CN1116892A - 棱锥形误差补偿的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种对于棱面误差倾角的棱锥形误差予以补偿的方法，包括一个接收光转动的多棱镜(8)，用于偏转光束(5)，当一个棱面出现倾角误差时，由所遇到的棱面(12)所反射的光束(5)进行偏转校正，校正角度取自与倾角误差相反的方向，当转动的棱面(16)转过测量点(15)时，测出该棱面的取向，当出现倾角误差时，测定其角度，以双倍的参量调节偏转校正的校正角。实现上述方法的装置，除了接受光的并转动的多棱镜(8)以外，还具有在棱面有倾角误差时用于光束(5)的偏转校正的偏转装置(9、10)和一控制器，用于控制该偏转装置的工作。一个测量装置(13)可在棱面转过测量点(15)时测出该棱面(16)的取向，在出现倾角误差时确定其角度，并根据测量结果产生控制器(36)的输入信号。13)短的扩散路径(1₁)。

Description

棱锥形误差补偿的方法和装置

本发明涉及一种方法，该方法用于棱锥形的误差补偿，当用于偏转光束的旋转采光多棱镜的各个棱面或其中某个棱面出现倾角误差时，通过对有关的棱面所反射的光束进行偏转校正，以便得到一个与倾角误差偏转方向相反的校正角。此外，本发明还涉及适于实施该方法的装置，它包括一个旋转采光多棱镜，通过该多棱镜的棱面偏转光束；它还包括一个偏转装置，当棱面产生倾角误差时进行光束的偏转角的校正，以便得到一个与倾角误差偏转方向相反的校正角，以及包括一个控制装置，用于控制该偏转装置，实现偏转校正工作。

在关于激光或视频投影系统的出版物中，一般光束由镜子偏转，或者利用回转镜和旋转多棱镜。

一个旋转多棱镜能十分快速地偏转，正如激光书刊所述的；还可逐行产生视频图像所需的偏转。多棱镜在与旋转轴等距的圆周方向上有多个棱面，偏转光束相继射到各个棱面上。通过每个棱面对光束产生的不同的偏转角实现帧扫描。多棱镜转过几个棱面便提供几行行扫描。棱面的旋转速度和数量决定了偏转周期。入射光线的角度和棱面的大小确定了扫描的角度范围。

多棱镜在制造过程中会产生误差。这种误差称为棱锥形误差即多棱镜的任意一个棱面相对于其转轴存在平行度偏差。这种误差一般从棱面到棱面是变化的，从而使后一个棱面所反射的光束与前一个棱面所反射的光束之间存在垂直于行扫描方向的角度偏差。这种棱锥形误差会导致视频投影系统的行与行之间的距离不一样。于是，该行间距离误差具有按多棱转镜的棱面数为循环周期的特性，从而使观看者能在视频投影系统的图面上看到清晰的带状结构。

由Hilsbusch出版社于1990年出版的署名为WernerHülsbusch的“印刷工业中的激光”一书中的第227页介绍了两种方法用于补偿棱锥形误差所产生的色素偏转，这两种方法都是采用偏转校正的方法实现校正补偿的。

在第一种偏转校正方法中，采用了一种经专门研磨的透镜，在透镜的前面装有一个旋转的多棱镜，为了制造这种透镜，必须测量每个多棱镜，并且用于校正棱镜形误差的该透镜必须经过专门的研磨。因此这种方法成本过高，很难批量生产。

在第二种偏转校正方法中，采用了一种声光学原理的偏转装置。这种偏转装置用于调节偏转校正的角度，该角度是由一个校正信号发生器产生的。这些校正信号与每个棱面的倾角误差有关，它们在制造每个多棱镜时分别测出，并且存入校正信号发生器内。利用这种专门的装置对于每个棱面的位置可得到一个信号，并且与当前的棱面同步地读出所存入的校正信号值。

这两种方法的缺点是必需采用与多棱镜相匹配的用于补偿棱锥形误差的装置，即通过一个专门研磨的镜子或存储的数据记录实现匹配。这给批量生产造成很大的困难，并且必须测量每个棱面的数据。第二种方法还要求使用一种专门的设备，以便使当前的棱面与相应的校正值保持同步。

本发明的目的是，提供一种校正棱锥形误差的方法，它比现有的方法大大简化，并且可获得改善的误差补偿性能。

这个目的是通过这样一种方法实现的，当棱面经过一个量测点时，棱面的方位被测出，当出现倾角误差时，它的角度被测定，于是偏转校正的校正角以双倍的参数被调整。

本发明采用的直接测量棱面的取向的方法是有益的，可有助于多棱镜的批量生产，并且不受不同的倾角误差的影响。另外也易于维护，因为对于更换多棱镜或驱动多棱镜的电机不需进行专门调整。而机械上发生的变化，例如轴承磨损导致的摆动，由于热膨胀或外界撞击的作用而产生的旋转轴的偏移等随着直接测量而得到平衡补偿。本发明的方法通过排除误差存在的可能性，可获得棱锥形误差如同完全补偿的良好效果。

