KR102539630B1 - 동적 위상 오프셋을 이용한 공진 시스템 여기 전력 감축 - Google Patents

동적 위상 오프셋을 이용한 공진 시스템 여기 전력 감축 Download PDF

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Abstract

공진 시스템용 구동회로(170)는 진폭(513) 및 위상을 갖는 여기 신호(173)를 제공한다. 공진 시스템은 발진 진폭을 나타내는 피드백 신호(175)를 제공한다. 여기 신호의 진폭은 여기 신호 위상을 수정함으로써 실질적으로 일정한 피드백 신호 진폭에 대해 감축된다.

Description

동적 위상 오프셋을 이용한 공진 시스템 여기 전력 감축
공진 시스템은 친숙한 설계 과제를 제시한다. 공진 모드(resonant mode)의 피크(peak)에서 공진 시스템을 제어하려고 할 때, 피드백 제어 회로는 일반적으로 시스템이 특정 주파수에서 공진을 유지하기 위한 시도에서 여기 신호(excitation signal)를 생성하기 위해 사용된다. 피드백 제어 회로(feedback control circuit) 내의 구성 요소는 설계 상의 어려움을 증가시키는 다양한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 구성 요소는 시간, 수명 및 온도에 따라 표류(drift)하는 특성을 가질 수도 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터(scanning laser projector)를 도시하고;
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 거울을 갖는 마이크로전자기계 시스템(microelectromechanical system: MEMS) 장치의 평면도를 도시하고;
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피드백 신호 진폭 대 여기 신호 주파수의 플롯(plot)을 도시하고;
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 일정한 진폭 피드백 신호에 대한 위상 오프셋(phase offset)의 함수로서의 여기 신호 진폭의 플롯을 도시하고;
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구동 회로 및 공진 MEMS 장치를 도시하고;
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구배 하강 퀘적(gradient descent trajectory)을 도시하고;
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구동 진폭 감축 회로의 블록도를 도시하고;
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 프로세서 회로를 도시하고;
도 9 및 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시하고;
도 11 및 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 5의 구동 회로의 동작의 플롯을 도시하고;
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구동 회로 및 공진 설비를 도시하고;
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이동 장치의 블록도를 도시하고;
도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이동 장치를 도시하고;
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 헤드-업 디스플레이 시스템(head-up display system)을 도시하고;
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안경을 도시하고; 및
도 18 및 도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치를 도시한다.
다음의 상세한 설명에서는, 본 발명을 실시할 수도 있는 특정 실시예들을 도해하여 보인 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예들은 당업자가 본 발명을 실시하는 것이 가능하도록 충분히 상세하게 설명한다. 본 발명의 다양한 실시예들은 상이하지만, 반드시 상호 배타적인 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일 실시예와 관련하여 본 명세서에 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 기타 실시예에서 구현될 수도 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예에서 개별 요소의 위치 또는 배열은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 수정될 수도 있음을 이해해야 한다. 그러므로, 이하의 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 범위는 청구범위가 부여되는 등가물의 전체 범위에 따라 적절하게 해석되는 첨부된 청구범위에 의해서만 정의된다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 여러 도면에서 동일하거나 유사한 기능을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 주사 레이저 프로젝터를 도시한다. 주사 레이저 프로젝터(100)는 이미지 프로세싱 구성 요소(102), 적색 레이저 모듈(laser module)(110), 녹색 레이저 모듈(120) 및 청색 레이저 모듈(130)을 포함한다. 레이저 모듈로부터의 광은 다이크로익(dichroic)(103, 105 및 107)으로 합성된다. 주사 레이저 프로젝터(100)는 또한 절첩 거울(fold mirror)(150), 구동 회로(170) 및 주사 거울(116)을 갖는 MEMS 장치(114)를 포함한다.
동작시, 이미지 프로세싱 구성 요소(102)는 2차원 보간 알고리즘을 사용하여 101에서 비디오 콘텐츠를 처리하여, 출력 픽셀(pixel)이 디스플레이될 각각의 주사 위치에 대한 적절한 공간 이미지 콘텐츠를 결정한다. 이 콘텐츠는 그 다음 레이저의 출력 강도가 입력 이미지 콘텐츠와 일치하도록 적색, 녹색 및 청색 레이저 소스(source) 각각에 대해 명령된 전류로 맵(map)된다. 일부 실시예에서, 이 프로세스는 150 MHz를 초과하는 출력 픽셀 속도(output pixel rates)로 발생한다.
그 다음, 레이저 빔은 초고속 짐벌(gimbal) 장착 2차원 2축 레이저 주사 거울(116) 상으로 지향된다. 일부 실시예에서, 이 2축 주사 거울은 MEMS 프로세스를 사용하여 실리콘으로 제조된다. 수직 회전축은 준-정적(quasi-static)으로 작동하며 수직 톱니형 라스터 궤도(raster trajectory)를 만든다. 수직축은 저속-주사축이라고도 한다. 수평축은 주사 거울의 공진 진동 모드에서 작동한다. 일부 실시예에서, MEMS 장치는 MEMS 다이(die)를 포함하는 극소형 어셈블리 및 영구 자석 및 전기 인터페이스(interface)를 포함하는 소형 서브 어셈블리(subassembly)를 사용하여 달성되는 전자기 작동을 사용하지만, 다양한 실시예들이 이러한 관점에서 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예는 정전기 또는 압전 작동을 채용한다. 임의 유형의 거울 작동이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 채용될 수도 있다. 수평 공진축은 고속-주사축이라고도 한다.
일부 실시예에서, 라스터 주사(182)는 수평축 상의 정현파 성분 및 수직축 상의 톱니파 성분을 결합함으로써 형성된다. 이들 실시예에서, 출력 빔(117)은 정현파 패턴에서 전후 좌우로 왕복하고, 플라이백(flyback)(하부에서 상단으로)하는 동안 디스플레이가 소거(blank)되는 톱니형 패턴에서 수직(상부에서 하부로)으로 스위프(sweep)한다. 도 1은 빔이 수직으로 위에서 아래로 스위프할 때의 정현파 패턴을 보여 주지만 아래에서 위로의 플라이백을 보여주지 않는다. 기타 실시예에서, 수직 스위프는 플라이백이 존재하지 않도록 삼각파로 제어된다. 또 기타 실시예에서, 수직 스위프는 정현파이다. 본 발명의 다양한 실시예는 수직 및 수평 스위프 또는 그 결과로 나오는 라스터 패턴을 제어하기 위해 사용되는 파형에 의해 제한되지 않는다.
거울 구동 회로(170)는 노드(173) 상의 MEMS 장치(114)에 구동 신호를 제공한다. 구동 신호는 고속-주사축 상의 주사 거울(116)의 공진 각 운동을 제어하도록 여기 신호를 포함하고, 또한 저속-주사축 상에 편향을 유발하도록 저속-주사 구동 신호를 포함한다. 고속 및 저속-주사축 모두에서 결과로 나오는 거울 편향은 출력 빔(117)이 시야(180) 내에 라스터 주사(182)를 생성하게 한다. 동작 시, 레이저 광원은 각각의 출력 픽셀에 대해 광 펄스를 생성하고, 주사 거울(116)은 빔(117)이 라스터 패턴을 가로지를 때 광 펄스를 반사한다.
