CN107646192A - 使用动态相位偏移的谐振***激励功率减小 - Google Patents
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Abstract
一种用于谐振***的驱动电路(170)提供具有振幅(513)和相位的激励信号(173)。所述谐振***提供代表振荡振幅的反馈信号(175)。激励信号的振幅通过修改激励信号相位而降低，以获得实质上恒定的反馈信号振幅。
Description
背景技术
谐振***呈现出熟悉的设计挑战。当试图控制处于谐振模式的峰值的谐振***时，通常采用反馈控制电路来产生激励信号以尝试将该***保持以特定频率谐振。反馈控制电路内的部件可能具有增加设计挑战的不同特性。例如，部件可能具有随时间、寿命和温度漂移的特性。
附图说明
图1展示根据本发明的各种实施例的扫描激光投影仪；
图2展示根据本发明的各种实施例的具有扫描镜的机电***(MEMS)装置的平面图；
图3展示根据本发明的各种实施例的反馈信号振幅相对激励信号频率的图表；
图4展示根据本发明的各种实施例的作为恒定振幅反馈信号的相位偏移的函数的激励信号振幅的图表；
图5展示根据本发明的各种实施例的驱动电路和谐振MEMS装置；
图6展示根据本发明的各种实施例的梯度下降轨迹；
图7展示根据本发明的各种实施例的驱动振幅减小电路的框图；
图8展示根据本发明的各种实施例的处理器电路；
图9和10展示根据本发明的各种实施例的方法的流程图；
图11和12展示根据本发明的各种实施例的图5的驱动电路的操作的图表；
图13展示根据本发明的各种实施例的驱动电路和谐振设备；
图14展示根据本发明的各种实施例的移动装置的框图；
图15展示根据本发明的各种实施例的移动装置；
图16展示根据本发明的各种实施例的平视式显示***；
图17展示根据本发明的各种实施例的眼镜；以及
图18和19展示根据本发明的各种实施例的游戏设备。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考借助于说明来展示其中可以实践本发明的特定实施例的附图。充分详细地描述这些实施例以使本领域技术人员能够实践本发明。应理解，本发明的各种实施例尽管不同，但未必是互斥的。例如，在不偏离本发明的范围的情况下，本文结合一个实施例描述的特定特征、结构或特性可以实现在其他实施例内。另外，应理解，可以在不偏离本发明的范围的情况下修改每一公开的实施例内的个别元件的位置或布置。因此，以下详细描述不应被视为具有限制性意义，并且本发明的范围仅由随附权利要求限定，适当地解释，以及权利要求授予的等同物的全部范围。在附图中，相同数字在若干视图中指代相同或类似的功能性。
图1展示根据本发明的各种实施例的扫描激光投影仪。扫描激光投影仪100包括图像处理部件102、红色激光模块110、绿色激光模块120和蓝色激光模块130。来自激光模块的光线与分色镜103、105和107结合。扫描激光投影仪100还包括折叠镜150、驱动电路170和具有扫描镜116的MEMS装置114。
在操作中，图像处理部件102使用二维内插算法处理在101的视频内容以确定输出像素将被显示的每一扫描位置的适当的空间图像内容。接着将此内容映射到红色、绿色和蓝色激光源中的每一个的命令电流，使得来自激光的输出强度与输入图像内容一致。在一些实施例中，这个过程发生在超过150MHz的输出像素速率下。
接着将激光射束引导到安装有超高速万向架的二维双轴激光扫描镜116上。在一些实施例中，这个双轴扫描反射镜使用MEMS工艺由硅制成。旋转的垂直轴准静态地操作并创建垂直的锯齿形光栅轨迹。垂直轴还称作慢扫描轴。水平轴在扫描镜的谐振振动模式下操作。在一些实施例中，MEMS装置使用电磁致动，使用含有MEMS裸片和永久磁体的小的子组件和电气接口的微型组件实现，但是各个实施例在这方面不受限制。例如，一些实施例采用静电致动或压电致动。可以在不偏离本发明的范围的情况下采用任何类型的镜面致动。水平谐振轴还称作快扫描轴。
在一些实施例中，光栅扫描182通过组合水平轴上的正弦分量和垂直轴上的锯齿分量来形成。在这些实施例中，输出射束117以正弦曲线图案从左到右来回扫描，并且在扫描回程(从下到上)期间在显示空白时以锯齿图案垂直扫描(从上到下)。图1展示当射束从上到下垂直扫描时的正弦图案，但未展示从下到上的扫描回程。在其他实施例中，垂直扫描由三角波控制，因此不存在扫描回程。在又一实施例中，垂直扫描是正弦的。本发明的各种实施例不受用于控制垂直和水平扫描或所得光栅图案的波形的限制。
