CN1323136A - 具有光电晶体管传感器的投影视频显示器 - Google Patents

Abstract

一种用于在视频投影显示器装置中确定光栅位置的方法,包括下列步骤:将测量图象(M)的第一边缘(LE)向第一个方向移动以检测照明,将测量图象(M)的第二边缘(TE)向第二个方向移动以检测照明,计算检测步骤中与第一边缘(LE)和第二边缘(TE)照明相关的移动值。

Description

具有光电晶体管传感器的投影视频显示器

本发明涉及视频投影显示器领域，更具体地，涉及用于测量投影照明的光电晶体管的运用。

在投影视频显示器中，阴极射线显示管的物理放置位置会引起几何光栅畸变。采用曲线形凹显示面的阴极射线管以及光学投影路径中的固有的缩放比例，会使这种光栅畸变恶化。投影图象由三个扫描光栅构成，它们都需要在观看屏幕上一个与另外一个对准。三个投影的图象的精确重合要求对多个波形进行调整，以补偿几何失真并使三个投影的图象重叠。然而，在制造期间手工校准多个波形是高强度的劳动，并且不使用高精度的测试设备会妨碍在用户地点安装显示器。因此，公开了一种自动会聚系统，它能简化制造时的校准并适于用户位置处的调整。为了确定光栅尺寸和会聚程度，一个自动校准系统可以在屏幕周边位置进行光栅边缘测量。这种光栅边缘测量可采用多个光电晶体管来进行。

一种具有一个自动校准系统的投影视频显示器设备可以利用多个光电晶体管在屏幕周边位置进行光栅边缘测量。一种用于在投影显示器设备中确定光栅位置的方法包括以下步骤：通过将被测图象的第一边缘向第一个方向移动来检测图象照明；通过将被测图象的第二边缘向第二个方向移动来检测图象照明；然后平均与检测步骤的第一和第二边缘照明有关的移动值。

在一种并置的传感器结构中，采用一个与感应方向相反的的标记来感应和检测标记图象的边缘可有效地防止在确定图象边缘时产生的不一致。简单而言，标记块图象相对于传感器反方向移动，从而调换了标记图象边缘的头尾两端。因此可防止出现不一致的图象边缘。更广义地来说，当图象边缘使传感器从不亮的状态转变到亮的状态时避免了边缘不一致，实现了准确的图象边缘感应。

图1是投影电视显示器的简化前视图。

图2是具有创造性特征的视频图象投影显示器装置的一个简化方框图。

图3A详细地描述图1中屏幕700的一部分并图示一个创造性的感测顺序。

图3B更详细地描述标记M相对于光电晶体管传感器S1的移动。

图4A是光电晶体管传感器S1的简化示意图。

图4B显示光电晶体管传感器S1集电极的电压波形。

图1示出一个视频投影显示器设备的前视图。投影显示器包括多个阴极射线管，它具有投影到屏幕700的光栅扫描图象。一个外壳支撑并环绕屏幕700并且提供一个比屏幕稍小的图象显示区域800。屏幕700用虚线来表示隐藏在外壳C内的边缘区域，当以区域OS表示的过扫描方式操作时，该边缘区域可以用光栅扫瞄图象照明。光电晶体管传感器与屏幕700周边相邻，位于隐藏的边缘区域之内并且在观看区域800之外。图1示出了以阴影圈表示的8个光电晶体管传感器，位于屏幕边缘的转角和中心处。于是，以这些传感器位置，就可检测和测量由一种电子产生的测试图(例如非峰值视频值块M)形成的图象。采用对块M的传感器S的亮度的感应，可确定画面宽度和高度以及某些几何误差，例如：旋转、弓形、梯形、枕形等等。因此，可对准显示图象，在整个屏幕区域内将一个叠加到另外一个上。由于对三个投影彩色图象的每一个都进行水平和垂直方向的测量，因此产生至少48个测量值。