거울 구동 회로(170)는 또한 노드(175) 상의 MEMS 장치(114)로부터 피드백 신호를 수신한다. 노드(175) 상의 피드백 신호는 공진 주파수에서 발진할 때 고속-주사축 상의 주사 거울(116)에 관한 정보를 제공한다. 일부 실시예에서, 피드백 신호는 거울의 순시 각도 위치를 설명하고, 또한 기타 실시예에서, 피드백 신호는 거울의 최대 편향각을 설명하며, 또한 본 명세서에서는 피드백 신호의 진폭으로서 칭한다.
동작 중에, 구동 회로(170)는 피드백 신호의 진폭이 일정하도록 주사 거울(116)의 공진 동작을 여기시킨다. 이는 라스터 주사(182)에 도시된 바와 같이 고속-주사축 상에 일정한 최대 각도 편향을 제공한다.
후술되는 바와 같이, 주사 거울(116)의 공진 운동을 여기시키기 위해 사용되는 여기 신호는 진폭 및 위상을 포함한다. 구동 회로(170)는 피드백 신호 진폭을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 여기 신호 진폭을 수정하는 제1 피드백 회로를 포함한다. 구동 회로(170)는 또한 실질적으로 일정한 피드백 진폭을 제공하면서 여기 신호 진폭을 감축하기 위해 여기 신호 진폭의 함수로서 여기 신호 위상을 수정하는 제2 피드백 루프를 포함한다.
구동 회로(170)는 하드웨어, 프로그램 가능한 프로세서, 또는 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 구동 회로(170)는 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit: ASIC)로 구현된다. 또한, 일부 실시예에서, 고속 데이터 경로 제어의 일부는 ASIC에서 수행되고, 전체 제어는 소프트웨어 프로그램 가능 마이크로프로세서에 의해 제공된다. 구동회로 구현의 예는 이하에서 더 설명된다.
비록 적색, 녹색 및 청색 레이저 광원이 도 1에 도시되어 있지만, 본 발명의 다양한 실시예는 레이저 광원에 의해 방출되는 광의 파장에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 가시광 대신에 또는 가시광 이외에 비가시광(예, 적외선 광)이 방출된다.
도 2는 주사 거울을 갖는 MEMS장치의 평면도이다. MEMS 장치(114)는 고정 플랫폼(202), 주사 플랫폼(240) 및 주사 거울(116)을 포함한다. 주사 플랫폼(240)은 만곡부(flexure)(210, 212)에 의해 고정 플랫폼(202)에 결합되고, 주사 거울(116)은 만곡부(220, 222)에 의해 주사 플랫폼(240)에 결합된다. 주사 플랫폼(240)은 구동 회로(170)(도 1)로부터 노드(173) 상에 제공된 구동 신호에 의해 구동되는 구동 라인(250)에 연결된 구동 코일을 갖는다. 구동 신호는 고속-주사축 상에서 주사 거울(116)의 공진 운동을 여기 하기 위한 여기 신호를 포함하고, 또한 저속-주사축 상에서 주사 플랫폼(240)의 비 공진 동작을 일으키는 저속-주사 구동 신호를 포함한다. 구동 라인(250)으로 구동되는 전류는 구동 코일 내에 전류를 생성한다.
동작 시, 외부 자기장 소스(도시 않됨)는 구동 코일 상에 자기장을 부과한다. 외부 자기장 소스에 의해 구동 코일 상에 부과된 자기장은 코일의 평면 내 성분을 가지며, 2개의 구동 축에 대해 비 직교 방향으로 배향된다. 코일 권선의 면내 전류는 면내 자기장과 상호 작용하여 도체 상에 평면 외 로렌츠 힘을 발생시킨다. 구동 전류는 주사 플랫폼(240) 상에 루프를 형성하기 때문에, 전류가 주사축을 가로질러 부호를 반전한다. 이것은 로렌츠 힘이 주사축을 가로 질러 부호를 반전시키고, 결국에는 자기장의 평면과 자기장에 수직인 토크를 발생시키는 것을 의미한다. 이 합성된 토크는 토크의 주파수 콘텐츠에 따라 두 주사 방향으로 응답을 생성한다.
만곡부(210, 212)의 장축은 선회축을 형성한다. 만곡부(210, 212)는 비틀리는 휨을 견디는 가요성 부재로서, 주사 플랫폼(240)이 선회축 상에서 회전할 수도 있게 허용하고 고정 플랫폼(202)에 대해 각도 변위를 갖는다. 만곡부(210,212)는 도 2에 도시된 바와 같이 비틀리는 실시예들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 만곡부(210, 212)는 "S"자 모양 또는 기타 구불구불한 모양의 원호와 같은 기타 모양을 취한다. 본 명세서에서 사용되는 "만곡부"라는 용어는 주사 플랫폼을 기타 플랫폼(주사 또는 고정)에 결합하고 주사 플랫폼이 기타 플랫폼에 대해 각도 변위를 갖도록 허용하는 움직임이 가능한 임의의 가요성 부재를 지칭한다.
주사 거울(116)은 만곡부(220, 222)에 의해 형성된 제1 축 상에서 선회하고, 만곡부(210, 212)에 의해 형성된 제2 축 상에서 선회한다. 제1 축은 본 명세서에서 수평 축 또는 고속-주사축으로 지칭되고 제2 축은 수직 축 또는 저속-주사축으로 지칭된다. 수직 및 수평 간의 구별은 다소 임의적이다. 왜냐하면 투영 장치의 회전은 2개의 축을 회전시킬 것이기 때문이다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예들은 "수평" 및 "수직"이라는 용어에 의해 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 주사 거울(116)은 수평축 상의 기계적 공진 주파수에서 주사하여 결국 정현파 수평 스위프를 발생시킨다. 또한, 일부 실시예에서, 주사 거울(116)은 비 공진 주파수에서 수직으로 주사하기 때문에, 수직 주사 주파수는 독립적으로 제어될 수 있다.
MEMS 장치(114)는 또한 하나 이상의 집적된 압전 저항 위치 센서를 취합한다. 압전 저항 센서(280)는 주사 플랫폼(240)에 대한 거울(116)의 변위를 나타내는 전압을 생성하고, 이 전압은 노드(175)(도 1) 상에 피드백 신호로서 제공된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 위치 센서는 본 발명을 제한하지 않지만, 하나의 주사축 상에 제공된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, MEMS 장치(114)는 두 축을 위한 위치 센서를 포함한다.