镜面驱动电路170在节点173上的MEMS装置114提供驱动信号。驱动信号包括激励信号以控制扫描镜116在快扫描轴上的谐振角运动，并且还包括慢扫描驱动信号以引起慢扫描轴上的偏转。快扫描轴和慢扫描轴两者上的所得镜面偏转导致输出射束117在视场180中产生光栅扫描182。在操作中，激光光源为每一输出像素产生光脉冲，并且当射束117穿过光栅图案时，扫描镜116反射光脉冲。
镜面驱动电路170还在节点175上从MEMS装置114接收反馈信号。节点175上的反馈信号提供关于扫描镜116随谐振频率震荡在快扫描轴上的位置的信息。在一些实施例中，反馈信号描述镜子的瞬时角位置，且在其他实施例中，反馈信号描述镜子的最大偏转角，在本文中也被称为反馈信号的振幅。
在操作中，驱动电路170激励扫描镜116的谐振运动，使得反馈信号的振幅是恒定的。如光栅扫描182所示，这在快扫描轴上提供恒定的最大角偏转。
如下文进一步描述，用以激励扫描镜116的谐振运动的激励信号包括振幅和相位。驱动电路170包括修改激励信号振幅以将反馈信号振幅保持实质上恒定的第一反馈电路。驱动电路170还包括第二反馈环路，其修改作为激励信号振幅的函数的激励信号相位以减小激励信号振幅，同时仍提供实质上恒定的反馈振幅。
驱动电路170可以实现在硬件、可编程处理器或任何组合中。例如，在一些实施例中，驱动电路170实现在专用集成电路(ASIC)中。此外，在一些实施例中，一些较快的数据路径控制在ASIC中执行，且整体控制由软件可编程微处理器提供。
下文进一步描述驱动电路实现方式的实例。
尽管在图1中展示红色、绿色和蓝色激光光源，但本发明的各种实施例并不受激光光源所发射的光的波长限制。例如，在一些实施例中，代替可见光或除了可见光之外，发射不可见光(例如，红外光)。
图2展示具有扫描镜的机电***(MEMS)装置的平面图。MEMS装置114包括固定平台202、扫描平台240和扫描镜116。扫描平台240通过弯曲部210和212耦合到固定平台202，且扫描镜116通过弯曲部220和222耦合到扫描平台240。扫描平台240具有连接到驱动线路250的驱动线圈，其由驱动电路170在节点173上提供的驱动信号(图1)驱动。驱动信号包括激励信号以激励扫描镜116在快扫描轴上的谐振运动，并且还包括慢扫描驱动信号以引起扫描平台240在慢扫描轴上的非谐振运动。驱动到驱动线路250中的电流产生驱动线圈中的电流。
在操作中，外部磁场源(未图示)在驱动线圈上施加磁场。通过外部磁场源施加到驱动线圈的磁场具有在线圈的平面中的分量，且相对于两个驱动轴非正交地定向。线圈绕组内的平面内电流与平面内磁场相互作用，在导体上产生平面外洛伦兹(Lorentz)力。由于驱动电流在扫描平台240上形成环路，所以电流在扫描轴上反转正负号。这意味着洛伦兹力也会在扫描轴上反转正负号，从而在磁场的平面内和垂直于磁场的方向上产生转矩。这组合的转矩根据转矩的频率成分而在两个扫描方向上产生响应。
弯曲部210和212的长轴形成枢转轴。弯曲部210和212是经受扭转挠曲的柔性构件，因此允许扫描平台240在枢转轴上旋转且相对于固定平台202具有角位移。弯曲部210和212并不限于图2中所示的扭转实施例。例如，在一些实施例中，弯曲部210和212采用其他形状，诸如弧形、“S”形或其他蛇形。如本文所使用的术语“弯曲部”是指将扫描平台耦合到另一平台(扫描或固定)的任何柔性部件，且能够移动，从而允许扫描平台具有相对于其他平台的角位移。
扫描镜116在弯曲部220和222所形成的第一轴上枢转，且在弯曲部210和212所形成的第二轴上枢转。第一轴在本文称作水平轴或快扫描轴，和第二轴在本文称作垂直轴或慢扫描轴。垂直和水平之间的区别稍微是任意的，因为投影设备的旋转将引起两个轴的旋转。因此，本发明的各种实施例并不由术语“水平”和“垂直”限制。
在一些实施例中，扫描镜116在水平轴上以机械谐振频率进行扫描而产生正弦水平扫描。此外，在一些实施例中，扫描镜116以非谐振频率垂直地扫描，因此可以独立地控制垂直扫描频率。
MEMS装置114还并入一个或多个集成压阻式位置传感器。压阻式传感器280产生表示镜116相对于扫描平台240的位移的电压，且此电压被提供为节点175上的反馈信号(图1)。在一些实施例中，如图2所示，在一个扫描轴上提供位置传感器，但此并非本发明的限制。例如，在一些实施例中，MEMS装置114包括用于两个轴的位置传感器。
图2中展示的特定MEMS装置实施例被提供为实例，且本发明的各种实施例并不限于此特定实现方式。例如，可以在不偏离本发明的范围的情况下并入能够在两个维度中扫描以反射光栅图案中的光束的任何扫描镜。还例如，可以利用扫描镜的任何组合(例如，两个镜：一个用于每一轴)来反射光栅图案中的光束。此外，可以在不偏离本发明的范围的情况下利用任何类型的镜面驱动机构。例如，尽管MEMS装置114在具有静磁场的移动平台上使用驱动线圈，但是其他实施例可以包括在固定平台上具有驱动线圈的移动平台上的磁体。此外，镜面驱动机构可以包括静电驱动机构。
