СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПРОЕЦИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ С ПОВЫШЕННЫМ УРОВНЕМ БЕЗОПАСНОСТИ Российский патент 2017 года по МПК G03B21/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для проецирования изображения с повышенным уровнем безопасности. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение обеспечивает способ, содержащий модификацию потока пикселей, образующего изображение, так, чтобы указанный поток содержал заданное количество черных пикселей, с целью обеспечить, что проекционное устройство будет оставаться в рамках стандарта для выбранного класса лазера в соответствии с международными нормами классификации безопасности лазеров. Также обеспечивается соответствующее проекционное устройство.

Уровень техники

Многие проекционные устройства содержат микроэлектромеханическое (MEMS) зеркало, которое используется для отражения света на экран отображения и которое качается относительно одной или более осей качания для сканирования экрана отображения световым лучом с целью проецирования изображения на экран отображения. Эти проекционные устройства обычно используют лазерный луч для проецирования изображения на экран отображения. Соответственно, такие проекционные устройства подпадают под действие международных норм классификации безопасности лазеров. Эти нормы классификации безопасности лазеров определяют уровень безопасности каждого лазера в зависимости от максимальной интенсивности света, который способен излучать лазер, (в дальнейшем здесь называется «максимально допустимый уровень излучения»). Нормы классификации безопасности устанавливают четыре класса безопасности (1-4); лазеры 1 класса представляют собой наиболее безопасный класс лазеров, поскольку максимально допустимый уровень излучения для таких лазеров является наименьшим из всех классов лазеров; напротив, 4 класс составляют наиболее опасные лазеры; лазеры 4 класса могут генерировать неограниченно интенсивное излучение, другими словами, для лазеров 4 класса не установлен максимально допустимый уровень излучения. Сверх 1 класса находятся лазеры 2 класса, и сверх 2 класса располагаются лазеры 3 класса; лазеры 2 класса имеют максимально допустимый уровень излучения выше, чем лазеры 1 класса, а лазеры 3 класса имеют максимально допустимый уровень излучения выше, чем лазеры 2 класса. Лазерами 4 класса являются лазеры, способные излучать свет с интенсивностью, превосходящей максимально допустимый уровень излучения для лазеров 3 класса. Проекционные устройства используют свет, образующий пиксели проецируемого изображения; поэтому проекционные устройства также подпадают под действие норм классификации безопасности лазеров. Проекционные устройства, отнесенные к 1 классу, обеспечивают, благодаря низкому максимально допустимому уровню излучения, максимальный уровень безопасности для пользователя; поскольку низкий максимально допустимый уровень лазерного излучения, генерируемого этими устройствами, не вызовет повреждения глаз пользователя. Поэтому наиболее благоприятными и предпочтительными, из соображений безопасности, являются проекционные устройства 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров. Отметим, что значения максимально допустимого уровня излучения, определяющие класс лазера, зависят от системы, использующей этот лазер; другими словами, проекционное устройство может содержать лазер 3 класса, но из-за потерь энергии излучения, которые могут иметь место в этом проекционном устройства, максимальный уровень излучения от этого проекционного устройства может быть не более максимально допустимого уровня излучения для лазеров 2 класса; в таком случае это проекционное устройство следует отнести к 2 классу согласно международным нормам классификации безопасности лазеров.

Большинство имеющихся сегодня проекционных устройств являются устройствами 2 класса или более, поскольку лазерный свет, излучаемый проекционным устройством, сфокусирован или коллимирован. Свет лазера, отражаемый MEMS-зеркалом и сканируемый этим зеркалом по экрану отображения, формирует пиксели проецируемого изображения. Каждый раз, когда MEMS-зеркало изменяет направление качания, оно продолжает отражать свет лазера на экран отображения; в этот момент, поскольку MEMS-зеркало качается с меньшей скоростью или даже останавливается, расстояние между последовательными пикселями на экране отображения становится меньше, как показано на Фиг. 7. На Фиг. 7 пиксели 50а и 50b отражены на экран отображения, когда MEMS-зеркало изменяет направление качания; очевидно, что расстояние между пикселями 50а и 50b уменьшено и на деле это расстояние настолько мало, что эти пиксели 50а и 50b накладываются один на другой или по меньшей мере располагаются очень близко один к другому (это контрастирует с наличием большего расстояния между пикселями 51а и 51b, отраженными на экран отображения, когда MEMS-зеркало находится в середине качания). Поскольку расстояние между пикселями 50а и 50b мало, и поскольку последовательные импульсы света, образующие эти пиксели 50а и 50b, разделены коротким промежутком времени, проекционное устройство направляет, в пределах временного интервала 16 мкс (18 мкс это такой промежуток времени, для которого согласно международным нормам классификации безопасности лазеров считается, что если интервал времени между двумя или более импульсами короче этих 18 мкс, тогда такие импульсы следует рассматривать как эквивалентные одному импульсу) и в пределах области человеческого глаза, фотоны в повышенной концентрации в область экрана отображения, где представлены указанные пиксели 50а и 50b. Эта повышенная концентрация фотонов превзойдет максимально допустимый уровень излучения, установленный для 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров, так что проекционное устройство должно быть отнесено к 2 классу (или выше) согласно международным нормам классификации безопасности лазеров.

Более того, лазерное излучение, проецируемое посредством проекционного устройства, обычно является импульсным; это дополнительно повышает опасность, создаваемую проекционным устройством для глаз пользователя. Согласно международным нормам классификации безопасности лазеров допустимые уровни излучения для импульсных лазеров ниже, чем для лазеров непрерывного излучения, из-за повышенного риска для глаз пользователя, создаваемого импульсным лазерным излучением. Проекционному устройству гораздо легче превысить максимально допустимый уровень излучения для рассматриваемого класса в случае применения импульсного лазера.

Целью настоящего изобретения является устранение или уменьшение указанных выше недостатков. В частности, одной из целей настоящего изобретения является создание способа проецирования изображения, который бы обеспечил, что проекционное устройство не превысит максимально допустимого уровня излучения для выбранного класса при проецировании изображения.

Раскрытие изобретения

Согласно настоящему изобретению указанные цели достигаются посредством способа проецирования изображения с повышенным уровнем безопасности с использованием проекционного устройства, содержащего MEMS-зеркало, качающееся относительно одной или более осей качания, для сканирования светом от одного или более лазеров экрана отображения, с целью проецирования пикселей, образующих изображение, на экран отображения, при этом способ содержит этапы, на которых

(a) выбирают класс лазера для проекционного устройства;

(b) вычисляют соотношения между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазера и для заданного количества черных пикселей в изображении;

(c) повторяют этап (b) множество раз, каждый раз для другого заданного числа черных пикселей в изображении, для получения множества соотношений между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазеров, где каждое соотношение соответствует своему, отличному от других заданному количеству пикселей в изображении;

(d) определяют расстояния между экраном отображения и проекционным устройством;

(e) выбирают желаемый максимально допустимый уровень излучения для изображения, подлежащего проецированию проекционным устройством на экран отображения;

(f) выбирают, из совокупности множества соотношений между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием, соотношение, содержащее максимально допустимый уровень излучения, равный желаемому максимально допустимому уровню излучения, выбранному на этапе (е), для расстояния, найденного на этапе (d), и;

(g) осуществляют идентификацию заданного числа черных пикселей в изображении для выбранного соотношения;

(h) осуществляют модификацию потока пикселей, образующих указанное изображение, подлежащее проецированию проекционным устройством, так, чтобы получить поток пикселей, содержащий заданное количество черных пикселей, идентифицированное на этапе (g).

В наиболее предпочтительном варианте настоящего изобретения способ содержит этапы, на которых

(a) выбирают класс лазера для проекционного устройства;

(b) вычисляют соотношение между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазера и для заданного количества черных пикселей в изображении;

(b2) преобразуют максимально допустимый уровень излучения в максимально допустимый уровень яркости для получения соотношения между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для выбранного класса лазера и для заданного количества черных пикселей в изображении;

(c) повторяют этапы (b) и (b2) множество раз, каждый раз для другого заданного количества черных пикселей в изображении, чтобы получить множество соотношений между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для выбранного класса лазеров, где каждое соотношение соответствует своему, отличному от других заданному количеству пикселей в изображении;

(d) определяют расстояние между экраном отображения и проекционным устройством;

(e) выбирают желаемый максимально допустимый уровень яркости для изображения, подлежащего проецированию проекционным устройством на экран отображения;

(f) выбирают, из совокупности множества соотношений между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием, соотношения, содержащего максимально допустимый уровень яркости, равный желаемому максимально допустимому уровню яркости, выбранному на этапе (е), для расстояния, найденного на этапе (d), и;

(g) осуществляют идентификацию заданного количества черных пикселей в изображении для выбранного соотношения;

(h) осуществляют модификацию потока пикселей, образующих указанное изображение, подлежащее проецированию проекционным устройством, так, чтобы получить поток пикселей, содержащий заданное количество черных пикселей, идентифицированное на этапе (g).