도 2에 도시된 특정 MEMS 장치의 실시예는 일례로서 제공되며, 본 발명의 다양한 실시예들은 이 특정 구현에 한정되지 않는다. 예를 들어, 라스터 패턴으로 광 빔을 반사시키도록 2차원으로 스위핑할 수도 있는 임의의 주사 거울이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 취합될 수도 있다. 또한, 예를 들어 주사 거울(예, 2개의 거울: 각 축에 하나씩)의 임의의 조합이 광 빔을 라스터 패턴으로 반사하는데 이용될 수도 있다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 임의 유형의 거울 구동 기구가 이용될 수도 있다. 예를 들어, MEMS 장치(114)는 정적 자기장을 갖는 이동 플랫폼 상의 구동 코일을 사용하며, 기타 실시예는 고정된 플랫폼 상에 구동 코일을 갖는 이동 플랫폼 상의 자석을 포함할 수도 있다. 또한, 거울 구동 기구는 정전 구동 기구를 포함할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 피드백 신호 진폭 대 여기 신호 주파수의 플롯을 도시한다. 도 3에 도시된 플롯은 여기 신호 주파수의 함수로서 MEMS 장치(114)의 압전 저항 센서(piezoresistive sensor)(280)에 의해 제공되는 피크 검출 전압을 나타낸다. 320에서의 큰 진폭은 주사 거울(116)이 원하는 운동축을 중심으로 앞뒤로 각을 이루어서 진동하는 MEMS 장치(114)의 우세한 공진 모드를 나타낸다. 일부 실시예에서, 이 공진 모드는 고속-주사축에 대한 수평 운동에 해당한다.
더 상세히 후술되는 바와 같이, 구동 회로(170)는 여기 신호 주파수를 모드(320)와 같은 특정 공진 모드의 주파수로 고정시키는 디지털 위상 고정 루프(PLL)를 사용하여 MEMS 장치(114)의 공진 동작을 여기시킨다.
일부 실시예에서, MEMS 장치(114)의 공진 응답은 여기 신호의 주파수에 민감할 뿐만 아니라 여기 신호의 위상에도 민감하다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 실질적으로 일정한 진폭 피드백으로 최적화되지 않은 위상값에 대해 여기 신호 진폭이 증가할 수도 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 위상의 함수로서의 공진 피크는 매우 날카로울 수도 있다. 여기 신호의 위상이 약간만 변형되어도 여기 신호 진폭이 변형될 수 있고, 그 결과 공진 MEMS의 효율이 50% 내지 80% 이상 떨어질 수 있다. 여기 신호의 파워가 이렇게 증가되면 구동 코일에서 국부적인 가열을 야기할 수 있으며, 이는 공진 모드의 주파수를 시프트시키고 효율을 더욱 감축함으로써 문제를 악화시킬 수도 있다.
도면을 참조하여 후술하는 바와 같이, 구동회로(170)는 피드백 신호 진폭을 실질적으로 일정하게 유지하면서 여기 신호 진폭을 감축하기 위해 여기 신호 위상을 적응적으로(adaptively) 수정하는 구동 진폭 감축 회로를 포함한다. 예를 들어, 구동 진폭 감축 회로는 시작 위상값 ΘSTART로부터 근사 최적 위상값 ΘOPT로 여기 신호 위상을 조정할 수도 있다. 근사 최적 위상값(near optimum phase value)은 실질적으로 일정한 피드백 신호 진폭을 여전히 유지하면서 최소 여기 신호 진폭을 허용하는 위상값으로서 결정된다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구동 회로 및 공진 MEMS 장치를 도시한다. 구동 회로(170) 및 공진 MEMS 장치는 주사 레이저 프로젝터(100)(도 1)의 일부로서 도시된 것과 동일한 장치에 해당한다.
공진 MEMS 장치(114)는 입력 포트(542) 및 출력 포트(544)를 포함한다. 입력 포트(542)는 노드(173) 상의 구동 신호를 수신하도록 결합되고, 출력 포트(544)는 노드(175) 상의 피드백 신호를 제공하도록 결합된다. 입력 포트(542) 및 출력 포트(544)는 MEMS 장치(114)(도 2) 상의 신호 패드에 해당한다.
구동 회로(170)는 다중 피드백 루프를 형성하는 회로 및 노드(175) 상의 피드백 신호의 진폭이 실질적으로 일정하게 유지되도록 공진 MEMS 장치(114)를 여기시키는 제어기를 포함한다. 일부 실시예에서, 이것은 공진 MEMS 장치(114)의 일정 발진 진폭에 해당한다.
구동 회로(170)는 자동 이득 제어(AGC) 회로(512), 위상 검출기(PD)(514), 위상 고정 루프(PLL)(516), 합산기(518, 522), 정현파 발생기(524), 승산기(526), 합산기(527), 구동 경로 구성 요소(528) 및 구동 진폭 감축 회로(520)를 포함한다.
노드(173) 상의 구동 신호의 일부인 여기 신호는 진폭 및 위상을 갖는 합성된 톤의 형태이고 정현파의 표준 형태로 표현될 수 있다:
Figure 112017115251973-pct00001
여기서 x(t)는 여기 신호, A는 여기 신호의 진폭, f는 주파수, 그리고 φ는 여기 신호의 위상이다.
여기 신호의 주파수(f)는 위상 누산기를 조정하여 디지털 PLL에 의해 제어됨으로써 공진 MEMS 장치 피드백의 제로 크로싱(zero crossing)(hsync) 타이밍과 일치한다. 제1 피드백 루프는 시스템의 하나 이상의 기타 루프보다 훨씬 더 고속으로 실행되므로 임의의 동시적으로 더 저속 실행하는 루프의 관점에서 순시적으로 로크되는 것으로 고려될 수 있다.
노드(513) 상의 여기 신호 진폭은 피드백으로부터의 피크 검출 정보를 이용하여 최대 거울 편향 세트포인트를 만족시키는 자동 이득 제어(AGC) 루프에 의해 제어된다. 제2 피드백 루프는 통상적으로 제1 피드백 루프보다 저속으로 동작하고, 일부 실시예에서는 제1 피드백 루프보다 1 또는 2 차수 더 저속으로 동작한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제1 피드백 루프는 약 30KHz에서 동작할 수도 있고, 제2 피드백 루프는 약 400Hz에서 동작할 수도 있다. 동작 시, AGC(512)는 노드(513) 상의 여기 신호 진폭을 설정하고, 승산기(526)는 그 진폭을 정현파 발생기(524)로부터의 정규화된 정현파 출력에 인가하여 여기 신호를 생성한다.
여기 신호의 순시 위상 φ는 합산기(518, 522)를 사용하여 제어(오프셋) 된다. 합산기(518)는 정적 위상 오프셋을 더하고, 합산기(522)는 동적 오프셋(dynamic offset)을 합산한다. 동적 오프셋은 구동 진폭 감축 회로(520)에 의해 제공된다. 구동 진폭 감축 회로(520)는, 도 4에 도시된 바와 같이 여기 신호의 진폭을 감축하도록 여기 신호 위상을 수정하는 기능을 한다. 이는 이하에 더 상세히 설명한다.
동작 시, 구동 회로(170)는 공진 MEMS 장치(114)로부터 노드(175) 상의 피드백 신호를 수신한다. 일부 실시예에서, 피드백 신호는 주사 거울(116)의 순시 각도 변위를 나타내며, 기타 실시예에서, 피드백 신호는 주사 거울(116)의 발진 진폭(최대 각도 범위) 및 위상 정보를 부여하는 동기(또는 제로 크로싱) 신호를 나타낸다. 피드백 신호는 AGC(512) 및 PD(514)에 제공된다.
