CN110460828B - 一种微机电扫描镜投射***和方法 - Google Patents

一种微机电扫描镜投射***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微机电扫描镜投射***和方法，属于成像领域，***包括电路模块、光源模块、扫描镜和处理模块，其中，扫描镜在扫描驱动信号作用下进行角度偏转，扫描镜静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成夹角α；然后计算单元根据α夹角、扫描镜到投射画面的距离d、预设像素间距L以及预设扫描镜偏转角度θ（t）计算得到光源调制信号；随后将根据光源调制信号输出的待投射画面的每个像素点对应的光束投射到扫描镜上，实现投射画面像素点间距的均匀调节，本发明根据夹角α、扫描镜到投影画面的距离，可以调制每个像素点的点亮时长，使得最终投射画面像素点间距达到预设值，改善了像素点间距不均匀的情况，保证了投射画面的成像质量。

Description

一种微机电扫描镜投射***和方法
技术领域
本发明涉及微机电成像领域，更具体地说，涉及一种微机电扫描镜投射***和方法。
背景技术
微型便携式投影设备，如投影手机、投影手表等，一直是人们所期待的成像产品。目前微机电扫描镜成像***以其较小的尺寸和较好的成像效果，逐渐成为最有可能实现微型便携式投影设备的技术之一。
以目前的微机电扫描镜驱动方式以及微机电扫描镜成像***的光源调制方式，在需要微机电扫描镜成像***倾斜投射画面时，比如投影键盘等，容易出现像素点间距不均匀的情况，影响最终的投射画面的成像质量。
如图1所示为微机电扫描镜成像***水平正投射画面的场景示意图，其中微机电扫描镜142静止时的法线f与投影画面150垂直。由于目前微机电扫描镜成像***所调制的投影画面的每个像素点的点亮时长为固定值，因此投影画面150的水平像素间距，如图中方框区域所示，取决于微机电扫描镜水平偏转角度。而微机电扫描镜水平偏转角度取决于微机电扫描镜的水平扫描驱动信号，其水平扫描驱动信号一般为正弦波信号(也有可能是三角波信号，这里只举例说明正弦波信号的情况，如图3所示)，其所呈现的水平像素间距基本相等，画面像素较为均匀。
如图2所示为微机电扫描镜成像***水平斜投射画面的场景示意图，其中微机电扫描镜142静止时的法线f与投影画面150水平方向成夹角α，其中0°＜α＜90°，投影画面150水平方向也即为微机电扫描镜的光栅扫描方式的快轴扫描方向。由于角度的倾斜，导致微机电扫描镜142所反射的光束到图中像素点1的距离比到像素点n的距离更近，因此倾斜投射时，投射画面中像素点1到像素点n的像素间距逐渐变大。像素点间距不均匀，影响最终投射画面150的成像质量。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种微机电扫描镜投射***和方法，其中可根据扫描镜的倾斜夹角、扫描镜到投影画面的垂直距离等，可以适应地调制每个像素点的点亮时长，使得最终投射画面的像素间距达到预设值，从而改善像素点间距不均匀的情况，提高了最终的投射画面的成像质量。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种微机电扫描镜成像***，包括：
电路模块，其包括光源调制电路和扫描驱动电路，所述光源调制电路被配置为输出光源调制信号；所示扫描驱动电路被配置为输出扫描驱动信号；
光源模块，被配置为根据光源调制信号输出待投射画面的每个像素点n对应的光束；
扫描镜，被配置为根据扫描驱动信号按光栅扫描方式进行二维的角度偏转，并反射所述光源模块输出的光束；所述扫描镜静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成夹角α，其中，0°＜α＜90°；
处理模块，所述处理模块包括计算单元，其中，上述光源调制信号包括每个像素点n的点亮时长Δt，所述计算单元被配置为根据下式计算得到每个像素点n的点亮时长Δt：
L＝|d*tan[90°-α+θH(t+Δt)]-d*tan[90°-α+θH(t)]|，
其中，L为投影画面的像素间距，d为扫描镜到投影画面的垂直距离，t为时刻，θH(t)为t时刻所述扫描镜产生的水平偏转角度，θH(t)≠±β/2，其中(-β/2，+β/2)为所述扫描镜的水平偏转角度的范围。
