マイクロミラー用の制御装置、マイクロミラーの制御方法、および画像投影システム
【課題】エネルギー消費の小さいマイクロミラー用の制御装置および制御方法を提供する。
【解決手段】第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する第１の周波数（ｆｈ）の第１の制御信号（Ｓ４）を形成するステップと、前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にする前記マイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数（ｆｈ）よりも低い第２の周波数（ｆｖ）の第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を形成するステップと、前記第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を、当該第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を前記第１の周波数によりバイナリ変調することにより変調するステップと、前記マイクロミラー（２０）の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を、前記変調された第２の制御信号（Ｓ５）と前記第１の制御信号（Ｓ４）とで制御するステップと、を有するマイクロミラー（２０）の制御方法。
【解決手段】第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する第１の周波数（ｆｈ）の第１の制御信号（Ｓ４）を形成するステップと、前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にする前記マイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数（ｆｈ）よりも低い第２の周波数（ｆｖ）の第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を形成するステップと、前記第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を、当該第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を前記第１の周波数によりバイナリ変調することにより変調するステップと、前記マイクロミラー（２０）の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を、前記変調された第２の制御信号（Ｓ５）と前記第１の制御信号（Ｓ４）とで制御するステップと、を有するマイクロミラー（２０）の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロミラー用の制御装置、マイクロミラーの制御方法、および画像投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロミラーは画像投影にしばしば使用されており、たとえばレーザ光線が集束されて２軸懸架されたミクロミラーに当たり、これから投影面に偏向される。マイクロミラーの運動とレーザ光線の強度変調および色変調とを同期させることにより、投影面に画像を掃引走査することができる。
【０００３】
ここで制御は、マイクロミラーが画像構造をラインごとに追従するよう水平および垂直に傾斜されるようにして行われる。各画像ラインにしたがって垂直軸の傾斜がたとえば高められ、これにより個々の画像ラインが互いに投影面に投影される。この経過は、５０Ｈｚ以上の画像反復周波数で繰り返され、観察者には静止画像がまたは場合により運動する画像の経過が印象として発生する。
【０００４】
マイクロミラーはアクチュエータ素子を介して傾斜することができる。ここでは機械的、静電的、磁気的または他のやり方で形成された力が複数のアクチュエータ素子に選択的に及ぼされ、マイクロミラーの１つまたは２つの傾斜軸を基準にしてマイクロミラーが動かされる。画像構造はピクセルごとであるのでマイクロミラーはほぼ常時運動することになり、アクチュエータ素子を運動させるために大きなエネルギーが必要である。この種の画像投影システムをエネルギー量の制限された機器、たとえばエネルギー源としてアキュムレータを使用する携帯電子機器に使用する場合には、マイクロミラーの制御により引き起こされるエネルギー消費を、機器の動作持続時間の延長のために最小化することが望まれる。
【０００５】
特許文献１は、制御信号が２つのミラー軸に分割されたＭＥＭＳミラーの共振制御方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７５１５３２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、エネルギー消費の小さいマイクロミラー用の制御装置および制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によればマイクロミラーの制御方法が達成される。この方法は、第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの傾斜運動を符号化する第１の周波数の第１の制御信号を形成するステップと、前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の第２の制御信号を形成するステップと、前記第２の制御信号を前記第１の周波数によるバイナリ変調法、たとえばパルス幅変調法によって変調するステップと、マイクロミラーの力入力素子を、前記変調された第２の制御信号と前記第１の制御信号とで制御するステップとを有する。
【０００９】
本発明の別の実施形態によればマイクロミラーの制御装置が達成される。この制御装置は、第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの傾斜運動を符号化する第１の周波数の第１の制御信号を形成するよう構成された第１の信号発生器と、前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にマイクロミラーの傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の第２の制御信号を形成するよう構成された第２の信号発生器と、前記第１および第２の信号発生器と接続されており、前記第２の制御信号を前記第１の周波数によるバイナリ変調法、たとえばパルス幅変調法によって変調するよう構成された変調器と、前記変調器と接続されており、前記変調された第２の制御信号と前記第１の制御信号とで前記マイクロミラーの力入力素子を制御するよう構成されたアクチュエータ装置とを有する。
【００１０】
別の実施形態によれば本発明は画像投影システムを提供する。この画像投影システムは、複数の力入力素子を備える少なくとも１つのマイクロミラーを有するマイクロミラーモジュールと、所定の画像データにしたがい光線を形成し、該光線を前記マイクロミラーモジュールの少なくとも１つのマイクロミラーに向けるよう構成された画像形成装置と、前記所定の画像データを形成し、前記画像形成装置に供給するよう構成された画像データ形成装置と、少なくとも１つのマイクロミラーの傾斜運動を複数の力入力素子の制御によって形成し、前記画像形成装置により形成された光線を、前記少なくとも１つのマイクロミラーから前記画像データに対応する画像を形成するために偏向するよう構成された制御装置とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の基本技術思想は、マイクロミラーの垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動のための制御信号に、適切なバイナリ変調法、たとえばパルス幅変調法によって高周波の信号成分を重畳変調し、これによりマイクロミラーの水平傾斜運動に必要な作動エネルギーを、マイクロミラーの水平傾斜運動を中心にする傾斜運動の制御信号によってだけではなく、垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動のための制御信号によっても調達できるようにすることである。２つの制御信号の周波数成分はスペクトル分離されているから、本発明では垂直傾斜運動のための制御信号に作動エネルギーを分配しても、垂直傾斜運動が影響を受けないか、またはほとんど影響を受けないようにすることができる。
【００１２】
このことは一方で、本発明により形成された制御信号をマイクロミラーに印加する際に、取り込まれる作動エネルギーを格段に大きくすることができるという利点を提供する。この付加的なエネルギーは、たとえば比較的に大きな偏向角を達成するために使用することができ、このことは従来のアスペクト比４：３に対して１６：９のアスペクト比を有する現在の画像投影システムでは大きな利点である。
【００１３】
もう一方では、十分な水平偏向角のある既存のシステムにおいて駆動システムおよび制御システムのチップ面積をコスト的に効率良く低減することができる。
【００１４】
最後に本発明によれば有利には、デジタルスイッチング段を制御電子回路に使用することができる。これにより従来の線形ドライバ段に比較して、小さいチップ面積しか必要でなく、効率を高めることができる。これにより、マイクロミラーの運動に必要な作動エネルギーを効率的に使用することができ、このことは携帯電子製品ではエネルギー蓄積器の運転時間の延長に寄与する。