测量和校准系统的操作将参考图2来说明，该图以方框图形式描述光栅扫描视频投影显示器的一部分。在图2中，三个阴极射线管R、G和B形成光栅扫描的单色彩色图象，它们通过各自的透镜系统进行会聚并在屏幕700上形成一个单一的显示图象800。每一个阴极射线管具有提供水平和垂直偏转以及水平和垂直会聚的四个线圈组。水平偏转线圈组由水平偏转放大器600驱动，垂直偏转线圈组由垂直偏转放大器650驱动。水平和垂直偏转放大器均由偏转波形信号驱动，偏转波形信号的幅度和波形受数据总线951控制并且与用于显示的信号源同步。例如绿通道的水平和垂直会聚线圈615和665分别由放大器610和660驱动，它们被提供有会聚校正波形信号。校正波形信号GHC和CVC可以视为代表直流和交流的会聚信号，例如分别为静态和动态会聚。然而，这些功能作用可如下述实现。例如通过以相同的值或偏移量来修改所有的测量位置地址，可以移动整个光栅来实现明显的静态会聚或中心确定效果。类似地，通过修改具体的测量位置的位置地址可以产生动态会聚效果。用于绿通道的校正波形信号GHC和CVC由例如数-模转换器311和312产生，它们将从存储器550读取的数字值分别转换成ihc和ivc偏转电流类似地，红色和蓝色校正波形信号由对从存储器550中读取的数值进行数-模转换而产生。

借助于总线951，输入显示信号选择器在两个信号源IP1和IP2之间进行选择，例如一个是广播视频信号，另一个是SVGA计算机产生的显示信号。视频显示器信号RGB是从显示视频选择器产生的，并且是例如电子化产生的消息信息；用户控制信息、显示安装和校准信号以及响应于来自控制器301、900和950的命令的信息通过总线302和951被耦合，并且可被在屏幕显示发生器500进行合并。在自动灵敏度校准或会聚校准期间，控制器900经由数据总线302发送命令到控制器301，由它指示视频发生器310产生一个例如绿通道校准视频测试信号AV，其中包括一个例如黑色电平信号，它带有一个具有预定视频幅度值的矩形块M。在扫描显示光栅内通过确定水平和垂直定时从而确定矩形块M的位置，控制器900和301可控制矩形块M的产生以照明示例性传感器S1。或者，控制器900和301可移动扫描光栅或包括标记块M的一部分扫描光栅，以照明传感器。有利的是，这两种控制标记移动的方法都可用来实现与传感器相关的标记图象的精确调整过程。

绿通道的测试信号AV从IC300输出，并在放大器510处与来自屏幕显示发生器500的绿通道输出信号合并。于是，来自放大器510的输出信号被耦合到例如绿色阴极射线管GCRT，并可以包括显示信号源视频和/或一个OSD产生的信号(例如一个安装信息)和/或IC300产生的校准视频测试信号AV。

控制器301还执行储存在程序存储器308中的程序，该存储器包括多个算法。为了实现初始安装调整，控制器301在数据总线303上输出一个数字字D，它被耦合到一个可控的电流源250。数字字D表示由电流源250产生的一个特定电流并被提供到传感器S1-8和传感器检测器275。

为了进行三个彩色图象的调整和校准，如前所述产生安装块M并被耦合到例如绿阴极射线管(CRT)。图1中所示的一个测试图显示块M接近光电晶体管S1。如前所述，每个传感器可以被标记块照明，标记块在过扫描光栅投影的视频信号内产生精确定时。或者，标记块可通过使扫描光栅定位或移动或两者的结合来产生照明，例如标记块M照明传感器S1。利用某些显示信号输入，例如计算机显示格式信号，基本上所有的扫描区域可以被用于信号显示，因此光栅不会产生过扫描。在采用计算机显示格式信号的操作期间，光栅过扫描被限制到几个百分点，例如1％。因此，在基本上过扫描为零的情况下，例如传感器S1可以由光栅定位块M照明。显然，采用视频信号定时和光栅定位的组合，可以实现各个传感器的照明。

