Laser projection device based on a 2D resonant micro scanning mirror

Laser-Scanning ist eine interessante Technologie für Projektionsdisplays. Sie verspricht leichte, kompakte Geräte, auflösungsunabhängige Fertigungsausbeuten und günstige Preise. Die kritischen Komponenten eines Laserprojektors sind eine modulierbare Laserquelle und eine Ablenkeinheit. An beide werden sehr hohe Anforderungen gestellt. Als Ablenkeinheit schlagen wir mikromechanisch hergestellte, resonante 2D-Scannerspiegel vor. Sie sind leise, kompakt, leistungsarm und praktisch verschleißfrei. Allerdings folgt der reflektierte Laserstrahl bei resonant schwingenden Spiegelachsen einer Lissajous-Figur und nicht einem Zeilenraster, wie in der Bildröhre. Die Vorteile bestehen darin, dass keine linearen Scan-Verläufe erzwungen werden und keine sehr langsame vertikale Achse realisiert werden muss, was Stabilitätsprobleme vermeidet. Dieser Beitrag stellt einen Demonstrator für ein Laserprojektionsgerät vor, welcher auf einem Projektionsverfahren basiert, das die Verwendung von Scannerspiegeln mit ähnlichen Frequenzen für beide Richtungen ermöglicht. Die Ablenkfrequenzen des Spiegels werden so eingestellt, dass der Strahl auf dem Projektionsschirm eine Lissajous-Figur mit hoher Dichte beschreibt. Zur Erzeugung der Antriebssignale, Bestimmung der aktuellen Strahlposition und Modulation des Lasers wird eine mit FPGA realisierte Ansteuerschaltung eingesetzt. Die Bildübertragung zwischen Steuer-PC und Projektionsgerät erfolgt über eine USB 2.0 Schnittstelle, wodurch die Darstellung bewegter Bilder möglich ist.

Laser scanning is an interesting technology for projection displays. It promises light-weight, compact systems, productions yields independent of display resolution and low prices. The critical components of a laser projector are the modulator-laser unit and a deflection unit. Both must meet great demands. We propose micro mechanically fabricated resonant 2D scanning mirrors for the deflection unit. They are quiet, compact, have low power consumption and are practically free of wear. The deflected laser beam of a resonant 2D scanning mirror however scans a Lissajous pattern instead of a raster as in a cathode ray tube. The advantages are no need for a forced linearity of the scan and no need for a slow vertical axis. Thus, stability issues are avoided. This paper presents a demonstrator of a projection device based on a projection method that enables using micro scanning mirrors with similar frequencies for both axes. The deflection frequencies of the micro scanning mirror are adjusted in a way that the laser beam describes a Lissajous pattern with high density on the projection screen. Generation of driving signals, determining the actual beam position and laser modulation is done by a control circuit realized with a FPGA. A USB 2.0 interface is responsible for the image transfer from the control PC to the projection device. This enables displaying moving images.