本发明的方法在技术上投入很少，既不需要复杂磨削的与多棱镜旋转的透镜，也不需要增加电子电路，当在同一棱面进行测量时，最重要的是使数据记录中的校正值与这个偏转棱面相同步，该棱面也偏转光束。

在本发明的方法中，可以采用多种方式确定倾角误差，例如电机械式或电子式，可相对一个电极进行棱面的电容量测量，根据一个实施例，倾角误差的角度可在测量点上光学测定，这种方法优于其它测量方法之处在于不考虑校准精度和其它系统误差，因为在测量中所用的光所受到的干扰以相同的方式作用到偏转的光束上，并且通过偏转校正基本得到补偿。

本发明的方法中通过多棱镜根据光束的偏转实现偏转校正。要避免光束由于偏转落到一个棱面的不同区域，这会在棱面存在弯曲的情况下导致产生额外的误差。

根据本发明的一个实施例，转到测量点处待测的棱面沿转动方向位于实现偏转的棱面之前，于是作为测量结果得到的可调参数可用于调节偏转误差，这个可调参数是一个电压或一个电流，并且得到一个时间上的延迟，它是多棱镜转动时该棱面从测量点到由多棱镜实现偏转的点所经过的时间。于是在其他棱面上的测量就如同作用在光束偏转的棱面上。这样作的益处在于这种测量能够几乎不受偏转棱面上的灰尘造成的漫射光的影响。于是使测量准确性和与之相关的棱锥形误差补偿的精确度得以提高。而且通过在实现偏转的地点之前测量及在本方法中采用延滞差的电路可有利于实现平衡。

本发明还涉及一种实现上述方法的设备，具有一受光的转动的多棱镜，用于通过其上的棱面实现光束的偏转；和偏转装置，用于当出现棱面的倾角误差时对光束进行偏转校正，所得到的偏转角取与倾角误差相反的方向；还包括控制装置，用于控制该偏转装置实现偏转校正。

本发明包括一测量装置，它能测知转过一测量点上的棱面的取向，当出现倾角误差时能确定其角度，并且由此得到该控制装置的输入信号，从而以双倍于由倾角误差所确定的角度的参量实现该偏转校正。

根据本发明设备的一实施例，具有一函数发生器，它产生一用于光束偏转的代表一预定角度的电输出参量；和一求出合参量的加法电路，在该加法器内一个用于调节偏转校正的可调参量累加为函数发生器的电输出参数，之后合参数提供到偏转设备。人们利用加法电路可使偏转装置实现确定量的偏转角度，此确定量可由函数发生器预先给定，这种配置的优点在于当视频图象投影采用行扫描方式时，利用同样的偏转装置不仅可以实现棱锥形误差补偿；而且也能实现图象扫描。于是人们在这样一套视频投影系统中可节省一套偏转装置，包括电路和控制器。在这种视频投影系统中，函数发生器为均匀的图象扫描提供一锯齿形的输出变量。

根据本发明的又一个实施例，偏转设备包括一具有电气可调的回转角度的回转镜和一控制用驱动电路。相对于声光转换，该实施例的优点在于：通过回转镜可实现较大的偏转角，而且很容易实现，通过同一回转镜既可在视频投影系统中实现图象扫描的偏转，也能完成棱锥形误差补偿所要求的偏转校正。这种回转镜在商场可购到，而且也能与专门与镜体相配套的驱动电路一起订购，该驱动电路可调节受控的角度或根据额定值/实际值比较将回转角度限定在可调范围内的精确位置上。

当驱动电路是一个调节器或包含一调节器时，该调节器不仅提供正比例的调节比，并且同时将回转镜的惯性量也考虑在调节特性之内。因此在本发明又一个实施例中，该驱动电路具有一PID调节器，它取额定值为输入参量，并根据它进行回转镜的调节，因此I和D调节器件的时间常数应与回转镜的机械惯性相匹配。一个这样的调节器应能在角度快速变化时，给镜体以很大的加速度，或当镜体在由额定值预定的位置转动时，提早停止角度变换，由此减小调节延迟时可能出现的回转镜机械惯性效应。此外这种调节器在由于控制有时产生不希望的回转镜摆动时能起到抑制作用。