图3展示根据本发明的各种实施例的反馈信号振幅相对激励信号频率的图表。图3所示的图表表示作为激励信号频率的函数的由MEMS装置114中的压阻式传感器280提供的峰值检测电压。320处的大振幅表示MEMS装置114的主要谐振模式，其中扫描镜116围绕期望运动的轴线来回地进行有角度地振荡。在一些实施例中，此谐振模式对应于围绕快扫描轴的水平运动。
如下文较充分描述，驱动电路170使用将激励信号频率锁定到诸如模式320的特定谐振模式的频率的数字锁相环(PLL)来激励MEMS装置114的谐振运动。
在一些实施例中，MEMS装置114的谐振响应不仅对激励信号的频率敏感，而且对激励信号的相位敏感。例如，现在参看图4，对于实质上恒定振幅的反馈，激励信号振幅可以增加非最佳相位值。如图4所示，作为相位函数的谐振峰值可能非常尖锐。激励信号相位的非常轻微的修改可以引起激励信号振幅的改变，使得谐振MEMS的效率下降50％到80％或更多。激励信号中的这种增加的功率可能引起驱动线圈局部发热，这可能通过改变谐振模式的频率并进一步降低效率而加剧问题。
如下文参看后面的附图所述，驱动电路170包括驱动振幅减小电路，其自适应地修改激励信号相位以减小激励信号振幅，同时维持反馈信号振幅实质上恒定。例如，驱动振幅减小电路可以将激励信号相位从开始相位值ΘSTART调整到附近最佳相位值ΘOPT。附近最佳相位值被确定为允许最低激励信号振幅同时仍维持实质上恒定的反馈信号振幅的相位值。
图5展示根据本发明的各种实施例的驱动电路和谐振MEMS装置。驱动电路170和谐振MEMS装置对应于被示为扫描激光投影仪100(图1)的部分的相同装置。
谐振MEMS装置114包括输入端口542和输出端口544。耦合输入端口542以接收节点173上的驱动信号，且耦合输出端口544以提供节点175上的反馈信号。输入端口542和输出端口544对应于MEMS装置114(图2)上的信号垫。
驱动电路170包括形成多个反馈环路的电路和用于激励谐振MEMS装置114的控制器，使得节点175上的反馈信号的振幅实质上保持恒定。在一些实施例中，此对应于谐振MEMS装置114的恒定的振动振幅。
驱动电路170包括自动增益控制(AGC)电路512、相位检测器(PD)514、锁相环(PLL)516、加法器518和522、正弦波产生器524、乘法器526、加法器527、驱动路径部件528和驱动振幅减小电路520。
作为节点173上的驱动信号的一部分的激励信号是具有振幅和相位的合成音调的形式，且可以以正弦曲线的标准形式表示：
x(t)＝Asin(2πft+φ) (1)
其中x(t)是激励信号，A是激励信号的振幅，f是频率，且φ是激励信号的相位。
激励信号的频率(f)由数字PLL通过调整相位累加器来匹配谐振MEMS装置反馈的过零(水平同步)时序来控制。这个第一反馈环路比***中的一个或多个其他环路运行速度快得多，因此可以认为，从任何同时执行的较慢环路的角度来看，它们瞬间被锁定。
节点513上的激励信号振幅由利用来自反馈的峰值检测信息来满足最大镜面偏转设置点的自动增益控制(AGC)环路来控制。这个第二反馈环路通常比第一反馈环路操作地慢，且在一些实施例中，比第一反馈环路慢一个或两个数量级。例如，在一些实施例中，第一反馈环路可以在以30KHz操作，和第二反馈环路可以在以400Hz操作。在操作中，AGC 512设置节点513上的激励信号振幅，且乘法器526将所述振幅应用到来自正弦波产生器524的标准化正弦曲线输出以产生激励信号。
激励信号的瞬时相位φ使用加法器518和522来控制(偏移)。加法器518添加静态相位偏移，和加法器522添加动态偏移。动态偏移由驱动振幅减小电路520提供。驱动振幅减小电路520运作以修改激励信号相位，用于减小如图4中展示的激励信号的振幅。这在下文更详细地描述。
在操作中，驱动电路170接收来自谐振MEMS装置114的节点175上的反馈信号。在一些实施例中，反馈信号表示扫描镜116的瞬时角位移，且在其他实施例中，反馈信号表示扫描镜116的振荡的振幅(最大角范围)和赋予相位信息的同步(或过零)信号。将反馈信号提供到AGC 512和PD 514。
AGC 512比较反馈信号的振幅与反馈振幅设置点536。反馈振幅设置点536表示谐振MEMS装置114的谐振操作的期望的恒定振幅值。在一些实施例中，AGC 512包括峰值检测器以确定反馈信号的最大振幅，随后将其与反馈振幅设置点进行比较。