【００１５】
好ましくは第１の周波数は、第１の傾斜軸を中心にする偏向を基準にしたマイクロミラーの共振周波数とすることができる。第２の周波数は好ましくは、第２の傾斜軸を中心にする偏向を基準にしたマイクロミラーの共振周波数より低くすることができる。このようにして制御信号をマイクロミラーの水平傾斜軸と垂直傾斜軸とでスペクトル的に分離することができ、これにより、制御に使用される第１と第２の制御信号を組み合わせることによる傾斜運動の互いの影響を有利には無視することができる。さらにこのようにして、第２の周波数の制御信号の高周波信号成分により、第１の傾斜軸を中心にする傾斜運動を共振作動するための信号エネルギーを、マイクロミラーの力入力素子に伝達することができる。
【００１６】
有利には制御信号は部分制御信号に分割することができる。この部分制御信号は、マイクロミラーの異なる力入力素子をそれぞれ制御するよう構成されている。このようにしてマイクロミラーの力入力素子を初期のように制御することができる。さらに部分信号形成は、マイクロミラーの力入力素子の数と形式に整合することができる。
【００１７】
さらに有利な制御方法は、第２の制御信号の振幅をパルス幅閾値と比較するステップと、当該比較に基づき前記第２の制御信号から変形された制御信号を形成するステップと、ただし前記変形された制御信号は前記第２の制御信号よりも平均で大きな信号振幅を有し、第１の周波数によりパルス幅変調された第３の制御信号を前記変形された制御信号から形成するステップとを有する。この方法は、第２の傾斜軸を制御するための第２の制御信号の振幅が小さいためバイナリ変調法のエネルギー投入が小さい期間でも、たとえばパルス幅変調法の場合はパルス幅が小さい期間でも、第２の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの偏向を基準にして互いに相殺する補助信号を第２の制御信号に重畳することができるという利点を提供する。第２の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの偏向制御は、補助信号によってまったく損なわれないまたはほとんど影響を受けないが、補助信号は有利には第１の傾斜軸を中心にする傾斜運動を支援するために、マイクロミラーの力入力素子へのエネルギー伝達を高めることに寄与することができる。
【００１８】
好ましい改善形態はそれぞれの従属請求項の対象である。
【００１９】
上記の構成および改善形態は、意味のある限りにおいて任意に互いに組み合わせることができる。さらなる可能な本発明の構成、改善形態および実現は、実施例に基づいて記述した本発明の前述または後述の特徴の明示的でない組合せも含むものである。
【００２０】
本発明の特徴および利点は、添付図面に関連する以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態による画像投影システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるマイクロミラーモジュールの概略図である。
【図３】本発明の別の実施形態によるマイクロミラーモジュールに対する励振周波数の周波数／振幅線図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムの概略図である。
【図５ａ】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【図５ｂ】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【図５ｃ】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【図５ｄ】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【図６】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムのＰＷＭ変調器の概略図である。
【図７】本発明の実施形態によるマイクロミラーモジュールの制御信号の概略図である。
【図８】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムの概略図である。
【図９】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムのＰＷＭ変調器の概略図である。
【図１０】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図面中、同じおよび同じ機能のエレメント、特徴、コンポーネントには、とくに言及しない限りそれぞれ同じ参照番号が付してある。図面中のコンポーネントおよびエレメントは、分かりやすくするため、不必要に互いに縮尺通りに再現されていない。
【００２３】
図１は、マイクロミラーモジュール１５を備える画像投影システム１０を示す。画像データ形成装置１１は、表示すべき画像またはビデオの外部画像信号またはビデオ信号を受信し、そこから画像データを形成するように構成されており、この画像データがドライブ装置１２の制御に使用される。ドライブ装置１２は、対応するドライブ信号を形成するように構成されており、このドライブ信号により画像形成装置１６が制御される。画像形成装置１６は複数のレーザ１６ａ、１６ｂ、１６ｃであり、たとえば赤、緑および青のレーザ光線を形成するための色の異なるレーザである。レーザ１６ａ、１６ｂ、１６ｃの強度は、ドライブ信号に応じて変調することができる。レーザ１６ａ、１６ｂ、１６ｃにより形成されたレーザ光線は偏向装置１７、たとえばダイクロイックミラーを介して１つの結合レーザ光線に統合され、この結合レーザ光線がマイクロミラーモジュール１５のマイクロミラー上に偏向される。レーザ光線は、マイクロミラーの位置に対応してマイクロミラーから投影面１８に偏向され、ここで所望の色および／または強度の画素が形成される。
【００２４】
図２は、図１のシステム１０のマイクロミラーモジュール１５の概略図である。マイクロミラーモジュール１５はマイクロミラー２０を有し、このマイクロミラー２０は弾性エレメント２５と２６を介してマイクロミラーモジュール１５内で２軸に傾斜可能にかつ位置固定して配置されている。弾性エレメント２５と２６はバネとして概略的に示されている。しかし弾性エレメント２５と２６は、捻れの際に図２の矢印により示された軸を中心に復帰力を形成することのできる任意のエレメントを含むことができる。
【００２５】
マイクロミラーモジュール１５はさらに力入力素子２１、２２、２３、２４を有し、これらを介する力の付与により、弾性エレメント２５と２６によって規定され、互いに垂直である２つの傾斜軸の１つを中心にしてマイクロミラー２０を捩れまたは傾斜運動させることができる。力入力素子２１、２２、２３、２４はここでは概略的にのみ図示されている。しかし当業者であれば、外部の力を力入力素子２１、２２、２３、２４を介してマイクロミラー２０に入力するのに任意のシステムが可能である。力入力はたとえば機械的、静電的、磁気的または他の形式で行うことができる。力入力素子２１、２２、２３、２４の数は図２では例として４つ示されているが、それとは異なる数の力入力素子２１、２２、２３、２４も可能である。たとえば図平面で力入力素子２１、２２、２３、２４に入力される力は、マイクロミラー２０の捩れまたは傾斜を、弾性エレメント２５により規定されるマイクロミラー２０の第１の傾斜軸を中心にも、弾性エレメント２６により規定される第２の傾斜軸を中心にも引き起こす。
【００２６】
図３は、図１と２によるマイクロミラーモジュール１５に対する励振周波数の周波数／振幅線図である。ここで周波数は対数で横軸上にプロットされている。弾性エレメント２５と２６はたとえば、マイクロミラー２０の第１の垂直傾斜軸を中心にする捩れまたは傾斜が周波数ｆｒｅｓのときに共振し、第１の傾斜軸に対して垂直の第２の水平傾斜軸を中心にする捩れまたは傾斜が周波数ｆｈのときに共振するように選択することができる。典型的にはマイクロミラーの水平傾斜運動は周波数ｆｈで行うことができる。周波数ｆｈはたとえば１５ｋＨｚより高くすることができる。マイクロミラー２０を共振周波数ｆｈで駆動することにより、小さな励振エネルギーでも大きな水平偏向角を達成するために共振ピークを使用することができる。
【００２７】
図３から分かるように、周波数ｆｈでは垂直軸を中心にする傾斜運動の減衰が非常に大きい。同時に弾性エレメントとマイクロミラー２０からなるバネ質量系は、垂直軸を中心にする捩れの際には周波数ｆｒｅｓを有する。これにより画像投影の際に正確なライン直線性を達成するため、周波数ｆｒｅｓでの周波数成分が回避される。その代わりに、マイクロミラー２０の垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動の制御信号に対する周波数として周波数ｆｖが選択される。この周波数ｆｖは周波数ｆｒｅｓよりかなり下にあり、数１０から１００Ｈｚまで、たとえば５０から７０Ｈｚまでとすることができる。周波数ｆｖでは、水平軸を中心にするマイクロミラー２０の傾斜運動は強く減衰される。マイクロミラー２０を正常機能どおりに制御するためには、周波数ｆｖとｆｈを十分に離して選択し、マイクロミラー２０に対する水平制御信号と垂直制御信号とのクロストークを回避するのが有利である。
