(57)【要約】特に光線の伝達可能な窓を有するハウジングへの取り付けのための、軽量でコンパクトな画像投影システムは、ＶＧＡ品質の高解像度画像、またはより高品質の画像をカラーで生成するために、ラスターパターン中で選択されたピクセルを点灯させる働きをする。耐衝撃装置は、システム構成部品の少なくとも１つを保護するが、たとえば、関連した熱電冷却器付きの緑色レーザモジュールを、落下した場合に衝撃損傷より守り、かかるシステム構成部品より生成する廃熱を積極的に除去する能力を犠牲としない。
2008541483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を損傷から保護する耐衝撃装置であって、
ａ）該熱源を支持する支持体と、
ｂ）該熱源と熱伝達関係にあり、該熱源から熱を伝達する、質量を有するヒートシンクと、
ｃ）該ヒートシンクから該熱源に衝撃力が伝えられないようにするために、該ヒートシンクを前記熱源から離れた位置で、該支持体に固定することにより、該熱源から該質量を機械的に分離する手段と
を備える耐衝撃装置。
【請求項２】
前記熱源と前記支持体との間の熱伝達に抵抗するための、該熱源と該支持体との間の熱絶縁体を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記熱源は廃熱の生成を伴うレーザビームを生成するためのレーザモジュールと、熱の生成を伴う該レーザモジュールを冷却する熱電冷却器とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記分離する手段は、前記ヒートシンクを支持するブラケットと、前記熱源と熱伝達関係にある接触面とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ブラケットは、前記支持体に調整可能に取り付けられて、前記熱源とスライドして接触するよう前記接触面を調整可能に位置付ける、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記分離する手段は、前記接触面と前記熱源との間に熱伝導パッドを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記パッドは前記熱源に接着するための接着面を有し、かつ前記接触面と前記熱源との間の熱伝達を強化するために圧縮可能である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記支持体は主表面と側表面とを有し、前記ブラケットは、該支持体の該主表面に平行に固定された支持脚と、該支持体の該側表面上に取付脚とを有し、前記ヒートシンクは該取付脚上に取り付けられ、該支持体の該側表面から離れて伸びる複数の冷却フィンを有する、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記支持脚は、前記支持体の前記側表面に対し前記ブラケットの取付脚を調整可能に位置付けるために、その中に対応する複数のファスナーが調整可能に配置される複数の細長いスロットを有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
画像投影システムを損傷から防ぐための耐衝撃装置であって、
ａ）廃熱の生成を伴い、レーザビームを生成するレーザモジュールと、
ｂ）該レーザモジュールを支持する支持体と、
ｃ）該レーザビームを走査ラインのパターンとして支持体から離れるように掃引する、該支持体上のスキャナであって、各走査ラインは多くのピクセルを有する、スキャナと、
ｄ）レーザビームによって、選択されたピクセルを照明して、可視化して、画像を生成する制御装置と、
ｅ）熱の生成を伴う該レーザモジュールを冷却する、該レーザモジュール上に取り付けられた熱電冷却器と、
ｆ）該冷却器と熱伝達関係にあり、そこから熱を伝達する、質量を有するヒートシンクと、
ｇ）該ヒートシンクから該冷却器および該レーザモジュールに衝撃力が伝えられることを防ぐために、該ヒートシンクを該支持体に該冷却器および該レーザモジュールから離れた位置で固定することにより、該冷却器から該質量を機械的に分離する手段と
を備える、耐衝撃装置。
【請求項１１】
前記分離する手段は、前記ヒートシンクが取り付けられる取付脚を有するブラケットと、前記支持体に接続される支持脚とを含み、また該取付脚は前記冷却器と熱伝達関係にある接触面を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記分離する手段は、前記接触面と前記冷却器との間に熱伝導性パッドを含み、該接触面は該パッドとスライドして接触し、また該パッドは該冷却器に接着される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