在每一个光电晶体管中，光子产生的载流子使晶体管以基本上与入射在其上面的照明强度呈线性关系的方式导通。然而，由于以下原因，各个传感器上的照明强度会变化很大，例如，各个CRT的荧光物质亮度会是不同的，并且在三个单色彩色图象之间存在着透镜和光路的不同。随着每个CRT的老化，荧光物质亮度会下降，此外，随着时间的推移，灰尘会积聚在光学投影路径内，从而减少传感器上的照明。传感器电流变化的另一个来源是各个传感器之间的灵敏度以及它们的固有的光谱灵敏度的变化。例如，在一个硅传感器中，蓝光的灵敏度低，而灵敏度随着从绿至红光谱而增加，在接近红外区域达到最高。因此，应理解的是各个传感器可传导相当不同的光子产生的电流。因此，要实现稳定的、可重复的测量，最基本的是单独地测量这些传感器的电流变化，并且对每个传感器和照明颜色设置检测阈值。于是，确定了与照明强度成正比的峰值传感器电流，各个传感器检测阈值就可以被保存，以允许随后在每个传感器电流的一致的幅度点上检测照明或不照明的传感器。

参见图2，视频发生器310根据控制逻辑电路301的指令来产生一个例如绿视频块M，它具有最初的非峰值视频值并且位于一个基本上黑或黑电平背景上。在每个色通道可以产生类似的具有非峰值视频值的视频块，当它们同时产生并被叠加在屏幕上时，就在基本上黑的背景上产生一个白色图象块。因此，一个例如绿色视频块M由视频发生器310产生，通过放大器510耦合到绿色阴极射线管CRT上。微控制器301控制视频发生器310在水平和垂直屏幕位置处产生绿色视频块M，使得一个特定传感器例如传感器Sl可以被来自块M的绿光照明。传感器的照明的结果是光子产生的电荷PC，如图4A所说明的，从而产生光电晶体管电流Isen的导通，如图2所示。

借助于图2所述的控制环路100，前述的由光子产生的显著不同的传感器电流可被有利地补偿、校准和测量。图2的电路块200中描述了传感器检测器275。简单来说，一个参考电流Iref由一个数控电流源250产生。该参考电流被提供至例如光电晶体管S1和传感器检测器275两者。如果没有照明，光电晶体管Sl呈现一个高阻抗，并因此从参考电流Iref中分流出一个不重要的电流Isen。因此，参考电流Iref的大部分电流作为电流Isw被耦合至传感器检测器275。电流Isw对检测器275进行偏置，使得其输出状态为低电平，这被选来用于表示一个不亮的或没有被照明的传感器。当光电晶体管S1被照明时，光子产生的电荷PC使晶体管导通并且传导来自参考电流Iref的电流Isen。由于参考电流由一个恒定的电流源250产生，传感器电流Isen从传感器检测器275电流Isw分流。在一个特定的照明电平上，光电晶体管S1从传感器检测器275分流出足够的电流使其截止，并假定一个高的标称电源电势被选来用于指示一个亮的或被照明的传感器。从传感器检测器275输出的是正向前进的(positive going)脉冲信号202，它被耦合至数字会聚IC SVT2050的一个输入端。脉冲信号202的上升沿被取样，它使水平和垂直计数器停止，于是提供计数来确定被照明的传感器在测量矩阵中出现的位置。

可控地增加的参考电流Iref，直至传感器检测器275切换以指示传感器照明的损失，可以测量光电晶体管的电流。使检测器275显示传感器照明的损失的参考电流值代表着入射在该传感器上的照明。因此，该电流可以作为一个传感器和颜色的特定阈值而被处理和保存。保存的参考电流值在不同的传感器之间是不同的，而且对于不同的颜色它也是不同的，但对于照明值减少为大约所测Isen切换值的一半来说，检测器的切换是同样发生的。

图3A显示了图1的显示屏700位于例如光电晶体管传感器S1附近的部分。显示屏被具有显著的视频信号幅度的单色测量信号块M与几乎黑色的电平信号形成的投影测量图象照明。因此显示屏700除了持续时间为W的发亮单色测量块M外基本上为黑色。光栅产生的投影图象具有的尺寸使例如光电晶体管传感器S1处于投影图象区域内。

在图3A中，测量块M出现在例如不同的水平位置。类似顺序的垂直位置可以用来测量垂直扫描方向的边缘。照明测量块的不同位置代表不同的时间周期，例如时间周期t0-t7。尽管描述了一个时间周期顺序内的测量块的示例性水平位置，但实际的测量块位置或屏幕图象则由图2的施加在例如线圈GHC和GVC上的受控制的电流的等级(steps)来确定。通过一组重复的垂直并列图，显示了在不同的时间周期测量块相对于传感器S1固定位置的例如水平移动顺序。