根据本发明设备的又一实施例，回转镜和其控制电路具有一频率限额，它至少为行频率的两倍。补偿棱锥形误差的调节精确性还取决于误差补偿所用偏转设备的时间特性曲线。在一视频投影系统中，若采用PAL制式，扫描一行需时64μs，在常用的HDTV制式中，扫描一行需时32μs，在调节时，为使由回转镜的机械特性产生的阻尼尽可能弱化，应使调节器和回转镜的频率限额和谐振频率尽可能高些。例如采用HDTV制式时，当频率限额约为30KHz时，出现第一谐波需重调节，因此在HDTV制式的频率限额约为30KHz的情况下，要为棱锥形误差提供大得多的微调时间。在60KHz的更高频率的情况下，还要考虑调节二次谐波的问题，这提供了一个精调的可能性。一般来说，回转镜的频率限额与控制它的电子电路不要选得太高，以使用于二次偏转的技术投入保持在低水平。因此双倍的行频率可用作本发明设备所采用的定向参量。

在本发明的又一个实施例中，测量装置包括一发射测量光束的激光器，它使测量光束在测量点处由每个转动经过测量点的棱面反射。激光器适用于进行精确的光学量测，因为它能发射极为平行的光束。激光器可选用功率为约100mW的小氦氖激光器或小型二极管激光器，它们均可在市场上以合理的价格买到。

根据本发明装置的另一实施例，光敏位置检测器是这样布置的，它至少暂时接收由转过的棱面所反射的测量光束，并产生两个电压，这两个电压之差作为棱面倾角的函数。这种位置检测器由一个或多个光电二极管构成，它们沿一确定的平面延伸。从它们的端部引出电压，其值取决于光束命中的位置，在照射位置和一端之间的区域构成随位置变化的稳流电阻，因此连接点与下面的电子电路电压的相应匹配可得到衰减，由此可确定光束命中点。如果光束打中这个位置检测器的中部，通常两端电压相对于检测器中点是同样大的，即它们之差为0。当中点偏移时，一端电压高于另一端电压。因此电压差是光束命中点从光敏位置检测器中点偏转的函数。根据位置检测器的平面覆盖的立体角，由转动的棱面经过时反射的光束暂时地打中其上。将这两个电压或它们之差值存储起来，以备后面校正用，这在下面还将说明。

本发明的测量装置只需很小的投入，它由市面上易于买到的器件构成，只要满足激光器，光敏位置检测器和多棱镜的几何空间布置关系，并且具有高的测量棱面倾角的精确度即可。

根据本发明设备的又一个实施例，发射测量光束的激光器是这样布置的，它处于垂直于多棱镜的旋转轴的平面上，由它发射的测量光束命中棱面上的点并具有从零到相应于多棱镜半径的不同的反射角度。这样为高精度测量棱面倾角提供了方便，因为在较大的反射角的情况下，作用到位置检测器上的激光束的可能的漫射光部分被大大减少，另外测量光束打到垂直于旋转轴平面上，则由位置检测器获得的电压是倾角误差的简单函数，于是可省略进行复杂变换的电子电路。这个取决于校正角的电压函数是根据预先确定的倾角误差角度而对称变化的，因而在后续的电子电路中对于倾角误差的处理没有正负不同之分。

光敏位置检测器相对于多棱镜和激光器是这样布置的，使得在位置检测器上产生一个电压差为零的点，而且由激光器发射的激光测量光束在一棱面上反射后的反射角范围在90°±10°之间，这样提供了测量棱面倾角的高的精度，因为由于灰尘造成的漫射光受到上述90°角的限制，只有很弱的散光强度落到位置检测器上。而且测量结果的再现性随时间得到改善，也就是说灰尘造成的散射能随时间变化。

激光器的测量光束的直径最好取为被多棱镜偏转的光束的偏转棱面聚焦的1.5倍和0.5倍。测量光束和由多棱镜偏转的光束均占据棱面上的大约相同的棱面区域，因此如果存在与棱锥形误差同样作用的偏转误差，例如在磨削多棱镜时出现的拱形，则使这种误差的影响降至最小，因此改善了图象成帧的质量。

根据本发明的又一实施例，激光器所发射的测量光束的中心命中一棱面点上，该点位于棱面的平面范围内，接着仍在同一点上反射偏转光束。于是可以肯定，实际上所测的棱面与实现偏转操作的棱面是同一个，于是那些不平整的棱面、例如由于磨削而产生的拱形面导致的误差可同样得到补偿。