熱源を損傷から保護する耐衝撃方法であって、
ａ）支持体上に該熱源を支持するステップと、
ｂ）質量を有するヒートシンクにより、該熱源から熱を伝達するステップと、
ｃ）該ヒートシンクから該熱源に衝撃力が伝えられないようにするために、該支持体に該熱源から離れた位置で、該ヒートシンクを固定することにより、該熱源より該質量を機械的に分離するステップと
を含む、耐衝撃方法。
【請求項１４】
前記分離するステップは、前記ヒートシンクをブラケット上に取り付け、また該ブラケットを前記支持体に機械的に接続することによって達成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ブラケットは接触面を有し、該接触面を前記熱源と熱的伝達接触するように調整するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
熱伝導的パッドを前記接触面と前記熱源との間に位置させるステップをさらに含む、請求項１５の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、熱源を損傷から保護するための耐衝撃装置とその方法に関し、特にカラー画像投影システムの使用に関連し、そこでは発熱性レーザが、システムと離れている画面上のカラー２次元画像の投影に使用される。
【背景技術】
【０００２】
１組の走査ミラーに基づいて、スクリーン上に２次元画像を投影することは良く知られており、該ミラーが互いに直交する方向に振動して、ラスターパターン上をレーザビームで走査する。しかし既知の画像投影システムは、画像を限られた解像度で、通常は６４０×４８０ピクセルのビデオグラフィック品質（ＶＧＡ）の４分の１未満で投影し、かつ色彩も正確ではない。
【０００３】
正確な色彩の画像を得るためには、レーザから放出される赤色、青色、および緑色のレーザビームが必要である。赤色および青色レーザは半導体レーザであり、活性化された場合、廃熱を伴うそれぞれのレーザビームを生成し、通常は共通の支持体および周囲環境に直ちに消散する。しかし現在入手可能な緑色レーザは半導体レーザではなく、代わりに、赤外ダイオード励起のＹＡＧクリスタルレーザ、および非線形周波数二倍化クリスタルであり、この動作はより多くの廃熱を生成するので、過熱を防ぐため環境に積極的に伝達されなければならない。実際、通常は熱電冷却器が緑色レーザモジュールの冷却に使用されるが、冷却器はまた熱を生成するが、これは冷却器の過熱を防ぐため除去されなければならない。
【０００４】
ヒートシンクは、このような熱の除去に当該分野でよく使用される。このヒートシンクは熱源に直接取り付けられ、そこから熱を導く。しかし熱源がデリケートな場合、すなわち小さく壊れやすいにも係わらず大量の熱を生成する場合、それによってこの熱の除去のため質量の大きなヒートシンクが必要となり、問題が起きる。デリケートな装置に固定した大きなヒートシンク、例えば上記の冷却器は、落下時に際して、たとえばこの冷却器がハンドヘルド機器に適用されて、誤って床に落下した場合等に故障を起こすことになる。冷却器が破損する可能性があり、冷却器に取り付けられたレーザモジュールは光学アラインメントから外れて投影画像を劣化させ得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って積極的な熱伝達が必要な熱源を、衝撃損傷から保護することが、本発明の総体的な目的である。
【０００６】
本発明の他の目的は、大きなヒートシンクの質量を熱源から機械的に分離、孤立させ、しかもヒートシンクと熱源との間に強力な熱伝達インターフェイスを提供することである。
【０００７】
本発明の更なる別の目的は、衝撃力に起因する光学的なミスアラインメントによる画像劣化を、除去はできなくても減少させることである。
【０００８】
追加の目的の１つは、様々な形状因子の多数の機器、特にハンドヘルド機器において有用な耐衝撃カラー画像投影システム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、およびその他で以後明らかとなるものを踏まえると、本発明の１つの特徴を簡潔に言えば、熱源を損傷から保護する耐衝撃装置と方法にある。この熱源は支持体によって支持される。質量を有するヒートシンクが、熱源から熱を伝達するために、熱源と熱伝達関係において提供される。
【００１０】