在时间周期t0，测量块M的图象在显示屏上的位置使传感器S1没有被测量块M的发亮单色图象照明。因此，在时间t0，光电晶体管S1没有被照明，没有光子产生的基极电流，光电晶体管S1截止。图4B显示了出现在不同时间周期的光电晶体管传感器S1的集电极电压波形。在时间周期t0，光电晶体管S1是不导通的，图4B示出传感器的集电极波形电压基本上等于电源电压VCC。

在时间周期t1，测量块M的图象在一个方向移动，使测量块M的前边缘(LE)照明传感器S1。照明的光子在光电晶体管S1产生基极电流，使光电晶体管S1变为导通。在时间周期t1后的短时间内，照明产生足够的基极电荷使光电晶体管处于饱和。图4B的时间周期t2描述了这种饱和状态，其中集电极具有一个0伏的标称电压或Vcesat。

来自光电晶体管S1的集电极信号电压Vout被耦合至检测器275，该检测器确定标记块照明是否存在。相对于传感器S1的固定位置的图象块的前边缘和尾边缘位置均被显示。然而，如图4B所示，由于若干不同的原因，集电极电压波形Vout不能精确地显示照明标记图象的持续时间和强度。在图4B所示的周期t2中，由于块M的前边缘为一个倾斜的、平滑下降的边缘，以表示传感器的饱和状态的建立，集电极电压的产生是依入射照明的强度来确定的。在时间周期t3和其后，由于测量块M的图象的移动超过了传感器，光传感器S1不被照明，并且光电晶体管基极停止产生光电荷。然而，在图4B周期t3-t3d中，晶体管集电极电位保持低水平，表示晶体管持续导通，例如，作为光子产生的电荷PC或保留在晶体管的基极区域的载流子过多的结果。这些光子产生的载流子继续保持晶体管S1的导通状态，仅在晶体管重新截止或为不亮状况时消散。因此，可以这样理解，如果标记块的前边缘和尾边缘在单一移动方向上被顺序测量，则在周期t3-t3d内，传感器在照明终止后持续导通将导致块长度W的一个错误的测量。仅当传感器从不亮的状态向亮的状态变换时，由于测量块M的移动方向相反而允许传感器S1测量块M的前边缘和尾边缘，这种创造性的顺序可避免传感器在返回不亮的状态时产生响应滞后。因此，确保传感器被照明时进行测量可消除由于截止滞后造成的错误测量。图4B描述了在不亮的周期t3内集电极电压波形的缓慢上升时间。

在图3A的时间周期t3内，曲线箭头描述了块前进和后退移动以进行前边缘和尾边缘检测，其中曲线箭头SD LE表示测量前边缘的寻找方向，曲线箭头SD TE表示测量尾边缘的后退方向。如前所述，使寻找方向反向，尾边缘就会成为前边缘因此只要保证只能在传感器在不亮的和亮的状态之间传导的情况下进行测量就可实现精确的块测量。

在图4B的时间周期t5内，图象块M前边缘的反方向移动开始照明光电晶体管S1，使光子产生的载流子PC在基极区域积聚。这些光子产生的载流子使光电晶体管导通，导致集电极电位下降，如周期t5所示。在周期t7内，反方向移动的图象的尾边缘停止照明光电晶体管S1，光电晶体管如前所述开始截止。在周期t6之后的时间内，传感器最终停止导通，在周期t7内，图象块从传感器中移出，使得它不再被照明。

由若干不同的原因造成图4B的光电晶体管在截止时集电极电压的缓慢上升。例如，如前所述，光电晶体管基极处过多的光子产生的电荷会使光传感器在照明停止后继续导通。图4A的周期t0描述在没有图象块照明的情况下的光传感器S1-Sn的并列结构，其中光电晶体管的基极区域被放大，光子产生的电荷PC不出现。在图4A的周期t2内，用折线箭头表示图象块M产生电荷PC，如光电晶体管S1的放大的基极区域的阴影部分所示。图4A的周期t3d内，没有图象块M，光子停止产生电荷。然而，阴影的基极区域所描述的光子产生的电荷PC依然保持，并保持晶体管的导通直至电荷消散。因此，标记块M的尾边缘TE被拉伸，并且所测量的Ws是错误的。