响应于反馈信号和设置点之间的比较，AGC 512在节点513上产生激励信号振幅。一般来说，当反馈信号具有小于设置点的振幅时，AGC 512增加激励信号振幅，且当反馈信号具有大于设置点的振幅时，AGC 312减小激励信号振幅。此振幅反馈环路的带宽足够大，且激励信号振幅步长大小足够小，反馈信号175的振幅保持实质上恒定。
在一些实施例中，PD 514测量反馈信号中提供的过零信息与PLL 517所产生的节点517上的相位值之间的相位差。这允许***跟踪谐振MEMS装置114操作的谐振频率。
PLL 516合成每个时钟周期改变的相位值ΘPLL。在一些实施例中，PLL 516包括对每一时钟周期的相位增加求和以产生ΘPLL的相位累加器(未图示)。此相位值的变化速率设置激励信号的频率。基于PD 514的输出来修改ΘPLL的变化速率以跟踪谐振MEMS装置114的谐振模式的频率。
加法器518将静态相位偏移Θ0与从PLL 516输出的相位ΘPLL求和。在节点519上提供加法器518的输出。在一些实施例中，在制造或校准***期间确定静态相位偏移，并执行一次。例如，驱动路径部件528可以包括滤波器、放大器和赋予相位延迟到激励信号的其他电路部件。这些相位延迟可以在静态基础上表征，且静态相位偏移可以用来抵消***中这些和其他相位延迟的效应。
加法器522将动态相位偏移ΘD与加法器518的输出求和。由驱动振幅减小电路520在节点521上提供动态相位偏移。驱动振幅减小电路520接收节点513上的激励信号振幅值并且修改节点521上的动态相位偏移，以减小激励信号振幅。在下文更详细地描述驱动振幅减小电路520。
加法器522输出PLL输出相位、静态相位偏移和节点523上的动态相位偏移的总和。此相位值ΘE输入到正弦波产生器524以产生具有瞬时相位ΘE的正弦曲线。在一些实施例中，正弦波产生器524实现CORDIC算法，但这并非本发明的限制。例如，可以使用查找表格来将相位值映射到正弦值。结果是单位振幅激励信号sin(ΘE)对应于具有归一化振幅的方程式(1)的正弦曲线。
乘法器526使激励信号振幅与单位振幅激励信号相乘以产生具有振幅和相位的数字激励信号。由加法器527对此数字激励信号与慢扫描驱动信号求和，且将结果提供给驱动路径部件528，其在节点173上产生最终的模拟驱动信号。最终模拟驱动信号包括用以引起慢扫描轴上的镜的偏转的慢扫描驱动信号以及引起谐振MEMS装置114的谐振运动的激励信号。驱动路径部件528可以包括任何合适的部件，包括数字模拟转换器(DAC)、滤波器、和放大器等。
在一些实施例中，驱动振幅减小电路520实现梯度下降算法。给定任意的、可微分的多元凸函数f(x)和某一初始点x0，如果在x0处评估的f(x)的负梯度方向上进行步骤，则f(x)可以被展示为朝向min(f(x))最快地减小。图6中展示梯度下降轨迹的实例。
应用于离散算法，可以迭代多个步骤(受步长大小因子μ约束)以跟随梯度轨迹，并收敛到梯度等于零的函数最小值。自适应步骤的方程式可以表示为：
X[n+1]＝x[n]-μ▽F(x[n]) (2)
如上所述，梯度下降算法依赖于要被最小化的函数的导数(梯度)计算。如果函数的方程式是已知的，那么这在数学上是简单的，并且甚至可以通过从雅可比(Jacobian)矩阵(关于点导出的偏导数)计算更新而在非线性函数上执行。
然而，给定一个未知的、部分可观测的函数，这变得不那么简单。当与***识别工作结合使用时，梯度下降方法仍然可以采用特殊类型的自适应控制器的形式。
自适应梯度下降控制器的一维情况可以使用如下的最小步长大小来描述。定义了最小更新步长大小(ΔxMIN)，其产生高于***本底噪声的感测值。使用最小步长大小意味着梯度下降从未完全收敛到零，而是稍微振荡到零周围。
给定初始状态，经由自变量(致动器)对***进行小的扰动。此步长大于或等于最小步长大小。
读取因变量(传感器)，并将其值与其先前的状态进行比较。差值(可选地归一化为时间步长和扰动量值)用作梯度下降更新计算(δFx)的偏导数项。
注意保留导数的正负号，根据修改的梯度下降方程应用另一更新步长：
x[n+1]＝x[n]±max(∣μδFx∣,ΔxMIN) (3)
附加致动步骤继续进行，直到算法以约零微分的小振荡形式收敛到拟稳态解。由于总是采用步长(≥ΔxMIN)，因此偏导数项持续更新，从而允许算法能够自适应地跟踪要求解的全局最小值的任何时变变化。请注意还可以采用最大步长大小(ΔxMAX)来提供部分抗噪性。
