CN1425253A - 投影显示装置中的自动会聚 - Google Patents

Abstract

一种自动测定投影显示屏(700)中心处的会聚误差的方法，该显示屏有多个能被标志器(M)照亮的光电传感(S1－S8)。该方法的步骤包括：把所述标志器(M)向所述多个光电传感(S1－S8)中的第一个光电传感(S1)移动，直到所述第一个光电传感(S1)被所述标志器(M)照亮。把所述标志器(M)向所述多个光电传感(S1－S8)中的第二个光电传感(S2)移动，直到所述第二个光电传感(S2)被所述标志器(M)照亮。对能照亮第一和第二光电传感(S1，S2)的每次标志器的移动定义一个变量。从能照亮第一和第二光电传感(S1，S2)的标志器移动的每一变量计算一个平均变量。

Description

投影显示装置中的自动会聚

本发明涉及视频投影显示器领域，具体地说，涉及投影图像中心会聚误差的测定。

发明背景

视频投影显示器中，几何光栅失真是由于阴极射线管的物理位置所造成。这种光栅失真由于使用具有凸曲的显示器表面以及光投影通道中固有的放大作用而加剧。投影图像由需在显示屏上相互对齐的三个扫描光栅构成，三个投影图像的精确重合要求对多种波长加以调节以补偿几何失真和便于三个投影图像的相互叠加。但是，在制造时手工对准多个波长费时又费力，而且在现场或用户处，如果没有尖端的测试设备可用，就不可能进行。而现场调节又经常很需要，因为显示器改变了位置就会改变地磁场作用在显示器上的方向和强度。这类地磁场引入了一定的显示图像旋转，但主要是造成整个图形的直线性移动。因此公开了一种可简化制造对准并便于现场调节的自动会聚系统。自动会聚系统可以采用在显示屏周边处进行光栅边沿测量的方法来测定光栅大小和会聚情况。但显示屏中心区的误差不能测量，原因很明显，人们一般不想设一个显示屏中心传感器。因此，自动会聚系统可以采用一个在显示屏周边处测定的，显示屏中心会聚误差值为零的会聚误差值的校正阵列(3×3)。

发明概述

虽然地磁场引入了一定的显示图像旋转，但主要是造成整个图形的直线性移动。由于该图像位移在整个图像上是一致的，就可计算出一个平均校正值用于显示屏中心。按照一种创造性的配置，一种自动方法可测定投影屏中心的会聚误差，该投影屏有多个能被标志器照亮的光电传感器。该方法的步骤是先将标志器向多个光电传感器中的第一个移动，直到该光电传感器被标志器照亮。再将标志器向多个光电传感器中的第二个移动，直到第二个光电传感器被标志器照亮。用一个变量来测定每个标志器照亮第一和第二光电传感器的移动。从标志器照亮第一和第二光电传感器的移动的各个变量就可计算出一个平均变量。

附图简要说明

图1A是一个投影显示器的简化正视图。

图1B为示出会聚图形的投影显示器的视图。

图2是具有很多优点的视频图像投影显示装置的简化方框图。

图3，4和5是本发明的自动边沿和误差检测程序的流程图。

详细说明

图1A是一个投影显示器的正视图。该投影显示器包括多个阴极射线管，阴极射线管的光栅扫描图像可以投影到显示屏700上。一个机壳支撑和包围着显示屏700，并提供一个略小于显示屏的图形显示区800。显示屏700中用虚线表示的是隐藏在机壳中的一个边沿区域，如图中区域OS所示，当工作在过扫描方式时可随光栅扫描图像一起被照亮，。光电传感器位于显示屏700的周边邻近处，在隐蔽的边沿区域之内，显示区域800之外。图1A有8个传感器，它们的位置都处于一个测量格网上(未示出)，可在显示屏边沿的中心和弯角处提供测量结果。有了这些格网式的传感器，就有可能测量相应格式化了的电子测试图形，例如峰值视频值标志块M，以测定图形宽度、高度和某些几何误差，例如，旋转、弓形(弯曲)、梯形、枕形等，从而在整个显示屏区域上使需要相互叠加的显示图像对准。在三个投影彩色图像的每个水平和垂直方向上作测量，这样得出至少48个测量值。