В наиболее предпочтительном варианте максимально допустимые уровни излучения преобразуют в эквивалентные максимально допустимые уровни яркости с использованием уравнений, хорошо известных в технике, и затем эти максимально допустимые уровни яркости применяют при осуществлении способа вместо использования максимально допустимых уровней излучения.

В большинстве случаев величина максимально допустимого уровня яркости диктуется светом, излучаемым вследствие фототермического эффекта в проекционном устройстве. В других случаях величина максимально допустимого уровня яркости может диктоваться светом, излучаемым вследствие фотохимического эффекта в проекционном устройстве.

Поток пикселей предпочтительно содержит пиксели, образующие изображение, подлежащее проецированию. Это изображение может представлять собой видео или неподвижное изображение. Предпочтительно каждый пиксель в потоке пикселей будет образован световым импульсом. Наиболее предпочтительно каждый световой импульс будет модулированным световым импульсом. Поток пикселей может быть определен потоком видео.

Этап (d) может представлять собой этап определения расстояния между экраном отображения и проекционным устройством или определения расстояния до головы человека.

Способ может содержать этап формирования потока пикселей посредством учета каждого последующего или соседнего пикселя в рассматриваемом изображении и передачи такого потока пикселей на вход лазерного драйвера. К типовым стандартным форматам потока пикселей относятся RGB, VGA, HDMI или ΜΙΡΙ.

Предпочтительно способ содержит этапы, на которых измеряют расстояние между экраном отображения и проекционным устройством и динамически регулируют количество черных пикселей, входящих в состав потока пикселей, образующего изображение, подлежащего проецированию, в зависимости от измеренного расстояния так, чтобы проекционное устройство не превысило максимально допустимый уровень яркости для выбранного класса на измеренном расстоянии. Способ может содержать этапы, на которых измеряют расстояние между головой человека и проекционным устройством и динамически регулируют количество черных пикселей, входящих в состав потока пикселей, образующего изображение, подлежащего проецированию, в зависимости от измеренного расстояния так, чтобы проекционное устройство не превысило максимально допустимый уровень яркости для выбранного класса на измеренном расстоянии.

Этап модификации потока пикселей может представлять собой этап модификации потока пикселей так, чтобы указанное заданное количество черных пикселей было распределено на противоположных сторонах или вокруг периметра проецируемого изображения.

Способ может содержать этап приема черных пикселей, входящих в состав потока пикселей, MEMS-зеркалом в проекционном устройстве в моменты, когда это MEMS-зеркало изменяет направления качания относительно оси качания, так что эти черные пиксели появляются на противоположных сторонах проецируемого изображения. Предпочтительно, черные пиксели размещают в потоке пикселей в таких позициях, что их принимает MEMS-зеркалом проекционного устройства в моменты, когда это MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно оси качания, так что эти черные пиксели появляются на сторонах проецируемого изображения. Предпочтительно, черные пиксели размещают в потоке пикселей в таких позициях, что их принимает MEMS-зеркало проекционного устройства перед, во время и после того, как это MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно оси качания.

Предпочтительно, черные пиксели размещают в потоке пикселей в таких позициях, что они попадают к MEMS-зеркалу, когда это MEMS-зеркало оказывается в позиции, повернутой на -50° или +50° от стартовой позиции, где стартовую позицию принимают за 0°. Эту позицию 0° можно также считать позицией покоя для MEMS-зеркала. Предпочтительно позиции -+50° являются позициями, соответствующими максимальной амплитуде качания MEMS-зеркала. Таким образом, когда MEMS-зеркало находится точно в пределах 10° от позиций, соответствующим углам отклонения -50° и +50° от стартовой позиции (0°), тогда это MEMS-зеркало будет отражать только черные пиксели на экран отображения. Следует отметить, что есть две позиции, в которых MEMS-зеркало будет отклонено на величину, соответствующую максимальной амплитуде качания; первая максимальная амплитуда качания будет достигнута, когда MEMS-зеркало качнется в направлении по часовой стрелке в позицию соответствующую углу поворота +50° от стартовой позиции (0°), и вторая максимальная амплитуда качания будет достигнута, когда MEMS-зеркало качнется в направлении против часовой стрелки в позицию соответствующую углу поворота -50° от стартовой позиции (0°). Предпочтительно, черные пиксели размещают в потоке пикселей в таких позициях, что они попадают на MEMS-зеркало в моменты, когда это MEMS-зеркало оказывается в позициях, соответствующих отклонению на величину, равную максимальной амплитуде качаний, от стартовой позиции.

Такое MEMS-зеркало может быть конфигурировано для качания относительно двух осей качания, и тогда способ содержит этап приема черных пикселей, входящих в состав потока пикселей в моменты, когда это MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно каждой из этих двух осей качания, так что такие черные пиксели появляются по периметру проецируемого изображения. Предпочтительно, MEMS-зеркало конфигурировано для качания относительно двух осей качания, а также черные пиксели размещены в потоке пикселей в таких позициях, что MEMS-зеркало в проекционном устройстве принимает эти пиксели в моменты, когда это MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно каждой из указанных двух осей качания, в результате чего эти черные пиксели появляются по периметру проецируемого изображения. Предпочтительно, MEMS-зеркало конфигурировано для качания относительно двух осей качания, а также черные пиксели размещены в потоке пикселей в таких позициях, что MEMS-зеркало в проекционном устройстве принимает эти пиксели перед, во время и после того, как это MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно каждой из указанных двух осей качания.

Этап модификации потока пикселей осуществляется так, чтобы этот поток пикселей, образующий изображение, которое необходимо проецировать, имел указанное заданное количество черных пикселей, может представлять собой этап преобразования пикселей в составе потока пикселей в черные пиксели.

Количество пикселей, преобразуемых в черные пиксели, из состава потока пикселей предпочтительно равно указанному заданному количеству черных пикселей.

Предпочтительно пиксели, преобразуемые в черные пиксели, представляют собой пиксели, расположенные по сторонам или по периметру изображения, подлежащее проецированию.

Этап модификации потока пикселей осуществляется так, чтобы этот поток пикселей, образующий изображение, подлежащее проецированию, имел указанное заданное число черных пикселей, и может содержать этапы, на которых осуществляют сжатие пикселей в составе потока пикселей и затем добавление черных пикселей к сжатому потоку пикселей. Предпочтительно количество черных пикселей, добавляемых к сжатому потоку пикселей, равно указанному заданному количеству черных пикселей. Предпочтительно, при сжатии потока пикселей уменьшают количество пикселей в этом сжимаемом потоке на величину, равную указанному заданному количеству черных пикселей.

Этап модификации потока пикселей осуществляется так, чтобы этот поток пикселей, образующий изображение, подлежащее проецированию, имел указанное заданное количество черных пикселей, и может содержать этапы добавления черных пикселей к потоку пикселей для получения модифицированного потока пикселей, в состав которого входят пиксели, образующие изображение, и добавленные черные пиксели, и затем увеличение угла сканирования MEMS-зеркала.

Угол сканирования предпочтительно увеличивают путем увеличения амплитуды качания MEMS-зеркала относительно одной или более осей качания этого зеркала. Угол сканирования MEMS-зеркала предпочтительно увеличивают на величину, позволяющую компенсировать количество черных пикселей; например, если пиксель имеет диаметр 1 мм на расстоянии 1 м и если добавляют по одному черному пикселю на двух сторонах изображения, тогда полный угол оптического сканирования (т.е. угол, эквивалентный углу, соответствующему удвоенной амплитуде полного механического качания MEMS-зеркала) увеличивают для компенсации этого добавленного пикселя; величина, на которую увеличивают угол оптического сканирования MEMS-зеркала, может быть вычислен следующим образом α=2*tg-1(0.5/1000), где α - величина, на которую увеличивается угол оптического сканирования, и tg^-1 обозначает функцию, обратную тригонометрической функции тангенса; так что полный угол оптического сканирования MEMS-зеркала равен: (первоначальный угол сканирования + α).

Другой альтернативой является увеличение угла сканирования MEMS-зеркала в соответствии с отношением, равным: (количество черных пикселей, созданных в потоке пикселей, + количество пикселей в составе потока пикселей, отличных от этих черных пикселей, подлежащих проецированию)/(общее количество проецируемых пикселей); полный угол сканирования MEMS-зеркала будет, таким образом, равен произведению первоначального угла сканирования MEMS-зеркала на указанное отношение: (количество черных пикселей, созданных в потоке пикселей, + количество пикселей в составе потока пикселей, отличных от этих черных пикселей, подлежащих проецированию)/(общее количество проецируемых пикселей). Количество пикселей в составе потока пикселей, отличных от черных пикселей, подлежащих проецированию, называется количеством пикселей, образующих изображение.

