CN100414983C - 用于显示器的数字化汇聚校正的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于显示器的汇聚校正的方法包含产生宽度与光传感器相当的投射图案，并将投射图案的面积从光传感器的一侧逐步扩大，直到投射图案完全覆盖光传感器为止。光传感器在扩大投射图案面积的过程中持续测量信号，最后依据光传感器所测量到光能量的最大值，来进行数字判断以求出各项汇聚参数。

Description

用于显示器的数字化汇聚校正的方法

技术领域

本发明是提供一种汇聚校正的方法，尤指一种可进行数字化汇聚校正的方法。

背景技术

近年来随着用户需求增加、制造成本下降、技术不断创新与新产品相继问世，使得平面显示产品的普及率不停攀升，由于平面显示产品的大型化障碍逐渐被先进的技术所克服，大尺寸平面产品的定位从过去昂贵的专业设备，逐渐转变为现今大众化影音产品，并发展出如家庭剧院等用途。而应用于平面显示产品的投影技术作用在于提供更大尺寸与更具震撼效果的视觉体验，各项投影技术的应用也从前投影市场(front projection display)延伸至背投影显示器(rear projection display)市场。背投影显示器相对于传统的前投影显示器是一种新式的显像技术，其显示原理是将投影机放置于屏幕后面，将显示的图像由后端投射到屏幕上，因此背投影显示器对于抵抗环境光干扰的性能较佳，展现良好的对比，无论在室内或室外皆能有优良的图像画质。因此，背投影显示器的显示屏幕具有高对比、高均匀性、高分辨率、宽广的视角、较少的投影噪声及抗环境光等优点，在大型平面显示产品的市场上极具竞争力。

请参考第1图，第1图为一先前背投影电视10的示意图。背投影电视10包含红色投影管12、绿色投影管14、蓝色投影管16和相对应的投影镜头，第1图中仅说明了红色投影管12的运作。第1图包含投影管12、投影镜头22、反射镜18、底座模具19，以及显示屏幕20。红色投影管12将光线通过投影镜头22以投射至反射镜18之上，反射镜18再将光线反射至显示屏幕20上，如此观众便可通过显示屏幕20观赏图像。

请参考第2图，第2图说明背投影电视10中三组投影管的关系。背投影电视10的红色投影管12、绿色投影管14和蓝色投影管16分别对应于投影镜头22、24和26，背投影电视10将欲显示图像的红光信号R、绿光信号G和蓝光信号B分别传至红色投影管12、绿色投影管14和蓝色投影管16以产生各色光束，再通过对应的投影镜头22、24和26将光束放大，在经过反射镜18反射之后，红、绿、蓝三色光束在显示屏幕20上形成彩色图像。由于投影管12、14和16以及投影镜头22、24和26并非正对着显示屏幕20，显示图像的各色信号R、G、B经反射镜18投射至显示屏幕20的光路也不同。若背投影电视10的设计不当，使得显示图像的红绿蓝三色信号在显示屏幕20上不能完全重合，则会造成背投影电视10的汇聚(convergence)失真。所以，为了确保良好的汇聚及显示质量，背投影电视10会依据其底座模具19与显示屏幕20的尺寸，来设计投影管12、14和16与投影镜头22、24和26的安装位置以及相对应于显示屏幕20的安装角度。然而，地球磁场并非均匀分布，背投影电视10摆设地点的磁场也会影响原先设计的光线投射路径。因此，一般会在背投影电视10内建一组数字化汇聚校正电路以进行汇聚校正，以确保背投影电视10在不同安装地点的汇聚精确度。