图7展示根据本发明的各种实施例的驱动振幅减小电路的框图。驱动振幅减小电路700可以用以实现驱动振幅减小电路520(图5)。驱动振幅减小电路700包括积分器702、延迟级704和714、加法器706和712、乘法器708和比较器710。驱动振幅减小电路700的部件共同实现具有未知的部分可观测函数的一维梯度下降算法，如上文参考方程式(3)所描述。
在操作中，积分器702对多个激励信号振幅样本求平均。延迟级704输出积分器702的前一个输出，且加法器706取这两者之间的差值。该差值用作梯度下降更新计算(δFx)中偏导数项的取代物。乘法器708将增益值μ应用于偏导数项，且然后比较器710比较并选择要作为更新而应用的ΔxMIN和μδFx的绝对值中的较大者。加法器712对先前的动态相位值与更新求和，并且这是由延迟级714存储并呈现在节点521上的新的动态相位值。
一些实施例省略积分器702且不执行求平均。在其他实施例中，由积分器702求平均的样本的数目是动态的。例如，在***启动时，假定有较大的相位误差时，那么可以执行很少的求平均或不执行求平均，并使用噪声样本进行更新计算。在相位更新已稳定之后，可以执行较多的求平均以减小噪声。
类似地，在一些实施例中，增益值μ被设置为一致，且在其他实施例中，其可以是动态的。例如，在***启动时，假定有大的相位误差时，可以使用大增益值，使得相位更新值很大，直到相位更新已稳定为止，此时增益可以减小以产生较小的步长大小，最终稳定到ΔxMIN。
在一些实施例中，驱动振幅样本和相位控制器更新以帧速率(通常为50或60Hz)在活动视频线的末尾处进行。在其他实施例中，相位控制器更新执行地较少。例如，可以对驱动振幅样本的数目(NAVG)求平均，并且可以仅对每个NAVG样本执行相位控制器更新。
图8展示根据本发明的各种实施例的处理器电路的框图。处理器电路800可以实现驱动振幅减小电路520。处理器电路800包括处理器810、存储器820和寄存器812、822。存储器820表示存储指令的非暂时性计算机可读介质。当通过处理器810执行指令时，执行驱动振幅减小操作。例如，在一些实施例中，当处理器810执行存储在存储器820中的指令时，执行梯度下降操作。在操作中，寄存器812被耦合以在节点513上接收激励信号振幅，且寄存器内容被提供给处理器810。另外，处理器810根据本发明的各种实施例确定动态相位偏移，且然后将动态相位偏移提供给寄存器822，其中如上文参考图7所述，该动态相位偏移在节点521上被提供。
图9展示根据本发明的各种实施例的方法的流程图。在一些实施例中，通过控制诸如谐振MEMS装置的谐振设备的驱动电路来执行方法900或其部分。在其他实施例中，通过一系列电路或电子***来执行方法900。方法900并不被执行所述方法的设备的特定类型所限制。方法900中的各种动作可以以所呈现的顺序执行，或者可以以不同的顺序执行。此外，在一些实施例中，从方法900省略图9中列出的一些动作。
方法900从方块910开始展示。如910处展示，从已经被具有振幅和相位的激励信号激励的谐振设备接收反馈信号，其中反馈信号具有表示谐振设备的偏转的振幅。这对应于驱动电路170所接收的反馈信号175。
在920，比较反馈信号的振幅与期望偏转值，且响应于其而修改激励的振幅。此对应于AGC 512的操作，其中根据反馈振幅设置点和节点175上的反馈信号来修改节点513上的激励信号振幅。
在930，响应于激励信号的振幅来修改激励信号的相位以减小激励信号的振幅。此对应于驱动振幅减小电路520的操作。在一些实施例中，此进一步对应于梯度下降算法的实现方式。
图10展示根据本发明的各种实施例的方法的流程图。在一些实施例中，通过诸如驱动振幅减小电路520的驱动振幅减小电路来执行方法1000或其部分，所述驱动振幅减小电路的实施例展示在先前的图中。在其他实施例中，通过一系列电路或电子***来执行方法1000。方法1000并不被执行所述方法的设备的特定类型所限制。方法1000中的各种动作可以以所呈现的顺序执行，或者可以以不同的顺序执行。此外，在一些实施例中，从方法1000省略图10中列出的一些动作。
方法1000从方块1010开始展示。如1010处展示，对激励信号振幅进行采样。这对应于驱动振幅减小电路520对节点513上的激励信号振幅进行采样。在1020，对激励信号振幅值求平均。在一些实施例中，并未采用求平均。在其他实施例中，对两个、五个、10个或更多样本求平均，或使用增加SNR的某一其他方法用于噪声减小。
在1030，使用如上所述的自适应梯度下降算法来确定动态相位偏移，且在1040，应用动态相位偏移。这对应于驱动振幅减小电路520确定和应用动态相位偏移ΘD。