作为本发明更进一步的改进，所述扫描驱动信号包括水平驱动信号和垂直驱动信号，其中，所述水平驱动信号驱动扫描镜产生水平偏转角度θH(t)；所述垂直驱动信号驱动扫描镜产生垂直偏转角度θV(t)。
作为本发明更进一步的改进，当所述扫描镜静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成α夹角时，所述计算单元被配置为根据下式计算得到每个像素点n的点亮时长Δt：
当θH(t)＝±β/2时，Δt＝X，其中，X为预设常量。
作为本发明更进一步的改进，所述水平驱动信号为正弦波信号，驱动所述扫描镜产生水平偏转角度θH(t)。
作为本发明更进一步的改进，所述处理模块还包括存储单元，所述存储单元被配置为存储扫描镜的水平偏转角度θH(t)、以及所述扫描镜的水平偏转角度范围为(-β/2，+β/2)。
作为本发明更进一步的改进，所述处理模块还包括参数获取单元，所述参数获取单元被配置为获取投影画面的像素间距L、所述扫描镜到投影画面的垂直距离d，所述夹角α。
本发明的一种微机电扫描镜成像***的微机电扫描镜成像方法，其包括：
步骤一：首先扫描镜在扫描驱动信号的作用下按光栅扫描方式进行二维的角度偏转，且偏转角度为θ(t)，其中，所述扫描镜静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成夹角α，0°＜α＜90°；
步骤二：然后计算单元被配置为根据下式计算得到每个像素点n的点亮时长Δt，即计算得到光源调制信号：
L＝|d*tan[90°-α+θH(t+Δt)]-d*tan[90°-α+θH(t)]|，
其中，L为投影画面的像素间距，d为扫描镜到投影画面的垂直距离，t为时刻，θH(t)为t时刻所述扫描镜产生的水平偏转角度，θH(t)≠±β/2，其中(-β/2，+β/2)为所述扫描镜的水平偏转角度的范围；
步骤三：随后将根据光源调制信号输出的待投射画面的每个像素点n对应的光束投射到扫描镜上，再由扫描镜将上述光束反射出去形成投射画面，由此完成投射画面像素点间距的均匀性调节。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
本发明所提供的微机电扫描镜成像***，可以根据微机电扫描镜成像***倾斜投射画面的场景参数，比如，扫描镜的倾斜夹角、扫描镜到投射画面的垂直距离等，适应地调制每个像素点的出光时长，使得最终投射画面的像素间距达到预设值，从而改善上述像素点间距不均匀的情况，提高了最终的投射画面的成像质量。
附图说明
图1是微机电扫描镜成像***水平正投射画面的场景示意图；
图2是微机电扫描镜成像***水平斜投射画面的场景示意图；
图3是微机电扫描镜的水平扫描驱动信号和垂直扫描驱动信号的波形示意图；
图4是本发明提供的一种微机电扫描镜成像***的示意图；
图5是本发明提供的一种微机电扫描镜成像***水平斜投射画面的场景示意图。
示意图中的标号说明：
110、处理模块；111、计算单元；112、存储单元；113、参数获取单元；
120、电路模块；121、光源调制电路；122、扫描驱动电路；
130、光源模块；
141、微机电设备；142、扫描镜；
150、投影画面。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
如图4所示，本实施例提供了一种微机电扫描镜成像***，该***包括光源模块130、扫描镜142、电路模块120以及处理模块110，其中：电路模块120，包括光源调制电路121和扫描驱动电路122，该光源调制电路121被配置为输出光源调制信号，该扫描驱动电路122被配置为输出扫描驱动信号。
光源调制信号包括两方面，其中一方面是对像素点n色彩灰度的调制，另一方面是对像素点n点亮时长的调制，具体地本实施例是对像素点n点亮时长的调制。如图3所示，扫描驱动信号包括水平扫描驱动信号和垂直扫描驱动信号。其中，水平扫描驱动信号一般为正弦信号，其周期为T，一般来说扫描方式采用隔行扫描，因此，光源调制信号只在水平扫描驱动信号的前半个周期内点亮像素点n。垂直扫描驱动信号一般为锯齿波信号，分为显示期间和回扫期间，光源调制信号在回扫期间不点亮像素点n。
光源模块130，被配置为根据光源调制信号输出待投射画面150的每个像素点n对应的光束。图4中的光源模块130包括红R绿G蓝B的三色激光器，以及与之对应的三个二向色片P1、P2、P3，通过二向色片P1、P2、P3的波长选择性将调制好的R、G、B光束进行合束。