请参考第3图和第4图，第3图说明了于美国专利证书号US6330040中所揭露的一种汇聚校正电路30，而第4图说明了汇聚校正电路30进行汇聚校正的方法。第3图所示的先前技术于显示屏幕20四周安装光感应元件64、66、68和70，藉由图案产生器(pattern generator)100以及投影管82、84和86将测试图案投射至投影屏幕20上。电流/电压转换器(I/V converter)72先将光感应元件64、66、68和70由测试图案所感测到的电流信号转为电压信号，再通过低通滤波器73和模拟/数字转换器74将电压信号转为数字信号。控制器76依此进行汇聚校正计算以求出光束修正值，送出调整信号至射波产生器78，射波产生器78将调整信号转为驱动信号并送至磁轭驱动器(yokedriver)80，磁轭驱动器80可依据接受到的信号控制投影管82、84和86，直到得到正确汇聚校正值为止。如第4图所示，0代表屏幕中心，X代表测试矩形中心，当调整至正确的汇聚校正值时0与X会重合。在第3图和第4图所示的先前技术中，由于光波长特性和光传感器成非线性变化，汇聚计算与调整常会因光波长特性而不同，影响汇聚校正的精准度。此外，为了求得正确汇聚校正值需增加外围处理电路，使得汇聚校正的过程过于复杂。

请参考第5图，第5图说明了于美国专利公开号US20030030757中所揭露的一种进行汇聚校正的方法。第5图所示的先前技术会在显示屏幕20的上、下、左、右四侧分别放置光传感器T1、T2、T3和T4，接着产生水平投射图案PH与垂直投射图案PV，分别在显示屏幕20的水平和垂直方向移动。光传感器S1和S3感测垂直投射图案PV的亮度，而光传感器T2和T2感测水平投射图案PH的亮度，最后依据测量到的数据对图像进行汇聚校正。在此先前技术的汇聚校正方法中，水平投射图案PH与垂直投射图案PV在通过光传感器时容易受外界环境干扰，影响光传感器的信号，降低汇聚校正的精准度。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种汇聚校正的方法，以改善上述问题。

本发明揭露一种可进行数字化汇聚校正的方法，其包含：(a)将投影装置的图像投射至感应器，该感应器具有多个感测区块，由该图像产生第一面积，该第一面积由该感应器的第一侧逐步扩大，(b)测量该些感测区块在执行步骤(a)时，该投影装置的该图像产生的第一图像信号，(c)输出该感应器所产生的每一该多个感测区块于步骤(b)中所产生的第一图像的信号；(d)将图像投射至该感应器并产生第二面积，该第二面积由该感应器的第二侧逐步扩大，(e)测量该些感测区块在执行步骤(d)时，该投影装置的该图像产生的第二图像信号，(f)输出该感应器所产生的每一该多个感测区块于步骤(e)中所产生的第二图像的信号，以及(g)依据该感应器所产生的每一该多个感测区块于步骤(c)及(f)分别所输出的该第一图像与该第二图像信号产生该投影装置的参数，该参数用来校正该显示器的图像。

附图说明

第1图为一先前背投影电视的示意图。

第2图为第1图背投影电视中投影管的示意图。

第3图为先前汇聚校正电路的示意图。

第4图为先前汇聚校正方法的示意图。

第5图为另一先前汇聚校正方法的示意图。

第6图为本发明汇聚校正方法的示意图。

第7图为本发明进行汇聚校正方法时光传感器所记录的数据。

第8图-第12图为本发明进行汇聚校正方法时数据处理的示意图。

[主要元件标号说明]