显示器的任何物理位移和定向都会产生平移的或旋转的图形位置误差。在图1B中，用虚线表示的是一示范的测试图形MCR，它偏离了用实线表示的对准位置CR。显示的图形形状可以用一个3×3的距阵计算进行校正。在图1B中，有一个显示屏中心传感器S9，表示从此显示屏位置获取位置数据是不切实际的。这一显示屏中心位置会阻挡正常的图像投影，因而不能如图所示的那样采用这个理论传感器S9。这样，没有显示屏中心传感器，就没有误差信息，中心距阵误差值就被假定为零。缺少中心误差信息的结果显示边沿被校正，但初始误差由于零距阵值而依然留在显示屏中心。缺少中心传感器就需要手动调节红色和蓝色图像相对于绿色图像的中心屏幕会聚。而且，缺少中心测量还会造成绿色显示图像的几何失真，因为在中心的误差没有被校正，并且这些误差会因边沿的校正而加剧。

如前所述，随着磁偏转显示器件的移位，显示图像也会移动或有不必要的偏离。这种显示器件移动位置改变了地磁场的方向和强度，从而引起一定的显示图像旋转，但主要是造成整个图形的直线性移动。图像位移在整个显示图像区域上是一致的，所以可以计算平均校正值作为校正距阵中的显示屏中心值。

图1B所示的理论显示屏中心传感器S9很明显不切实际，不可被采用，但用内插法可以有助于导出此位置的位置数据。显示屏中心的水平值可以由传感器S2和S6测定的水平校正值的平均值计算出来，S2和S6分别位于显示屏顶部边沿中心和底部边沿中心。中心的垂直值也可类似地由传感器S8和S4测定的垂直校正值的平均值计算出来，S8位于显示屏左侧边沿中心，S4位于显示屏右侧边沿中心。

利用这样定义的中心误差进行3×3距阵计算，基本上可消除三种颜色的所有中心直线移动误差和旋转误差，而且绿色图像的几何误差也显著减少。再者，红色和蓝色相对绿色的中心会聚误差也被消除或减少到很小程度，以致不再需要明显的手动调节。

8个传感器自动对准系统的中心偏离值测定是这样进行的：从额定传感器位置测定水平和垂直偏离值，对会聚值用内插法算法以补偿由于地磁场影响造成的光栅移位和旋转。利用显示屏周边的传感器可测量显示屏边沿的显示图像。在传感器S1--S8处对每种颜色(红，绿和蓝)作水平和垂直偏离值(或离开正常传感器位置的位移误差)测量。但由于中心位置处没有传感器S9，就通过将测得的共线性的水平和垂直偏离值平均而有利地导出缺失的中心偏离值的近似值。平均水平中心偏离值(Have)从传感器位置S2和S6导出，

其中S9(Have)＝(S2 val+S6 val)/2

由于CRT在装置中的位置，与地磁有关的位移基本上是直线形的，因此该平均中心值提供了对水平中心偏离的合理近似值。同样，从传感器S4和S8导出平均垂直中心偏离值(Vave)

其中S9(Vave)＝(S4 val+S8 val)/2，它提供了对垂直中心偏离的合理近似值。利用平均中心值保证了在光栅位移情况下，明显的几何失真基本上被消除，且自动会聚后的手动调节也大部分可避免。偏离(边沿)检测过程的高水平流程图示于图4，5和6。

参考图2说明测量和对准系统的操作，图2以方框图的形式显示光栅扫描视频投影显示器的一部分。图2中三个阴极射线管，R，G和B构成光栅扫描的单色彩色图像，图像通过各自的透镜系统后会聚并在显示屏700上形成单个显示图像800。每个阴极射线管有四组线圈，提供水平和垂直偏转以及水平和垂直会聚。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二者均由偏转波形信号驱动，这些偏转波形信号的幅度和波形通过数据总线951来控制，且该信号与显示所选择的信号源同步。实例中绿色道水平和垂直会聚线圈分别为615和665，分别由放大器610和660驱动，这些线圈上加有会聚校正波形信号。会聚校正波形信号GHC和GVC可以认为是代表了DC和AC会聚信号，例如静态和动态会聚。但可以使这些功能性的属性较为方便使用，例如通过用同一数值或偏离值来修改所有的测量位置地址，移动整个光栅以获得明显的静态会聚或对中效果。同理，改变某一具体测量位置的位置地址也可产生动态会聚效应。绿色道的会聚校正波形信号GHC和GVC由示范的数/模转换器311和312产生，数/模转换器311和312转换从存储器550读出的数字值。