【００２８】
再び図１を参照すると、画像投影システム１０は、マイクロミラーモジュール１５またはマイクロミラー２０に対する制御信号を形成するよう構成された制御装置１を有する。制御信号はアクチュエータ装置１３に供給され、このアクチュエータ装置１３は制御信号に依存して、マイクロミラーモジュール１５の対応する力入力素子２１、２２、２３、２４を作動させる。システム１０はさらに検出装置１４を有することができる。この検出装置１４は、制御信号により実際に生じるマイクロミラー２０の偏向を検出し、制御装置１にフィードバックループでフィードバックする。制御装置１は、制御信号を適合するために検出装置により検出された偏向を使用することができる。
【００２９】
図４は、マイクロミラーモジュール１５内のマイクロミラー２０を制御するためのシステム１０の一部を詳細に示す概略図である。このシステム１０は、制御装置１、アクチュエータ装置１３およびマイクロミラーモジュール１５を有する。図１の検出装置１４は図４では、マイクロミラー１０の水平偏向Ｐｈに対する検出装置１４ａおよび垂直偏向Ｐｖに対する検出装置１４ｂとして２分割して図示されている。
【００３０】
制御装置１は、第１の信号発生器２、信号変換装置３、第１の信号分割器４、変調器５、第２の信号分割器６および制御ループ１ａを有する。制御ループ１ａは、第２の信号発生器７、周波数制御ループ８および位相検知器９を含むことができる。以下、制御装置１の個々のエレメントの機能を、図５ａから５ｄの線図に示された信号に基づき詳細に説明する。
【００３１】
第１の信号発生器２は、マイクロミラー２０の第１の傾斜軸を中心にする垂直傾斜運動を制御するために使用される制御信号Ｓ１を形成するように構成されている。たとえたとえ制御信号Ｓ１は、図５ａの信号線図に示すような鋸歯信号とすることができる。鋸歯信号は、マイクロミラー２０の垂直運動を制御するための周波数ｆｖに対応する反復周波数を有することができる。制御信号Ｓ１を信号変換装置３に供給することができる。この信号変換装置は、マイクロミラー２０の実際の垂直偏向Ｐｖについての検出装置１４ｂからのフィードバック信号も受け取ることができる。信号変換装置３は、検出装置１４ｂから受信されたフィードバック信号に応じて適切なフィルタリングおよび／または制御により制御信号Ｓ１を処理するよう構成することができる。たとえば信号変換装置３は、制御信号Ｓ１を図５ｂに示すような制御信号Ｓ２に変換するよう構成することができる。
【００３２】
第１の信号分割器４は、変換された制御信号Ｓ２を受信し、図５ｃに示すように２つの部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂに分割するよう構成することができる。ここで部分制御信号Ｓ３ｂは、制御信号Ｓ２の反転により生じる。部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂはそれぞれ正の振幅を有することができ、これらの信号はたとえばマイクロミラーモジュール１５の力入力素子ペア２１と２２、ならびに２３と２４を作動させるために使用される。
【００３３】
同時に第２の信号発生器７は、水平傾斜軸を中心にするマイクロミラー２０の水平傾斜運動を制御するための制御信号Ｓ４を形成するように構成することができる。制御信号Ｓ４はたとえば図５ｄの上２つの線図に示されるように、信号分割器６で２つの成分Ｓ４ａとＳ４ｂに分割することができる。部分制御信号Ｓ４ａとＳ４ｂは、周波数ｆｈの矩形信号を有することができる。この周波数ｆｈは水平傾斜軸を中心にするマイクロミラー２０の捩れ運動の共振周波数に相当する。部分制御信号Ｓ４ａとＳ４ｂはそれぞれ正の振幅を有することができ、これらの信号はたとえばマイクロミラーモジュール１５の力入力素子ペア２１と２４、ならびに２２と２３を作動させるために使用される。ここで制御信号Ｓ４は、たとえば図５ｄの下の線図に示すような三角信号Ｃから形成することができる。第２の信号発生器７はさらに、三角信号Ｃをさらなる処理のため変調器５に供給するよう構成することができる。さらに第２の信号発生器７は、第１の信号発生器２をクロッキングするよう構成することができる。
【００３４】
第２の信号発生器７は制御ループ１ａ、たとえば位相制御ループ（ＰＬＬ、「位相ロックループ」）内で位相検知器９および周波数制御ループ８と接続することができ、制御信号Ｓ４の形成は、検出装置１４ａからフィードバックされたマイクロミラーの実際の水平偏向に基づいて制御される。
【００３５】
変調器５は、制御信号Ｓ３または部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂを受信し、制御信号Ｓ３または部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂをバイナリ変調、たとえばＰＷＭ変調によって変調するよう構成されている。ここでＰＷＭ変調は、第２の信号発生器７により準備される制御信号Ｃの周波数ｆｈで行われる。したがって変調器５は、パルス幅変調された制御信号Ｓ５をアクチュエータ装置１３に出力し、力入力素子２１〜２６を制御する。ＰＷＭ変調によって、水平傾斜軸を中心にするマイクロミラー２０の捩れ運動の際の共振周波数の高周波信号成分を制御信号Ｓ３に重畳変調することができる。これにより高周波信号成分が水平傾斜軸に対して付加的なトルクを提供することができ、その際に垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動が影響を受けることもない。ここでは障害となるモードは励起されず、とりわけ共振周波数ｆｒｅｓでの垂直傾斜軸の共振モードは励起されないことに注意すべきである。
【００３６】
言い替えると、アクチュエータ装置１３は一方で、マイクロミラー２０の水平傾斜軸を中心にする高周波傾斜運動を力入力素子ペア２１と２２ならびに２３と２４の作動によって形成するために使用される水平制御信号Ｓ４または部分制御信号Ｓ４ａとＳ４ｂを受信する。他方で、アクチュエータ装置１３は、マイクロミラー２０の垂直傾斜軸を中心にする低周波傾斜運動を力入力素子ペア２１と２４ならびに２２と２３の作動によって形成するために使用される垂直制御信号Ｓ５または部分制御信号Ｓ５ａとＳ５ｂを受信する。しかし同時に、パルス幅変調された垂直制御信号Ｓ５の高周波信号成分が付加的な力を力入力素子に加え、この力が水平傾斜運動を増強する。しかもその際に、垂直傾斜運動が甚だしい悪影響を受けることはない。これにより、付加的な駆動エネルギーを水平傾斜軸に伝達することができる。制御信号Ｓ５のパルス幅変調による駆動エネルギーの獲得は、制御信号Ｓ４の純粋な信号入力に対して約３０％である。
【００３７】
制御信号の変調には任意の形式のバイナリ変調でも適することが理解できるが、ＰＷＭ変調を以下単なる例として詳細に説明する。
【００３８】
図６は、変調器５の例示的構成を概略的に示す。第２の信号発生器７から提供された三角信号Ｃは、一方で、インバータ３１、バイアス発生器３３および増幅器３５の機能ブロックにより、他方でバイアス発生器３２と増幅器３４の機能ブロックにより、２つの逆相三角信号に分割され、これらがそれぞれ比較器３６ａと３７ａ、ならびに３６ｂと３７ｂに供給される。ここで第１の信号分割器４の部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂも同様に比較器３６ａと３６ｂ、ならびに３７ａと３７ｂに供給され、変調器の信号出力端に部分制御信号Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃ、Ｓ５ｄが出力される。ここで部分制御信号Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃ、Ｓ５ｄはパルス幅変調された制御信号であり、マイクロミラーモジュール１５の個々の力入力素子２１、２２、２３、２４を作動させるために使用することができる。
【００３９】
部分制御信号Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃ、Ｓ５ｄは、水平部分制御信号Ｓ４ａおよびＳ４ｂとともにアクチュエータ装置１３に供給することができ、このアクチュエータ装置１３内でマイクロミラーモジュール１５の個々の力入力素子２１、２２、２３、２４を作動させるために部分制御信号を組み合わせることができる。図７には、例として部分制御信号の可能な組合せが示されている。たとえば部分制御信号Ｓ５ａとＳ４ａは加算または重畳することができ、力入力素子２１の作動のために使用することができる。他の部分制御信号に対しても同様の組合せ規則が当てはまる。
【００４０】
図８は、マイクロミラー２０制御するため修正されたシステム１０の概略図である。図８のシステム１０は図４のシステム１０とは、第１の信号分割器４が信号切換論理回路４ａによって置換されている点で異なる。信号切換論理回路４ａは、信号変換装置３の変換された制御信号Ｓ２を受信し、所定のパルス幅閾値Ｂにしたがって修正された制御信号Ｓ６に変換するよう構成されている。
【００４１】