10背投影电视    18反射镜

19底座模具        20屏幕

30汇聚校正电路    72电流/电压转换器

73低通滤波器      74模拟/数字转换器

76控制器          78射波产生器

80磁轭驱动器      100图案产生器

A1～As预定点

S1～S5感测区域

Smax最佳感测位置

U(-1)～U(3)函数

22、24、26投影镜头

64、66、68、70光感应元件

12、14、16、82、84、86投影管

T1-T4、T光传感器

PH、PV、P1～Ps、Q1～Qs投射图案

V_1r(s)、V_r1(s-1)～V_r1(s+3)感测电压

具体实施方式

本发明产生一宽度与光传感器相当的投射图案，将投射图案的面积从光传感器的一侧逐步扩大，直到投射图案完全覆盖光传感器为止。请参考第6图，第6图说明本发明中产生投射图案的过程。假使光传感器T位于屏幕的上侧或下侧，P1代表最初产生于光传感器T左侧的投射图案，Q1代表最初产生于光传感器T右侧的投射图案，而P2-Ps表示投射图案P1由光传感器T左侧扩大至多个预定点A2-As时的投射图案，Q1-Qs表示投射图案Q1由光传感器T右侧扩大至多个预定定点As-A2时的投射图案。换句话说，P1和Q1分别代表最初产生于光传感器T的左侧和右侧的投射图案，而Ps和Qs代表完全覆盖光传感器的投射图案。在扩大投射图案的面积的过程中，光传感器T会逐步记录由P1-Ps和Q1-Qs所感测到的能量。

光传感器T所感测到的能量相关于投射图案投射其上的面积大小，若光传感器T上每一位置可用坐标x和y表示，在光传感器T的坐标(x，y)所感测到的电压可由模拟函数V(x，y)来表示。由于一般处理信号的微电脑单元(micro computer unit)采用数字信号，必须以数字坐标来表示空间坐标，并将模拟函数转为相对应的数字函数。针对光传感器T上的空间坐标(x，y)，分别在X坐标与Y坐标方向以Δx和Δy的间隔取样后，以数字坐标(k，j)来表示，其中k为介于0和m之间的整数，j为介于0和n之间的整数，而m和n分别代表光传感器T在X坐标与Y坐标方向以Δx和Δy取样后所能得到的最大整数。因此，在光传感器T的数字坐标(k，j)所感测到的能量可由下列数字函数V(k，j)表示：

$V(k,j)=\frac{{\∫}_0^{\mathrm{\Δx}}{\∫}_0^{\mathrm{\Δy}}i((k-1)\mathrm{\Δx}+x,(j-1)\mathrm{\Δy}+y)\mathrm{dydx}}{\mathrm{\Δx\Δy}}$

当投射图案Ps或Qs完全覆盖光传感器T时，光传感器T所感测到的最大电压Vmax可由下列公式表示：

$V\max =\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}V(k,j)$

请参考第7图，第7图说明本发明中光传感器T所记录的数据。V_1r(s)和V_r1(s)分别代表光传感器T由投射图案P1-Ps和Q1-Qs所感测到的电压，可分别由下列公式表示：

$V_{1r}\left(s\right)=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}V(k,j)$

$V_{r1}\left(s\right)=\underset{k=s}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}V(k,j)$

其中s代表多个预定点A1-As中的预定点。

在第7图的实施例中依据光传感器T的大小设计预定点A1-A21，每个预定点的间距相同，意即投射图案由P1扩大至P21和由Q1扩大至Q21的过程中，每一成长阶段较前一成长阶段增加相同的面积。在第5图中，横轴代表投射图案在每一成长阶段后覆盖于光传感器T的位置，纵轴代表光传感器T所感测到的光能量大小，举例来说，V_1r(3)代表投射图案由其左侧扩大至预定点A3形成投射图案P3时，光传感器T从投射图案P3所感测到的电压值。光传感器T在投射图案由其左侧扩大至右侧的过程中测量21个电压值，亦即测量自投射图案P1-P21所感测到的光能量大小；同样地，光传感器T在投射图案由其右侧扩大至左侧的过程中测量21个电压值，亦即测量自投射图案Q1-Q22所感测到的光能量大小。由于投射图案的面积P1＜P2＜...＜P21，因此光传感器T所感测到的电压V_1r(1)＜V_1r(2)＜...＜V_1r(21)；同理，由于投射图案的面积Q1＜Q2＜...＜Q21，因此光传感器T所感测到的电压V_r1(1)＜V_r1(2)＜...＜V_r1(21)。