根据一实施例，激光器是这样布置的，使各与测量点重合的棱面与偏转光束的棱面沿旋转方向超前90°±45°的角度，并且在控制器中加一延时电路，它在该棱面所要求的大致相同的时间后输出可调参数，这个时间指多棱镜转动从测量点到达初始光束命中点的时间。这样从待偏转光射到测量装置上的漫射光很少，保证了高测量精度，并且允许使用小功率激光器。

延时电路最好具有一条带固定延迟时间的延时线。这种延时线例如是在彩色电视技术领域(PAL和SECAM)中使用的，能在信号传输中补偿相移。目前市面的不少这种产品价格合理，性能良好。特别适合采用超声波延时线，这种线允许的延时范围可从几微秒到几毫秒，这符合视频投影系统中旋转的棱面从测量点到初始激光束应偏转地点的延时时间的要求。延时电路最好包括一允许改变延时时间的数字式电路，它能有利于更好的同步性。这样一个数字式延时电路可采用标准电路。从测量装置和控制电路所获得的可调系数用于提供到偏转装置实现模/数转换，并通过一滑阀式调节器实现延时，之后该可调参数经过一数—模转换器又变回一模拟值。类似地人们可以采用一个FIFO(先入先出)寄存器实现数字式的延时。所有这些电路可采用现有的电子电路，特别是市场上通用的集成电路实现。

本发明的一个推荐实施例中，所述延时本身数字式变换，为此采用一采样—保持电路，当收到输入传递信号时，将在时间上先后产生的可调参数存入多个存储单元中，并且当收到输出传递信号时，从该电路输出已存入的用于光学校正倾角误差所需的可调参数，而输出的参数相应于输入传递信号而言，借助一数字电路实现延时，于是与前述数字电路相比，这种电路所需技术投入要少得多。采用一保持电路一般装有电容器组，电容器的电压经过一定时间保持，并且当输入传递信号连接用于电容充电的输入侧可调参数时，电容器被充电。当收到输出传递信号时，每个作存储单元用的电容器通过逻辑电路与输出端接通。从输入传递信号到输出传递信号的延时仍通过一电路实现，但这里该可调参数不再进行数/模和模/数转换。

这种数字式延时电路需要控制存储器和输出的时钟脉冲。根据本发明装置的一个实施例，它包括一时钟发生电路，产生数字式延时所用的时钟脉冲，它根据光敏位置检测器的两个电压的合电压产生，其中两个电压的差是倾角误差的函数。如果位置检测器较窄，即只允许在一定的旋转角度内使反射的测量光束能击中该检测器，于是可用它来产生一信号，显示出某一确定棱面处于一确定的角度位置，将此测量结果以时钟脉冲形式实现延时，达到同步化。采用光敏位置检测器的电压之和作为这个信号，其优点在于：这样的信号实际上与棱面的倾角误差无关，只表示在测量点上经过的棱面的时间特性曲线。因此对于实现镜体延时转动的同步性，只需投入很小的有限的电子设备成本。

要得到更好的时间特性曲线和精确的时间控制，在直接使用时钟脉冲时，需要不同的脉冲参量，或将散射光加以抑制，因此在一限定的范围内的延时是不精确的。因此本发明的时钟发生电路采用一脉冲发生电路，其中具有比较器或施密特触发器。使用比较器和施密特触发器产生的矩形脉冲具有陡降的波缘，因此显著提高了延时精度和数字式电子电路的精度。一个比较器与施密特触发器相比，其优点在于：通过改变比较值可调节所述波缘，使电子电路与位置检测器的位置相匹配，以便很好地补偿机械结构上的误差。

下面参照附图从原理上进一步描述本发明。附图为：

图1是视频投影系统的原理图，利用一个多棱镜实现一个行偏转，其中采用本发明的装置实现棱锥形误差补偿的方法；

图2是图1的本发明装置的控制电路；

图3是图2的控制电路的信号波形图，用于说明本发明的方法。

下面以一个视频投影系统为例说明本发明的方法和本发明的装置。这个用于棱锥形误差补偿的方法也可以完全相同的方式应用到其它技术领域。例如，用于回线示波器或激光打印技术。

在图1中，原理性地给出一个视频投影系统，一个视频图像借助于一个夫累内尔透镜2和一个光学镜组3投影到成像面1上，这个图象由多个象素共同组成，它们的密度(彩色视频图象时还有颜色)是由根据密度(以及根据颜色值)调节的光源4所产生的，图1只简单地给出一个整体装置概貌，也可总的包括用于调整密度或颜色的激光液晶显示器和调制器。