Способ может дополнительно содержать этап модификации продолжительности каждого из образующих изображение пикселей в модифицированном потоке пикселей и/или момента времени и/или продолжительности лазерных световых импульсов с целью компенсации скорости качания MEMS-зеркала. Образующие изображение пиксели представляют собой пиксели в составе потока пикселей, отличные от черных пикселей, созданных в этом потоке пикселей. Лазерные световые импульсы представляют собой световые импульсы, каждый из которых формирует один из образующих изображение пикселей. Момент времени лазерного светового импульса представляет собой момент времени, в который происходит генерация лазерного импульса. Целью модификации продолжительности образующих изображение пикселей является обеспечение того, чтобы все пиксели имели на экране отображения одинаковые размеры, какой бы ни была скорость зеркала. Это достигается управлением импульсами источника света, генерирующего световые импульсы, каждый из которых образует пиксель в составе изображения, подлежащего проецированию, с повышенной частотой («быстрее»), когда MEMS-зеркало движется с высокой скоростью, (т.е. в области середины амплитуды качания) и управлением импульсами источника света с пониженной частотой («медленнее»), когда это MEMS-зеркало движется с низкой скоростью (т.е. возле крайних (максимальных) точек амплитуды качания).

Если качания зеркала представляют собой синусоидальное движение, можно вычислить позицию зеркала в функции времени; на основе чего можно вычислить продолжительность каждого из образующих изображение пикселей в модифицированном потоке пикселей с использованием следующего уравнения:

Pixel_duration(t)=(Res/2)*sin(2pi*t*Fr-pi/2)

Здесь "Res" представляет горизонтальное разрешение (заданное заранее), Fr - резонансная частота MEMS-зеркала (заданная заранее) и "t" - время.

В одном из вариантов, в котором нет увеличения угла сканирования MEMS-зеркала, продолжительность образующих изображение пикселей также модифицируют; вследствие создания черных пикселей в потоке пикселей, образующие изображение пиксели будут отклонены MEMS-зеркалом на экран отображения, когда это MEMS-зеркало находится в позициях, соответствующих разным углам сканирования, и потому движется с различными скоростями сканирования. Соответственно, продолжительность первого (и также последующих) образующих изображение пикселей должна быть адаптирована для компенсации этого факта. Для определения продолжительности каждого из образующих изображение пикселей используется следующее уравнение:

Pixel_duration(t)=(Res/2+Black_px)*sin(2pi*t*Fr-pi/2)

Здесь "Black_px" равно половине общего количества черных пикселей, созданных в потоке пикселей.

Способ может дополнительно содержать этапы повторения этапов (а)-(с) для множества различных классов лазеров, выбора класса лазера для проекционного устройства, которое должно проецировать изображение, и выбора множества соотношений между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для класса лазера, выбранного на предыдущем этапе, и использования выбранного множества соотношений при выполнении этапов (f) и (g) рассматриваемых способов.

Способ может содержать этапы определения соотношения между максимально допустимым уровнем излучения, порождаемого фотохимическим эффектом в проекционном устройстве, и расстоянием от проекционного устройства, для конкретного рассматриваемого класса лазеров, и когда расстояние между проекционным устройством и экраном отображения равно 10 см или меньше, и если максимальный уровень излучения, порождаемого фотохимическим эффектом, в проекционном устройстве выше максимального уровня излучения, порождаемого фототермическим эффектом, в проекционном устройстве, тогда модифицируют поток пикселей, образующих изображение, подлежащее проецированию, таким образом, чтобы ввести в этот поток пикселей заданное количество черных пикселей и сделать максимальный уровень излучения, порождаемого фотохимическим эффектом в проекционном устройстве, меньше или равным максимальному уровню излучения, порождаемого фототермическим эффектом в проекционном устройстве.

Способ может дополнительно содержать этапы определения соотношения между максимально допустимым уровнем яркости, порождаемым фотохимическим эффектом в лазере проекционного устройства, и расстоянием от проекционного устройства для рассматриваемого класса лазеров. Это предпочтительно делается путем вычисления соотношения между максимально допустимым уровнем излучения в результате фотохимического эффекта и расстоянием для выбранного класса лазеров. Найденный максимально допустимый уровень излучения для фотохимического эффекта служит для защиты людей от вредного фотохимического эффекта (например, фоторетинита - фотохимического повреждения роговицы под воздействием излучения в диапазоне длин волн от 400 нм до 600 нм). Международные стандартные требования для вычисления максимально допустимого уровня излучения для фотохимического эффекта и максимально допустимого уровня излучения для фототермического эффекта в функции расстояния приведены в стандарте IEC 60825-1 и в техническом отчете IEC/TR 60825-13.

Затем максимально допустимый уровень излучения для фотохимического эффекта предпочтительно преобразуют в максимально допустимый уровень яркости таким же образом, как показано выше (т.е. как было сделано выше для максимально допустимого уровня излучения для фототермического эффекта), для получения соотношения между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для выбранного класса лазеров. Способ может дополнительно, если расстояние между проекционным устройством и экраном отображения равно 10 см или меньше, и если максимально допустимый уровень излучения, порождаемого фотохимическим эффектом, в проекционном устройстве выше максимально допустимого уровня излучения, порождаемого фототермическим эффектом, в проекционном устройстве, содержать этап модификации потока пикселей, образующих изображение, подлежащее проецированию, так, чтобы ввести в этот поток пикселей заданное количество черных пикселей, так что максимально допустимый уровень излучения, порождаемого фотохимическим эффектом в проекционном устройстве, становится меньше или равен максимально допустимому уровню излучения, порождаемого фототермическим эффектом в проекционном устройстве.

Для фотохимического эффекта максимально допустимый уровень излучения (AEL) для рассматриваемой длины волны А излучения лазера, находящегося в диапазоне длин волн от 400 нм до 600 нм определяют по формуле: AEL=(3.9×[10]^(-3))*C3/(n*t)Βт. Где С3=1 для 400 нм<λ<450 нм и С3=[10]^(0.02(λ-450)) для 450 нм<λ<600 нм. Для 1 класса время экспозиции составляет 100 с, так что t=100. Параметр η обозначает долю излучаемой проекционным устройством мощности, попадающую в глаз пользователя, считая, что глаз имеет круглую апертуру диаметром 7 мм.

Способ может дополнительно содержать - этапы измерения ускорения проекционного устройства и модификации потока пикселей таким образом, чтобы этот поток пикселей, образующий изображение, подлежащее проецированию, имел заданное количество черных пикселей, с целью обеспечить, что проекционное устройство не превысит заданный максимально допустимый уровень яркости, когда измеренное ускорение превосходит пороговый уровень ускорения.

Способ может содержать этап качания MEMS-зеркала относительно одной или более осей качания для сканирования световым лучом по экрану отображения по схеме растрового сканирования, по схеме чересстрочной развертки, по схеме нечересстрочной развертки, по схеме двунаправленной развертки, по схеме сканирования Лиссажу, по синусоидальной схеме или по двойной синусоидальной схеме.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предложено проекционное устройство с повышенным уровнем безопасности, содержащее программный модуль, имеющий в составе программное обеспечение, конфигурированное для осуществления описываемого выше способа.

Проекционное устройство может также содержать средства для измерения расстояния, чтобы определять расстояние между экраном отображения и проекционным устройством или между объектом (например, головой человека), присутствующим в пределах проекционного конуса проекционного устройства, и этим проекционным устройством. Наиболее предпочтительно, проекционное устройство должно содержать средства для измерения расстояния между экраном отображения и проекционным устройством и средства для динамического регулирования количества черных пикселей, создаваемых в потоке пикселей, образующем изображение, подлежащее проецированию, согласно измеренному расстоянию, так что проекционное устройство не превосходит максимально допустимого уровня излучения.

Проекционное устройство может также содержать акселерометр, а программное обеспечение может быть дополнительно конфигурировано для приема величин ускорения, измеренных акселерометром, и для модификации потока пикселей, образующего изображение, подлежащее проецированию, таким образом, чтобы создать в нем заданное количество черных пикселей с целью обеспечить, что проекционное устройство не превышает заданного максимально допустимого уровня яркости, когда измеренное ускорение превосходит пороговый уровень ускорения.

Проекционное устройство может содержать датчик положения в качестве системы измерения расстояния, конфигурированной для модификации потока пикселей таким образом, чтобы в потоке пикселей, образующем изображение, подлежащее проецированию, создать заданное количество черных пикселей с целью обеспечить, что проекционное устройство не превышает заданного максимально допустимого уровня излучения, в зависимости от расстояния от проектора до проекционной поверхности, измеренного датчиком положения.

Предпочтительно «черные» пиксели, которые были созданы в потоке пикселей, будут полностью черными по цвету. В альтернативном варианте «черные» пиксели, созданные в потоке пикселей, могут быть не абсолютно черными, что означает, что выходное излучение лазера не равно нулю, но может быть отрегулировано таким образом, чтобы проецировать свет с интенсивностью меньше первоначальной интенсивности, достаточно низкой и не превышающей заданного максимально допустимого уровня излучения.