在第7图的实施例中，光传感器T包含具不同面积的感测区域S1-S5，感测区域S2、S4的面积为感测区域S1、S3、S5的一半，因此在投影图案面积固定的情况下，感测区域S2、S4所测得的电压值为感测区域S1、S3、S5所测得的电压值的一半。当投射图案的面积从P1扩大至P5、从P10扩大至P13，以及从P18扩大至P21时，投射图案的增加面积分别位于感测区域S1、S3、S5，光传感器T所测到的电压值会以2个单位增加；然而，当投射图案的面积从P6扩大至P9以及从P14扩大至P19时，由于增加面积分别位于感测区域S2和S4，其面积为感测区域S1、S3、S5的一半，因此光传感器T所测到的电压值仅会以1个单位增加。同样地，当投射图案的面积从Q1扩大至Q5、从Q10扩大至Q13，以及从Q18扩大至Q21时，投射图案的增加面积分别位于感测区域S5、S3、S1，光传感器T所测到的电压值会以2个单位增加；然而，当投射图案的面积从Q6扩大至Q9以及从Q14扩大至Q19时，由于增加面积分别位于感测区域S4和S2，其面积为感测区域S1、S3、S5的一半，因此光传感器T所测到的电压值仅会以1个单位增加。

当光传感器T测量到由投射图案P1-Ps和Q1-Qs所感测到的电压V_1r(s)和V_r1(s)后，随即依据所得的数据求出屏幕于光传感器T所在位置的各项参考坐标，将各项参考坐标输入汇聚校正电路后即可求出屏幕此位置的汇聚校正参数。以光传感器T的最佳感测位置为例，首先定义函数U(q)，U(q)代表V_1r(s)和V_r1(s+q)的总合，而V_r1(s+q)代表V_r1(s)在横轴方向平移q个单位后的函数，函数U(q)可由下列公式表示：

$U\left(q\right)=V_{1r}\left(s\right)+V_{r1}(s+q)$

$=\underset{k=1}{\overset{s}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}V(k,j)+\underset{k=s+q}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}V(k,j)$

$=\underset{k=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}V(k,j)+\underset{k=s}{\overset{s+q}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}V(k,j)$

$=V\max +\underset{k=s}{\overset{s+q}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}V(k,j)$

请参考第8图至第12图，第8图中首先将V_r1(s)向左平移1个单位后得到V_r1(s-1)，再将V_r1(s-1)与V_1r(s)相加得到U(-1)；第9图中将V_r1(s)与V_1r(s)相加得到U(0)；第10图中首先将V_r1(s)向右平移1个单位后得到V_r1(s+1)，再将V_r1(s+1)与V_1r(s)相加得到U(1)；第11图中首先将V_r1(s)向右平移2个单位后得到V_r1(s+2)，再将V_r1(s+2)与V_1r(s)相加得到U(2)；第12图中首先将V_r1(s)向右平移3个单位后得到V_r1(s+3)，再将V_r1(s+3)与V_1r(s)相加得到U(3)。U(-1)至U(3)可分别由下列公式表示：

U(-1)＝V_1r(s)+V_r1(s-1)

U(0)＝V_1r(s)+V_r1(s)

U(1)＝V_1r(s)+V_r1(s+1)

U(2)＝V_1r(s)+V_r1(s+2)

U(3)＝V_1r(s)+V_r1(s+3)

U(-1)代表光传感器T所测量到的最大电压值，U(0)对应于光传感器T的面积，U(1)至U(3)分别代表将V_r1(s)向右平移1至3个单位后与V_1r(s)相加的值。如第10图所示，由V_r1(s+3)与V_1r(s)相加所得的U(3)即可求出光传感器T的最佳感测位置Smax，最后再将测量到的最佳感测位置Smax与显示屏幕原厂设定的最佳感测位置作比较，即可针对最佳感测位置进行汇聚修正。

本发明第6图至第12图的实施例说明了针对位于屏幕的上侧或下侧的光传感器T进行汇聚校正的方法，本发明亦可应用于位于屏幕其它位置的光传感器。此外，本发明所产生的投射图案P1-Ps和Q1-Qs可为红光图像、绿光图像或蓝光图像，并针对不同颜色求出相对应的汇聚参数。