光源4产生光束5，该光束通过一个偏转装置6逐帧和逐行扫描。为了实现逐行扫描，在偏转装置6内装有一个围绕旋转轴7转动的多棱镜8，它使光束5实现逐行偏转。已偏转的光束打到一围绕回转轴9转动的回转镜10上，该回转镜实现垂直于逐行偏转的偏转。图1中，在夫累内尔透镜2上标有一个平面坐标系x和y，其中坐标x方向表示逐行偏转，坐标y方向表示垂直的逐帧偏转。

多棱镜8的圆周上在每个多棱面上具有一个棱面11，它由一平面镜构成。在图1的实施例中，多棱镜8具有23个棱面11，在电视制式HDTV的情况下，它具有1000转/秒左右的转数，而在标准电视制式(PAL/SECAM)的情况下，它具有500转/秒的转数。因此偏转光束5的棱面12的扫描具有由不同的制式标准确定的行扫描频率。通过在一个行周期内每个棱面12相对于光束5的交替倾斜，将在x方向上产生一个被偏转的图面。

多棱镜8一般具有在制造过程中不可避免的误差，其中在偏转装置6中严重起干扰作用的光学误差称为棱锥形误差，它在多棱镜8的任一棱面11的平面和其转轴之间使精确的平行光出现偏差。这一误差通常从棱面到棱面是变化的。它使一个视频投影中的图象的行与行的间距不均匀，并且使观看者清楚地看到条带状图象结构。

这种条带结构在图1的方案中沿y方向延伸，并由此得到补偿，起y方向偏转作用的回转镜10与控制逐帧偏转的信号共同作用，还包括一个与棱锥形误差起相反作用的可调参数。

这个可调参数可由测量装置13获得，测量装置在某一确定的测量点15处测出待测棱面16的倾角误差。从该测出的值获得可调参数，该参数在电子电路中控制执行回转镜10的偏转校正操作，从而补偿逐帧扫描时产生的棱锥形误差。

为了实现偏转校正，回转镜10的附加偏转角应调节为倾角误差的适中的角的两倍，因为该倾角误差双重作用到光束5上，即入射角和反射角。

假如被测棱面16与偏转的棱面12为同一棱面，则可调参数直接用于控制回转镜10。最好选择被测棱面16的位置不同于偏转棱面12，这样可使来自光源4的漫射光或光束5路径上的灰尘尽可能少地干扰测量装置13。为了实现测量和偏转校正的同步，由测量装置13获得的可调参数将测量的输出信号加以延时，这个可调参数用于补偿回转镜10上的棱锥形误差。图1中，被测棱面16的位置与偏转棱面12的位置之间存在一夹角α，当α角在90°±45°范围内时，只需以最少的电子设备投入实现信号延时，同时能将漫射光降至最小程度。

在视频投影设备运行中通过回转镜10测量棱面倾角和偏差校正量，不只补偿了生产中由于磨削而带来的不同的平面倾斜问题，而且能补偿由于磨损、投影系统内的热膨胀或从其他设备传递过来的作用到视频投影系统上的撞击或摆动造成的旋转轴7的移位问题。

测量装置13包括以下确定棱面16的倾角的基本元件：激光器17和光敏位置检测器18。激光器17可以采用半导体激光器或一个小型氦-氖激光器，因为测量平面倾角不需要很大的功率。

激光器17发射出测量光束19，命中位于棱面16上的测量点15上，具有一定的旋转角的棱面16将该光束反射，反射的测量光束20打到光敏位置检测器18上。从几何学上应如此选择，取测量光束19的入射方向和反射光束20之间的夹角β为90°±10°，这样可减小由于测量光束19的散光所造成的测量误差。

目前可供选用的光敏位置检测器18可例如使用UDT仪器，1215/研究场，Orlando，Florida 2826等产品。它们所依据的原理是应用不同的稳流电阻控制光束产生光电压，该电压与光束命中点有关。两个电压U1，U2通过以作为基准点的中性点23相对的两个接头21、22分接引出。电压差U1-U2与光束20到中性点23的击中点的距离成正比。

图1中画出三条反射的测量光束20，其中中间的一条命中光敏位置检测器18的中性点23，而外侧的两条与中间这条偏差，且在偏差范围φ内。在偏差范围φ内出现的偏差是多棱镜8原有(待测定的)的棱面倾角的两倍大。

在图1所示的几何方案中，角度φ很小，电压U1和U2的电压差可直接用作可调参数，通过回转镜10控制补偿多棱镜8的棱锥形误差引起的偏差。在另一种方案中，当角度φ很大时，必须将电压差U1-U2进行变换得到一可调参数，从该参数可获得复杂的函数，因此经变换后的电压差U1-U2才能用作回转镜10的可调参数。