AGC(512)는 피드백 신호의 진폭을 피드백 진폭 세트포인트(setpoint)(536)와 비교한다. 피드백 진폭 세트포인트(536)는 공진 MEMS 장치(114)의 공진 동작의 원하는 일정 진폭값을 나타낸다. 일부 실시예에서, AGC(512)는 그 값을 피드백 진폭 세트포인트와 비교하기 전에 피드백 신호의 최대 진폭을 결정하기 위한 피크 검출기를 포함한다.
피드백 신호와 세트포인트 간의 비교에 응답하여, AGC(512)는 노드(513) 상에 여기 신호 진폭을 생성한다. 일반적으로, 피드백 신호가 세트포인트보다 작은 진폭을 가질 때, AGC(512)는 여기 신호 진폭을 증가시키고, 피드백 신호가 세트포인트보다 큰 진폭을 가질 때, AGC(512)는 여기 신호 진폭을 감축한다. 이 진폭 피드백 루프의 대역폭은 충분히 크고, 또한 여기 신호 진폭 스텝 사이즈는 충분히 작아서, 노드(175)의 피드백 신호의 진폭을 실질적으로 일정하게 유지한다.
일부 실시예에서, PD(514)는 피드백 신호에 제공된 제로 크로싱 정보와 PLL(516)에 의해 생성된 노드(517) 상의 위상값 간의 위상 차를 측정한다. 이것은 시스템이 공진 MEMS 장치(114)가 동작하고 있는 공진 주파수를 추적할 수 있게 허용한다.
PLL(516)은 매 클럭 주기마다 변하는 위상값 ΘPLL을 합성한다. 일부 실시예에서, PLL(516)은 각 클럭 사이클에 대한 위상 증가분을 합산하여 ΘPLL을 생성하는 위상 누산기(도시 안됨)를 포함한다. 이 위상값의 변화율은 여기 신호의 주파수를 설정한다. ΘPLL의 변화율은 공진 MEMS 장치(114)의 공진 모드의 주파수를 추적하기 위해 PD(514)의 출력에 기초하여 수정된다.
합산기(518)는 PLL(516)로부터 출력된 위상 ΘPLL에 정적 위상 오프셋 Θ0을 합산한다. 합산기(518)의 출력은 노드(519) 상에 제공된다. 일부 실시예에서 정적 위상 오프셋은 시스템을 제조 또는 교정하는 동안 결정되며 한번 수행된다. 예를 들어, 구동 경로 구성 요소(528)는 필터, 증폭기, 및 여기 신호에 위상 지연을 부여하는 기타 회로 구성 요소를 포함할 수도 있다. 이러한 위상 지연은 정적으로 특성화될 수 있으며 정적 위상 오프셋은 시스템에서 이러한 위상 지연 및 기타 위상 지연의 영향을 상쇄하기 위해 사용될 수도 있다.
합산기(522)는 합산기(518)의 출력에 동적 위상 오프셋 θD를 합산한다. 동적 위상 오프셋은 구동 진폭 감축 회로(520)에 의해 노드(521) 상에 제공된다. 구동 진폭 감축 회로(520)는 노드(513) 상의 여기 신호 진폭값을 수신하고, 여기 신호 진폭을 감축하도록 노드(521) 상의 동적 위상 오프셋을 수정한다. 구동 진폭 감축 회로(520)는 이하에서 보다 상세하게 설명된다.
합산기(522)는 노드(523) 상에 PLL 출력 위상, 정적 위상 오프셋 및 동적 위상 오프셋의 합을 출력한다. 이 위상값 ΘE는 정현파 발생기(524)에 입력되어 순시 위상 ΘE를 갖는 정현 곡선을 생성한다. 일부 실시예에서, 정현파 발생기(524)는 본 발명을 제한하지 않지만, CORDIC 알고리즘을 구현한다. 예를 들어, 룩업 테이블(look up table)은 위상값을 sin 값에 매핑하기 위해 사용될 수도 있다. 그 결과는 단위 진폭 여기 신호 sin(ΘE)이며, 이는 상기 식(1)의 정현 곡선에 해당하며 정규화된 진폭을 갖는다.
승산기(526)는 여기 신호 진폭을 단위 진폭 여기 신호와 곱하여 진폭 및 위상을 갖는 디지털 여기 신호를 생성한다. 이 디지털 여기 신호는 합산기(527)에 의해 저속-주사 구동 신호와 합해지고, 그 결과가 구동 경로 구성 요소(528)에 제공되어 노드(173) 상에 최종 아날로그 구동 신호를 생성한다. 최종 아날로그 구동 신호는 거울을 편향시키기 위해 사용되는 저속-주사 구동 신호뿐만 아니라 공진 MEMS 장치(114)를 공진 운동시키는 여기 신호를 포함한다. 구동 경로 구성 요소(528)는 디지털-아날로그 변환기(DAC), 필터, 증폭기 등을 포함하는 임의의 적합한 구성 요소들을 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 구동 진폭 감축 회로(520)는 구배 하강 알고리즘을 구현한다. 임의의 미분가능한 볼록 함수 f(x)와 일부 초기점(x0)이 주어질 때, x0에서 평가된 f(x)의 음의 기울기 방향으로 스텝이 만들어지면 f(x)가 min(f(x)) 방향으로 최고속으로 감축하는 것으로 나타낼 수 있다. 구배 하강 궤적의 한 예를 도 6에 도시한다.
이산 알고리즘에 적용하면, 구배 궤적을 따라 구배가 0인 함수 최소값에 수렴하도록 여러 스텝들(스텝 사이즈 팩터 μ에 의해 제한된다)에 걸쳐 반복할 수 있다. 적응 스텝의 식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112017115251973-pct00002
전술한 바와 같이, 구배 하강 알고리즘은 최소화될 함수의 미분(구배) 계산에 의존한다. 이것은 함수의 방정식이 알려진 경우 수학적으로 간단하며 야코비안 행렬(Jacobian matrix)(점에 대해 유도된 편미분)에서 업데이트(update)를 계산하여 비선형 함수에서도 수행될 수도 있다.
그러나 알려지지 않은 부분적으로 관측 가능한 함수가 주어지면, 이것은 별로 단순하지 않게 된다. 시스템 식별 노력과 함께 사용될 때, 구배 하강 방법론은 여전히 특수 유형의 적응형 제어기의 형태로 사용될 수 있다.
적응형 구배 하강 제어기의 1차원 사례는 다음과 같은 최소 스텝 사이즈를 사용하여 설명될 수 있다. 최소 업데이트 스텝 사이즈(ΔxMIN)는 감지된 값이 시스템의 노이즈 플로어(noise floor)를 상회하는 것으로 정의된다. 최소 스텝 사이즈를 사용하면 구배 하강이 완전히 0으로 수렴하지 않고 오히려 0 주위에서 약간 진동한다.
초기 상태가 주어지면 독립 변수(액추에이터)를 통해 시스템에 약간의 섭동(perturbation)이 발생한다. 이 스텝은 최소 스텝 사이즈 이상이다.
종속 변수가 읽혀지고(센서) 그 값이 이전 상태와 비교된다. 그 차이(시간 스텝과 섭동 크기로 선택적으로 정규화됨)는 구배 하강 업데이트 계산을 위한 편미분 항(δFx)으로 쓰인다.