Например, если считать по несколько черных пикселей на каждой стороне изображения, то первые пиксели с каждого края могут быть совершенно черными, затем следующие имеют плавно изменяющуюся или стационарно более высокую яркость до точки, где будет достигнут первый пиксель с «полной» яркостью. Это должно позволить иметь меньшее число вырезаемых пикселей в изображении и потому уменьшить степень снижения разрешения изображения. Другой выигрыш состоит в том, что с учетом синусоидального движения зеркала эти пиксели будут противоположны яркостной зависимости изображения из-за синусоидального движения (или скорости) MEMS-зеркала, вследствие чего при использовании описанного выше способа изображение будет иметь более равномерную яркость.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет лучше понято с помощью описания вариантов, даваемого на примерах и иллюстрируемого чертежами, на которых:

Фиг. 1 представляет логическую схему этапов, выполняемых при осуществлении способа согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения;

Фиг. 2 представляет график для рассматриваемого класса лазеров, где изображены кривые, иллюстрирующие соотношение между максимально допустимым уровнем излучения проекционного устройства и расстоянием от этого проекционного устройства, причем каждая кривая соответствует ситуации, когда проекционное устройство осуществляет проецирование изображения, образованного потоком пикселей, в котором было создано свое для каждой кривой, отличное от других кривых заданное количество черных пикселей;

Фиг. 3 представляет логическую схему этапов, выполняемых при осуществлении способа согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения;

Фиг. 4 представляет график для рассматриваемого класса лазеров, где изображены кривые, иллюстрирующие соотношение между максимально допустимым уровнем яркости проекционного устройства и расстоянием от этого проекционного устройства, причем каждая кривая соответствует ситуации, когда проекционное устройство осуществляет проецирование изображения, образованного потоком пикселей, в котором было создано свое для каждой кривой, отличное от других кривых заданное количество черных пикселей;

Фиг. 5а и b иллюстрируют, как выглядят черные пиксели при проецировании потока пикселей;

Фиг. 6 представляет проекционное устройство согласно другому аспекту настоящего изобретения;

Фиг. 7 иллюстрирует пиксели, проецируемые известным проекционным устройством на разных стадиях качания MEMS-зеркала.

Осуществление изобретения

Способ согласно настоящему изобретению осуществляется в проекционном устройстве, содержащем MEMS-зеркало, качающееся относительно одной или более осей качания для сканирования световым лучом по экрану отображения с целью проецирования изображения на экран отображения. Предпочтительно, MEMS-зеркало качается относительно указанных одной или более осей качания для сканирования световым лучом по экрану отображения по схеме растрового сканирования, по схеме чересстрочной развертки, по схеме нечересстрочной развертки, по схеме двунаправленной развертки, по схеме развертки Лиссажу, по синусоидальной схеме или по двойной синусоидальной схеме. Предпочтительно, MEMS-зеркало качается относительно одной оси качания или двух ортогональных осей качания. Эти световые лучи генерируют одним или более лазерами, предпочтительно красным, зеленым и синим лазерами. Эти один или более лазеров генерируют свет в форме световых импульсов, где каждый импульс образует пиксель изображения, подлежащее проецированию.

На Фиг. 1 представлена логическая схема, иллюстрирующая этапы способа согласно одному из вариантов настоящего изобретения. Способ содержит этапы выбора класса лазеров для проекционного устройства (этап (а)); далее, вычисление соотношения между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазера и для заданного количества черных пикселей в изображении с использованием уравнения, приведенного в международной системе классификации лазеров (этап (b)). Этот максимально допустимый уровень излучения представляет собой максимально допустимый уровень излучения для конкретного класса лазеров. В этом примере максимально допустимый уровень излучения представляет собой фототермический максимально допустимый уровень излучения, т.е. уровень излучения, обусловленного фототермическим эффектом. Международные стандартные правила вычисления фототермического максимально допустимого уровня излучения в функции количества «черных» участков изображения и в функции расстояния известны из стандарта IEC 60825-1 и технического отчета IEC/TR 60825-13.

Этап (b) повторяют несколько раз, каждый раз для своего, отличного от других заданного количества черных пикселей в составе изображения с целью получения множества соотношений между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазеров, где каждое соотношение соответствует своему, отличному от других соотношений заданному количеству черных пикселей в составе изображения (этап (с)). Это множество соотношений между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазеров, где каждое соотношение соответствует своему, отличному от других соотношений заданному количеству черных пикселей в составе изображения, может быть представлено в виде кривых на графике, в виде таблицы, в виде одной или более математических функций или в какой-либо другой подходящей форме. Например, на Фиг. 2 показаны эти соотношения в виде кривых на графике. Расстояние от проекционного устройства отложено по х-оси, а максимально допустимый уровень излучения для проекционного устройства отложен по у-оси. По у-оси показано большее число характеристик зависимости максимально допустимого уровня излучения в результате фототермического эффекта в проекционном устройстве.

Каждая из кривых, представленных на графике Фиг. 2, иллюстрирует соотношение между максимально допустимым уровнем излучения проекционного устройства и расстоянием от проекционного устройства для проекционных устройств 1 класса. Каждая кривая соответствует ситуации, когда проекционное устройство проецирует изображение с некоторым разрешением, образованное потоком пикселей, имеющим в составе свое, отличное от других кривых заданное количество черных пикселей. Например, кривая 11 соответствует ситуации, когда проекционное устройство проецирует изображение с некоторым разрешением (например, разрешением WVGA), образованное потоком пикселей, имеющим в составе 85 черных пикселей, а кривая 12 соответствует ситуации, когда проекционное устройство проецирует изображение, образованное потоком пикселей, имеющим в составе 63 черных пикселя, и т.д. Если проекционное устройство ведет себя, как показывает одна из кривых, представленных на графике на Фиг. 2, это проекционное устройство укладывается в нормы стандарта, установленные для 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров, вследствие чего такое проекционное устройство может быть классифицировано в качестве проекционного устройства 1 класса. Например, как показано на Фиг. 2, для того, чтобы проекционное устройство соответствовало 1 классу согласно международным нормам классификации безопасности лазеров, максимально допустимый уровень излучения для света, проецируемого посредством этого проекционного устройства, при измерении на расстоянии 1350 мм от проекционного устройства, когда это проекционное устройство осуществляет проецирование изображение, содержащее 85 черных пикселей, не должен превышать 0,102 Вт. Аналогично, как также показано на Фиг. 2, для того, чтобы проекционное устройство соответствовало 1 классу согласно международным нормам классификации безопасности лазеров, максимально допустимый уровень излучения для света, проецируемого посредством этого проекционного устройства, при измерении на расстоянии 750 мм от проекционного устройства, когда это проекционное устройство осуществляет проецирование изображение, содержащее 63 черных пикселей, не должен превышать 0,052 Вт.

Обратившись снова к Фиг. 1, после того, как были определены соотношения между максимально допустимым уровнем излучения для проекционного устройства и расстоянием от этого проекционного устройства для рассматриваемого класса лазеров, когда поток пикселей имеет в составе различное заданное количество черных пикселей, определяют расстояние между экраном отображения, на подлежащее проецированию изображение, и проекционным устройством (этап (d)). В одном из других вариантов настоящего изобретения на этапе (d) измеряют расстояние между проекционным устройством и головой человека, находящейся в проекционном конусе, создаваемом этим проекционным устройством.

Далее пользователь выбирает желаемый максимально допустимый уровень излучения для изображения, подлежащее проецированию посредством проекционного устройства на экран отображения (этап (е)).

На следующем этапе (этап (f)) пользователь выбирает одно соотношение из совокупности множества соотношений между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием, которое (соотношение) содержит максимально допустимый уровень излучения, равный нужному максимально допустимому уровню излучения, выбранному на этапе (е), на расстоянии, найденном на этапе (d). Затем пользователь идентифицирует заданное количество черных пикселей в составе изображения для выбранного соотношения (этап (g)). Например, обратившись к графику, показанному на Фиг. 2, если проекционное устройство расположено на расстоянии 1350 мм от экрана отображения, на который нужно проецировать изображение, и если пользователь выбирает максимально допустимый уровень излучения, равный 0,102 Вт, для проецируемого изображения, тогда пользователь может определить по графику, какая кривая содержит уровень яркости, эквивалентный желаемому максимально допустимому уровню излучения 0,102 Вт на расстоянии 1350 нм. Далее, идентифицируют, что кривая, содержащая указанный максимально допустимый уровень излучения 0,102 Вт, соответствует ситуации, когда заданное количество черных пикселей равно 85 (как показано на Фиг. 2). Таким образом, для того, чтобы проекционное устройство оставалось в 1 классе, в потоке пикселей, содержащем пиксели изображения, подлежащее проецированию в проекционном устройстве, создают 85 черных пикселей. Если пользователь создаст в этом потоке пикселей меньше 85 черных пикселей, тогда максимальный уровень излучения в этом проекционном устройстве превысит величину, разрешенную для 1 класса, и поэтому такое проекционное устройство следует считать более опасным и следует классифицировать в качестве проекционного устройства 2, 3 или 4 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров.

Аналогично, если проекционное устройство расположено на расстоянии 750 мм от экрана отображения, на который нужно проецировать изображение, и если пользователь выбирает нужный максимально допустимый уровень излучения, равный 0,052 Вт, для проецируемого изображения (как показано на Фиг. 2), тогда пользователь может определить, что в потоке пикселей, представляющем пиксели изображения, следует создать 63 черных пикселя для того, чтобы защитное устройство оставалось защитным устройством 1 класса, т.е. чтобы максимальный уровень излучения в проекционном устройстве не превышал максимально допустимого уровня излучения для 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров на расстоянии 750 мм от проекционного устройства.