从图1可清楚看出，光敏位置检测器18与反射的测量光束20对称布置，该光束是在倾角误差为零时由一棱面16反射的，这样电压差U1-U2的绝对值既不受误差角度正或负的影响，也与在相同绝对倾角时棱面16本身具有的值无关。因此确定出控制回转镜10的可调参数所需的成本很低，因为用于多棱误差平衡的电路可畸变相关性工作。

在多棱镜8旋转期间，测量光束20只是暂时地命中光敏位置检测器18。这意味着，在某一确定时间内正比于电压差U1-U2的倾角误差值必须被存储，从而使回转镜10的回转角度相对于一个视频图象的整个时间保持不变。存储所需的接收脉冲可由位置检测器18的电压U1、U2之和获得，因为U1＋U2基本上独立于接收地点，该地点指反射的测量光20击中位置检测器18之处。这表明，多棱镜8可选择合适的位置，以便接收到电压差U1－U2的测量值。

图2是实现图1的实施例电路图。在左侧的是光敏位置检测器18，标以PSD(光敏位置检测器)。两个电压U1和U2由逻辑累加器30相加，或由一逻辑减法器31相减，之后产生输出信号，与多棱镜8的旋转同步的总信号是与该输出信号相适配的，其余的信号与棱面倾角有关。加法器30输出的信号在图2的实施例中通过一脉冲发生器32产生方波脉冲，该脉冲具有确定的宽度，以达到尽可能好的同步性。为了改善信号前缘的状态，脉冲发生器32可带有一个施密特触发器或一比较电路，比较电路首先应改变灵敏度界限，以便人们能补偿在制造该设备中产生的容差。

加法器30和脉冲发生电路32共同构成一个时钟发生电路33，它的输出34和34＇提供确定的脉冲形式和确定的时间间隔，它们用于在图1的视频投影系统中实现同步。输出端34上的信号具有一个波前缘，它与电压差U1-U2的最大信号相同步，因此该脉冲波前缘适于存储电压差U1-U2，在输出端34＇上产生的信号相对延迟，它的波前缘与行起动方式同步。这一延迟时间由测量点15的位置获得。最好使端子34＇和34上信号之间的延迟时间保持为变量，这样可补偿制造视频投影系统时产生的机械容差。

为了与其他系统相适配和放大，时钟发生电路33连接到一个推动器35上，推动器的输出用于整个系统中的行起动脉冲。

如前所述，减法器31的输出端上具有的电压是棱面16的倾角误差角的函数。在图1所示的小偏转角φ的情况下，该电压直接正比于棱面16的误差倾角角度，并且该电压可经简单的放大后用作回转镜10偏转的可调参数。而在其他的几何学方案中，必须配置一个控制装置36，以使减法器31的输出信号变换成可调参数UST，然后用于调节回转镜10的运作。

当偏转的棱面12与所测的棱面16不相同时，如前面对图1的说明，需存储可调参数和要求一个时间延迟。为此装有一个延时电路37。延时的时间必须与棱面11旋转所需时间相同，即从测量点15移动到光束5发生偏转的位置所需的时间。所用的延迟线可使用行扫描延迟用的适用于PAL和SECAM技术的超声波延迟线。

图2示出了延迟电路37的内容结构，该电路可以是数字式的，也可以是模拟式的。其中一个基本器件是采样和保持电路38，它通过电容器充电可存入模拟电压值。在图2中，利用在输入端39、40、41、42上具有的数字值选择出输入端参数值存储用的电容器。为了输出该存储值，在采样和保持电路38的输出端45上配有各电容器的以线路46、47、48、49的数字值表示的地址取数。

当在输入端43上输入一输入传递信号时，在采样和保持电路38的输入端具有的可调参数被接收到由输入端39、40、41、42地址选择出的电容器内。类似地，当输入端44上输入一输出传递信号时，存在由输入端46、47、48、49地址选择出的电容器内的电压从输出端子45输出。输入端39、40、41、42的选址通过一计数器50实现，计数器根据输出端34＇上的时钟脉冲按指数计数。根据计数器50所输出的各数字值，通过数字式累加器51相应于在测量点15和偏转光束的棱面12之间的棱面数目累加出计数状态并得出数字式输出参数，用于传递存储电压到输出端子45的电容器根据该输出参数选址。输入传递信号和输出传递信号如前所述从时钟发生电路33获得。

根据脉冲发生电路31的输出34＇和34上的相互延迟的信号波前缘和由数字式累加器51按计数器50的内容对常数n的相加，使采样—保持电路38输出端45上的输出信号与n棱面的旋转时间保持同步。