本発明によれば、ヒートシンクを熱源から離れた位置で支持体に固定することにより、ヒートシンクの質量を熱源から機械的に分離する手段を提供する。このような手段は、ヒートシンクが取り付けられる取付脚を付属するブラケットと、支持体に接続される支持脚とを含む。このブラケットは支持体上に調節可能に配置され、ヒートシンクと熱源との間の確かな熱伝達接触を保証する。しかし落下時に装置が衝撃力にさらされた場合、ヒートシンクの突然の減速は、熱源に直接には伝えられず、代わりに支持体に直接伝えられるが、これは、このような減速力を切り抜けるために、熱源よりも、さらに有力なものである。結果として熱源は損傷されず、もしくはその位置から外れることはない。
【００１１】
本発明の耐衝撃装置は、二次元カラー画像の投影のための画像投影システムにとって特に有利なものである。このシステムは、赤色、青色、および緑色のレーザビームをそれぞれ放射するための、複数の赤色、青色、および緑色レーザと、合成ビームを形成するために、レーザビームを同一直線状に配置するための光学アセンブリと、支持体から作動距離を置いた空間で走査ラインのパターンとして合成ビームを掃引するためのスキャナであって、各走査ラインには多数のピクセルがあるスキャナと、カラー画像を生成するために、選択されたピクセルをレーザビームによって照射し、可視化するための制御装置と、を含む。
【００１２】
好ましい実施例では、スキャナは、異なる走査速度と異なる走査角度で、通常は互いに直交する方向に沿って、合成ビームを掃引するための、１組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周波数、例えば１８ｋＨｚを超える。走査ミラーの少なくとも１つは、電力消費を最小化するために慣性ドライブによって駆動される。画像解像度は、できればＶＧＡ品質の４分の１を超えることが望ましいが、通常はＶＧＡ品質と等しいか、ＶＧＡ品質を超える。支持体、レーザ、スキャナ、制御装置、および光学アセンブリは、３０立方センチメートル未満の体積を占めることが望ましい。
【００１３】
本システムは、異なる形状因子のハウジングに交換可能な状態で取り付け可能であり、該形状因子は、これに限るものではないが、ペン型、銃型やフラッシュライト型の機器類、パーソナルデジタルアシスタンツ、ペンダント、腕時計、コンピュータ、簡単にいえばコンパクトで小型のすべての形状である。この投影画像は広告や標識の目的、またはテレビもしくはコンピュータモニター画面、短く言えばいかなる目的であれ、展示をしたい対象物に使用可能である。
【００１４】
本発明の一面によれば、少なくとも１つのレーザ、例えば緑色レーザは、赤外ダイオード励起のＹＡＧクリスタルレーザを持つレーザモジュール、および非線形周波数二倍化クリスタルからなり、これらは作動中多量の廃熱を生成するが、これは過熱を防ぐため除去されなければならない。熱電式冷却器が緑色レーザモジュールの冷却に使用されるが、例えば上記のヒートシンクによって、これもまた除去されるべき熱を生成する。
【００１５】
しかし熱電式冷却器に機械的に接続する大質量のヒートシンクは、比較すると壊れやすい構造であり、落下時には冷却器を割ってしまいやすい。モジュールに取り付けられる冷却器でも、そこから緑色レーザが放射されて他のレーザからの赤色および青色ビームとずれてしまい、そのため投影された画像を損なう場合がある。
【００１６】
従ってヒートシンクを冷却器に機械的に直接接続せず、代わりに支持体に接続することによって、落下時に発生した減速力は冷却器と緑色レーザモジュールをバイパスする。このヒートシンクは冷却器より効果的に機械的に分離されるが、積極的な熱伝達のための接触は存在する。
【００１７】
さらに本発明の他の特徴は、熱伝導性パッドをブラケットの取付脚と冷却器との間に位置させることである。このパッドは冷却器に接着し、取付脚とスライドし浮動して接触する。またパッドは、取付脚がパッドに固く押し付けられるように圧縮可能であることが望ましく、さらに取付脚からのいかなる振動も冷却器に伝播しないように弾力性があることが望ましい。
【００１８】
本発明の特徴と考えられる新規の特徴を、添付の請求項に述べる。しかしながら本発明自体の構造と作動方法については、追加の目的とその利益と共に、以下の特定の実施例の記述を添付の図面と共に読むことで、最もよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１の参照数字１０は、通常ハンドヘルド機器、例えばパーソナルデジタルアシスタンツを識別するもので、該機器内部には軽量でコンパクトな画像投影システム２０が図２に示すとおり取り付けられ、機器から可変距離で二次元カラー画像の投影に使用できる。例示すれば、画像１８は機器１０に関して作動距離の範囲内に位置している。
【００２０】
図１に示すように、画像１８は、光学的水平走査角度Ａで画像の水平方向に沿って伸び、また光学的垂直走査角度Ｂで画像の垂直方向に伸びる。以下で述べるように、画像は、装置２０内のスキャナによって掃引される走査ラインのラスターパターン上で照明されるピクセルと、照明されないピクセルとで構成される。