Следует понимать, что хотя на графике, изображенном на Фиг. 2, показаны кривые, представляющие требуемое соотношение между максимально допустимым уровнем излучения для проекционного устройства и расстоянием для 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров, должно быть ясно, что в качестве альтернативы может быть использован график с кривыми, представляющими требуемое соотношение для какого-либо другого класса лазеров согласно международным нормам классификации безопасности лазеров.

После того, как определено количество черных пикселей, которые должны быть созданы в потоке пикселей, тогда поток пикселей, образующий изображение, каковое должно быть проецировано посредством проекционного устройства, модифицируют таким образом, чтобы в рассматриваемом потоке пикселей было создано указанное заданное количество черных пикселей, найденное на этапе (g) (этап h). Существует несколько различных способов модификации потока пикселей для создания в нем заданного количества черных пикселей; эти различные способы будут обсуждаться более подробно позднее. Однако более предпочтительно этап модификации потока пикселей содержит модификацию этого потока пикселей таким образом, чтобы во время проецирования потока пикселей указанные черные пиксели, созданные в составе потока пикселей, проецировались на противоположные стороны или по периметру проецируемого изображения.

На Фиг. 3 представлена логическая схема, иллюстрирующая этапы способа согласно наиболее предпочтительному варианту настоящего изобретения. Способ содержит первый этап выбора класса лазеров для проекционного устройства (этап (а)). В этом примере для проекционного устройства выбран лазер 1 класса.

Далее вычисляют соотношение между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазеров и для заданного количества черных пикселей в составе изображения (этап (b)). Это делается с использованием известных таблиц и уравнений, приведенных в международной системе классификации лазеров. Найденный максимально допустимый уровень излучения представляет собой максимально допустимый уровень излучения, разрешенный для лазеров конкретного класса. В таком случае максимально допустимый уровень излучения представляет собой фототермический максимально допустимый уровень излучения, выбранный для защиты людей от вредных тепловых эффектов.

Требования международных стандартов к вычислению фототермического максимально допустимого уровня излучения в функции количества «черных» пикселей в составе изображения и в функции расстояния изложены в техническом отчете IEC/TR 60825-13. Требования международных стандартов к вычислению фотохимического максимально допустимого уровня излучения в функции расстояния изложены в техническом отчете IEC/TR 60825-13.

Затем максимально допустимый уровень излучения преобразуют в максимально допустимый уровень яркости для получения соотношения между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для выбранного класса лазеров при заданном количестве черных пикселей в составе изображения (этап (b2)). Такое преобразование между максимально допустимым уровнем излучения и максимально допустимым уровнем яркости делается следующим образом: этот максимально допустимый уровень излучения (MAEL) выражен в Ваттах, он соответствует максимальной оптической мощности лазеров. Известно, что для создания белой точки D65 необходимо смешать 21,5% синего, 31% зеленого и 47.5% красного. Тогда максимально допустимые мощности для каждого лазера будут равны:

Pmaxblue=MAEL*21,5% - для синего

Pmaxgreen=MAEL*31% - для зеленого

Pmaxred=MAEL*47.5% - для красного

Известно, что чувствительность дневного зрения человека равна:

115 лм/Вт для красного лазера

453 лм/Вт для зеленого лазера

19 лм/Вт для синего лазера

Таким образом, максимально допустимый уровень яркости может быть вычислен по формуле:

Максимально допустимый уровень яркости = Pmaxblue*19+Pmaxgreen*453+Pmaxred*115

Этапы (b) и (b2) повторяют множество раз, каждый раз для своего, отличного от других раз заданного количества черных пикселей в составе изображения для получения множества соотношений между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для выбранного класса лазеров, где каждое соотношение соответствует своему, отличному от других заданному количеству черных пикселей в составе изображения (этап (с)).

Эти множество соотношений между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для выбранного класса лазеров, где каждое соотношение соответствует своему, отличному от других количеству черных пикселей в составе изображения, могут быть представлены в виде кривых на графике, в виде таблицы, в виде одной или более математических функций или в какой-либо другой подходящей форме. Например, на Фиг. 4 показаны указанные соотношения, представленные в виде кривых на графике. Расстояние от проекционного устройства отложено по х-оси, а максимально допустимый уровень яркости для этого проекционного устройства отложен по у-оси. Более конкретно, вдоль у-оси отложен максимально допустимый уровень яркости, обусловленный фототермическим эффектом в проекционном устройстве. Этот максимально допустимый уровень яркости представляет собой максимальный разрешенный уровень яркости, измеряемый на конкретном расстоянии от проекционного устройства, для конкретного рассматриваемого класса лазеров.

Каждая из кривых, представленных на Фиг. 4, иллюстрирует соотношение между максимально допустимым уровнем яркости для проекционного устройства и расстоянием в случае проекционного устройства 1 класса. Каждая кривая соответствует ситуации, когда проекционное устройство проецирует изображение с некоторым разрешением, образованное потоком пикселей, имеющим свое, отличное от потоков для других кривых заданное количество черных пикселей. Например, кривая 111 соответствует ситуации, когда проекционное устройство проецирует изображение с некоторым разрешением (например, с разрешением WVGA), образованное потоком пикселей, имеющим 85 черных пикселей, а кривая 112 соответствует ситуации, когда проекционное устройство проецирует изображение, образованное потоком пикселей, имеющим 22 черных пикселя. Если поведение проекционного устройства соответствует одной из кривых, показанных на графике, изображенном на Фиг. 4, это проекционное устройство будет находиться в рамках требования стандарта для 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров, такое проекционное устройство должно быть отнесено к проекционным устройствам 1 класса. Например, для того, что проекционное устройство было признано устройством 1 класса, интенсивность света, проецируемого этим проекционным устройством, при измерении на расстоянии 750 мм от проекционного устройства, когда это проекционное устройство проецирует изображение, содержащее 85 черных пикселей, не должна превышать 10 лм.

Возвращаясь к Фиг. 3, после того, как были определены соотношения между уровнем яркости излучения от проекционного устройства и расстоянием от этого проекционного устройства, на котором измеряют яркость, для рассматриваемого класса лазеров, когда поток пикселей содержит свое для каждого соотношения, отличное от других соотношений количество черных пикселей, выбирают расстояние между экраном отображения, на который нужно проецировать изображение, и проекционным устройством (этап (d)).

Далее пользователь выбирает нужный уровень яркости изображения, подлежащее проецированию посредством проекционного устройства на экран отображения (этап (е)). На следующем этапе (этап (f)) пользователь выбирает, из совокупности множества соотношений между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием, соотношение, содержащее максимально допустимый уровень яркости, равный нужному уровню яркости, выбранный на этапе (е), на расстоянии, найденном на этапе (d). Затем, на следующем этапе (этап (g)) пользователь идентифицирует заданное количество черных пикселей в составе изображения для выбранного соотношения. Например, как показано на Фиг. 4, если проекционное устройство расположено на расстоянии 1350 мм от экрана отображения, на который проецируют изображение, и если пользователь выбирает для проецируемого изображения нужный ему вровень яркости 20 лм, тогда этот пользователь может определить по графику, какая кривая содержит максимально допустимый уровень яркости, равный нужному уровню яркости 20 лм, на расстоянии 1350 мм. Из графика в этом случае видно, что кривая 111 содержит максимально допустимый уровень яркости, равный 20 лм, на расстоянии 1350 нм и что эта кривая 111 соответствует заданному количеству черных пикселей, равному 85 (как показано на Фиг. 4). Таким образом, для того, чтобы проекционное устройство оставалось в 1 классе, в потоке пикселей, содержащем пиксели изображения, которое должно быть проецировано посредством проекционного устройства, следует создать 85 черных пикселей. Если пользователь создаст в этом потоке пикселей меньше 85 черных пикселей, тогда максимальный уровень яркости в проекционном устройстве превысит уровень, допустимый для 1 класса, вследствие чего проекционное устройство необходимо считать более опасным и следует классифицировать в качестве проекционного устройства 2, 3 или 4 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров.

Аналогично, если проекционное устройство расположено на расстоянии 750 мм от экрана отображения, на который нужно проецировать изображение, и если пользователь выбрал нужный ему уровень яркости 10 лм для проецируемого изображения (как показано на Фиг. 4), тогда пользователь может определить, что в потоке пикселей, образующем изображение, следует создать 85 черных пикселей, чтобы проекционное устройство оставалось в 1 классе, т.е. чтобы максимальный уровень яркости в проекционном устройстве не превысил максимально допустимый уровень яркости для 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров на расстоянии 750 мм от проекционного устройства. Или, как это имеет место в другом примере, показанном на Фиг. 4, если проекционное устройство расположено на расстоянии 1350 мм от экрана отображения, на который нужно проецировать изображение, и если пользователь выберет 10 лм в качестве нужного уровня яркости для проецируемого изображения (как показано на Фиг. 4), тогда пользователь может определить, что в потоке пикселей, образующих изображение должно быть создано 22 черных пикселя, чтобы это проекционное устройство оставалось проекционным устройством 1 класса, т.е. чтобы максимальный уровень яркости в проекционном устройстве не превышал максимально допустимый уровень яркости для 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров на расстоянии 750 мм от проекционного устройства.

