用于激励功率减小的使用动态相位偏移的扫描激光投影仪、谐振系统和方法技术方案

一种用于谐振系统的驱动电路(170)提供具有振幅(513)和相位的激励信号(173)。所述谐振系统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。

Excitation power reduction using a dynamic phase shift resonance system

A driving circuit (170) for a resonant system provides an excitation signal (173) having amplitude (513) and phase. The resonant system provides a feedback signal representing the oscillation amplitude (175). The amplitude of the excitation signal is reduced by modifying the phase of the excitation signal to obtain the substantially constant amplitude of the feedback signal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用动态相位偏移的谐振系统激励功率减小
技术介绍
谐振系统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系统时，通常采用反馈控制电路来产生激励信号以尝试将该系统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展示根据本专利技术的各种实施例的扫描激光投影仪；图2展示根据本专利技术的各种实施例的具有扫描镜的机电系统(MEMS)装置的平面图；图3展示根据本专利技术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展示根据本专利技术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展示根据本专利技术的各种实施例的驱动电路和谐振MEMS装置；图6展示根据本专利技术的各种实施例的梯度下降轨迹；图7展示根据本专利技术的各种实施例的驱动振幅减小电路的框图；图8展示根据本专利技术的各种实施例的处理器电路；图9和10展示根据本专利技术的各种实施例的方法的流程图；图11和12展示根据本专利技术的各种实施例的图5的驱动电路的操作的图表；图13展示根据本专利技术的各种实施例的驱动电路和谐振设备；图14展示根据本专利技术的各种实施例的移动装置的框图；图15展示根据本专利技术的各种实施例的移动装置；图16展示根据本专利技术的各种实施例的平视式显示系统；图17展示根据本专利技术的各种实施例的眼镜；以及图18和19展示根据本专利技术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专利技术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专利技术。应理解，本专利技术的各种实施例尽管不同，但未必是互斥的。例如，在不偏离本专利技术的范围的情况下，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，可以在不偏离本专利技术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，并且本专利技术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展示根据本专利技术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。可以在不偏离本专利技术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。本专利技术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，但本专利技术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系统(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并不限于图本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.21 US 14/718,5081.一种扫描激光投影仪，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。8.一种系统，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·J·麦克维蒂，乔纳森·A·莫拉里蒂，达蒙·M·多米扬，
申请(专利权)人：微视公司，
类型：发明
国别省市：美国,US