一个输入显示信号选择器，通过总线951，在两个信号源IP1和IP2(例如一个广播视频信号和一个SVGA计算机产生的显示信号)间作选择。视频显示信号RGB从显示视频选择器中导出，用电子学方法产生的消息信息，例如用户控制信息，显示建立和对准信号以及通过总线302和951连接的控制器301，900和950的命令作出响应而产生的消息，都可在显示屏显示发生器500上组合。在自动灵敏度校正或会聚对准时，控制器900通过数据总线302向控制器301发出命令，控制器301指示视频发生器310产生一个示范的绿色校正视频测试信号AV，测试信号AV包括一个示范的具有预定视频幅度值的矩形标志块M的黑色电平信号。控制器900和301通过确定水平和垂直定时而将标志块M定位在扫描显示光栅之内，或移动扫描光栅或移动部分含有标志块M的扫描光栅，来使标志块M定位以照亮示范的传感器S1。绿色道测试信号AV从IC300输出，与来自显示屏显示发生器500的绿色道测试信号在放大器510处组合。这样放大器510的输出信号就耦合到示范的绿色阴极射线管GCRT，该输出信号可含有显示源和/或OSD产生的信号，和/或IC300产生的校正视频测试信号AV。

控制器301也执行存储有多种算法的程序存储器308中的一种程序。为便于初始设置调节，控制器301输出一个数字D到数据总线303上，数字D被耦合到可控制的电流源250上。数字字D代表由电流源250产生并加到传感器S1--S8和传感器检测器275上的特定电流。

为便于三色图像的调节和对准，如前所述，产生了设置标志块M并耦合到示范的绿色CRT。在图1的测试图形中，标志块M靠近传感器S1，如前所述，每个传感器都可被过扫描光栅投影的视频信号内定时发生的标志块照亮，或将扫描光栅定位，使标志块M照亮传感器S1。有了某种显示信号输入，例如计算机显示格式信号，基本上所有扫描区域都可被利用来作信号显示，这样用过扫描光栅的工作就可大部分避免。在这种过扫描基本为零的条件下，示范的S1就可被带有标志块M的光栅照亮或由图形尺寸的暂时扩大而被照亮。很明显，各传感器的照亮也可由视频信号定时，光栅定位和光栅尺寸改变等的组合来帮助实现。

参阅图2，视频发生器310受控制逻辑301的指示，产生一个示范的绿色视频标志块M，它具有起始非峰值视频值，位于基本上是黑色或黑色电平的背景上。类似的具有非峰值视频值的视频块也可在每种色道中产生，这些视频块若是同时产生并在显示屏上叠加就会在基本上是黑色的背景上产生一个白色图像块。这样，一个示范的绿色视频标志块M就由视频发生器310产生并通过放大器510耦合到绿色CRT。视频发生器310由微控制器301控制，在水平和垂直显示器位置产生绿色标志块M，以使一个特定传感器，例如传感器S1，被来自标志块M的绿光照亮。传感器被照亮后产生一个光生电流Isen，如图2所示。

各不相同的光生传感器电流用图2所示的控制回路100补偿、校正和测量。传感器检测器275示于图2的电路块200中。用简单的话说，由一个数字控制的电流源250产生一个参考电流Iref，该参考电流加到示范的光电传感器S1和传感器检测器275上。传感器没有照亮时，传感器S1代表一个高阻抗，从参考电流Iref中只分流极少的电流，于是大部分参考电流耦合到传感器检测器275，成为电流Isw。电流Isw将检测器275偏置，使其输出状态为低，代表不亮的或未被照亮的传感器。当传感器S1被照亮时，光生电荷使传感器呈现低阻抗并从参考电流Iref中分流较大的电流Isen，从而分流了传感器检测器275的电流Isw。在某一特定照明水平，传感器S1从传感器检测器275分流了足够的电流，使检测器275断开并具有高的额定供电电压，该电压被选来表示一个照亮的传感器。传感器检测器275的输出是一正向的脉冲信号202，该信号耦合到数字会聚IC STV2050的输入端。脉冲信号的上升沿被取样，导致水平和垂直计数器停止，这样就提供了确定在测量距阵中何处有照亮的传感器的计数。

图3是确定相对于固定光电传感器的水平光栅位置的示范流程图。该流程从步骤10开始，传感器1被选作当前传感器，而绿色道作为当前色道。步骤20要求在当前通道中由当前传感器确定标志器水平边沿。在步骤30产生一个标志器或垂直矩形并被投影，照亮了当前传感器左边的一个区域。在步骤40，当前色(绿色)的静态位置，例如H移位，设为最左位置。在步骤50，测试光电传感器以确定有或没有被标志器矩形照亮。步骤50的NO会在步骤60中从静态位置向右移动或改变，然后该静态位置又在步骤50测试。这种逐步向右的循环移动程序持续进行，直到步骤50测试到YES，此时，引起传感器照亮的这个数值或移动位置在步骤70被记录或被存储。

