形の凹部２２２に取り付けられた一対の直立の円筒形の位置決めピン２１８、２２０、および別の浅い凹部２２６に取り付けられた直立の突起部２２４を有する。
【００５３】
屈曲２００は、上部プレート２１２に取り付けられ、区画２１６の上部開口部に長手方向にかかる。磁石７１は、サポート部分２０２の底側に取り付けられ、区画２１６内に少なくとも部分的にあり、それによって、磁石７１がこれまでよりもコイルに近くに位置させ、ドライブに必要な総垂直高を小さくする。
【００５４】
端部領域２０８は、Ｅ形状をしており、ピン２２０、２１８をぴったりと受けるために一対の切り取り２２８、２３０を有する。入口穴２３２、２３４は、液体接着剤の導入が浅い凹部２２２に端部領域を確実に固定することを可能にする。
【００５５】
端部領域２１０は、長方形として形作られ、長手方向のカット２３６、２３８および横断方向のカット２４０で内側に形成され、それによって長方形フラップ２４２を形作り、作成する。フラップ２４２は端部領域２１０と同じ平面にある。しかしながら、例示の明快さのために、図８のフラップ２４２は、引張り状態において端部領域２１０の平面の上にあるフラップの自由端２４４をよりよく表示するために、下記のように、フラップが曲がり、圧縮され、よじれた状態で示されている。フラップ２４２は、自由端２４４に並行なヒンジ端部２４６において端部領域２１０に対してヒンジをつけられる。
【００５６】
端部領域２１０が上部プレート２１２に取り付けられた場合、上記の突起部２２４の上部表面２５０は、自由端２４４の近辺のフラップ２４２の下側にかみ合い、フラップを押して、例示された曲がった形状を呈する。フラップが曲げられるので、フラップは、端部領域２１０において長方形の切り取り２４８をあける。突起部２２４も、曲がったフラップ２４２の湾曲に全体的に相補的な輪郭の、曲がった表面２５２を有する。実際に、屈曲がピンセットなどのツールの助けを用いて手動で取り付けられるとしても、曲がった表面２５２が、組み立ての間に曲がったフラグ２４２がその降伏点を通り越して曲がらないことを確実にするように設計される。換言すると、下記のように、永続的な変形はフラップから屈曲に必要な張力を提供することを奪うので、フラップに対する永続的な曲がりとすることは望ましくない。さらに、曲がった表面２５２と曲がったフラップ２４２との間の限定されたすきまは、落下事象、例えば装置が誤って地面または他の硬い表面に当たったときに突然の衝撃および減速を受けた場合のために、フラップを永続的な曲がりにしないことを確実にする。
【００５７】
図９の組立図に示されるように、一旦、端部領域２１０が上部プレート２１２上に平らに置かれると、自由端２４４は、突起部２５０の直立の垂直表面２５６と曲がった表面２５２との間に形成される角２５４においてパチンという動作で捕獲される。突起部２２４は、弾性のあるフラップ２４２と協力して屈曲の長手方向に張力を加える。すなわち、端部領域２１０は、端部領域２０８から離れるように押される。この張力は、先行技術のように追加の別々のコンポーネントによってではなく、その代わりに屈曲と一体化しているフラップによって達成される。屈曲のねじれ部分に張力をかける反作用力を作るのはフラップの圧縮または曲がりである。
【００５８】
張力の加えられた屈曲は、その上に取り付けられた走査ミラー６８のための復元スプリングとして動作する。周期的な駆動信号によるコイル７２の電圧印加中に、周期的な電磁界は、伝えられ、磁石７１の永久磁界に相互作用し、それによって、ねじれ部分２０４、２０６が延びている軸に沿って、対向する周囲方向に磁石を振動させる。振動する磁石は、サポート部分２０２および走査ミラー６８を振動させ、固定の端部部分２０８、２１０に対する軸の回りに一周囲方向に端部限界走査位置まで、ねじれ部分２０４、２０６をねじる。その後、ねじられたねじれ部分に蓄えられたエネルギは発散され、それによって、固定の端部部分２０８、２１０に対する軸の回りに反対の周囲方向にねじれ部分２０４、２０６のねじりを戻すのと同様に、サポート部分２０２および走査ミラー６８を動かす。このエネルギ発散は、相互作用する磁界によって助けられ得るかまたは助けられ得ない。いずれにしても、サポート部分２０２の動きおよび走査ミラーの動きは継続し、ねじれ部分２０４、２０６は、今回は反対の周囲方向に別の最終制限走査位置までねじられる。このサイクルは、繰り返され、それによって、走査ミラー６８を振動させ、端部限界走査位置の間で走査ミラー６８に入射する任意の光ビームを掃引する。屈曲が張力をかけられることを確実にすることによって、ミラーの走査の動きは、反復可能であり、信頼性があり、金属の屈曲の拡張と収縮を引き起こす周囲温度の変動の影響を受けない。
【００５９】
一対の振動ダンパ２５８、２６０は、端部領域２１０および上部プレート２１２に接着される。ダンパは、特定の振動数範囲における任意の振動を減衰させるように設計されている粘弾性ダンパとして役立つ。ダンパはまた、落下事象時に屈曲が突起部２２４から移動されるのを防ぐために端部領域２１０のために追加の機械的なアンカレッジ（ａｎｃｈｏｒａｇｅ）として役立つ。
【００６０】
前述のとおり、本発明のコンパクトドライブは、好ましい実施形態において、ラスタパターンを作成する際の垂直ドライブまたはＹドライブとして用いられる。このことは、走査ミラーに入射する光ビームは、走査線であり、該走査線の長さはラスタパターンの水平またはＸ方向に沿って延びる。走査線の全長を収納するために、図８〜図９に示されるような走査ミラー６８は、長さが大きく、高さが小さい。しかしながら、長い走査ミラーは、ドライブの全長を増加させ、従って、全長を減少させ、従ってコンパクトな構造を達成するために、走査ミラーは、ねじれ部分２０４、２０６を少なくとも部分的に重ね合わせるように設計される。この目的のために、図１０に示されるように、走査ミラー６８の背面は、ねじれ部分２０４、２０６が走査ミラーの重ね合わせ領域において走査ミラーに接触しないように長手方向の凹部２６２を有する。
【００６１】
図１０に見られるように、走査ミラー６８は、Ｔ形状の断面を有し、好ましくは反射ミラーコーティングが塗布されたプラスチックの突き出た部分またはガラスの引き伸ばされた部分である。長い突起部が組み立てられ得、ドライブにおける使用のために、次いで磨かれ、コーティングされ、およびカットされる。
【００６２】
新規として、特許証によって保護されることを所望されるものは、添付の特許請求の範囲に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、ハンドヘルド機器から動作距離に画像を投影するハンドヘルド機器の斜視図である。
【図２】図２は、図１の機器に据え付けられる画像投影装置の拡大された上からの斜視図である。
【図３】図３は、図２の装置の平面図である。
【図４】図４は、図２の装置において使用するための慣性ドライブの斜視前面図である。
【図５】図５は、図４の慣性ドライブの斜視背面図である。
【図６】図６は、図２の装置の実際的なインプリメンテーションの斜視図である。
【図７−１】図７は、図２の装置の動作を描く電気的略ブロック図である。
【図７−２】図７は、図２の装置の動作を描く電気的略ブロック図である。
【図８】図８は、図６の装置において用いられるような本発明に従ったコンパクトドライブの組立分解図である。
【図９】図９は、図８のドライブの組立図である。
【図１０】図１０は、図９の線１０−１０で取られた拡大断面図である。
【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７−１】
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【図７−２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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