图11和12展示根据本发明的各种实施例的图5的驱动电路的操作的图表。图12展示通过将静态相位偏移Θ0(图5)突然修改静态相位偏移Θ0约12度而有意地注入到激励信号中的相位误差。增益反馈环路通过增加激励信号振幅而立即做出响应(如图11中所示)，以便保持反馈信号振幅实质上恒定。在约10次迭代后，驱动减小电路修改相位偏移，直到激励信号振幅达到局部最小值。
图13展示根据本发明的各种实施例的驱动电路和谐振设备。图13的***类似于图5的***，不同之处在于，MEMS装置114被谐振设备140替代，且驱动信号不包括慢扫描分量。
驱动电路1310包括除了加法器527之外的驱动电路170的所有部件。驱动电路1310提供节点1333上的激励信号且接收节点1335上的反馈信号。
谐振设备1340包括耦合以接收激励信号的输入端口1342和包括耦合以提供反馈信号的输出端口1344。谐振设备1340表示具有当用作控制***中的控制理论设备时可以被激励的谐振模式的任何装置或***。例如，具有一个或多个谐振模式的任何装置可以用作谐振设备1340。
图14展示根据本发明的各种实施例的移动装置的框图。如图14中所示，移动装置1400包括无线接口1410、处理器1420、存储器1430和扫描激光投影仪100。扫描激光投影仪100包括如上所述的激励信号功率减小电路。
扫描激光投影仪100可以接收来自任何图像源的图像数据。例如，在一些实施例中，扫描激光投影仪100包括保持静止图像的存储器。在其他实施例中，扫描激光投影仪100包括含有视频图像的存储器。在其他实施例中，扫描激光投影仪100显示从诸如连接器、无线接口1410、或有线接口等的外部源接收的画面。
无线接口1410可以包括任何无线发射和/或接收能力。例如，在一些实施例中，无线接口1410包括能够通过无线网络通信的网络接口卡(NIC)。例如，在一些实施例中，无线接口1410可以包括蜂窝式电话能力。在其他实施例中，无线接口1410可以包括全球定位***(GPS)接收器。本领域的技术人员将了解，在不偏离本发明的范围的情况下，无线接口1410可以包括任何类型的无线通信能力。
处理器1420可以是能够与移动装置1400中的各种部件通信的任何类型的处理器。例如，处理器1420可以是可从专用集成电路(ASIC)供应商获得的嵌入式处理器，或者可以是市售的微处理器。在一些实施例中，处理器1420将图像或视频数据提供到扫描激光投影仪100。图像或视频数据可以从无线接口1410检索，或可以从从无线接口1410检索的数据导出。例如，通过处理器1420，扫描激光投影仪100可以显示从无线接口1410直接接收的图像或视频。例如，处理器1420可以提供叠加以添加到从无线接口1410接收的图像和/或视频，或者可以基于从无线接口1410接收的数据来更改存储的画面(例如，修改GPS实施例中的地图显示，其中无线接口1410提供位置坐标)。
图15展示根据本发明的各种实施例的移动装置。移动装置1500可以是具有或不具有通信能力的手持式扫描激光投影仪。例如，在一些实施例中，移动装置1500可以是具有很少或不具有其他能力的扫描激光投影仪。例如，在一些实施例中，移动装置1500可以是可用于通信的装置，包括例如，蜂窝式电话、智能电话、平板型计算装置、或全球定位***(GPS)接收器等。此外，移动装置1500可以经由无线(例如，蜂窝式)而连接到较大的网络，或此装置可以经由不受管制的频谱(例如，WiFi)连接来接受和/或传输数据消息或视频内容。
移动装置1500包括扫描激光投影仪100、触敏显示器1510、音频端口1502、控制按钮1504、卡插槽1506和音频/视频(A/V)端口1508。这些元件都不是必要的。例如，移动装置1500可以仅包括扫描激光投影仪100，而不具有触敏显示器1510、音频端口1502、控制按钮1504、卡插槽1506或A/V端口1508中的任一个。一些实施例包括这些元件的子集。例如，配件投影仪可以包括扫描激光投影仪100、控制按钮1504和A/V端口1508。智能电话实施例可以组合触敏显示装置1510与投影仪100。
触敏显示器1510可以是任何类型的显示器。例如，在一些实施例中，触敏显示器1510包括液晶显示器(LCD)屏幕。在一些实施例中，显示器1510不是触摸敏感的。显示器1510可以或可以并不总是显示扫描激光投影仪100所投影的图像。例如，配件产品可以总是在显示器1510上显示投影的图像，而移动电话实施例可以在显示器1510上显示不同内容的同时投影视频。一些实施例除了触敏显示器1510之外还可以包括小键盘。