上述标志器矩形从右边逐渐靠近传感器的过程不断重复。步骤80显示在传感器右边的标志器照亮情况，在步骤90测试传感器以确定是否被标志器照亮。步骤90的NO会在步骤100从静态位置向左移动或改变，然后该静态位置又在步骤80测试。由步骤90和100形成的循环持续进行，直到传感器被照亮，步骤90测试为YES，随后在步骤110记录引起传感器检测的移动值。存储或记录的引起传感器检测的左右移动值在步骤120被处理，形成校正距阵中用的平均水平值。在此水平位置测量的程序之后，在垂直光栅方向进行一个类似的过程，从步骤130开始。

标志器矩形在步骤140产生并定位在当前传感器上方。在步骤150将当前色的静态垂直位置设定为最大值，在步骤160测试传感器是否被标志器照亮。步骤160的NO使标志器的静态位置在步骤170向下移动，在步骤160再测试，继续向下移动，直到步骤160测试为YES。步骤160的YES使引起传感器检测的移动值在步骤180被记录或存储。然后在步骤190标志器重新定位在当前传感器的下方，在步骤200测试标志器位置，检查传感器是否被标志器照亮。步骤200的NO使标志器的位置在步骤210向上移动，在步骤200再测试。该移动循环持续进行，直到传感器被标志器照亮，且步骤200测试为YES，该移动值在步骤220被存储或记录。在步骤230将引起传感器检测的两个垂直移动值平均，形成一个垂直值，并存储起来供3×3会聚校正距阵中使用。

在步骤240，进行一项测试以确定是否所有8个传感器位置都已被测量，此时一个NO就在步骤250对当前传感器数增加一个计数，并回到步骤20启动对水平边沿的测定。这样，由步骤10-250形成的过程就测量了每个传感器位置在水平和垂直方向上的光栅位置误差并且计算和存储了一个平均误差值。当步骤240测试为YES时，所有的传感器位置都已被测量、平均和存储。测试240的YES引起在步骤260进行的进一步测试，确定所完成的测量是对那种颜色进行的。由于在步骤10是从绿色开始的测量程序，测试260指示GREENYES，于是在步骤270会改变当前色道为BLUE(蓝色)，并将当前传感器设为1。在步骤270后，程序回到步骤20，在蓝色道中确定水平边沿。如前所述，步骤10-250的程序可使每个传感器位置都被测量，并对水平和垂直方向的光栅位置误差建立和存储一个平均值。当步骤240测试为YES时，所有的传感器位置都已被测量、平均和存储，步骤260确定那种颜色已被测量。由于步骤270把当前色改为蓝色，步骤260指示BLUE YES，于是在步骤280改变当前色道为红色，并将当前传感器设为1。程序回到步骤20，作红色道中的水平边沿测定。如前所述，步骤10-250进行了16次，测量和存储了所有传感器在水平和垂直方向的位置误差。当步骤260测试为REDYES时，对所有8个传感器的三种颜色在水平和垂直方向上都已进行了测量，得出了48个存储的平均光栅位置误差值。

这些存储的误差值应用到上述3×3会聚再计算距阵中，如图5的流程所示。步骤320开始会聚再计算，同时，在步骤330有利地对缺失的中心显示屏传感器S9形成一个平均水平偏离误差。如前所述，该平均水平中心偏离(Have)是在步骤120和230测量的在传感器位置S2和S6对每种颜色所存储和平均的偏离值作平均而导出的，

其中S9(Have)＝(S2 val+S6 val)/2

这些平均水平中心偏离值然后被存储供随后使用。该过程在步骤340被重复，以便从传感器S4和S8的平均位置误差值建立一个中心平均垂直偏离误差值(Vave)，

其中S9(Vave)＝(S4 val+S8 val)/2

这些计算好的平均中心显示屏值被存储起来，以后用于曲线适配计算，在步骤350和360中分别测定水平和垂直会聚波形值。在步骤370，把恢复会聚图形所需的新的会聚信号加到当前值上并加到水平和垂直会聚线圈上，例如示范的绿色线圈615和665上。

在步骤350和步骤360进行的曲线适配计算目的是产生能通过所测量的和计算的共线性水平和垂直偏离值的波形。将曲线加到现有会聚值上就可将图形恢复到会聚状态。这种曲线适配计算人所共知，但在此还是简要的说明一下。