图4中包括具有扫描镜142的微机电设备141。其中，扫描镜142被配置为根据扫描驱动信号按光栅扫描方式(如图4中投影画面150的扫描轨迹所示)进行二维的角度偏转，并反射光源模块130输出的光束；扫描镜142静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成夹角α，0°＜α＜90°。如图2所示为扫描镜142静止时的法线与投射画面150的水平方向成夹角α的情况。
处理模块110，处理模块110包括计算单元111，该计算单元111被配置为根据上述α夹角、扫描镜142到投影画面150的垂直距离d、预设像素间距L以及预设的扫描镜142的偏转角度θ(t)，从而计算得到光源调制信号，具体地本实施例的光源调制信号包括每个像素点的点亮时长Δt；所述计算单元111被配置为根据α夹角、扫描镜142到投射画面150的距离d、预设像素间距L以及预设的所述扫描镜142的偏转角度θ(t)，计算得到每个像素点的点亮时长Δt。
可以理解，本实施例所提供的微机电扫描镜成像***，可以根据微机电扫描镜成像***倾斜投射画面的场景参数，比如，上述夹角α、扫描镜142到投影画面150的垂直距离d等，适应地调制每个像素点n的点亮时长，使得最终投射画面150的像素间距达到预设值L，从而改善上述像素点间距不均匀的情况，提高最终的投射画面150的成像质量。如图5所示，为本实施例提供的一种微机电扫描镜成像***水平斜投射画面的场景示意图，相比于图2的情况，采用本实施例的方案，倾斜投射画面的像素间距均匀性有了明显好转。
扫描镜142的水平驱动信号驱动该扫描镜142产生水平偏转角度θH(t)，这里的水平偏转角度θH(t)可以理解为扫描镜142转动过程中的法线与其静止时的法线所成的水平方向夹角，即表示为t时刻扫描镜142的法线与其静止时的法线所成的水平方向夹角；扫描镜142的垂直驱动信号驱动该扫描镜142产生垂直偏转角度θV(t)；扫描镜142的水平偏转角度范围为[-β/2，+β/2]，因此，θH(t)≠±β/2即为水平扫描非端点的过程；θH(t)＝±β/2即为水平扫描正好到端点的角度，以上参数水平偏转角度θH(t)、水平偏转角度范围为[-β/2，+β/2]，是上述微机电扫描镜成像***出厂设置的，预先储存于处理模块110的存储单元112中。
如图2所示，为微机电扫描镜成像***水平斜投射画面的场景示意图。因此可由用户将斜投的具体场景参数，如扫描镜142静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成夹角α、扫描镜142到投影画面150的垂直距离d、以及预设的投影画面150的像素间距L(即为像素间距L)，输入到该处理模块110中，该处理模块110可以包括参数获取单元113，该参数获取单元113被配置为获取用户所输入的投影画面150的像素间距L、扫描镜142到投影画面150的垂直距离d，以及上述夹角α。
在θH(t)≠±β/2的情况下，计算单元111被配置为根据下式计算得到每个像素点n的点亮时长Δt：
L＝|d*tan[90°-α+θH(t+Δt)]-d*tan[90°-α+θH(t)]|，
其中，t为时刻，θH(t)为t时刻所述扫描镜142产生的水平偏转角度，在其他参数都已知的情况下，可以得到每个时刻t所对应的像素点n的点亮时长Δt。
当θH(t)＝±β/2时，计算得到每个像素点n的点亮时长Δt＝X，其中，X为预设常量，即扫描镜142水平扫描到端点时，其对应像素点n的点亮时长可以为一个固定值，这对投射画面150的像素间距的均匀性影响不大。这个X的具体值可由本领域技术人员根据具体情况进行出场设置，这里不再赘述。
本实施例的一种微机电扫描镜成像***的微机电扫描镜成像方法，其包括：
步骤一：首先扫描镜142在扫描驱动信号的作用下按光栅扫描方式进行二维的角度偏转，且偏转角度为θ(t)，其中，所述扫描镜142静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成夹角α，0°＜α＜90°；
步骤二：然后计算单元111根据α夹角、扫描镜142到投射画面150的距离d、预设像素间距L以及预设的扫描镜142的偏转角度θ(t)计算得到光源调制信号；