図１０に示すように制御信号Ｓ２は、振幅Ａの絶対値が小さい領域を有する。すなわち、マイクロミラー２０の垂直傾斜軸を中心にする垂直偏向の小さい領域を有する。したがって上に説明したようなバイナリ変調、たとえばパルス幅変調を変調器５で行うと、変調された垂直制御信号Ｓ５のエネルギー付与はこの領域では非常に小さくなる。エネルギー付与が小さいことにより（たとえばパルス幅変調の場合はパルス幅が小さい）、力入力素子への駆動エネルギーの伝達を、マイクロミラー２０の垂直偏向が大きい領域と比較して制限することができる。したがって信号切換論理回路４ａは、パルス幅変調された制御信号Ｓ５ｂの予期されるパルス幅を所定の調整可能なパルス幅閾値Ｂと比較するように構成することができる。そのために信号切換論理回路４ａは、図９に示した例示的構造を有することができる。そのために制御信号Ｓ２が機能ブロック４１、４２、４３、４５ならびにマルチプレクサ４４を介して２つのマルチプレクサ４７ａと４７ｂに供給される。制御信号Ｓ２の振幅をパルス幅閾値Ｂと比較ブロック４６と４８で比較することにより、信号切換論理回路４ａの信号出力端にはそれぞれ部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂを形成することができる。これらの部分制御信号Ｓ６ａ、Ｓ６ｂは図１０の下半分に示した信号経過を有する。ここでマルチプレクサ４７ａと４７ｂは、図１０の第２の信号線図に示した選択機能により駆動することができ、制御信号Ｓ２、パルス幅閾値Ｂ、一定のゼロラインまたは反転制御信号Ｓ２を信号切換論理回路４ａの信号出力端に出力する。このようにして部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂを形成することができ、これらの部分制御信号は部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂよりも平均で高い絶対振幅を有する。
【００４２】
図８の変調器５ａは、信号切換論理回路４ａの部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂが三角信号Ｃの第１の周波数ｆｈでバイナリ変調、たとえばパルス幅変調を受け、変調された制御信号Ｓ７または部分制御信号Ｓ７ａとＳ７ｂを形成するように構成することができる。変調された制御信号Ｓ７または部分制御信号Ｓ７ａとＳ７ｂは、変調された制御信号Ｓ５または部分制御信号Ｓ５ａとＳ５ｂのように形成することができる。このとき、部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂが、制御信号Ｓ２がバイナリ変調、たとえばパルス幅変調された後に所定のパルス幅閾値Ｂより小さいパルスエネルギーを有することとなる領域内ではそれぞれ重なり合う駆動信号を有することに注意すべきである。これらの駆動信号は適当な力入力によって力入力素子２１〜２４を介し、マイクロミラー２０の垂直傾斜軸に対してそれぞれ対称に供給される。これにより垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動を基準にして垂直偏向は生じない。なぜなら部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂの高周波信号成分がこの領域ではちょうど相殺されるからである。
【００４３】
バイナリ変調された制御信号Ｓ６のすべてのパルスにわたってパルス幅が平均で大きいことにより、マイクロミラーの水平傾斜運動を支援するために、さらに大きな信号エネルギーを供給できることが保証される。この信号エネルギー供給は制御信号Ｓ４の信号エネルギー供給よりも約５０％大きい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロミラー用の制御装置、マイクロミラーの制御方法、および画像投影システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロミラーは画像投影にしばしば使用されており、たとえばレーザ光線が集束されて２軸懸架されたミクロミラーに当たり、これから投影面に偏向される。マイクロミラーの運動とレーザ光線の強度変調および色変調とを同期させることにより、投影面に画像を掃引走査することができる。
【０００３】
ここで制御は、マイクロミラーが画像構造をラインごとに追従するよう水平および垂直に傾斜されるようにして行われる。各画像ラインにしたがって垂直軸の傾斜がたとえば高められ、これにより個々の画像ラインが互いに投影面に投影される。この経過は、５０Ｈｚ以上の画像反復周波数で繰り返され、観察者には静止画像がまたは場合により運動する画像の経過が印象として発生する。
【０００４】
マイクロミラーはアクチュエータ素子を介して傾斜することができる。ここでは機械的、静電的、磁気的または他のやり方で形成された力が複数のアクチュエータ素子に選択的に及ぼされ、マイクロミラーの１つまたは２つの傾斜軸を基準にしてマイクロミラーが動かされる。画像構造はピクセルごとであるのでマイクロミラーはほぼ常時運動することになり、アクチュエータ素子を運動させるために大きなエネルギーが必要である。この種の画像投影システムをエネルギー量の制限された機器、たとえばエネルギー源としてアキュムレータを使用する携帯電子機器に使用する場合には、マイクロミラーの制御により引き起こされるエネルギー消費を、機器の動作持続時間の延長のために最小化することが望まれる。
【０００５】
特許文献１は、制御信号が２つのミラー軸に分割されたＭＥＭＳミラーの共振制御方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７５１５３２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、エネルギー消費の小さいマイクロミラー用の制御装置および制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によればマイクロミラーの制御方法が達成される。この方法は、第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの傾斜運動を符号化する第１の周波数の第１の制御信号を形成するステップと、前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の第２の制御信号を形成するステップと、前記第２の制御信号を前記第１の周波数によるバイナリ変調法、たとえばパルス幅変調法によって変調するステップと、マイクロミラーの力入力素子を、前記変調された第２の制御信号と前記第１の制御信号とで制御するステップとを有する。
【０００９】
本発明の別の実施形態によればマイクロミラーの制御装置が達成される。この制御装置は、第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの傾斜運動を符号化する第１の周波数の第１の制御信号を形成するよう構成された第１の信号発生器と、前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にマイクロミラーの傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の第２の制御信号を形成するよう構成された第２の信号発生器と、前記第１および第２の信号発生器と接続されており、前記第２の制御信号を前記第１の周波数によるバイナリ変調法、たとえばパルス幅変調法によって変調するよう構成された変調器と、前記変調器と接続されており、前記変調された第２の制御信号と前記第１の制御信号とで前記マイクロミラーの力入力素子を制御するよう構成されたアクチュエータ装置とを有する。
【００１０】
別の実施形態によれば本発明は画像投影システムを提供する。この画像投影システムは、複数の力入力素子を備える少なくとも１つのマイクロミラーを有するマイクロミラーモジュールと、所定の画像データにしたがい光線を形成し、該光線を前記マイクロミラーモジュールの少なくとも１つのマイクロミラーに向けるよう構成された画像形成装置と、前記所定の画像データを形成し、前記画像形成装置に供給するよう構成された画像データ形成装置と、少なくとも１つのマイクロミラーの傾斜運動を複数の力入力素子の制御によって形成し、前記画像形成装置により形成された光線を、前記少なくとも１つのマイクロミラーから前記画像データに対応する画像を形成するために偏向するよう構成された制御装置とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の基本技術思想は、マイクロミラーの垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動のための制御信号に、適切なバイナリ変調法、たとえばパルス幅変調法によって高周波の信号成分を重畳変調し、これによりマイクロミラーの水平傾斜運動に必要な作動エネルギーを、マイクロミラーの水平傾斜運動を中心にする傾斜運動の制御信号によってだけではなく、垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動のための制御信号によっても調達できるようにすることである。２つの制御信号の周波数成分はスペクトル分離されているから、本発明では垂直傾斜運動のための制御信号に作動エネルギーを分配しても、垂直傾斜運動が影響を受けないか、またはほとんど影響を受けないようにすることができる。
【００１２】