相较于先前技术，本发明依据光传感器所感测到光能量的最大值，来进行数字判断以求出汇聚参数，如此可避免不同光波长和光传感器的非线性关系影响汇聚校正的准确度。本发明数字化汇聚校正方法数学计算简单，可准确求出显示器屏幕的各项汇聚校正参数。此外，本发明将一宽度与光传感器相当的投射图案的面积从光传感器的一侧逐步扩大，直到投射图案完全覆盖光传感器为止，在光传感器测量的过程中，投射图案逐渐增加，照射面积较大，可减少外界环境对光传感器的干扰，增加汇聚校正的准确度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1. 一种用于显示器的图像汇聚校正的方法，其包含下列步骤：

(a)将投影装置的图像投射至感应器，该感应器具有多个感测区域，由该图像产生第一面积，该第一面积由该感应器的第一侧逐步扩大；

(b)测量这些感测区域在执行步骤(a)时，该投影装置的该图像产生的第一图像信号；

(c)输出该感应器所产生的该多个感测区域中的每一个于步骤(b)中所产生的第一图像的信号；

(d)将图像投射至该感应器并产生第二面积，该第二面积由该感应器的第二侧逐步扩大；

(e)测量这些感测区域在执行步骤(d)时，该投影装置的该图像产生的第二图像信号；

(f)输出该感应器所产生的该多个感测区域中的每一个于步骤(e)中所产生的第二图像的信号；

(g)依据该感应器所产生的该多个感测区域中的每一个于步骤(c)及(f)分别输出的该第一图像与该第二图像信号，产生该投影装置的参数，该参数用来校正该显示器的图像；以及

(h)将步骤(g)所产生的参数输入至汇聚校正电路。

2. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤(g)包含下列步骤：

(g1)输出该多个感测区域中的每一个于步骤(c)输出的第一图像信号及该感测区域于步骤(f)输出的第二图像信号的和；

(g2)输出该感应器的多个感测区域中，各个感测区域于步骤(c)输出的第一图像信号及该感应器的另一感测区域于步骤(f)输出的第二图像信号的和，以及输出该感应器的剩余的感测区域中，各个感测区域于步骤(c)与(f)输出的图像信号；

(g3)依据该多个感测区域中的每一个于步骤(g1)及(g2)所对应的输出的差值产生该投影装置的参数。

3. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)是该投影装置将图像投射至该感应器的第一面积由该感应器的左侧逐步扩大，而步骤(d)是该投影装置将图像投射至该感应器的第二面积由该感应器的右侧逐步扩大。

4. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)是该投影装置将图像投射至该感应器的第一面积由该感应器的右侧逐步扩大，而步骤(d)是该投影装置将图像投射至该感应器的第二面积由该感应器的左侧逐步扩大。

5. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)是该投影装置将图像投射至该感应器的第一面积由该感应器的上侧逐步扩大，而步骤(d)是该投影装置将图像投射至该感应器的第二面积由该感应器的下侧逐步扩大。

6. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)是该投影装置将图像投射至该感应器的第一面积由该感应器的下侧逐步扩大，而步骤(d)是该投影装置将图像投射至该感应器的第二面积由该感应器的上侧逐步扩大。

7. 根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中投影装置是将红光图像投射至该感应器的面积由该感应器的第一侧逐步扩大，且在步骤(d)中该投影装置是将该红光图像投射至该感应器的面积由该感应器的第二侧逐步扩大。

8. 根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中投影装置是将绿光图像投射至该感应器的面积由该感应器的第一侧逐步扩大，且在步骤(d)中该投影装置是将该绿光图像投射至该感应器的面积由该感应器的第二侧逐步扩大。

9. 根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中投影装置是将蓝光图像投射至该感应器的面积由该感应器的第一侧逐步扩大，且在步骤(d)中该投影装置是将该蓝光图像投射至该感应器的面积由该感应器的第二侧逐步扩大。

10. 根据权利要求1所述的方法，其中该图像是由红、绿、蓝三色光混合所组成。

11. 根据权利要求1所述的方法，其中该显示器为背投影电视。

12. 根据权利要求1所述的该方法，其中该显示器为光传感器。

Images