另一个造成集电极电压上升时间缓慢的原因是图4A所示的电容C。该电容有若干不同的来源，例如，光电晶体管S1-Sn的并联造成电路和装置寄生电容的叠加。而且，任何附加电容，例如，减少乱真信号的拾取器和提供光电晶体管输出信号的低通滤波器将更进一步减慢集电极在晶体管导通截止时的电压上升的速度。简单地说，光电晶体管导通，会使电容C迅速放电，但当晶体管截止时，充电电流Ich由电源Vcc和电阻R决定。

造成尾边缘检测不良的另一个原因是CRT显示器的荧光物质的持久性、余辉时间或从亮的到不亮的图象的转变之后的余光。图3B在标记块图象尾边缘TE的后面用渐变的阴影表示荧光物质的持久性。为了便于识别，标记块图象的前边缘LE和尾边缘TE用水平阴影表示。荧光物质的持久性随显示颜色的不同而不同，例如，在一个典型的投影CRT中，蓝荧光物质被描述为具有一个短余辉时间，大约20至30微秒的数量级。绿荧光物质和红荧光物质被描述为具有的一个较长的短余辉时间，在1-2毫秒的范围。

从前述的对尾边缘图象的描述中，可以推断出确定发生在图象尾边缘标记照明停止时，确定出现失真并有滞后，增加被检测块的持续时间Ws。图4B利用例如集电极电压波形10、20和30的上升沿对这种失真图示说明。集电极波形5描述了集电极电压波形的一种理想的、快速的上升。显然，感测标记块的边缘的不稳定性决定着标记块持续时间，因此标记中心值无效。

通过对标记块尾边缘TE进行反移动方向的感应和检测，可有利地防止传感器缓慢截止和照明停止时集电极电位的缓慢上升。简单地说，由于标记块相对于传感器的移动是反方向的，于是图象块的前边缘和尾边缘也相反。因此，尽管照明停止时尾边缘的测量不正确，但通过使感测方向有利地相反，可以获得标记块的每一个边缘的精确的测量。此外，查看图3A和图4B，可发现当图象边缘使传感器从不亮的状态变换到亮的状态时，可实现精确的边缘感测。因此，在图3A的t1和t5周期内，通过由计算确定的标记图象的水平中心可以获得精确的边缘测量。例如，标记块的中心可由用来在周期t1和t5内确定标记块的位置的电流值的平均来确定，标记块中心表示为[ihc(t1)+ihc(t5)]/2。

Claims (12)

1．一种用于在投影显示器装置中确定光栅位置的方法，其特征在于以下步骤：

将测量图象(M)的第一边缘缘(LE)向第一个方向移动以检测照明；

将测量图象(M)的第二边缘缘(TE)向第二个方向移动以检测照明；

平均检测步骤中的与第一边缘缘和第二边缘缘照明相关的移动值。

2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平均步骤还包括用所述计算的移动值确定所述测量图象(M)的中心。

3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对应于在基本上相反的方向移动所述的第一边缘(LE)和第二边缘(TE)来实施所述的各自的检测步骤。

4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个检测步骤均还包括从不照明到照明的变换的检测步骤。

5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各自的检测步骤对应于所述第一边缘(LE)和第二边缘(TE)在与所述光栅的水平元件基本上平行的方向上的移动。

6．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各自的检测步骤对应于所述第一边缘(LE)和第二边缘(TE)在与所述光栅的水平元件基本上成直角的方向上的移动。

7．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括一个确定与所述光栅相邻的一个检测器(S)的位置从而通过所述边缘(LE、TE)检测所述照明的步骤。

8．一种用于在投影显示器装置中确定光栅位置的方法，其特征在于以下步骤：

将一个照明的边缘移过(TE、LE)所述光栅位置；及

仅检测所述光栅位置上从不照明到照明亮的变换。

9．根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述移动步骤还包括：

将所述照明的边缘(LE、TE)双向地移过所述光栅位置。

10．根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测步骤还包括以下步骤：

计算与在所述光栅位置处的所述检测相关的双向移动值。

11．根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测步骤还包括以下步骤：

光子感测在所述光栅位置附近的所述照明变换。

12．根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述检测步骤对应于在与所述光栅的水平元件基本上平行的方向移过所述光栅位置的所述照明的边缘(LE、TE)。

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