Следует понимать, что хотя на графике, изображенном на Фиг. 4, показаны кривые, представляющие требуемое соотношение между максимально допустимым уровнем яркости для проекционного устройства в функции от расстояния от проекционного устройства для 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров, должно быть понятно, что в качестве альтернативы можно воспользоваться графиком, содержащим кривые для какого-либо другого класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров. Например, если пользователь хочет, чтобы его проекционное устройство соответствовало 2 классу согласно международным нормам классификации безопасности лазеров, ему следует воспользоваться графиком, аналогичным графику, изображенному на Фиг. 4, но содержащим кривые, представляющие требуемые соотношения между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием от проекционного устройства для различных количеств черных пикселей, созданных в составе образующего изображение потока пикселей, так что эти соотношения соответствуют нормам стандартов для 2 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров.

После того, как будет определено количество черных пикселей, которое следует создать в составе потока пикселей, на следующем этапе (этап (h)) способа модифицируют поток пикселей, образующий изображение, подлежащее проецированию посредством проекционного устройства, таким образом, чтобы в потоке было создано заданное количество черных пикселей, идентифицированное на этапе (g). Следует отметить, что предпочтительно черные пиксели образуются, когда лазерный источник света в проекционном устройстве не излучает свет. Соответственно, для того, чтобы создать один или более черных пикселей в потоке пикселей, в этом потоке необходимо создать секции, в которых лазерный источник в проекционном устройстве не излучает света.

Наиболее предпочтительно этап модификации потока пикселей представляет собой этап модификации потока пикселей таким образом, чтобы при проецировании потока пикселей на экран отображения указанные черные пиксели, созданные в потоке пикселей, проецировались на противоположные стороны проецируемого изображения или по периметру этого изображения, как показано на Фиг. 5а и 5b соответственно. Для обеспечения того, что черные пиксели, в ходе проецирования изображения, будут появляться на противоположных сторонах или по периметру проецируемого изображения, эти черные пиксели, созданные в потоке пикселей, должны попадать на MEMS-зеркало в моменты, когда это MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно оси качания (другими словами, каждый раз, когда MEMS-зеркало достигает точки, соответствующей максимальной амплитуде качания).

На Фиг. 5а показано, как поток пикселей появляется на экране отображения при проецировании изображения с использованием проекционного устройства, имеющего MEMS-зеркало, качающееся относительно только одной оси качания, в ситуации, когда черные пиксели созданы в потоке пикселей в таких позициях, что эти черные пиксели попадают на MEMS-зеркало в проекционном устройстве, когда это MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно этой оси качания. Как видно на Фиг. 5а, черные пиксели 30 появятся в виде вертикальных полос 31 на противоположных сторонах 32a,b проецируемого изображения, как показано на Фиг. 5а. Вследствие наличия черных пикселей 30, созданных в потоке пикселей, проекционное устройство не проецирует фотоны в высокой концентрации в какую-либо область экрана отображения.

Для увеличения толщины полос 31 черных пикселей 30 на противоположных сторонах 32а,b проецируемого изображения 35, эти черные пиксели 30 предпочтительно создают в потоке пикселей в таких позициях, что они попадают на MEMS-зеркало в проекционном устройстве перед, во время и после того, как MEMS-зеркало изменит направление качания относительно одной оси качания. Предпочтительно, черные пиксели создают в потоке пикселей в таких позициях, чтобы они попадали на MEMS-зеркало в проекционном устройстве, когда это MEMS-зеркало отклонено на угол между -40° и -50° от своего исходного положения (0°) или положения покоя (0°), а также когда это MEMS-зеркало отклонено на угол между +40° и +50° от своего исходного положения (0°) или положения покоя (0°), где +50° и -50° представляют собой позиции MEMS-зеркала, соответствующие максимальной амплитуде качаний. Таким образом, когда MEMS-зеркало отклонено на угол между -40° и -50° и между +40° и +50° от своего исходного положения (0°), это MEMS-зеркало будет отражать только черные пиксели на экран отображения. Предпочтительно, исходное положение (0°) или положение покоя (0°) представляет собой положение MEMS-зеркала, в котором это MEMS-зеркало не работает.

В альтернативном варианте MEMS-зеркало в проекционном устройстве конфигурировано для качания относительно двух взаимно ортогональных осей качания. В таком случае способ предпочтительно содержит этап приема черных пикселей, созданных в потоке пикселей, в моменты, когда MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно каждой из двух осей качания, (другими словами, каждый раз, когда MEMS-зеркало достигает положения, соответствующего максимальной амплитуде качаний относительно каждой из осей качания), так что эти черные пиксели появляются по периметру проецируемого изображения при проецировании потока пикселей; как показано на Фиг. 5b. Черные пиксели 30 появятся в виде вертикальных и горизонтальных полос 37а,b на противоположных сторонах 32a,b, а также на верхнем и нижнем 33а,b краях проецируемого изображения 38.

Для увеличения толщины вертикальных и горизонтальных полос 37а,b черных пикселей 30 предпочтительно, чтобы эти черные пиксели 30 располагались в потоке пикселей в таких позициях, чтобы они попадали на MEMS-зеркало проекционного устройства перед, во время и после моментов, когда это MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно каждой из двух осей качания.

Этап модификации потока пикселей таким образом, чтобы создать в этом потоке пикселей, образующих изображение, подлежащее проецированию, заданное количество черных пикселей, может быть осуществлен несколькими различными способами:

В одном из вариантов способа этап модификации потока пикселей таким образом, чтобы в потоке пикселей, образующих изображение, подлежащее проецированию, создать заданное количество черных пикселей, содержит этап преобразования пикселей в составе потока пикселей в черные пиксели. Количество пикселей в составе потока пикселей, преобразуемых в черные пиксели, равно указанному заданному количеству черных пикселей, идентифицированному на этапе (h), а пиксели, преобразуемые в черные пиксели, являются пикселями, которые должны располагаться на противоположных сторонах или по периметру изображения, когда происходит проецирование этого изображения. По существу, для осуществления этого преобразования пиксели, образующие часть изображения, подлежащее проецированию, удаляют из потока пикселей и заменяют черными пикселями. Из потока пикселей удаляют пиксели, образующие участки изображения, расположенные на противоположных сторонах этого изображения, или образующие участки изображения, расположенные по периметру этого изображения. Черные пиксели создают в потоке пикселей в тех же позициях, откуда были удалены пиксели, так что при проецировании потока пикселей эти черные пиксели окажутся на противоположных сторонах проецируемого изображения или по периметру этого изображения, как показано на Фиг. 5а и b соответственно.

В другом варианте этап модификации потока пикселей таким образом, чтобы в этом потоке пикселей, образующем изображение, подлежащее проецированию, было создано заданное количество черных пикселей, содержит этапы сжатия пикселей в потоке пикселей и затем добавления черных пикселей к сжатому потоку пикселей. Предпочтительно, поток пикселей сжимают на количество пикселей, равное заданному количеству черных пикселей, а количество черных пикселей, добавляемое затем к сжатому потоку пикселей, равно указанному заданному количеству черных пикселей. Соответственно, количество пикселей в потоке пикселей после модификации будет таким же, как количество пикселей в первоначальном потоке пикселей.

В следующем варианте этап модификации потока пикселей таким образом, чтобы в этом потоке пикселей, образующем изображение, подлежащее проецированию, было создано заданное количество черных пикселей, содержит этапы добавления указанного заданного количества черных пикселей в поток пикселей для получения модифицированного потока пикселей, содержащего пиксели, образующие изображение, и добавленные черные пиксели, и затем увеличения угла сканирования MEMS-зеркала. Узел сканирования предпочтительно увеличивают посредством увеличения амплитуды качаний MEMS-зеркала относительно одной или нескольких осей качания. Угол сканирования MEMS-зеркала увеличивают в соответствии с отношением (количество черных пикселей, созданных в потоке пикселей, + количество пикселей, образующих изображение)/(общее количество пикселей в потоке пикселей, который нужно проецировать), другими словами, угол сканирования увеличивают пропорционально количеству черных пикселей, добавленных в поток пикселей. Поскольку к потоку пикселей были добавлены черные пиксели, количество пикселей в модифицированном потоке пикселей больше количества пикселей в первоначальном потоке пикселей; а угол сканирования MEMS-зеркала увеличивают таким образом, чтобы разместить дополнительные пиксели и при этом не допустить, чтобы проецируемое изображение выглядело искаженным.