미분의 부호를 보존하도록 주의해서, 수정된 구배 하강 방정식에 따라 별개의 업데이트 스텝이 적용된다.
Figure 112017115251973-pct00003
추가 동작 스텝들은, 알고리즘이 0 미분 주위에서 작은 진동의 형태로 의사 정상 상태의 솔루션에 수렴할 때까지 계속된다. 스텝들이 항상 취해지기 때문에(≥ΔxMIN ), 편미분 항은 연속적으로 업데이트되어, 알고리즘이 해결되는 글로벌 최소값에 대한 임의 시간 변화를 적응적으로 추적하도록 허용한다. 부분적인 노이즈 내성을 제공하도록 최대 스텝 사이즈(ΔxMAX)를 사용할 수도 있음을 주목해야 한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구동 진폭 감축 회로의 블록도를 도시한다. 구동 진폭 감축 회로(700)는 구동 진폭 감축 회로(520)(도 5)를 구현하기 위해 사용될 수도 있다. 구동 진폭 감축 회로(700)는 적분기(702), 지연 스테이지(704, 714), 합산기(706, 712), 승산기(708) 및 비교기(710)를 포함한다. 전체적으로, 구동 진폭 감축 회로(700)의 구성 요소들은 방정식(3)을 참조하여 전술한 바와 같은, 미지의 부분 관찰 가능한 함수로 1차원 구배 하강 알고리즘을 구현한다.
동작 시, 적분기(702)는 다수의 여기 신호 진폭 샘플들을 평균화한다. 지연 스테이지(704)는 적분기(702)의 이전 출력을 출력하고, 합산기(706)는 양자 간의 차이를 취한다. 이 차이는 구배 하강 업데이트 계산에서 편미분 항(δFx)의 프록시(proxy)로서 역할을 한다. 승산기(708)는 편미분 항에 이득값 μ를 적용한 다음, 비교기(710)는 ΔxMIN 및 μδFx 의 절대값을 비교하여 그 중 큰 값을 업데이트로서 적용될 것으로 선택한다. 합산기(712)는 이전의 동적 위상값을 업데이트 값과 합산하는데, 이 값이 지연 스테이지(714)에 의해 저장되고 노드(521) 상에 제공되는 새로운 동적 위상값이다.
일부 실시예들은 적분기(702)를 생략하고 평균화가 수행되지 않는다. 기타 실시예들에서, 적분기(702)에 의해 평균화된 샘플들의 수는 동적이다. 예를 들어,큰 위상 오차가 가정되는 시스템 시동 시, 평균화가 거의 또는 전혀 수행되지 않고, 노이즈가 많은 샘플이 업데이트 계산에 사용된다. 위상 업데이트가 안정화된 후에는 노이즈를 줄이기 위해 더 많은 평균화를 수행할 수도 있다.
유사하게, 일부 실시예들에서, 이득값 μ는 1로 설정되고, 기타 실시예들에서는 그것은 동적일 수 있다. 예를 들어, 큰 위상 오차가 가정되는 시스템 시동 시 에는, 위상 업데이트가 안정화될 때까지 위상 업데이트값이 커지도록 큰 이득값을 사용할 수 있고, 이 시점에서 최종적으로 ΔxMIN으로 안정되도록, 보다 작은 스텝사이즈를 갖게하기 위해 이득을 감축할 수 있다.
일부 실시예에서, 구동 진폭 샘플 및 위상 제어기 업데이트는 프레임 속도(frame rate)(전형적으로 50 또는 60Hz)에서 활성 비디오 라인의 종단에서 수행된다. 기타 실시예에서, 위상 제어기 업데이트는 덜 빈번하게 수행된다. 예를 들어, 구동 진폭 샘플의 수(NAVG)가 평균화될 수도 있고, 위상 제어기 업데이트가 모든 NAVG 샘플에서만 수행될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 프로세서 회로의 블록도를 도시한다. 프로세서 회로(800)는 구동 진폭 감축 회로(520)를 구현할 수도 있다. 프로세서 회로(800)는 프로세서(810), 메모리(820) 및 레지스터(812, 822)를 포함한다. 메모리(820)는 명령들을 저장하는 비 일시적인 컴퓨터 판독 가능 매체를 나타낸다. 명령들이 프로세서(810)에 의해 실행될 때, 구동 진폭 감축 동작이 수행된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 구배 하강 동작은 프로세서(810)가 메모리(820)에 저장된 명령을 실행할 때 수행된다. 동작시, 레지스터(812)는 노드(513) 상의 여기 신호 진폭을 수신하도록 결합되고, 레지스터 콘텐츠는 프로세서(810)에 제공된다. 또한, 프로세서(810)는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 동적 위상 오프셋을 결정한 다음, 도 7을 참조하여 전술한 바와 같이 노드(521) 상에 제공되는 레지스터(822)에 동적 위상 오프셋을 제공한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(900) 또는 그 일부는 공진 MEMS 장치와 같은 공진 제어하는 구동회로에 의해 수행된다. 기타 실시예에서, 방법(900)은 일련의 회로 또는 전자 시스템에 의해 수행된다. 방법(900)은 상기 방법을 수행하는 특정 유형의 장치에 의해 제한되지 않는다. 방법(900)에서의 다양한 작용들은 제시된 순서로 수행될 수 있거나, 또는 기타 순서로 수행될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 도 9에 열거된 일부 작용들은 방법(900)에서 생략된다.
방법(900)은 블록(910)으로 시작하는 것으로 도시된다. 910에 도시된 바와 같이, 피드백 신호는 진폭 및 위상을 갖는 여기 신호에 의해 여기된 공진 설비로부터 수신되며, 여기서 피드백 신호는 공진 설비의 편향을 나타내는 진폭을 갖는다. 이것은 구동 회로(170)에 의해 수신되는 노드(175)의 피드백 신호에 해당한다.
단계 920에서, 피드백 신호의 진폭은 원하는 편향값과 비교되고, 여기의 진폭은 그에 응답하여 수정된다. 이는 노드(513) 상의 여기 신호 진폭이 피드백 진폭 세트포인트 및 노드(175) 상의 피드백 신호의 함수로서 수정되는 AGC(512)의 동작에 해당한다.
930에서, 여기 신호의 위상이 여기 신호의 진폭을 감축하기 위해 여기 신호의 진폭에 응답하여 수정된다. 이는 구동 진폭 감축 회로(520)의 동작에 해당한다. 일부 실시예에서, 이는 또한 구배 하강 알고리즘의 구현에 해당한다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 일부 실시예에서, 방법(1000) 또는 그 일부는 이전 실시예에서 도시된 실시예와 같은 구동 진폭 감축 회로(520)와 같은 구동 진폭 감축 회로에 의해 수행된다. 기타 실시예에서, 방법(1000)은 일련의 회로 또는 전자 시스템에 의해 수행된다. 방법(1000)은 상기 방법을 수행하는 특정 유형의 장치에 의해 제한되지 않는다. 방법(1000)에서의 다양한 작용은 제시된 순서로 수행되거나 기타 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 일부 실시예에서, 도 10에 열거된 일부 작용들은 방법(1000)에서 생략된다.