不校正棱锥形误差，一个视频投影系统中的回转镜10直接受到一产生逐帧扫描的锯齿波的函数发生器的控制。图2中的这种函数发生器52用于均匀地成帧扫描。它的输出电压通过加法电路53与在输出端45上的延迟可调参数模拟迭加，得到电压和，该电压和用于控制回转镜10。在本实施例中还提供一驱动控制电路54，它用于调节回转角度，其输入电压代表调节额定电压值。这种调节不只是简单的正比例调节，而是P-，1-和D特性的综合调节。I组件和D组件最适合于在回转镜10角度变化时部分地补偿该回转镜的惯量，当额定/实际偏差比较大时，将会有较大的加速，如果实际值调节后接近额定值，该惯量将受到阻尼。I组件和D组件的时间常数的取值与回转镜10的惯量有关。

如果将驱动电路54和回转镜10的机械惯性共同在尽可能高频的谐波分量的情况下限定到额定值，特别有利于棱锥形误差的调节和补偿。因此驱动电路54和回转镜10的频率界限在图1和图2的实例中大于60KHz，因此在采用HDTV制式时需考虑二次谐波。此外，回转镜10和调节驱动电路54共同具有接近60KHz的谐振频率，该频率使二次谐波升高，从而对于机械惯量的阻尼大部分得以补偿。

图3表示出不同的信号曲线，它们所代表的电子电路的作用方式已在图2中详细给出。图3a是一种锯齿波形，表示电压U随时间的变化，它是由在视频投影系统中逐帧扫描所用的函数发生器52产生的。图3b表示由控制装置36所得到的可调参数的时间特性曲线，这个可调参数指电压差ΔU。该信号曲线围绕零点摆动，各信号的幅值与不同的棱面倾角相对应。图中显示出存在两个尖峰60，它们应表示单个棱面具有不寻常大的棱面倾角。

图3c举例表示数字累加器51中取n＝5的情况，信号曲线ΔU_v代表采样和保持电路38输出端45的输出信号曲线。人们可看出，与图3b的情况相比较，尖峰60的出现是滞后的。从图3c还可明确看出，由延迟电路37产生一串上下回引的脉冲串，其数值以模拟信号暂存在采样和保持电路38内，而输出信号被数字化选址分配。利用这一存储手段，在一行保持不变的时间间隔内可通过回转镜10的偏转补偿棱锥形误差现象，并且视频图象的该行可立即投射到承影面1上。

图3d表示加法器电路51输出的U＋U_v的信号曲线。图3d的曲线显然是图3a和图3c曲线的迭加结果。这个信号包含与视频图象的逐帧扫描有关的电压，该电压也作用于棱锥形误差平衡。

在选择激光器17时，首要应注意的是它的校准，该激光器的光对准棱面16的平面区域，这个区域同样也用于偏转光束5。在图1的实例中，由激光器17发出的测量光束19的直径为2毫米，完全同光束5一样。多棱镜8的厚度为4毫米，根据这些尺寸可以确定，激光器17在测量点15上控制一近似于棱面16平面范围的区域，这与稍后用于偏转光束5的情况相同。

关于其他几何上的尺寸，我们应注意到，激光器17的测量光束19与光束5具有大致相等的直径，特别是这两个光束的直径之比不应大于0.5-1.5。

在图1的实例中，多棱镜8比较窄，于是可以明确，测量光束19和光束5几乎命中棱面11上的同样的平面范围。在采用加宽的多棱镜的情况下，人们必须专门加以校准。推荐的方案是，当利用测量光束19命中棱面16的一平面范围时，用于偏转光束5的棱面正用于逐行扫描操作。

Claims (21)

1.一种棱锥形误差补偿方法，这种误差产生于受光驱动旋转的多棱镜(8)的棱面的倾角误差，该多棱镜用于偏转光束(5)，在出现棱面倾角误差时，由所遇到的棱面(12)反射的光束(5)的偏转校正，是沿与倾角误差相反的方向进行偏转的，并且具有一校正角度，其特征在于，当棱面(16)旋转经过测量点(15)时，测出该棱面(16)的取向，并且在出现倾角误差时，确定其角度，作为用于偏转校正的校正角的双倍参数。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，棱面的倾角误差是在检测点(15)上光学测定的。

3.根据权利要求1或2之一的方法，其特征在于，光束(5)的偏转校正是在通过多棱镜(8)偏转之后实现的。

4.根据权利要求1-3之一的方法，其特征在于，各在测量点上被检测的棱面(16)沿转动方向位于棱面(12)之前，后者用于偏转，在测量点上测得的结果是一可调参数，即电压或电流，用于调节校正偏转，并且由此得到一时间延迟，即在多棱镜转动时，该棱面经过从测量点(15)到多棱镜(8)上产生偏转之点的距离所需的时间。