Продолжительность каждого из образующих изображение пикселей в составе модифицированного потока пикселей также модифицируют для компенсации скорости качаний MEMS-зеркала. Поскольку к потоку пикселей были добавлены черные пиксели, пиксели, образующие изображение, будут теперь достигать MEMS-зеркала на других стадиях качаний MEMS-зеркала; скорость качания MEMS-зеркала в моменты, когда каждый из образующих изображение пикселей достигает MEMS-зеркала, будет выше, чем в ситуации, когда к потоку пикселей не были добавлены черные пиксели. Для компенсации различий скорости качания MEMS-зеркала в моменты, когда образующие изображение пиксели достигают этого MEMS-зеркала, продолжительность каждого из пикселей, образующих изображение, модифицируют.

Качания MEMS-зеркала имеют синусоидальную форму, вследствие чего можно вычислить позицию MEMS-зеркала в функции времени; на основе полученных данных, с целью обеспечения постоянства размеров каждого пикселя по всему проецируемому изображению, продолжительность каждого из образующих изображение пикселей модифицируют таким образом, что каждый из этих образующих изображение пикселей приобретает подходящую продолжительность, так что все образующие изображение пиксели будут иметь одинаковый постоянный размер по всему проецируемому изображению. Продолжительность пикселя соответствует продолжительности промежутка времени, в течение которого MEMS-зеркало перемещается от исходной позиции в пределах пикселя до конечной позиции этого пикселя. Продолжительность образующего изображения пикселя, расположенного в центральной части проецируемого изображения, модифицируют так, чтобы уменьшить продолжительность этого пикселя, а продолжительность образующего изображение пикселя, расположенного на границе проецируемого изображения, модифицируют так, чтобы увеличить продолжительность этого пикселя; это обеспечит постоянство размеров пикселей по всей площади проецируемого изображения. Подходящую продолжительность каждого из образующих изображение пикселей в потоке пикселей вычисляют следующим образом:

Pixel_duration(t)=(Res/2)*sin(2pi*t*Fr-pi/2)

Здесь "Res" - разрешение изображения по горизонтали (являющееся величиной, задаваемой в зависимости от желаемого качества изображения), Fr - резонансная частота MEMS-зеркала и "t" - время.

Продолжительность каждого из пикселей модифицируют посредством программного обеспечения. Это программное обеспечение, например, встроенное в программируемый микроконтроллер или программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA), генерирует сигналы во взаимодействии с заданной продолжительностью пикселя, это взаимодействие может быть осуществлено с использованием коэффициента заполнения сигнала и/или продолжительности сигнала и/или амплитуды сигнала. Этот сигнал затем используют для управления драйвером лазера, подающим ток к лазеру в ответ на параметр входного сигнала. Например, если входной сигнал будет иметь некоторую продолжительность, драйвер лазера будет подавать ток лазеру в течение промежутка времени такой же продолжительности. Данные, такие как частота зеркала и разрешение изображения, могут быть встроены в программируемый микроконтроллер в составе программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA).

Как обсуждается выше, на Фиг. 4 изображен график, содержащий несколько кривых, где каждая кривая представляет соотношение между максимально допустимым уровнем яркости для проекционного устройства и расстоянием от этого проекционного устройства для лазера 1 класса, и где каждая кривая соответствует своему, отличному от других кривых заданному количеству черных пикселей в составе изображения, подлежащее проецированию. Следует понимать, что в других вариантах могут быть также построены графики, каждый из которых аналогичен графику, показанному на Фиг. 4, но содержит кривые, иллюстрирующие соотношения между уровнем яркости света от проекционного устройства и расстоянием от этого проекционного устройства для других классов лазеров (например, 2, 3 и/или 4 класса) согласно международным нормам классификации безопасности лазеров. Эти графики могут быть определены, как и график, представленный на Фиг. 4, с использованием способов, известных в технике. В таком случае, способ должен предпочтительно содержать этап выбора пользователем класса лазера для проекционного устройства; другими словами, этап выбора пользователем класса лазера, какой он хотел бы использовать в проекционном устройстве. После этого выбирают график, соответствующий выбранному классу лазеров. Далее, кривые, представленные на выбранном графике, следует использовать при выполнении этапов (g) и (h), рассмотренных выше, с целью определения количества черных пикселей, которые необходимо создать в потоке пикселей, чтобы проецирование соответствовало требованиям для выбранного класса лазеров.

В другом варианте способ может дополнительно содержать этап определения соотношения между максимально допустимым уровень яркости, обусловленным фотохимическим эффектом в лазере проекционного устройства, и расстоянием от проекционного устройства для рассматриваемого класса лазеров. Это предпочтительно делается посредством вычисления соотношения между фотохимическим максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазеров. Фотохимический максимально допустимый уровень излучения задают для защиты людей от нежелательного воздействия фотохимического эффекта (например, фоторетинит - фотохимическое повреждение роговицы под воздействием излучения в диапазоне длин волн от 400 нм до 600 нм). Международные нормы для вычисления фотохимического максимально допустимого уровня излучения и фототермического максимально допустимого уровня излучения в функции от расстояния известны из стандарта IEC 60825-1 и технического отчета IEC/TR 60825-13.

Затем фотохимический максимально допустимый уровень излучения преобразуют в максимально допустимый уровень яркости таким же образом, как показано выше (т.е. как было сделано выше для фототермического максимально допустимого уровня излучения) с целью получить соотношение между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для выбранного класса лазеров и для заданного количества черных пикселей в составе изображения.

Вариант дополнительно содержит этап, в случае если расстояние между проекционным устройством и экраном отображения равно 10 см или меньше и если максимально допустимый уровень яркости от фотохимического эффекта больше максимально допустимого уровня яркости от фототермического эффекта в проекционном устройстве, модификации потока пикселей, образующего изображение, подлежащее проецированию, таким образом, чтобы создать в потоке пикселей заданное число черных пикселей, так что в результате максимально допустимый уровень яркости от фотохимического эффекта меньше максимально допустимого уровня яркости от фототермического эффекта в проекционном устройстве.

Еще в одном варианте настоящего изобретения измеряют ускорение проекционного устройства. Это можно сделать с помощью акселерометра, встроенного в проекционное устройство или установленного на нем. Когда величина измеренного ускорения превосходит величину порогового ускорения, выполняют этап модификации потока пикселей таким образом, чтобы в потоке пикселей, образующем изображение, подлежащее проецированию, создать заданное количество черных пикселей, каковое обеспечило бы, что проекционное устройство будет иметь максимально допустимый уровень яркости меньше заданного порогового безопасного уровня яркости. Предпочтительно заданный пороговый безопасный уровень яркости составляет 1,5 лм для стандартного 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров.

На Фиг. 6 представлено проекционное устройство 40 согласно другому аспекту настоящего изобретения, способное проецировать изображение 35 с повышенным уровнем безопасности на экран 41 отображения. Проекционное устройство 40 содержит программный модуль 42, который в свою очередь имеет программное обеспечение, конфигурированное для осуществления какого-либо из способов, описываемых выше. Проекционное устройство 40 содержит также средства 43 для измерения расстояния в виде лазерного дальномера 43 для определения расстояния между экраном 41 отображения и проекционным устройством 40. В альтернативном варианте проекционное устройство дополнительно или альтернативно содержит датчик положения.

В этом конкретном примере проекционное устройство дополнительно содержит акселерометр 44, который может измерять ускорение проекционного устройства 40. Программное обеспечение в программном модуле 42 дополнительно конфигурировано для приема результатов измерений ускорения, выполненных акселерометром 44, и для обнаружения ситуации, когда величина ускорения, измеренная акселерометром, больше величины порогового ускорения. Программное обеспечение в программном модуле 42 также конфигурировано для модификации потока пикселей, образующих проецируемое изображение 35, таким образом, чтобы создать в этом потоке пикселей заданное количество черных пикселей, какое обеспечивает, чтобы максимальный уровень яркости в проекционном устройстве 40 оставался меньше максимально допустимого уровня яркости согласно стандарту для 1 класса, если это программное обеспечение обнаружит, что величина ускорения, измеренная акселерометром, превышает пороговую величину ускорения. Предпочтительно, заданный максимально допустимый уровень яркости меньше максимально допустимого уровня яркости на расстоянии 10 см при 22 черных пикселях в потоке, нормированного в стандарте для 1 класса согласно международным нормам классификации безопасности лазеров.

Отметим, что предпочтительно черные пиксели образованы лазерными «импульсами» с нулевой интенсивностью света. В альтернативном варианте черные пиксели могут быть образованы лазерными импульсами с ненулевой интенсивностью света; например, черные пиксели могут иметь ненулевую интенсивность света в пределах от нуля до 1.8 мВт, и при этом система остается в пределах норм того класса, под который она спроектирована, например, 1 класса.

Специалистам в рассматриваемой области будут очевидны разнообразные модификации и вариации описанных здесь вариантов, не отклоняющиеся от объема настоящего изобретения, как он определен в прилагаемой Формуле изобретении. Хотя изобретение было описано на примере конкретных предпочтительных вариантов, должно быть понятно, что это изобретение не следует неоправданно ограничивать этими конкретными вариантами.