このことは一方で、本発明により形成された制御信号をマイクロミラーに印加する際に、取り込まれる作動エネルギーを格段に大きくすることができるという利点を提供する。この付加的なエネルギーは、たとえば比較的に大きな偏向角を達成するために使用することができ、このことは従来のアスペクト比４：３に対して１６：９のアスペクト比を有する現在の画像投影システムでは大きな利点である。
【００１３】
もう一方では、十分な水平偏向角のある既存のシステムにおいて駆動システムおよび制御システムのチップ面積をコスト的に効率良く低減することができる。
【００１４】
最後に本発明によれば有利には、デジタルスイッチング段を制御電子回路に使用することができる。これにより従来の線形ドライバ段に比較して、小さいチップ面積しか必要でなく、効率を高めることができる。これにより、マイクロミラーの運動に必要な作動エネルギーを効率的に使用することができ、このことは携帯電子製品ではエネルギー蓄積器の運転時間の延長に寄与する。
【００１５】
好ましくは第１の周波数は、第１の傾斜軸を中心にする偏向を基準にしたマイクロミラーの共振周波数とすることができる。第２の周波数は好ましくは、第２の傾斜軸を中心にする偏向を基準にしたマイクロミラーの共振周波数より低くすることができる。このようにして制御信号をマイクロミラーの水平傾斜軸と垂直傾斜軸とでスペクトル的に分離することができ、これにより、制御に使用される第１と第２の制御信号を組み合わせることによる傾斜運動の互いの影響を有利には無視することができる。さらにこのようにして、第２の周波数の制御信号の高周波信号成分により、第１の傾斜軸を中心にする傾斜運動を共振作動するための信号エネルギーを、マイクロミラーの力入力素子に伝達することができる。
【００１６】
有利には制御信号は部分制御信号に分割することができる。この部分制御信号は、マイクロミラーの異なる力入力素子をそれぞれ制御するよう構成されている。このようにしてマイクロミラーの力入力素子を初期のように制御することができる。さらに部分信号形成は、マイクロミラーの力入力素子の数と形式に整合することができる。
【００１７】
さらに有利な制御方法は、第２の制御信号の振幅をパルス幅閾値と比較するステップと、当該比較に基づき前記第２の制御信号から変形された制御信号を形成するステップと、ただし前記変形された制御信号は前記第２の制御信号よりも平均で大きな信号振幅を有し、第１の周波数によりパルス幅変調された第３の制御信号を前記変形された制御信号から形成するステップとを有する。この方法は、第２の傾斜軸を制御するための第２の制御信号の振幅が小さいためバイナリ変調法のエネルギー投入が小さい期間でも、たとえばパルス幅変調法の場合はパルス幅が小さい期間でも、第２の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの偏向を基準にして互いに相殺する補助信号を第２の制御信号に重畳することができるという利点を提供する。第２の傾斜軸を中心にするマイクロミラーの偏向制御は、補助信号によってまったく損なわれないまたはほとんど影響を受けないが、補助信号は有利には第１の傾斜軸を中心にする傾斜運動を支援するために、マイクロミラーの力入力素子へのエネルギー伝達を高めることに寄与することができる。
【００１８】
好ましい改善形態はそれぞれの従属請求項の対象である。
【００１９】
上記の構成および改善形態は、意味のある限りにおいて任意に互いに組み合わせることができる。さらなる可能な本発明の構成、改善形態および実現は、実施例に基づいて記述した本発明の前述または後述の特徴の明示的でない組合せも含むものである。
【００２０】
本発明の特徴および利点は、添付図面に関連する以下の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態による画像投影システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるマイクロミラーモジュールの概略図である。
【図３】本発明の別の実施形態によるマイクロミラーモジュールに対する励振周波数の周波数／振幅線図である。
【図４】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムの概略図である。
【図５ａ】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【図５ｂ】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【図５ｃ】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【図５ｄ】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【図６】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムのＰＷＭ変調器の概略図である。
【図７】本発明の実施形態によるマイクロミラーモジュールの制御信号の概略図である。
【図８】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムの概略図である。
【図９】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムのＰＷＭ変調器の概略図である。
【図１０】本発明の別の実施形態によるマイクロミラー制御システムにおける制御信号の信号線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図面中、同じおよび同じ機能のエレメント、特徴、コンポーネントには、とくに言及しない限りそれぞれ同じ参照番号が付してある。図面中のコンポーネントおよびエレメントは、分かりやすくするため、不必要に互いに縮尺通りに再現されていない。
【００２３】
図１は、マイクロミラーモジュール１５を備える画像投影システム１０を示す。画像データ形成装置１１は、表示すべき画像またはビデオの外部画像信号またはビデオ信号を受信し、そこから画像データを形成するように構成されており、この画像データがドライブ装置１２の制御に使用される。ドライブ装置１２は、対応するドライブ信号を形成するように構成されており、このドライブ信号により画像形成装置１６が制御される。画像形成装置１６は複数のレーザ１６ａ、１６ｂ、１６ｃであり、たとえば赤、緑および青のレーザ光線を形成するための色の異なるレーザである。レーザ１６ａ、１６ｂ、１６ｃの強度は、ドライブ信号に応じて変調することができる。レーザ１６ａ、１６ｂ、１６ｃにより形成されたレーザ光線は偏向装置１７、たとえばダイクロイックミラーを介して１つの結合レーザ光線に統合され、この結合レーザ光線がマイクロミラーモジュール１５のマイクロミラー上に偏向される。レーザ光線は、マイクロミラーの位置に対応してマイクロミラーから投影面１８に偏向され、ここで所望の色および／または強度の画素が形成される。
【００２４】
図２は、図１のシステム１０のマイクロミラーモジュール１５の概略図である。マイクロミラーモジュール１５はマイクロミラー２０を有し、このマイクロミラー２０は弾性エレメント２５と２６を介してマイクロミラーモジュール１５内で２軸に傾斜可能にかつ位置固定して配置されている。弾性エレメント２５と２６はバネとして概略的に示されている。しかし弾性エレメント２５と２６は、捻れの際に図２の矢印により示された軸を中心に復帰力を形成することのできる任意のエレメントを含むことができる。
【００２５】
マイクロミラーモジュール１５はさらに力入力素子２１、２２、２３、２４を有し、これらを介する力の付与により、弾性エレメント２５と２６によって規定され、互いに垂直である２つの傾斜軸の１つを中心にしてマイクロミラー２０を捩れまたは傾斜運動させることができる。力入力素子２１、２２、２３、２４はここでは概略的にのみ図示されている。しかし当業者であれば、外部の力を力入力素子２１、２２、２３、２４を介してマイクロミラー２０に入力するのに任意のシステムが可能である。力入力はたとえば機械的、静電的、磁気的または他の形式で行うことができる。力入力素子２１、２２、２３、２４の数は図２では例として４つ示されているが、それとは異なる数の力入力素子２１、２２、２３、２４も可能である。たとえば図平面で力入力素子２１、２２、２３、２４に入力される力は、マイクロミラー２０の捩れまたは傾斜を、弾性エレメント２５により規定されるマイクロミラー２０の第１の傾斜軸を中心にも、弾性エレメント２６により規定される第２の傾斜軸を中心にも引き起こす。
【００２６】
図３は、図１と２によるマイクロミラーモジュール１５に対する励振周波数の周波数／振幅線図である。ここで周波数は対数で横軸上にプロットされている。弾性エレメント２５と２６はたとえば、マイクロミラー２０の第１の垂直傾斜軸を中心にする捩れまたは傾斜が周波数ｆｒｅｓのときに共振し、第１の傾斜軸に対して垂直の第２の水平傾斜軸を中心にする捩れまたは傾斜が周波数ｆｈのときに共振するように選択することができる。典型的にはマイクロミラーの水平傾斜運動は周波数ｆｈで行うことができる。周波数ｆｈはたとえば１５ｋＨｚより高くすることができる。マイクロミラー２０を共振周波数ｆｈで駆動することにより、小さな励振エネルギーでも大きな水平偏向角を達成するために共振ピークを使用することができる。
【００２７】