방법 1000은 블록(1010)으로 시작하는 것으로 도시된다. 1010에 도시된 바와 같이, 여기 신호 진폭이 샘플링된다. 이것은 노드(513) 상의 여기 신호 진폭을 샘플링하는 구동 진폭 감축 회로(520)에 해당한다. 단계(1020)에서, 여기 신호 진폭 값들이 평균화된다. 일부 실시예에서, 평균화는 사용되지 않는다. 기타 실시예들에서, 2, 5, 10 또는 그 이상의 샘플들이 평균화되거나, 노이즈 감축을 위해 SNR을 증가시키는 기타 방법이 사용된다.
1030에서, 동적 위상 오프셋은 전술한 바와 같이 적응형 구배 하강 알고리즘을 사용하여 결정되고, 1040에서는 동적 위상 오프셋이 적용된다. 이는 동적 위상 오프셋 ΘD를 결정하고 적용하는 구동 진폭 감축 회로(520)에 해당한다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도 5의 구동 회로의 동작을 도시한다. 도 12는 정적 위상 오프셋 Θ0(도 5)를 약 12도만큼 갑자기 수정하여 여기 신호에 의도적으로 주입된 위상 오차를 도시한다. 이득 피드백 루프는 피드백 신호 진폭을 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 도 11에 도시된 바와 같이 여기 신호 진폭을 증가시킴으로써 즉시 응답한다. 약 10회 반복하는 동안, 구동 감축 회로는 여기 신호 진폭이 국소 최소에 도달할 때까지 위상 오프셋을 수정한다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구동 회로 및 공진 설비를 도시한다. 도 13의 시스템은 MEMS 장치(114)가 공진 설비(1340)로 대체되고, 구동 신호가 저속-주사 구성 요소를 포함하지 않는다는 점을 제외하고 도 5의 시스템과 유사하다.
구동 회로(1310)는 합산기(527)를 제외한 구동 회로(170)의 모든 구성 요소를 포함한다. 구동 회로(1310)는 노드(1333) 상에 여기 신호를 제공하고 노드(1335) 상의 피드백 신호를 수신한다.
공진 설비(1340)는 여기 신호를 수신하도록 결합된 입력 포트(1342)를 포함하고, 피드백 신호를 제공하도록 연결된 출력 포트(1344)를 포함한다. 공진 설비(1340)는 제어 시스템의 제어 이론 설비로서 사용될 때 여기될 수 있는 공진 모드를 갖는 임의의 장치 또는 시스템을 나타낸다. 예를 들어, 하나 이상의 공진 모드를 갖는 임의의 장치가 공진 설비(1340)로서 사용될 수도 있다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이동 장치의 블록도를 도시한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 이동 장치(1400)는 무선 인터페이스(1410), 프로세서(1420), 메모리(1430) 및 주사 레이저 프로젝터(100)를 포함한다. 주사 레이저 프로젝터(100)는 전술한 바와 같은 여기 신호 전력 감축 회로를 포함한다.
주사 레이저 프로젝터(100)는 임의의 이미지 소스로부터 이미지 데이터를 수신할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(100)는 정지 이미지를 보유하는 메모리를 포함한다. 기타 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(100)는 비디오 이미지를 포함하는 메모리를 포함한다. 또 기타 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(100)는 커넥터, 무선 인터페이스(1410), 유선 인터페이스 등과 같은 외부 소스로부터 수신된 이미지를 디스플레이한다.
무선 인터페이스(1410)는 임의의 무선 송신 및/또는 수신 기능을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 무선 인터페이스(1410)는 무선 네트워크를 통해 통신할 수도 있는 네트워크 인터페이스 카드(NIC)를 포함한다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 무선 인터페이스(1410)는 셀룰러 전화 기능을 포함할 수도 있다. 또 기타 실시예에서, 무선 인터페이스(1410)는 GPS(Global Positioning System) 수신기를 포함할 수도 있다. 당업자는 무선 인터페이스(1410)가 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 임의의 유형의 무선 통신 기능을 포함할 수도 있음을 이해할 것이다.
프로세서(1420)는 이동 장치(1400)의 다양한 구성 요소와 통신할 수도 있는 임의의 유형의 프로세서일 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(1420)는 주문형 집적 회로(ASIC) 공급자로부터 이용 가능한 임베디드 프로세서일 수도 있거나, 상업적으로 이용 가능한 마이크로 프로세서일 수도 있다. 일부 실시예에서, 프로세서(1420)는 주사 레이저 프로젝터(100)에 이미지 또는 비디오 데이터를 제공한다. 이미지 또는 비디오 데이터는 무선 인터페이스(1410)로부터 검색되거나 무선 인터페이스(1410)로부터 검색된 데이터로부터 유도될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서(1420)를 통해, 주사 레이저 프로젝터(100)는 무선 인터페이스(1410)로부터 직접 수신된 이미지 또는 비디오를 디스플레이할 수도 있다. 또한, 예를 들어, 프로세서(1420)는 무선 인터페이스(1410)로부터 수신된 이미지 및/또는 비디오에 부가하기 위해 오버레이(overlay)를 제공하거나 무선 인터페이스(1410)로부터 수신된 데이터에 기초하여 저장된 이미지를 수정(예를 들어, 무선 인터페이스(1410)가 위치 좌표를 제공하는 GPS 실시예에서 맵 디스플레이를 수정하는 것) 할 수도 있다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이동 장치를 도시한다. 이동 장치(1500)는 통신 능력을 갖거나 갖지 않는 휴대용 주사 레이저 프로젝터일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 이동 장치(1500)는 거의 또는 전혀 기능을 갖지 않는 주사 레이저 프로젝터일 수도 있다. 또한, 예를 들어, 일부 실시예에서, 이동 장치(1500)는 예를 들어, 셀룰러 전화, 스마트 폰, 태블릿 컴퓨팅 장치, GPS(global positioning system) 수신기 등을 포함하는 통신에 사용 가능한 장치일 수도 있다. 또한, 이동 장치(1500)는 무선(예, 셀룰러)을 통해 더 큰 네트워크에 접속될 수도 있거나, 이 장치는 조정되지 않은 스펙트럼(예, WiFi) 접속을 통해 데이터 메시지 또는 비디오 콘텐츠를 수신 및/또는 송신할 수 있다.
이동 장치(1500)는 주사 레이저 프로젝터(100), 터치 감지 디스플레이(1510), 오디오 포트(1502), 제어 버튼(1504), 카드 슬롯(1506) 및 오디오/비디오(A/V) 포트(1508)를 포함한다. 예를 들어, 이동 장치(1500)는 터치 감지 디스플레이(1510), 오디오 포트(1502), 제어 버튼(1504), 카드 슬롯(1506) 또는 A/V 포트(1508) 중 어느 것도 없이 주사 레이저 프로젝터(100)만을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 액세서리 프로젝터는 주사 레이저 프로젝터(100), 제어 버튼(1504) 및 A/V 포트(1508)를 포함할 수도 있다. 스마트폰 실시예는 터치 감지 디스플레이 장치(1510) 및 프로젝터(100)를 결합할 수도 있다.