A/V端口1508接受和/或传输视频和/或音频信号。例如，A/V端口1508可以是数字端口，诸如接受适合于载运数字音频和视频数据的电缆的高清晰度多媒体接口(FIDMI)接口。此外，A/V端口1508可以包括RCA插孔以接受或传输复合输入。此外，A/V端口1508可以包括VGA连接器以接受或传输模拟视频信号。在一些实施例中，移动装置1500可以通过A/V端口1508连接到外部信号源，且移动装置1500可以投影通过A/V端口1508而接受的内容。在其他实施例中，移动装置1500可以是内容的发起者，且A/V端口1508用于将内容传输到不同的装置。
音频端口1502提供音频信号。例如，在一些实施例中，移动装置1500是可以记录和播放音频和视频的媒体记录器。在这些实施例中，视频可以通过扫描激光投影仪100投影，且音频可以在音频端口1502处输出。
移动装置1500还包括卡插槽1506。在一些实施例中，***卡插槽1506中的存储卡可以提供用于在音频端口1502输出的音频和/或由扫描激光投影仪100投影的视频数据的源。卡插槽1506可以接收任何类型的固态存储器装置，包括例如安全数字(SD)存储卡。
图16展示根据本发明的各种实施例的平视显示***。展示投影仪100安装在车辆仪表板中以在1600处投影平视显示器。尽管在图16中展示汽车平视显示器，但这并不是本发明的限制。例如，本发明的各种实施例包括航空电子应用、空中交通管制应用以及其他应用中的平视显示器。
图17展示根据本发明的各种实施例的眼镜。眼镜1700包括投影仪100以在眼镜的视场中投影显示。在一些实施例中，眼镜1700是透明的，且在其他实施例中，眼镜1700是不透明的。例如，眼镜1700可以用在扩增现实应用中，其中佩戴者可以看到来自投影仪100的叠加在物理世界上的显示。例如，眼镜1700可以用在虚拟现实应用中，其中由投影仪100产生佩戴者的整个视野。尽管在图17中展示仅一个投影仪100，但这并不是本发明的限制。例如，在一些实施例中，眼镜1700包括两个投影仪；每只眼睛一个。
图18展示根据本发明的各种实施例的游戏设备。游戏设备1800允许用户观察游戏环境并与之交互。在一些实施例中，游戏基于游戏设备1800的运动、位置或定向而被导航，所述设备包括扫描激光投影仪100。
诸如手动操作的按钮、脚踏板或口头命令的其他控制界面也可以有助于围绕游戏环境进行导航或与游戏环境进行交互。例如，在一些实施例中，扳机1842有助于造成一个或多个用户处于第一人称视角视频游戏环境中的错觉，这通常被称为“第一人称射击游戏”。由于投影显示器的大小和亮度可以由游戏应用程序结合用户的移动来控制，所以游戏设备1800为这些用户创建高度可信或“沉浸式”的环境。
游戏设备1800还可以为诸如3D地震地质勘探、太空行走计划、丛林树冠探测、汽车安全指导、医学教育等活动创建许多其他第一人称视角模拟。触觉接口1844可以提供各种输出信号，诸如反冲、振动、摇动、隆隆声等。触觉接口1844还可以包括触敏输入特征，诸如触敏显示屏幕或需要触控笔的显示屏幕。额外的触觉接口，例如用于运动敏感探头的输入和/或输出特征，也包括在本发明的各种实施例中。
游戏设备1800还可以包括音频输出装置，诸如集成音频扬声器、远程扬声器或头戴受话器。这些形式的音频输出装置可以通过导线或通过无线技术连接到游戏设备1800。例如，无线头戴受话器1846通过BLUETOOTH TM连接向用户提供声音效应，尽管任何形式的类似无线技术都可以被自由地替代。在一些实施例中，无线头戴受话器1846可以包括麦克风1845或双耳麦克风1847，以允许多个用户、指导者或观察者进行通信。双耳麦克风1847通常在每个耳机上包括麦克风，以捕捉被用户的头影修改的声音。此功能可以用于其他模拟参与者的双耳听力和声音定位。
游戏设备1800可以包括测量环境亮度、运动、位置、定向及其类似者的任何数目的传感器1810。例如，游戏设备1800可以利用数字罗盘检测绝对航向，并利用x-y-z陀螺仪或加速度计检测相对运动。在一些实施例中，游戏设备1800还包括用于检测装置的相对定向或其快速加速度或减速度的第二加速度计或陀螺仪。在其他实施例中，游戏设备1800可以包括全球定位卫星(GPS)传感器，以在用户在地面空间中行进时检测绝对位置。
游戏设备1800可以包括电池1841和/或诊断灯1843。例如，电池1841可以是可充电电池，且诊断灯1843可以指示电池的当前充电。在另一实例中，电池1841可以是可移除的电池夹，且游戏设备1800可以具有额外的电池、电容器或超级电容器以允许设备的持续操作，同时用充电的电池替换放电的电池。在其他实施例中，诊断灯1843可以向用户或服务技术员通知包括在此装置内或连接到此装置的电子部件的状态。例如，诊断灯1843可以指示所接收的无线信号的强度或者存储卡的存在或不存在。诊断灯1843还可以被任何小屏幕替换，例如有机发光二极管或液晶显示屏幕。如果这种设备的外壳是半透明或透明的，那么这些灯或屏幕可以在游戏设备1800的外表面上，或者在游戏设备1800的表面下方。