Способ проецирования изображения с повышенным уровнем безопасности с использованием проекционного устройства, содержащего MEMS-зеркало, качающееся относительно одной или нескольких осей качания, для развертки светом от одного или более лазеров на экране отображения, с целью проецирования пикселей, образующих изображение, на экран отображения, способ содержит этапы, (а) выбора класса лазеров для проекционного устройства; (b) вычисления соотношения между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазеров и для заданного количества черных пикселей в изображении; (с) повторения этапа (b) множество раз, каждый раз для другого заданного количества черных пикселей в изображении, чтобы получить множество соотношений между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазеров, где каждое соотношение соответствует своему, отличному от других заданному количеству черных пикселей в изображении; (d) определения расстояния между экраном отображения и проекционным устройством; (е) выбора желаемого максимально допустимого уровня излучения для изображения, которое проекционное устройство должно проецировать на экран отображения; (g) выбор, из совокупности множества соотношений между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием, соотношения, содержащего максимально допустимый уровень излучения, равный желаемому максимально допустимому уровню излучения, выбранному на этапе (е), для расстояния, определенного на этапе (d), и; (g) идентификации заданного количества черных пикселей в изображении для выбранного соотношения; (h) модификации потока пикселей, образующих указанное изображение, подлежащее проецированию проекционным устройством, так, чтобы получить поток пикселей, содержащий заданное количество черных пикселей, идентифицированное на этапе (g). Кроме того, предложено соответствующее проекционное устройство. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ проецирования изображения с повышенным уровнем безопасности с использованием проекционного устройства, содержащего MEMS-зеркало, выполненное с возможностью качания относительно одной или более осей качания, для световой развертки от одного или более лазеров на экран отображения, для проецирования пикселей, образующих изображение на экране отображения, содержащий этапы, на которых

(a) выбирают класс лазера для проекционного устройства;

(b) вычисляют соотношение/между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазера и для заданного количества черных пикселей в изображении;

(c) повторяют этап вычисления множество раз, каждый раз для другого заданного количества черных пикселей в изображении, для получения множества соотношений между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием для выбранного класса лазеров, при этом каждое соотношение соответствует одному, отличному от других заданному количеству черных пикселей в изображении;

(d) определяют расстояние между экраном отображения и проекционным устройством;

(e) выбирают желаемый максимально допустимый уровень излучения для изображения, подлежащего проецированию проекционным устройством на экране отображения;

(f) выбирают, из совокупности множества соотношений между максимально допустимым уровнем излучения и расстоянием, соотношение, содержащее максимально допустимый уровень излучения, равный желаемому максимально допустимому уровню излучения, выбранному на этапе (е), для расстояния, определенного на этапе (d), и;

(g) осуществляют идентификацию заданного количества черных пикселей в изображении для выбранного соотношения;

(h) осуществляют модификацию потока пикселей, образующих указанное изображение, подлежащее проецированию проекционным устройством, так, чтобы получить поток пикселей, содержащий заданное количество черных пикселей, идентифицированное на этапе (g).

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых

(b2) преобразуют максимально допустимый уровень излучения в максимально допустимый уровень яркости для получения соотношения между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для выбранного класса лазера, для заданного количества черных пикселей в изображении; при этом

этап (с) содержит повторение множество раз этапов (b) и (b2), каждый раз для другого заданного количества черных пикселей в изображении для получения множества соотношений между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием, для выбранного класса лазеров, причем каждое соотношение соответствует своему, отличному от других заданному количеству черных пикселей в изображении; а

этап (е) содержит выбор желаемой максимально допустимой яркости для изображения, подлежащего проецированию проекционным устройством на экран отображения; при этом

этап (f) содержит выбор, из совокупности множества соотношений между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием, соотношения, содержащего максимально допустимый уровень яркости, равный желаемому максимально допустимому уровню яркости, выбранному на этапе (е), для расстояния, определенного на этапе (d).

3. Способ по п. 1 или 2, в котором этап модификации потока пикселей содержит этап модификации потока пикселей так, чтобы создать указанное заданное количество черных пикселей на противоположных сторонах или по периметру изображения, при осуществлении проецирования на экран отображения.

4. Способ по п. 1 или 2, дополнительно содержащий этап приема каждого из черных пикселей, созданных в потоке пикселей, MEMS-зеркалом в проекционном устройстве, в моменты, когда указанное MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно оси качания, так что указанные черные пиксели появляются на противоположных сторонах изображения, при осуществлении проецирования указанного изображения на экран отображения.

5. Способ по п. 1 или 2, в котором MEMS-зеркало выполнено с возможностью качания относительно двух осей качания, и дополнительно содержащий этап приема каждого из черных пикселей, созданных в потоке пикселей, MEMS-зеркалом в проекционном устройстве, в моменты, когда указанное MEMS-зеркало изменяет направление качания относительно каждой из двух осей качания, так что указанные черные пиксели появляются по периметру изображения, при осуществлении проецирования указанного изображения на экран отображения.

6. Способ по п. 1 или 2, в котором этап модификации потока пикселей, образующих указанное изображение, подлежащее проецированию проекционным устройством, так, чтобы получить поток пикселей, содержащий указанное заданное количество черных пикселей, содержит этап преобразования пикселей в составе указанного потока пикселей в черные пиксели.

7. Способ по п. 1 или 2, в котором этап модификации потока пикселей, образующих указанное изображение, подлежащее проецированию проекционным устройством, так, чтобы получить поток пикселей, содержащий указанное заданное количество черных пикселей, содержит этапы, на которых осуществляют сжатие пикселей в указанном потоке пикселей и, затем, добавление черных пикселей к сжатому потоку пикселей.

8. Способ по п. 1 или 2, в котором этап модификации потока пикселей, образующих указанное изображение, подлежащее проецированию проекционным устройством, так, чтобы получить поток пикселей, содержащий указанное заданное количество черных пикселей, содержит этапы, на которых

осуществляют добавление черных пикселей к рассматриваемому потоку пикселей для образования модифицированного потока пикселей, содержащего образующие изображения пиксели и добавленные черные пиксели, и затем увеличивают угол развертки MEMS-зеркала.

9. Способ по п. 8, дополнительно содержащий этап модификации продолжительности каждого из образующих изображение пикселей в модифицированном потоке пикселей для компенсации скорости качания MEMS-зеркала.

10. Способ по п. 1 или 2, дополнительно содержащий этапы, на которых:

повторяют этапы (а)-(с) для множества разных классов лазеров,

выбирают класс лазеров для проекционного устройства, проецирующего изображение, и

выбирают множество соотношений между максимально допустимым уровнем яркости и расстоянием для класса лазеров, выбранного на предыдущем этапе,

используют выбранное множество соотношений при выполнении этапов (f) и (g).

11. Способ по п. 1 или 2, дополнительно содержащий этапы, на которых:

определяют соотношение между максимально допустимым уровнем излучения, обусловленного фотохимическим эффектом в проекционном устройстве и расстоянием от проекционного устройства для рассматриваемого класса лазеров, и,

если расстояние между проекционным устройством и экраном отображения составляет 10 см или менее и если максимально допустимый уровень излучения, обусловленного фотохимическим эффектом в проекционном устройстве, больше максимально допустимого уровня излучения, обусловленного фототермическим эффектом в проекционном устройстве, тогда поток пикселей, образующий изображение, подлежащее проецированию, модифицируют так, чтобы создать в указанном потоке пикселей заданное количество черных пикселей для приведения максимально допустимого уровня излучения, обусловленного фотохимическим эффектом в проекционном устройстве, к уровню меньше или равному максимально допустимому уровню излучения, обусловленному фототермическим эффектом в проекционном устройстве.

12. Способ по п. 1 или 2, дополнительно содержащий этапы, на которых

измеряют ускорения проекционного устройства, и,

осуществляют модификацию потока пикселей так, чтобы создать в нем указанное заданное количество черных пикселей для обеспечения, чтобы проекционное устройство имело максимально допустимый уровень яркости менее порогового безопасного уровня яркости, когда величина измеренного ускорения более величины порогового ускорения.

13. Проекционное устройство (40) с повышенным уровнем безопасности, содержащее

программный модуль (42), при этом указанный программный модуль (42) содержит программное обеспечение, для осуществления способа по п. 1.

14. Проекционное устройство по п. 13, дополнительно содержащее средство, выполненное с возможностью измерения расстояния между экраном отображения и указанным проекционным устройством, и средство, выполненное с возможностью динамической регулировки количества черных пикселей, создаваемых в потоке пикселей, образующем изображение, подлежащее проецированию, в зависимости от измеренного расстояния, чтобы проекционное устройство не превысило максимально допустимый уровень яркости на измеренном расстоянии для выбранного класса лазеров.

15. Проекционное устройство по п. 13 или 14, дополнительно содержащее акселерометр и при этом программное обеспечение дополнительно выполнено с возможностью обеспечения приема величин ускорения, измеренного акселерометром, и для модификации потока пикселей так, чтобы создать в указанном потоке пикселей, образующем изображение, подлежащее проецированию, заданное количество черных пикселей для обеспечения, что проекционное устройство имеет максимально допустимый уровень яркости, меньший, чем пороговое значение безопасного уровня яркости, если величина измеренного ускорения более величины порогового ускорения.