터치 감지 디스플레이(1510)는 임의의 유형의 디스플레이일 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 터치 감지 디스플레이(1510)는 액정 디스플레이(LCD) 스크린을 포함한다. 일부 실시예에서, 디스플레이(1510)는 터치에 민감하지 않다. 디스플레이(1510)는 주사 레이저 프로젝터(100)에 의해 투사된 이미지를 항상 디스플레이 할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 예를 들어, 액세서리 제품은 디스플레이(1510) 상에 항상 투사된 이미지를 디스플레이 할 수도 있는 반면 이동 전화 실시예는 디스플레이(1510) 상에 상이한 콘텐츠를 디스플레이하면서 비디오를 투사할 수도 있다. 일부 실시예는 터치 감지 디스플레이(1510)에 추가하여 키패드를 포함할 수도 있다.
A/V 포트(1508)는 비디오 및/또는 오디오 신호를 수신 및/또는 송신한다. 예를 들어, A/V 포트(1508)는 디지털 오디오 및 비디오 데이터를 운반하는데 적합한 케이블을 수용하는 고선명 멀티미디어 인터페이스(FIDMI) 인터페이스와 같은 디지털 포트일 수도 있다. 또한, A/V 포트(1508)는 합성 입력을 수용 또는 전송하기 위해 RCA 잭을 포함할 수도 있다. 또한, A/V 포트(1508)는 아날로그 비디오 신호를 수신하거나 전송하는 VGA 커넥터를 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 이동 장치(1500)는 A/V 포트(1508)를 통해 외부 신호 소스에 연결될 수 있고, 이동 장치(1500)는 A/V 포트(1508)를 통해 수용된 콘텐츠를 투사할 수도 있다. 기타 실시예에서, 이동 장치(1500)는 콘텐츠의 발생기일 수도 있으며, A/V 포트(1508)는 콘텐츠를 기타 장치에 전송하는데 사용된다.
오디오 포트(1502)는 오디오 신호를 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 이동 장치(1500)는 오디오 및 비디오를 기록 및 재생할 수도 있는 미디어 레코더이다. 이들 실시예에서, 비디오는 주사 레이저 프로젝터(100)에 의해 투사될 수도 있고, 오디오는 오디오 포트(1502)에서 출력될 수도 있다.
이동 장치(1500)는 또한 카드 슬롯(1506)을 포함한다. 일부 실시예에서, 카드 슬롯(1506)에 삽입된 메모리 카드는 오디오 포트(1502)에서 출력될 오디오 소스 및/또는 주사 레이저 프로젝터(100)에 의해 투사될 비디오 데이터를 제공할 수도 있다. 카드 슬롯(1506)은 예를 들어, 보안 디지털(SD) 메모리 카드를 포함하는 임의의 유형의 고체 메모리 장치를 수신할 수도 있다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 헤드-업 디스플레이 시스템을 도시한다. 프로젝터(100)는 차량 대쉬에 장착되어 1600에서 헤드-업 디스플레이를 투영하는 것으로 도시되어 있다. 자동차 헤드-업 디스플레이가 도 16에 도시되어 있지만, 이는 본 발명의 제한이 아니다. 예를 들어, 본 발명의 다양한 실시예는 항공 전자 애플리케이션, 항공 교통 제어 애플리케이션 및 기타 애플리케이션의 헤드-업 디스플레이를 포함한다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안경을 도시한다. 안경(1700)은 안경의 시야에 디스플레이를 투사하는 프로젝터(100)를 포함한다. 일부 실시예에서, 안경(1700)은 투명(see-through)하고, 기타 실시예에서는 안경(1700)은 불투명하다. 예를 들어, 안경(1700)은 착용자가 물리적 세계에 겹쳐진 프로젝터(100)로부터의 디스플레이를 볼 수 있는 증강 현실 애플리케이션에 사용될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 안경(1700)은 착용자의 전체 시야가 프로젝터(100)에 의해 생성되는 가상 현실 응용에 사용될 수도 있다. 단지 하나의 프로젝터(100)가 도 17에 도시되어 있지만, 이는 본 발명의 제한이 아니다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 안경(1700)은 2개의 프로젝터를 포함한다. 즉, 각 눈마다 하나씩 포함한다.
도 18은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치를 도시한다. 게임 장치(1800)는 사용자(들)이 게임 환경을 관찰하고 상호 작용하게 한다. 일부 실시예에서, 게임은 주사 레이저 프로젝터(100)를 포함하는 게임 장치(1800)의 동작, 위치 또는 방향에 기초하여 네비게이트된다.
수동 조작식 버튼, 풋 페달 또는 구두 명령과 같은 기타 제어 인터페이스는 또한 게임 환경 주변 또는 게임 환경 주변과의 상호 작용에 기여할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 트리거(1842)는 사용자(들)가 통상 "1 인칭 슈팅 게임"으로 알려진 1 인칭 퍼스펙티브 비디오 게임 환경에 있다는 환상에 기여한다. 투사된 디스플레이의 크기 및 밝기는 사용자의 움직임과 함께 게임 애플리케이션에 의해 제어될 수 있기 때문에, 게임 장치(1800)는 이들 사용자에게 고도의 믿을만한 또는 "몰입 형" 환경을 생성한다.
많은 다른 1 인칭 시점 시뮬레이션은 또한 3D 지진 탐사, 우주 계획, 정글 캐노피 탐사, 자동차 안전 교육, 의학 교육 등과 같은 게임 장치(1800)에 의해 생성될 수 있다. 촉감 인터페이스(1844)는 스타일러스를 필요로 하는 터치 감지 디스플레이 스크린 또는 디스플레이 스크린과 같은 터치-감지 입력 특징을 또한 포함할 수도 있다. 추가의 촉감 인터페이스, 예를 들어, 움직임 감지 프로브에 대한 입력 및/또는 출력 특징은 또한 본 발명의 다양한 실시예에 포함된다.
게임 장치(1800)는 또한 통합 오디오 스피커, 원격 스피커 또는 헤드폰과 같은 오디오 출력 장치를 포함할 수도 있다. 이러한 종류의 오디오 출력 장치는 유선 또는 무선 기술을 통해 게임 장치(1800)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 무선 헤드폰(1846)은 임의의 유사한 무선 기술이 자유롭게 대체될 수 있지만, BLUETOOTH TM 연결을 통해 사용자에게 음향 효과를 제공한다. 일부 실시예에서, 무선 헤드폰(1846)은 다수의 사용자, 강사 또는 관찰자가 통신할 수도 있도록 마이크로폰(1845) 또는 바이노럴 마이크(binaural microphone)(1847)를 포함할 수도 있다. 바이노럴 마이크(1847)는 일반적으로 사용자의 헤드 쉐도우(head shadow)에 의해 수정된 사운드를 포착하기 위해 각 귀에 끼우는 마이크로폰을 포함한다. 이 특징은 기타 시뮬레이션 참가자에 의해 양쪽 귀 청취 및 음향 장소에 사용될 수도 있다.