步骤三：随后将根据光源调制信号输出的待投射画面150的每个像素点n对应的光束投射到扫描镜142上，再由扫描镜142将上述光束反射出去形成投射画面150，由此完成投射画面150像素点间距的均匀性调节。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种微机电扫描镜成像***，其特征在于，包括：
电路模块(120)，其包括光源调制电路(121)和扫描驱动电路(122)，所述光源调制电路(121)被配置为输出光源调制信号；所示扫描驱动电路(122)被配置为输出扫描驱动信号；
光源模块(130)，被配置为根据光源调制信号输出待投射画面(150)的每个像素点n对应的光束；
扫描镜(142)，被配置为根据扫描驱动信号按光栅扫描方式进行二维的角度偏转，并反射所述光源模块(130)输出的光束；所述扫描镜(142)静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成夹角α，其中，0°＜α＜90°；
处理模块(110)，所述处理模块(110)包括计算单元(111)，其中，上述光源调制信号包括每个像素点n的点亮时长Δt；所述计算单元(111)被配置为根据下式计算得到每个像素点n的点亮时长Δt：
L＝|d*tan[90°-α+θH(t+Δt)]-d*tan[90°-α+θH(t)]|，
其中，L为投影画面(150)的像素间距，d为扫描镜(142)到投影画面的垂直距离，t为时刻，θH(t)为t时刻所述扫描镜(142)产生的水平偏转角度，θH(t)≠±β/2，其中(-β/2，+β/2)为所述扫描镜(142)的水平偏转角度的范围。
2.根据权利要求1所述的一种微机电扫描镜成像***，其特征在于，所述扫描驱动信号包括水平驱动信号和垂直驱动信号，其中，所述水平驱动信号驱动扫描镜(142)产生水平偏转角度θH(t)；所述垂直驱动信号驱动扫描镜(142)产生垂直偏转角度θV(t)。
3.根据权利要求2所述的一种微机电扫描镜成像***，其特征在于，当所述扫描镜(142)静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成α夹角时，所述计算单元(111)被配置为根据下式计算得到每个像素点n的点亮时长Δt：
当θH(t)＝±β/2时，Δt＝X，其中，X为预设常量。
4.根据权利要求1或3所述的一种微机电扫描镜成像***，其特征在于，所述水平驱动信号为正弦波信号，驱动所述扫描镜(142)产生水平偏转角度θH(t)。
5.根据权利要求1所述的一种微机电扫描镜成像***，其特征在于，所述处理模块(110)还包括存储单元(112)，所述存储单元(112)被配置为存储扫描镜(142)的水平偏转角度θH(t)、以及所述扫描镜(142)的水平偏转角度范围为(-β/2，+β/2)。
6.根据权利要求1或3所述的一种微机电扫描镜成像***，其特征在于，所述处理模块(110)还包括参数获取单元(113)，所述参数获取单元(113)被配置为获取投影画面的像素间距L、所述扫描镜(142)到投影画面(150)的垂直距离d，所述夹角α。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的一种微机电扫描镜成像***的微机电扫描镜成像方法，其特征在于，其包括：
步骤一：首先扫描镜(142)在扫描驱动信号的作用下按光栅扫描方式进行二维的角度偏转，且偏转角度为θ(t)，其中，所述扫描镜(142)静止时的法线与光栅扫描方式的快轴扫描方向成夹角α，0°＜α＜90°；
步骤二：然后计算单元(111)被配置为根据下式计算得到每个像素点n的点亮时长Δt，即计算得到光源调制信号：
L＝|d*tan[90°-α+θH(t+Δt)]-d*tan[90°-α+θH(t)]|，
其中，L为投影画面(150)的像素间距，d为扫描镜(142)到投影画面的垂直距离，t为时刻，θH(t)为t时刻所述扫描镜(142)产生的水平偏转角度，θH(t)≠±β/2，其中(-β/2，+β/2)为所述扫描镜(142)的水平偏转角度的范围；
步骤三：随后将根据光源调制信号输出的待投射画面(150)的每个像素点n对应的光束投射到扫描镜(142)上，再由扫描镜(142)将上述光束反射出去形成投射画面(150)，由此完成投射画面(150)像素点间距的均匀性调节。
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