【００２１】
機器１０の平行６面体形は、システム２０が実装されるハウジングの形状因子を１つ示すに過ぎない。この機器は例えば本願と同一譲受人に譲渡された、２００２年３月４日出願の米国特許出願第１０／０９０，６５３号で示されるように、ペン、セルラー電話、クラムシェル、腕時計の形状であり得、該出願は本明細書に参考として援用される。
【００２２】
好ましい実施例では、システム２０は約３０立方センチメートル未満である。このコンパクトで小型サイズのため、システム２０は多くの多様な形状のハウジングに取付可能となり、大型や小型、携帯式や定置式、そこを通じて画像が投影される、オンボードディスプレイ１２、キーパッド１４、およびウインド１６を有するハウジングを含む。
【００２３】
図２および３を参照すれば、システム２０は半導体レーザ２２を含み、活性化された場合、約６３５〜６５５ナノメータで明るい赤色レーザビームを放射する。レンズ２４はバイアスフェリック凸面レンズで、正の焦点距離を有し、赤色ビーム中のすべてのエネルギーの収集し、回折限定ビームを生成するように作動可能である。レンズ２６は負の焦点距離を有する凹面レンズである。図８で最もよく分かるように、レンズ２４、２６は機器１０内の支持体から離れたそれぞれのレンズホルダー（明確さのために図２には示さず）に支えられている。レンズ２４、２６は作動距離内で赤色ビームプロフィルを形成する。
【００２４】
別の半導体レーザ２８は、支持体上に取り付けられ、活性化された場合、約４３０〜５０５ナノメータで回折限定の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面レンズ３０と、凹面レンズ３２が用いられ、レンズ２４、２６と類似の方法で青色ビームプロフィルを形成する。
【００２５】
５３０ナノメータのオーダーの波長を持つ緑色レーザビームは、半導体レーザで生成されるものではなく、赤外ダイオード励起のＹＡＧクリスタルレーザを持つ緑色レーザモジュール３４によって生成され、この出力ビームは１０６０ナノメータである。非線形周波数二倍化クリスタルが、２つのレーザミラー間の赤外レーザ空洞中に含まれる。この空洞内の赤外レーザ出力は空洞外部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、空洞内の二倍周波数の緑色光の生成にとってさらに効果的である。レーザの出力ミラーは、１０６０ｎｍの赤外放射に反射し、また二倍化される５３０ｎｍの緑色レーザビームを透過する。固体レーザと周波数二倍器の正しい動作には、正確な温度制御が必要なので、ペルチエ効果に依存する熱電冷却器２００のような半導体装置が使用され、緑色レーザモジュールの制御を行う。熱電冷却器２００は、印加される電流の極性に応じて緑色レーザモジュールを冷却するか、または加熱するかのいずれかが可能である。サーミスタは温度をモニターするための、緑色レーザモジュールの一部である。このサーミスタの読取り値は制御装置に送られ、それに応じて熱電冷却器２００への制御電流を調節する。
【００２６】
以下に説明するように、レーザは、動作中に１００ＭＨｚのオーダーの周波数のパルスになっている。赤色および青色半導体レーザ２２、２８は，このような高周波数のパルスにすることができるが、現在利用可能な緑色固体レーザはパルスにすることができない。結果として緑色モジュール３４を出る緑色レーザビームは、音響光学変調器３６でパルス化され、この変調器は、緑色ビームを回折するためにクリスタル内に音響定在波を生成する。一方で、変調器３６はゼロ次非回折ビーム３８とパルス化された一次回折ビーム４０とを生成する。ビーム３８、４０はそれぞれ分岐し、好ましくないゼロ次ビーム３８をなくすように分離するために、ビーム３８、４０は折り曲げミラー４２を有する折れ曲がった長光路に沿って送られる。あるいは、電子光学変調器が、緑色レーザビームをパルス化するために、緑色レーザモジュールの外部的あるいは内部のいずれかで用いられ得る。緑色レーザビームを変調するための他の可能な方法は、電子吸収変調、すなわちマッハツェンダー干渉計がある。ビーム３８、４０は正および負レンズ４４、４６を通って送られる。しかし回折された緑色ビーム４０のみが、折り曲げミラー４８に入射し、そこから反射することができる。非回折ビーム３８は、好ましくはミラー４８に取り付けられる吸収体５０に吸収される。
【００２７】