図３から分かるように、周波数ｆｈでは垂直軸を中心にする傾斜運動の減衰が非常に大きい。同時に弾性エレメントとマイクロミラー２０からなるバネ質量系は、垂直軸を中心にする捩れの際には周波数ｆｒｅｓを有する。これにより画像投影の際に正確なライン直線性を達成するため、周波数ｆｒｅｓでの周波数成分が回避される。その代わりに、マイクロミラー２０の垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動の制御信号に対する周波数として周波数ｆｖが選択される。この周波数ｆｖは周波数ｆｒｅｓよりかなり下にあり、数１０から１００Ｈｚまで、たとえば５０から７０Ｈｚまでとすることができる。周波数ｆｖでは、水平軸を中心にするマイクロミラー２０の傾斜運動は強く減衰される。マイクロミラー２０を正常機能どおりに制御するためには、周波数ｆｖとｆｈを十分に離して選択し、マイクロミラー２０に対する水平制御信号と垂直制御信号とのクロストークを回避するのが有利である。
【００２８】
再び図１を参照すると、画像投影システム１０は、マイクロミラーモジュール１５またはマイクロミラー２０に対する制御信号を形成するよう構成された制御装置１を有する。制御信号はアクチュエータ装置１３に供給され、このアクチュエータ装置１３は制御信号に依存して、マイクロミラーモジュール１５の対応する力入力素子２１、２２、２３、２４を作動させる。システム１０はさらに検出装置１４を有することができる。この検出装置１４は、制御信号により実際に生じるマイクロミラー２０の偏向を検出し、制御装置１にフィードバックループでフィードバックする。制御装置１は、制御信号を適合するために検出装置により検出された偏向を使用することができる。
【００２９】
図４は、マイクロミラーモジュール１５内のマイクロミラー２０を制御するためのシステム１０の一部を詳細に示す概略図である。このシステム１０は、制御装置１、アクチュエータ装置１３およびマイクロミラーモジュール１５を有する。図１の検出装置１４は図４では、マイクロミラー１０の水平偏向Ｐｈに対する検出装置１４ａおよび垂直偏向Ｐｖに対する検出装置１４ｂとして２分割して図示されている。
【００３０】
制御装置１は、第１の信号発生器２、信号変換装置３、第１の信号分割器４、変調器５、第２の信号分割器６および制御ループ１ａを有する。制御ループ１ａは、第２の信号発生器７、周波数制御ループ８および位相検知器９を含むことができる。以下、制御装置１の個々のエレメントの機能を、図５ａから５ｄの線図に示された信号に基づき詳細に説明する。
【００３１】
第１の信号発生器２は、マイクロミラー２０の第１の傾斜軸を中心にする垂直傾斜運動を制御するために使用される制御信号Ｓ１を形成するように構成されている。たとえたとえ制御信号Ｓ１は、図５ａの信号線図に示すような鋸歯信号とすることができる。鋸歯信号は、マイクロミラー２０の垂直運動を制御するための周波数ｆｖに対応する反復周波数を有することができる。制御信号Ｓ１を信号変換装置３に供給することができる。この信号変換装置は、マイクロミラー２０の実際の垂直偏向Ｐｖについての検出装置１４ｂからのフィードバック信号も受け取ることができる。信号変換装置３は、検出装置１４ｂから受信されたフィードバック信号に応じて適切なフィルタリングおよび／または制御により制御信号Ｓ１を処理するよう構成することができる。たとえば信号変換装置３は、制御信号Ｓ１を図５ｂに示すような制御信号Ｓ２に変換するよう構成することができる。
【００３２】
第１の信号分割器４は、変換された制御信号Ｓ２を受信し、図５ｃに示すように２つの部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂに分割するよう構成することができる。ここで部分制御信号Ｓ３ｂは、制御信号Ｓ２の反転により生じる。部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂはそれぞれ正の振幅を有することができ、これらの信号はたとえばマイクロミラーモジュール１５の力入力素子ペア２１と２２、ならびに２３と２４を作動させるために使用される。
【００３３】
同時に第２の信号発生器７は、水平傾斜軸を中心にするマイクロミラー２０の水平傾斜運動を制御するための制御信号Ｓ４を形成するように構成することができる。制御信号Ｓ４はたとえば図５ｄの上２つの線図に示されるように、信号分割器６で２つの成分Ｓ４ａとＳ４ｂに分割することができる。部分制御信号Ｓ４ａとＳ４ｂは、周波数ｆｈの矩形信号を有することができる。この周波数ｆｈは水平傾斜軸を中心にするマイクロミラー２０の捩れ運動の共振周波数に相当する。部分制御信号Ｓ４ａとＳ４ｂはそれぞれ正の振幅を有することができ、これらの信号はたとえばマイクロミラーモジュール１５の力入力素子ペア２１と２４、ならびに２２と２３を作動させるために使用される。ここで制御信号Ｓ４は、たとえば図５ｄの下の線図に示すような三角信号Ｃから形成することができる。第２の信号発生器７はさらに、三角信号Ｃをさらなる処理のため変調器５に供給するよう構成することができる。さらに第２の信号発生器７は、第１の信号発生器２をクロッキングするよう構成することができる。
【００３４】
第２の信号発生器７は制御ループ１ａ、たとえば位相制御ループ（ＰＬＬ、「位相ロックループ」）内で位相検知器９および周波数制御ループ８と接続することができ、制御信号Ｓ４の形成は、検出装置１４ａからフィードバックされたマイクロミラーの実際の水平偏向に基づいて制御される。
【００３５】
変調器５は、制御信号Ｓ３または部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂを受信し、制御信号Ｓ３または部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂをバイナリ変調、たとえばＰＷＭ変調によって変調するよう構成されている。ここでＰＷＭ変調は、第２の信号発生器７により準備される制御信号Ｃの周波数ｆｈで行われる。したがって変調器５は、パルス幅変調された制御信号Ｓ５をアクチュエータ装置１３に出力し、力入力素子２１〜２６を制御する。ＰＷＭ変調によって、水平傾斜軸を中心にするマイクロミラー２０の捩れ運動の際の共振周波数の高周波信号成分を制御信号Ｓ３に重畳変調することができる。これにより高周波信号成分が水平傾斜軸に対して付加的なトルクを提供することができ、その際に垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動が影響を受けることもない。ここでは障害となるモードは励起されず、とりわけ共振周波数ｆｒｅｓでの垂直傾斜軸の共振モードは励起されないことに注意すべきである。
【００３６】
言い替えると、アクチュエータ装置１３は一方で、マイクロミラー２０の水平傾斜軸を中心にする高周波傾斜運動を力入力素子ペア２１と２２ならびに２３と２４の作動によって形成するために使用される水平制御信号Ｓ４または部分制御信号Ｓ４ａとＳ４ｂを受信する。他方で、アクチュエータ装置１３は、マイクロミラー２０の垂直傾斜軸を中心にする低周波傾斜運動を力入力素子ペア２１と２４ならびに２２と２３の作動によって形成するために使用される垂直制御信号Ｓ５または部分制御信号Ｓ５ａとＳ５ｂを受信する。しかし同時に、パルス幅変調された垂直制御信号Ｓ５の高周波信号成分が付加的な力を力入力素子に加え、この力が水平傾斜運動を増強する。しかもその際に、垂直傾斜運動が甚だしい悪影響を受けることはない。これにより、付加的な駆動エネルギーを水平傾斜軸に伝達することができる。制御信号Ｓ５のパルス幅変調による駆動エネルギーの獲得は、制御信号Ｓ４の純粋な信号入力に対して約３０％である。
【００３７】
制御信号の変調には任意の形式のバイナリ変調でも適することが理解できるが、ＰＷＭ変調を以下単なる例として詳細に説明する。
【００３８】
図６は、変調器５の例示的構成を概略的に示す。第２の信号発生器７から提供された三角信号Ｃは、一方で、インバータ３１、バイアス発生器３３および増幅器３５の機能ブロックにより、他方でバイアス発生器３２と増幅器３４の機能ブロックにより、２つの逆相三角信号に分割され、これらがそれぞれ比較器３６ａと３７ａ、ならびに３６ｂと３７ｂに供給される。ここで第１の信号分割器４の部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂも同様に比較器３６ａと３６ｂ、ならびに３７ａと３７ｂに供給され、変調器の信号出力端に部分制御信号Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃ、Ｓ５ｄが出力される。ここで部分制御信号Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃ、Ｓ５ｄはパルス幅変調された制御信号であり、マイクロミラーモジュール１５の個々の力入力素子２１、２２、２３、２４を作動させるために使用することができる。
【００３９】
部分制御信号Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃ、Ｓ５ｄは、水平部分制御信号Ｓ４ａおよびＳ４ｂとともにアクチュエータ装置１３に供給することができ、このアクチュエータ装置１３内でマイクロミラーモジュール１５の個々の力入力素子２１、２２、２３、２４を作動させるために部分制御信号を組み合わせることができる。図７には、例として部分制御信号の可能な組合せが示されている。たとえば部分制御信号Ｓ５ａとＳ４ａは加算または重畳することができ、力入力素子２１の作動のために使用することができる。他の部分制御信号に対しても同様の組合せ規則が当てはまる。
【００４０】