游戏设备1800的其他部件可以是可移除的、可拆卸的或可从此装置分离的。例如，扫描激光投影仪100可以从游戏外壳1889拆卸或分离。在一些实施例中，扫描激光投影仪100的子部件可以从游戏外壳1889拆卸或分离,并且仍然起作用。
图19展示根据本发明的各种实施例的游戏设备。游戏设备1900包括按钮1902、显示器1910和投影仪100。在一些实施例中，游戏设备1900是独立的设备，其不需要用于玩家玩游戏的较大的控制台。例如，用户可以在观看显示器1910和/或在180处投影的内容的同时玩游戏。在其他实施例中，游戏设备1900作为较大游戏控制台的控制器操作。在这些实施例中，用户可以与观看显示器1910和/或180处的投影的内容结合地观看连接到控制台的较大屏幕。
尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但是应该理解，如本领域的技术人员容易理解的那样，在不偏离本发明的范围的情况下可以采取修改和变化。此类修改和变化被视为在本发明的范围和随附权利要求内。
Claims (15)
1.一种扫描激光投影仪，包括：
至少一个激光源；
用以反射激光的扫描镜，所述扫描镜具有用以提供位置反馈信号的位置传感器；以及
驱动电路，所述驱动电路用以提供激励信号以激励所述扫描镜的谐振运动，所述激励信号具有振幅和相位，所述驱动电路包括响应于所述位置反馈信号而修改所述激励信号的所述振幅的第一反馈电路，和响应于所述激励信号的所述振幅而修改所述激励信号的所述相位的第二反馈电路。
2.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，其中所述第二反馈电路采用梯度下降算法，通过修改所述激励信号的所述相位来减小所述激励信号的所述振幅。
3.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，其中所述第二反馈电路使用固定的步长大小来修改所述激励信号的所述相位。
4.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，其中所述第二反馈电路使用非固定的步长大小来修改所述激励信号的所述相位。
5.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，其中所述第一反馈电路的带宽大于所述第二反馈电路的带宽。
6.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，其中所述扫描镜包括双轴微机电(MEMS)镜。
7.根据权利要求1所述的扫描激光投影仪，其中所述扫描镜在一个轴上扫描，所述扫描激光投影仪进一步包括第二镜以在第二轴上扫描。
8.一种***，包括：
谐振设备，所述谐振设备具有接受激励信号的输入端口和提供反馈信号的输出端口，所述激励信号具有振幅和相位，且所述反馈信号具有振幅；以及
驱动电路，所述驱动电路用以产生所述激励信号以在谐振下激励所述谐振设备，所述驱动电路包括用以接收所述反馈信号和修改所述激励信号的所述振幅以将所述反馈信号的所述振幅保持实质上恒定的增益控制电路，以及响应于所述激励信号的所述振幅而调整所述激励信号的所述相位的驱动振幅减小电路。
9.根据权利要求8所述的***，其中所述谐振设备包括扫描镜。
10.根据权利要求9所述的***，其进一步包括激光源，以向所述扫描镜提供经调制的激光。
11.一种方法，包括：
从已被具有振幅和相位的激励信号激励的谐振设备接收反馈信号，所述反馈信号具有表示所述谐振设备的偏转的振幅；
比较所述反馈信号的所述振幅与期望偏转值，并且响应于其而修改所述激励信号的所述振幅；以及
响应于所述激励信号的所述振幅来修改所述激励信号的所述相位，以减小所述激励信号的所述振幅。
12.根据权利要求11所述的方法，其中修改所述激励信号的所述相位包括采用梯度下降算法来减小所述激励信号的所述振幅。
13.根据权利要求11所述的方法，其中修改所述激励信号的所述相位包括使用固定的步长大小来修改所述相位。
14.根据权利要求11所述的方法，其中修改所述激励信号的所述相位包括自适应地修改相位步长大小。
15.根据权利要求11所述的方法，其中接收反馈信号包括在扫描激光投影仪内接收扫描镜位移信号。
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