本システムは１組のダイクロイックフィルター５２、５４を含み、これによって、走査アセンブリ６０に到達する前に、緑色、青色および赤色ビームが、できるだけ同一直線状になるように配置される。フィルター５２によって緑色ビーム４０は通過できるが、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。フィルター５４によって、緑色および青色ビーム４０、５６は通過するが、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、定置式バウンスミラー６２に向けられ、そこから反射される。走査アセンブリ６０は、第一の水平走査角度Ａでバウンスミラー６２によって反射されるレーザビームを掃引するための第一走査速度で（個別に図４−５に示す）、慣性ドライブ６６により振動可能な第一走査ミラーと、第二の垂直走査角度Ｂで電磁ドライブ７０によって振動可能な第二の走査ミラー６８とを含む。多種の構造では、走査ミラー６４、６８は単一の二軸ミラーに変更できる。
【００２９】
慣性ドライブ６６は、高速、低電力消費の構成部品である。この慣性ドライブの詳細は、本願と同一の譲受人に譲渡され、２００３年３月１３日出願の米国特許出願第１０／３８７，８７８号に見出され得、該出願は本明細書に参考として援用される。慣性ドライブの使用によって、走査アセンブリ６０の消費電力は１ワット未満に減少し、カラー画像投影の場合は、以下に記すように１０ワット未満となる。
【００３０】
ドライブ６６は、ヒンジ軸に沿って伸びつつ走査ミラー６４の両側領域と可動フレームの両側領域との間に接続される１組の同一直線状のヒンジ部分７６、７８を含むヒンジによって、走査ミラー６４を支持するための可動フレーム７４を含む。以下に示されるように、フレーム７４は走査ミラー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、厚さがおよそ１５０μの、一片で出来た、ほぼ平坦なシリコン基板で加工される。シリコンは、上部並列スロット部と、下部並列スロット部と、Ｕ字形中央スロット部を有するΩ形スロットを形成するようにエッチングされる。走査ミラー６４は、好ましくは楕円形状であり、スロット部で自由に移動する。好ましい実施例では、楕円形走査ミラーの軸に沿う寸法は、７４９μ×１６００μである。各ヒンジ部分は幅２７μで、長さ１１３０μである。フレームは、幅３１００μで、長さ４６００μの四角形状である。
【００３２】
慣性ドライブはほぼ平面でプリント回路基板８０上に取り付けられ、フレームを直接移動させ、慣性によってヒンジ軸周りで走査ミラー６４を間接的に振動するように動作する。慣性ドライブの実施例の１つには、一組の圧電変換器８２、８４が含まれ、基板８０の垂直方向に延び、ヒンジ部分７６のいずれかの側でフレーム７４の部分から離れて接続する。各変換器の一端と各フレーム部の間の恒久的な接続を確実にするために、接着剤が使用され得る。各変換器の逆の端は基板８０の背面より突出し、周期交流電圧源（図示せず）に対して電線８６、８８により電気的に接続される。
【００３３】
使用中、周期信号が、周期駆動電圧を各変換器に対して印加し、各変換器を交互にその長さ方向に伸縮させる。変換器８２が伸長し、変換器８４が収縮する場合、さらにその逆の場合、これによって離れたフレーム部分を同時に押したり引いたりして、フレームをヒンジ軸の周りでねじる。この駆動電圧は、走査ミラーの機械共振周波数と対応する周波数を有する。走査ミラーは、共振周波数でヒンジ軸周りにおいて同様に振動するまで、最初の休止位置から移動する。好ましい実施例では、フレームと走査ミラーは、厚さが約１５０μで、走査ミラーは高いＱ値を持っている。各変換器による１μのオーダーの動きにより、走査速度が２０ｋＨｚを超えた場合、走査ミラーを振動させ得る。
【００３４】
別の組の圧電変換器９０、９２は、基板８０に垂直方向に、ヒンジ部分７８のいずれかの側で、フレーム７４から離れて恒久的に接続するように延びる。変換器９０、９２はフィードバック装置として使用され、フレームの振動運動をモニターし、電気フィードバック信号を生成し、電線９４、９６に沿ってフィードバック制御回路に導く（図示せず）。
【００３５】
あるいは、フィードバック用に圧電変換器９０、９２の使用する代わりに、磁気フィードバックが使用可能であり、磁石が高速ミラーの背面に取り付けられ、外部コイルを、振動磁石により生成の変動磁場のピックアップに使用する。
【００３６】
光線は走査ミラーの外表面から反射し得るが、ミラー６４の表面を、金、銀、アルミニウム、または特別に設計される高反射性誘電体塗料からなる鏡面状被覆で被覆することが望ましい。
【００３７】
電磁ドライブ７０は、第二走査ミラー６８上およびその後ろに結合して取り付けた永久磁石と、周期駆動信号の受信に応答し、周期磁場を生成するように動作する電磁コイル７２とを含む。コイル７２は磁石に隣接しており、そのため周期磁場が磁気的にその磁石の永久磁場と相互作用し、次にその磁石が第二走査ミラー６８を振動させる。