図８は、マイクロミラー２０制御するため修正されたシステム１０の概略図である。図８のシステム１０は図４のシステム１０とは、第１の信号分割器４が信号切換論理回路４ａによって置換されている点で異なる。信号切換論理回路４ａは、信号変換装置３の変換された制御信号Ｓ２を受信し、所定のパルス幅閾値Ｂにしたがって修正された制御信号Ｓ６に変換するよう構成されている。
【００４１】
図１０に示すように制御信号Ｓ２は、振幅Ａの絶対値が小さい領域を有する。すなわち、マイクロミラー２０の垂直傾斜軸を中心にする垂直偏向の小さい領域を有する。したがって上に説明したようなバイナリ変調、たとえばパルス幅変調を変調器５で行うと、変調された垂直制御信号Ｓ５のエネルギー付与はこの領域では非常に小さくなる。エネルギー付与が小さいことにより（たとえばパルス幅変調の場合はパルス幅が小さい）、力入力素子への駆動エネルギーの伝達を、マイクロミラー２０の垂直偏向が大きい領域と比較して制限することができる。したがって信号切換論理回路４ａは、パルス幅変調された制御信号Ｓ５ｂの予期されるパルス幅を所定の調整可能なパルス幅閾値Ｂと比較するように構成することができる。そのために信号切換論理回路４ａは、図９に示した例示的構造を有することができる。そのために制御信号Ｓ２が機能ブロック４１、４２、４３、４５ならびにマルチプレクサ４４を介して２つのマルチプレクサ４７ａと４７ｂに供給される。制御信号Ｓ２の振幅をパルス幅閾値Ｂと比較ブロック４６と４８で比較することにより、信号切換論理回路４ａの信号出力端にはそれぞれ部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂを形成することができる。これらの部分制御信号Ｓ６ａ、Ｓ６ｂは図１０の下半分に示した信号経過を有する。ここでマルチプレクサ４７ａと４７ｂは、図１０の第２の信号線図に示した選択機能により駆動することができ、制御信号Ｓ２、パルス幅閾値Ｂ、一定のゼロラインまたは反転制御信号Ｓ２を信号切換論理回路４ａの信号出力端に出力する。このようにして部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂを形成することができ、これらの部分制御信号は部分制御信号Ｓ３ａとＳ３ｂよりも平均で高い絶対振幅を有する。
【００４２】
図８の変調器５ａは、信号切換論理回路４ａの部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂが三角信号Ｃの第１の周波数ｆｈでバイナリ変調、たとえばパルス幅変調を受け、変調された制御信号Ｓ７または部分制御信号Ｓ７ａとＳ７ｂを形成するように構成することができる。変調された制御信号Ｓ７または部分制御信号Ｓ７ａとＳ７ｂは、変調された制御信号Ｓ５または部分制御信号Ｓ５ａとＳ５ｂのように形成することができる。このとき、部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂが、制御信号Ｓ２がバイナリ変調、たとえばパルス幅変調された後に所定のパルス幅閾値Ｂより小さいパルスエネルギーを有することとなる領域内ではそれぞれ重なり合う駆動信号を有することに注意すべきである。これらの駆動信号は適当な力入力によって力入力素子２１〜２４を介し、マイクロミラー２０の垂直傾斜軸に対してそれぞれ対称に供給される。これにより垂直傾斜軸を中心にする傾斜運動を基準にして垂直偏向は生じない。なぜなら部分制御信号Ｓ６ａとＳ６ｂの高周波信号成分がこの領域ではちょうど相殺されるからである。
【００４３】
バイナリ変調された制御信号Ｓ６のすべてのパルスにわたってパルス幅が平均で大きいことにより、マイクロミラーの水平傾斜運動を支援するために、さらに大きな信号エネルギーを供給できることが保証される。この信号エネルギー供給は制御信号Ｓ４の信号エネルギー供給よりも約５０％大きい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する第１の周波数（ｆｈ）の第１の制御信号（Ｓ４）を形成するステップと、
前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にする前記マイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数（ｆｈ）よりも低い第２の周波数（ｆｖ）の第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を形成するステップと、
前記第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を、当該第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を前記第１の周波数によりバイナリ変調することにより変調するステップと、
前記マイクロミラー（２０）の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を、前記変調された第２の制御信号（Ｓ５）と前記第１の制御信号（Ｓ４）とで制御するステップと、を有するマイクロミラー（２０）の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の周波数（ｆｈ）は、前記第１の傾斜軸を中心にする偏向に関しての前記マイクロミラー（２０）の共振周波数であり、
前記第２の周波数（ｆｖ）は、前記第２の傾斜軸を中心にする偏向に関しての前記マイクロミラー（２０）の共振周波数（ｆｒｅｓ）より低い方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
前記変調された第２の制御信号（Ｓ５）と前記第１の制御信号（Ｓ４）とを、前記マイクロミラー（２０）の異なる力入力素子（２１、２２、２３、２４）を制御するように構成された部分制御信号（Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃ、Ｓ５ｄ；Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）に分割するステップをさらに有する方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法であって、
前記第２の制御信号（Ｓ２）の振幅をパルス幅閾値（Ｂ）と比較するステップと、
当該比較に基づき前記第２の制御信号（Ｓ２）から、前記第２の制御信号（Ｓ２）よりも平均で大きな信号振幅を有する変換された制御信号（Ｓ６）を形成するステップと、
前記第１の周波数によりバイナリ変調された第３の制御信号（Ｓ７）を前記変換された制御信号（Ｓ６）から形成するステップと、をさらに有する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記第３の制御信号（Ｓ７）は、前記第２の制御信号（Ｓ３）により符号化された前記第２の傾斜軸を中心にする前記マイクロミラー（２０）の傾斜運動を時間的に平均して符号化する方法。
【請求項６】
第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する第１の周波数（ｆｈ）の第１の制御信号（Ｓ４、Ｃ）を形成するよう構成された第１の信号発生器（７）と、
前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にする前記マイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数（ｆｈ）よりも低い第２の周波数（ｆｖ）の第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を形成するよう構成された第２の信号発生器（２）と、
前記第１の信号発生器（７）および第２の信号発生器（２）と接続されており、前記第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を前記第１の周波数（ｆｈ）によるバイナリ変調によって変調するよう構成された変調器（５）と、
前記変調器（５）と接続されており、前記変調された第２の制御信号（Ｓ５）と前記第１の制御信号（Ｓ４）とで前記マイクロミラー（２０）の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を制御するよう構成されたアクチュエータ装置（１３）と、を有するマイクロミラー（２０）を制御する制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制御装置であって、
前記第１の信号発生器（７）と前記アクチュエータ装置（１３）との間に接続されており、前記第１の制御信号（Ｓ４）を、前記マイクロミラー（２０）の種々の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を制御するための第１の部分信号（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）に分割するよう構成された第１の信号分割器（４）と、
前記第２の信号発生器（２）と前記変調器（５）との間に接続されており、前記第２の制御信号（Ｓ２）を、前記マイクロミラー（２０）の種々の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を制御するための第２の部分信号（Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ）に分割するよう構成された第２の信号分割器（３）と、をさらに有する制御装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の制御装置であって、