게임 장치(1800)는 주위 밝기, 움직임, 위치, 방향 등을 측정하는 임의 수의 센서(1810)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 게임 장치(1800)는 디지털 나침반으로 절대 지향을 검출하고, x-y-z 자이로스코프 또는 가속도계로 상대 운동을 검출할 수도 있다. 일부 실시예에서, 게임 장치(1800)는 또한 장치의 상대적인 방향 또는 그의 급가속 또는 감속을 검출하기 위한 제2 가속도계 또는 자이로스코프를 포함한다. 기타 실시예에서, 게임 장치(1800)는 사용자가 지상 공간에서 이동함에 따라 절대 위치를 검출하기 위해 GPS 센서를 포함할 수도 있다.
게임 장치(1800)는 배터리(1841) 및/또는 진단 표시등(1843)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 배터리(1841)는 재충전 가능한 배터리일 수도 있고, 진단 표시등(1843)은 배터리의 현재 충전을 나타낼 수 있다. 기타 예에서, 배터리(1841)는 제거 가능한 배터리 클립일 수 있고, 게임 장치(1800)는 방전된 배터리가 충전된 배터리로 교체되는 동안 장치의 지속적인 작동을 허용하기 위해 추가 배터리, 전기 커패시터 또는 슈퍼 커패시터를 가질 수도 있다. 기타 실시예에서, 진단 표시등(1843)은 사용자 또는 서비스 기술자에게 이 장치에 포함되거나 이 장치에 연결된 전자 구성 요소의 상태를 알릴 수 있다. 예를 들어, 진단 표시등(1843)은 수신된 무선 신호의 강도 또는 메모리 카드의 존재 또는 부재를 나타낼 수 있다. 진단 표시등(1843)은 또한 유기 발광 다이오드 또는 액정 스크린과 같은 작은 스크린으로 대체될 수 있다. 이러한 조명 또는 스크린은 이 장치용 쉘(shell)이 반투명하거나 투명한 경우 게임 장치(1800)의 외부 표면 상에 또는 표면 아래에 있을 수 있다.
게임 장치(1800)의 기타 구성 요소들은 이 장치로부터 제거 가능하거나, 분리 가능하거나 또는 분리 가능할 수도 있다. 예를 들어, 주사 레이저 프로젝터(100)는 게임 하우징(1889)으로부터 분리 가능하거나 분리될 수도 있다. 일부 실시예에서, 주사 레이저 프로젝터(100)의 서브 구성 요소는 게임 하우징(1889)으로부터 착탈 가능하거나 분리 가능하고 여전히 기능할 수도 있다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 게임 장치를 도시한다. 게임 장치(1900)는 버튼(1902), 디스플레이(1910) 및 프로젝터(100)를 포함한다. 일부 실시예에서, 게임 장치(1900)는 사용자가 게임을 하기 위해 더 큰 콘솔(console)을 필요로 하지 않는 독립형 장치이다. 예를 들어, 사용자는 180에서 디스플레이(1910) 및/또는 투사된 콘텐츠를 보면서 게임을 할 수도 있다. 기타 실시예에서, 게임 장치(1900)는 보다 큰 게임 콘솔을 위한 제어기로서 동작한다. 이들 실시예에서, 사용자는 180에서 디스플레이(1910) 및/또는 투사된 콘텐츠를 보는 것과 결합하여 콘솔에 연결된 더 큰 스크린을 볼 수 있다.
본 발명은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 변형 및 수정이 가해질 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 범위 및 첨부된 청구 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

Claims (15)

  1. 적어도 하나의 레이저 광원과; 상기 레이저 광원을 반사하며, 위치 피드백 신호를 제공하기 위한 위치 센서를 갖는 주사 거울; 및 상기 주사 거울의 공진 운동을 여기하도록 진폭과 위상을 가진 여기 신호를 제공하는 구동 회로를 포함하는 주사 레이저 프로젝터로서,
    상기 구동 회로는 상기 위치 피드백 신호에 응답하여 상기 여기 신호의 진폭을 수정하는 제1 피드백 회로와, 상기 여기 신호의 진폭에 응답하여 상기 여기 신호의 위상을 수정하는 제2 피드백 회로를 포함하고,
    상기 제1 피드백 회로가 동작하는 주파수는, 상기 제2 피드백 회로가 동작하는 주파수 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 피드백 회로는 상기 여기 신호의 위상을 수정함으로써 상기 여기 신호의 진폭을 감축하는 구배 하강(gradient descent) 알고리즘을 이용하는 구동 진폭 감축 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 피드백 회로는 고정된 스텝 사이즈를 사용하여 상기 여기 신호의 상기 위상을 수정하는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 피드백 회로는 비고정된 스텝 사이즈를 사용하여 상기 여기 신호의 위상을 수정하는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주사 거울은 2축 MEMS(biaxial Microelectromechanical) 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주사 거울은 하나의 축을 주사하고, 상기 주사 레이저 프로젝터는 제2 축을 주사하기 위한 제2 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 레이저 프로젝터.
  8. 주사 거울과, 진폭 및 위상을 가진 여기 신호를 수신하는 입력 포트와, 진폭을 가진 피드백 신호를 제공하는 출력 포트를 갖는 공진 설비와;
    상기 공진 설비를 공진하도록 여기하는 여기 신호를 생성하는 구동 회로;를 포함하는 시스템으로서,
    상기 구동 회로는, 상기 피드백 신호를 수신하고 상기 여기 신호의 진폭을 수정하여 상기 피드백 신호의 진폭을 실질적으로 일정하게 유지하는 이득 제어 회로를 포함하는 제1 피드백 회로와, 상기 여기 신호의 상기 진폭에 응답하여 상기 여기 신호의 위상을 조절하기 위한 구동 진폭 감축 회로를 포함하는 제2 피드백 회로를 구비하고,
    상기 제1 피드백 회로가 동작하는 주파수는, 상기 제2 피드백 회로가 동작하는 주파수 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 주사 거울에 변조된 레이저 광을 제공하는 레이저 광원을 더 포함하는, 시스템.
  11. 진폭 및 위상을 갖는 여기 신호에 의해 여기된 주사 미러를 구비한 공진 설비로부터 피드백 신호를 수신하는 단계로서, 상기 피드백 신호가 상기 공진 설비의 편향을 나타내는 진폭을 갖는 피드백 신호 수신 단계;
    제1 피드백 회로에 의해서, 상기 피드백 신호의 상기 진폭을 원하는 편향값과 비교하고, 이 비교에 응답하여 상기 여기 신호의 상기 진폭을 수정하는 단계; 및
    제2 피드백 회로에 의해서, 상기 여기 신호의 상기 진폭을 감축하기 위해 상기 여기 신호의 상기 진폭에 응답하여 상기 여기 신호의 상기 위상을 수정하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 피드백 회로가 동작하는 주파수는, 상기 제2 피드백 회로가 동작하는 주파수 보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 여기 신호의 상기 위상을 수정하는 단계는, 상기 여기 신호의 상기 진폭을 감축하기 위한 구배 하강 알고리즘(gradient descent algorithm)을 이용하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 여기 신호의 상기 위상을 수정하는 단계는 고정된 스텝 사이즈를 사용하여 상기 위상을 수정하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 여기 신호의 상기 위상을 수정하는 단계는 비고정 스텝 사이즈를 적응적으로 수정하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 피드백 신호를 수신하는 단계는 주사 레이저 프로젝터 내에서 주사 거울 변위 신호를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
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