【００３８】
慣性ドライブ６６は、走査ミラー６４を高速で、好ましくは５ｋＨｚより大きな走査速度、さらに特定すれば１８ｋＨｚ以上のオーダーで振動する。この高走査速度は不可聴周波数であるためノイズと振動とを最小化する。電磁ドライブ７０は、走査ミラー６８をより遅い走査速度の４０Ｈｚのオーダーで振動させるが、これは画像を人間の目に過度のちらつきなしで留めるのに十分な速さである。
【００３９】
高速ミラー６４が水平走査ラインを掃引し、低速ミラー６８がその水平走査ラインを垂直に掃引することで、ラスターパターンを生成するが、これは概ね平行な走査ラインの格子または配列で、そこから画像が構築される。各走査ラインは多くのピクセルがある。画像の解像度は１０２４×７６８ピクセルのＸＧＡ品質が望ましい。限定された作動領域内で、我々は７２０ｐ、１２７０×７２０ピクセルと表示された高解像力のテレビ標準を表示できる。ある用途では３２０×４８０ピクセルのＶＧＡの二分の一の品質や、３２０×２４０ピクセルのＶＧＡの四分の一の品質で十分である。最低の場合でも、１６０×１６０ピクセルの解像度が望ましい。
【００４０】
ミラー６４、６８の役目を逆にすることが可能で、それによりミラー６８が高速用、ミラー６４が低速用となる。またミラー６４を垂直走査ラインの掃引用に設計可能で、その場合には、ミラー６８が水平走査ラインを掃引することになる。また慣性ドライブは、ミラー６８を駆動するために使用できる。実際、いずれのミラーも、電気機械式、電気式、機械式、静電式、磁力式や電磁式ドライブによって駆動され得る。
【００４１】
低速ミラーは一定速度の掃引モードで動作され、その間画像を表示する。ミラーの戻る間、ミラーは、そのかなり高い固有振動数で最初の位置に戻るように掃引される。ミラーの戻りの間、レーザは装置の電力消費を削減するため、電力を下げることができる。
【００４２】
図６は、図２と同じ斜視図で示すシステム２０の実際の実装である。前述の構成部品が支持体上に取り付けてあり、トップカバー１００と支持板１０２とを含む。ホルダー１０４、１０６、１０８、１１０、１１２は、折り曲げミラー４２、４８、フィルター５２、５４およびバウンスミラー６２をそれぞれ相互に位置合わせして保持する。各ホルダーは、支持体上に定置している位置決めポストを受けるための位置決めスロットを複数持っている。このようにして、ミラーとフィルターは正しく位置決めされる。図示するように３つのポストがあり、これにより２つの角度調整と１つの側面調整を可能とする。各ホルダーは、最終位置に固着され得る。
【００４３】
画像は、１本以上の走査ライン中のピクセルの選択照射により構成される。図７を参照して、以下に詳細を記載するように、制御装置１１４はラスターパターンの選択画素が照射され、３つのレーザビームによって可視化される。例えば赤色、青色および緑色の電力制御装置１１６、１１８、１２０は、各々選択される各ピクセルで各光ビームを放出するためにレーザを励起するように、赤色、青色および緑色のレーザ２２、２８、３４に電流を流すが、選択されない他のピクセルを照射しないためにレーザを停止するように、赤色、青色および緑色のレーザに電流を導かない。照射されるピクセルおよび照射されないピクセルの結果的なパターンは画像を構成し、人間または機械読取り可能な情報、またはグラフィックの表示となり得る。
【００４４】
図１を参照すると、ラスターパターンが拡大されて示されている。エンドポイントから起動したレーザビームは、水平方向に水平走査速度で、反対の終点に向けて走査ライン形成のため、慣性ドライブにより掃引される。そこでレーザビームは、電磁ドライブ７０により、垂直方向の垂直走査速度で、第二の走査ライン形成のため、他の終点に向かって掃引される。連続する走査ラインの形成は同一の方法で続ける。
【００４５】
画像は、ラスターパターン中で、レーザをマイクロプロセッサ１１４または制御回路の制御下、電力制御装置１１６、１１８、１２０の制御回路のオンオフを選択した時間に、活性化または脈動させて生成する。レーザは可視光線を生成し、目標の画像が見たい時にのみ色調を帯びる。各ピクセルの色彩はビームの１色またはそれ以上の色彩で決定される。可視光線スペクトルの色彩はどれでも、赤色、青色、および緑色レーザの１色またはそれ以上を選択し、スーパーインポーズすることにより生成できる。ラスターパターンは各ラインの多数のピクセル、および多数のラインからなるグリッドである。画像は選択したピクセルのビットマップである。すべての文字や数字、グラフィックなデザインやロゴ、そして機械読取りのバーコード記号ですらビットマップ画像として形成できる。
【００４６】