前記第１の周波数（ｆｈ）は、前記第１の傾斜軸を中心にする偏向に関しての前記マイクロミラー（２０）の共振周波数であり、
前記第２の周波数（ｆｖ）は、前記第２の傾斜軸を中心にする偏向に関しての前記マイクロミラー（２０）の共振周波数（ｆｒｅｓ）より低い制御装置。
【請求項９】
複数の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を備える少なくとも１つのマイクロミラー（２０）を有するマイクロミラーモジュール（１５）と、
所定の画像データにしたがい光線を形成し、該光線を前記マイクロミラーモジュール（１５）の少なくとも１つのマイクロミラー（２０）に向けるよう構成された画像形成装置（１６）と、
前記所定の画像データを形成して前記画像形成装置（１６）に供給するよう構成された画像データ形成装置（１１）と、
少なくとも１つのマイクロミラー（２０）の傾斜運動を前記力入力素子の制御（２１、２２、２３、２４）によって形成し、前記画像形成装置（１６）により形成された光線が、前記少なくとも１つのマイクロミラー（２０）によって前記画像データに対応する画像を形成するために偏向されるよう構成された、請求項６から８のいずれか１項に記載の制御装置（１）と、を有する画像投影システム（１０）。
【請求項１】
第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する第１の周波数（ｆｈ）の第１の制御信号（Ｓ４）を形成するステップと、
前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にする前記マイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数（ｆｈ）よりも低い第２の周波数（ｆｖ）の第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を形成するステップと、
前記第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を、当該第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を前記第１の周波数によりバイナリ変調することにより変調するステップと、
前記マイクロミラー（２０）の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を、前記変調された第２の制御信号（Ｓ５）と前記第１の制御信号（Ｓ４）とで制御するステップと、を有するマイクロミラー（２０）の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の周波数（ｆｈ）は、前記第１の傾斜軸を中心にする偏向に関しての前記マイクロミラー（２０）の共振周波数であり、
前記第２の周波数（ｆｖ）は、前記第２の傾斜軸を中心にする偏向に関しての前記マイクロミラー（２０）の共振周波数（ｆｒｅｓ）より低い方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
前記変調された第２の制御信号（Ｓ５）と前記第１の制御信号（Ｓ４）とを、前記マイクロミラー（２０）の異なる力入力素子（２１、２２、２３、２４）を制御するように構成された部分制御信号（Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ、Ｓ５ｃ、Ｓ５ｄ；Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）に分割するステップをさらに有する方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法であって、
前記第２の制御信号（Ｓ２）の振幅をパルス幅閾値（Ｂ）と比較するステップと、
当該比較に基づき前記第２の制御信号（Ｓ２）から、前記第２の制御信号（Ｓ２）よりも平均で大きな信号振幅を有する変換された制御信号（Ｓ６）を形成するステップと、
前記第１の周波数によりバイナリ変調された第３の制御信号（Ｓ７）を前記変換された制御信号（Ｓ６）から形成するステップと、をさらに有する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記第３の制御信号（Ｓ７）は、前記第２の制御信号（Ｓ３）により符号化された前記第２の傾斜軸を中心にする前記マイクロミラー（２０）の傾斜運動を時間的に平均して符号化する方法。
【請求項６】
第１の傾斜軸を中心にするマイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する第１の周波数（ｆｈ）の第１の制御信号（Ｓ４、Ｃ）を形成するよう構成された第１の信号発生器（７）と、
前記第１の傾斜軸に対して垂直の第２の傾斜軸を中心にする前記マイクロミラー（２０）の傾斜運動を符号化する、前記第１の周波数（ｆｈ）よりも低い第２の周波数（ｆｖ）の第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を形成するよう構成された第２の信号発生器（２）と、
前記第１の信号発生器（７）および第２の信号発生器（２）と接続されており、前記第２の制御信号（Ｓ２、Ｓ３）を前記第１の周波数（ｆｈ）によるバイナリ変調によって変調するよう構成された変調器（５）と、
前記変調器（５）と接続されており、前記変調された第２の制御信号（Ｓ５）と前記第１の制御信号（Ｓ４）とで前記マイクロミラー（２０）の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を制御するよう構成されたアクチュエータ装置（１３）と、を有するマイクロミラー（２０）を制御する制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制御装置であって、
前記第１の信号発生器（７）と前記アクチュエータ装置（１３）との間に接続されており、前記第１の制御信号（Ｓ４）を、前記マイクロミラー（２０）の種々の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を制御するための第１の部分信号（Ｓ４ａ、Ｓ４ｂ）に分割するよう構成された第１の信号分割器（４）と、
前記第２の信号発生器（２）と前記変調器（５）との間に接続されており、前記第２の制御信号（Ｓ２）を、前記マイクロミラー（２０）の種々の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を制御するための第２の部分信号（Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ）に分割するよう構成された第２の信号分割器（３）と、をさらに有する制御装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の制御装置であって、
前記第１の周波数（ｆｈ）は、前記第１の傾斜軸を中心にする偏向に関しての前記マイクロミラー（２０）の共振周波数であり、
前記第２の周波数（ｆｖ）は、前記第２の傾斜軸を中心にする偏向に関しての前記マイクロミラー（２０）の共振周波数（ｆｒｅｓ）より低い制御装置。
【請求項９】
複数の力入力素子（２１、２２、２３、２４）を備える少なくとも１つのマイクロミラー（２０）を有するマイクロミラーモジュール（１５）と、
所定の画像データにしたがい光線を形成し、該光線を前記マイクロミラーモジュール（１５）の少なくとも１つのマイクロミラー（２０）に向けるよう構成された画像形成装置（１６）と、
前記所定の画像データを形成して前記画像形成装置（１６）に供給するよう構成された画像データ形成装置（１１）と、
少なくとも１つのマイクロミラー（２０）の傾斜運動を前記力入力素子の制御（２１、２２、２３、２４）によって形成し、前記画像形成装置（１６）により形成された光線が、前記少なくとも１つのマイクロミラー（２０）によって前記画像データに対応する画像を形成するために偏向されるよう構成された、請求項６から８のいずれか１項に記載の制御装置（１）と、を有する画像投影システム（１０）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４１２８１（Ｐ２０１３−４１２８１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８０６５２（Ｐ２０１２−１８０６５２）
【出願日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【出願人】（３９００２３７１１）ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング (2,908)
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
【住所又は居所原語表記】Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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