5.实现权利要求1-4之一的方法的装置，包括一个接收光束并转动的多棱镜(8)，可通过其上的棱面偏转所接收的光束；一偏转装置(9、10)，用于当棱面存在倾角误差时校正光束(5)的偏转，其偏转角沿与倾角误差相反的方向；还包括一控制器(36)，用于控制该偏转装置实现偏转校正，其特征在于，还包括一测量装置(13)，测出转动经过一测量点的各棱面的取向，当出现倾角误差时测定其角度，并根据测定结果在控制器(36)上产生一输入信号，由此导出以双倍参数实现由倾角误差确定的角的偏转校正。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于，一函数发生器(52)产生一电输出参数，用于以一预定角度偏转光束(5)，并且包括一形成总参量的加法电路(53)，在该电路内调节校正偏转的可调参数迭加成函数发生器(52)的电输出量，然后与总参量共同提供给偏转装置(9、10)。

7.根据权利要求5或6的装置，其特征在于，偏转装置(9、10)包括一带有电气可调的回转角度的回转镜(10)和一控制用驱动电路(54)。

8.根据权利要求7的装置，其特征在于，驱动电路(54)具有—PID调节器，它根据一作为额定值的输入量调节该回转角度，从而使I器件和D器件的时间常数与回转镜(10)的机械惯性量相适配。

9.根据权利要求7或8的装置，其特征在于，回转镜(10)和有关的控制电路(53、54)具有一频率限值，它至少为行频率的两倍。

10.根据权利要求5至9之一的装置，其特征在于，测量装置(13)包括由激光器(17)发射的测量光束(19)，它的布置是使测量光束(19)射到测量点上，并且由各转过该测量点的棱面(16)所反射。

11.根据权利要求10的装置，其特征在于，安装有一个光敏位置检测器(18)，它至少部分地接收由转过的棱面(16)所反射的测量光束(20)，然后产生两个电压(U1、U2)，两电压之差是棱面倾角的函数。

12.根据权利要求10或11的装置，其特征在于，激光器是这样定向的，测量光束(19)位于垂直于多棱镜(8)的旋转轴(7)的平面内，并击中到转过测量光束(19)的命中点(15)的棱面上，该棱面处于从零到多棱镜(8)的半径之间的不同角度上。

13.根据权利要求11或12的装置，其特征在于，光敏位置检测器(18)相对于多棱镜(8)和激光器(17)是这样布置的，使棱面(16)所反射的测量光束(20)击中光敏位置检测器的电压差为0点处，并且该反射光束与由激光器(17)所发出的测量光束(19)之间的夹角(β)为90°±10°。

14.根据权利要求10至13之一的装置，其特征在于，由激光器(17)所发出的光束(19)的直径是在多棱镜上偏转的光束(5)的偏转棱面(12)上的聚焦的1.5倍和0.5倍之间。

15.根据权利要求10-14之一的装置，其特征在于，激光器(17)是这样布置的，使由它发出的测量光束的中心击中在棱面(16)上的一个点，该点位于棱面(16)的平面范围内，而光束(5)也是在同一平面范围内偏转反射的。

16.根据权利要求10-15之一的装置，其特征在于，激光器(17)是这样布置的，使与测量点(15)所重合的棱面(16)沿转动方向位于反射光束(5)的棱面(12)之前，两棱面(16、12)之间的夹角为90°±45°，并且在控制装置(31、36、37、53、54)内包括一延迟电路(37)，它输出一延时用的可调参数，这个时间基本上等于多棱镜(8)从转过测量点(15)到发生光束(5)的偏转的点的棱面(11、12、16)所需的时间。

17.根据权利要求16的装置，其特征在于，延迟电路(32)具有一带固定的延时时间的延迟线。

18.根据权利要求16的装置，其特征在于，延时电路(37)包括一数字电路(50、51、38)。

19.根据权利要求18的装置，其特征在于，当收到一个输入传递信号(43)时，采样和保持电路(38)将按时间先后顺序产生的各可调参数存入多个存储器内，当收到一个输出传递信号(45)时，由存储器取出光学校正偏斜角度所需的可调参数，它相对于输入传递信号而言，通过数字电路(50、51)产生延迟。

20.根据权利要求18或19的装置，其特征在于，该装置包括一个时钟发生电路(33)，它由光敏位置检测器(18)的两个电压的合电压产生用于数字延迟(37)的时钟脉冲，而两个电压的差是棱面倾角的函数。

21.根据权利要求20的装置，其特征在于，时钟发生电路(33)还具有一脉冲发生电路(32)，它是利用比较器或施密特触发器构成的。

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