図７に示すように、垂直および水平同期データ、またピクセルおよび時計データを有する受信したビデオ信号は、マイクロプロセッサ１１４で制御されて、赤色、青色および緑色バッファー１２２、１２４、１２６に送られる。１つの全ＶＧＡフレームの保存には多くのキロバイトを必要とするが、バッファーには２つの全フレームのために十分なメモリのあることが望ましく、これにより１つのフレームは書き込まれ、一方他のフレームは処理され投影される。バッファーデータはスピードプロファイラー１３０に制御されてフォマッター１２８に送られ、さらに赤色、青色、および緑色のルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３２、１３４、１３６に送られて、走査で生じた固有の内部ひずみ、および投影画像の表示角度から生じた幾何学的図形のひずみを矯正する。得られた赤色、青色、および緑色のデジタル信号は、デジタルーアナログ変換器（ＤＡＣ）１３８、１４０、１４２によって、赤色、青色、および緑色のアナログ信号に変換される。赤色および青色アナログ信号は赤色および青色レーザドライバ（ＬＤ）１４４、１４６に送られ、またさらに赤色および青色電力制御装置１１６、１１８に接続される。緑色のアナログ信号は、音響・光学モジュール（ＡＯＭ）無線周波数（ＲＦ）ドライバ１５０、また緑色レーザ３４に送られ、これはまた緑色ＬＤ１４８と緑色電力制御装置１２０に接続される。
【００４７】
フィードバック制御装置も図７に示すが、赤色、青色、および緑色のフォトダイオードアンプ１５２、１５４、１５６を含み、赤色、青色、および緑色アナログからデジタルへの（Ａ／Ｄ）変換器１５８、１６０、１６２に接続し、またマイクロプロセッサ１１４に接続される。熱はＡ／Ｄ変換器１６６に接続するサーミスタアンプ１６４によってモニターされ、またマイクロプロセッサに接続される。
【００４８】
走査ミラー６４、６８はドライバ１６８、１７０で駆動されるが、これはＤＡＣ１７２、１７４から送られたアナログドライブ信号であり、これはまたマイクロプロセッサに接続する。フィードバックアンプ１７６、１７８は、走査ミラー６４、６８の位置を探知し，フィードバックＡ／Ｄ１８０、１８２に接続し、そしてまたマイクロプロセッサに接続する。
【００４９】
電力管理回路１８４は電力削減のため作動し、一方、緑色レーザを常時発光させ、また赤色および青色レーザをレーザ光の閾値のすぐ下に保つことによって、オン時間が速くなることが望ましい。
【００５０】
レーザ安全遮断回路１８６は、走査ミラー６４、６８のいずれかの位置が正しくないことを探知すると、そのレーザを遮断する。
【００５１】
ここで図８に戻ると、図６の装置が回転して反転しており、緑色レーザモジュール３４と熱電冷却器２００が良く観察できる。前述したように、モジュール３４から生成した廃熱は冷却器２００によって冷却されるが、次に冷却器２００は熱を生成するので、これは冷却器とモジュール３４の過熱を防ぐため積極的に除去しなければならないものである。平面のベース２０４とこのベース２０４から突出する多数の冷却フィン２０６を有するヒートシンク２０２が、この熱の除去のため採用される。フィン２０６は、効率的で急速な熱移動のため、大きなヒートシンク外表面を集合的に持っている。このフィンには良好な空気動力性があるので、空気はすべてのフィンを介して、その周りを流れることができる。ヒートシンクは他のヒートシンク材料、例えば銅と比べて相対的に軽量なアルミニウムからなることが望ましく、また相対的に高い熱伝導性（例えば、２０５Ｗ／ｍＫ、これは、鉄鋼より４倍も良好である）を有する。
【００５２】
前述したように、冷却器２００は比較的壊れやすい装置である。その外面はセラミックで、例えば機器１０が、たまたまユーザーの手から落下した場合にしばしば受けるような外部衝撃力にさらされると容易に割れる。もしヒートシンク２０２を熱伝達目的で冷却器２００に機械的に直接取り付けると、比較的大質量のヒートシンクは、落下時に冷却器を損傷させ易いであろう。
【００５３】
ブラケット２１０は、ヒートシンクを冷却器から、熱伝達を危うくせずに機械的に分離するという本発明に基づいて使用される。ブラケット２１０は、平面的な取付脚２１２を含み、これがファスナー（図示されず）で、取付穴２１４を通じベース２０４にねじ込んで、ヒートシンクを支持する。熱伝達性ペーストは取付脚２１２とベース２０４との間に導入され得る。
【００５４】
さらにブラケット２１０には、平らな支持脚２１６があり、複数の延伸取付スロット２１８、２２０、２２２、２２４を有し、その中で対応する複数のねじ付ファスナー２２６、２２８、２３０、２３２を受け、支持体１００上に形成される穴２３４、２３６、２３８、２４０にねじ込まれる。支持脚２１６は、取付脚２１２と直角を成すのが望ましい。支持脚２１６は、ファスナーが穴に完全にねじ込まれた時、支持体１００の底面の下に横たわるが（図９を参照）、この場合、取付脚２１２は、支持体の側に通常は平行に位置する。
【００５５】
取付脚には平らな接触面２４２があり、冷却器２００上の対応する平面と相互に並列に移動できる。組立中に、かつファスナー２２６、２２８、２３０、２３２が対応する穴に完全にねじ込まれる前に、スロット２１８、２２０、２２２、２２４は冷却器２００に向かう、接触面２４２のこのような動きを許容する。好ましい実施例にあっては、平面的、熱伝達的、弾力的でアルミ充填の接着パッド２４４が、接触面２４２と冷却器２００の間に位置する。この接着材は冷却器に面する側に、そこで接着するよう提供されている。パッドの他の面には接着材はないが、希望すれば熱伝達性ペーストを塗ることができる。接触面２４２の移動は、接触面がパッドを良好な熱的接触を確保するため、固く均一に押し付けるまで続く。直接的な物理的結合はないが、その接触面２４２は、熱性ペーストが塗ってあるかないかを問わず、パッドに対して自由に摺動する。Ｃｈｏｍｅｒｉｃｓブランド、厚さ９ミル、テープ、モデルＮｏ．Ｔ４１２が、パッド２４４に使用されている。一旦組立が完成すると、図９に示すように、ヒートシンク落下による突然の減速、または衝撃力は、冷却器２００、および／またはレーザモジュール３４に伝達することなく、かわりにブラケット２１０経由で支持体１００へ伝達される。ヒートシンクは実質的に冷却器に関連して「浮動（ｆｌｏａｔ）」しており、これは接触面２４２がパッド２４２と摺動して接触しているからである。この耐衝撃装置は、冷却器および／またはモジュールの損傷や脱落なしに、約１５００ｇの減速の衝撃力を避け得る。
【００５６】
通常このブラケットは熱伝導の材料製なので、支持体中のいかなる熱でも、例えば、赤色および青色レーザ２２，２８、またはドライブ６６、７０から、ブラケットに沿ってヒートシンクに伝達できる。またこのブラケットは支持体から熱的に絶縁できる。冷却器２００に無理な負荷をかけないため、緑色レーザモジュール３４を、熱絶縁体２４６により、できればワッシャーの形で支持体から絶縁する。ブラケット２１０の他の配置も計画されているが、例えば脚２１６、２１２は直角を成す必要はなく、互いに急角度の方向とすることも出来る。
【００５７】
本発明は冷却器と緑色レーザモジュールとを衝撃損傷から保護するものとして説明されているが、過熱に抵抗するため積極的な熱伝達を必要とし、またその理由で、保護すべき熱源と比べて相対的に大きい質量のヒートシンクを必要とする、いかなる熱源にも適用可能である。
【００５８】
上記の各要素、または、２つまたはそれ以上を一緒にしたものについても、上記と異なるタイプにおいて、有益な用途を見出せることが理解される。
【００５９】
本発明が耐衝撃装置および方法、特にカラー画像投影システムおよび方法の実施例として説明され、記述されているが、その示した詳細に限定されるべきではない。それは各種の修正および構造的変更が、いかなる意味においても、本発明の趣旨から離脱することなく行うことが可能であるからである。
【００６０】
更なる分析はなくても、先行する記述が、本発明の要点を完全に表明しているので、現在の知識を適用して、本発明の一般的、または特定的な実質的な性格を正に構成する特徴を失うことなく、これを従来技術の立場から、各種の用途に直ちに適用することが可能で、そのためかかる適用は、以下の請求項と同等の意味と範囲内にあると理解すべきである。
【００６１】
新規でかつ特許証での保護を望む請求事項を、添付の請求項に定義する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、ハンドヘルド機器から作動距離で画像を投影している機器の斜視図である。
【図２】図２は、図１の機器へ設置する画像投影システムの拡大図、空中図、斜視図である。
【図３】図３は、図２の装置の上部平面図である。
【図４】図４は、図２のシステムで使用する慣性ドライブの斜視正面図である。
【図５】図５は、図４の慣性ドライブの斜視後部図である。
【図６】図６は、図２のシステムの実際的な実装の斜視図である。
【図７−１】図７は、図２のシステムの動作を描いた電気図式ブロック図である。
【図７−２】図７は、図２のシステムの動作を描いた電気図式ブロック図である。
【図８】図８は、図６のシステムと共に使用するための、本発明に基づく耐衝撃装置の分解反転図である。
【図９】図９は図８の装置の組立図である。
【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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【国際調査報告】
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