参阅图1B，如前所述，传感器S1-S8位于示范的格网上，坐标如表1所示。表1

传感器#	横坐标	纵坐标
			1	1.25	0.25
2	8	0.25
			3	14.75	0.25
4	14.75	6
			5	14.75	11.75
6	8	11.75
			7	1.25	11.75
8	1.25	6

例如，共线性水平顶行的传感器S1，S2，S3每个都具有同样的纵坐标(0.25)。但实际光栅位置的测量结果却偏离了传感器的物理位置。因此需要一个校正波形，该校正波形应能通过每个测量位置并在加到当前的会聚值上时能使水平光栅线基本上能叠加到共线性水平顶行的传感器S1，S2，S3上。一种多项式的曲线适配算法用来对示范格网的每一交叉点产生校正值。采用二阶或抛物线功能形成能通过这三个测量的共线性点的曲线。此计算的输入数据是在8个传感器位置测得的增量或偏离值，以及最好是平均的中心显示屏或第9个传感器的值。对三种颜色的每一种色，都要在水平和垂直方向上进行计算。在图中的顶部，底部和侧面，对每组三个共线性传感器的位置都已测定了偏离值。这样，就可产生一个能通过在这些位置测得的增量或偏离值的抛物线波形。但，如前所述，用导出的能代表中心显示屏误差的偏离值来代替缺失的传感器9。例如

基点	传感器8	传感器9	传感器4
				H值	1.25	8	14.75
Δ值	ΔS8	ΔS9	ΔS4

抛物线功能的通用方程式为：y＝a₀x²+a₁x+a₂

式中y为Δ值，X为H值，a_x为未知数。距阵方程式如下所示，求解后可确定系数a₀，a₁，a₂。 $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔS}8\\ \mathrm{\ΔS}9\\ \mathrm{\ΔS}4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{1.25}^2& 1.25& 1\\ 8^2& 8& 1\\ {14.75}^2& 14.75& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_0\\ a_1\\ a_2\end{array}\right]$

这些系数可用来产生一个抛物线波形，该波形能通过测得的偏离值并在加到会聚电路上时能提供会聚显示图像。

Claims (16)

1.一种自动测定投影显示屏中心处的会聚误差的方法，所述显示屏有多个能被标志器照亮的光电传感器，所述方法的步骤包括：

把所述标志器向所述多个光电传感器中的第一个移动，直到所述第一个光电传感器被所述标志器照亮；

把所述标志器向所述多个光电传感器中的第二个移动，直到所述第二个光电传感器被所述标志器照亮；

对所述标志器照亮所述第一和第二光电传感器的每次所述移动定义一个变量；以及

从所述标志器照亮所述第一和第二光电传感器的每个所述变量计算一个平均变量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述移动步骤包括：

把所述标志器从第一方向向所述第一个光电传感器移动，直到所述第一个光电传感器被照亮，把所述标志器从与第一方向相反的第二方向移动，直到所述第一个光电传感器被照亮；以及

把所述标志器从第一方向向所述第二个光电传感器移动，直到所述第二个光电传感器被照亮，把所述标志器从与第一方向相反的第二方向移动，直到所述第二个光电传感器被照亮。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述移动步骤包括：

计算向所述第一和第二方向移动的所述标志器照亮所述第一光电传感器的平均变量；以及

计算向所述第一和第二方向移动的所述标志器照亮所述第二光电传感器的平均变量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括使所述标志器在水平方向向所述第一光电传感器移动的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括使所述标志器在垂直方向向所述第一光电传感器移动的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括使所述标志器在垂直扫描方向向所述第二光电传感器移动的步骤。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括使所述标志器在水平扫描方向向所述第二光电传感器移动的步骤。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述移动步骤包括：

移动所述标志器、以便照亮分别位于所述显示屏的邻近对边上的第一和第二光电传感器。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述计算步骤还包括另一步骤：

利用所述计算的平均变量来代表中心显示屏光栅位置误差。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述利用步骤还包括另一步骤：

利用所述计算平均变量产生对所述中心显示屏的会聚校正值

11.一种测定投影显示屏中心处的光栅位置误差的自动方法，所述显示屏有多个能被标志器照亮的显示屏边沿的光电传感器，所述方法的步骤包括：

把所述标志器向所述多个光电传感器中的每一个移动，直到每一个所述光电传感器被所述标志器照亮；

对所述多个光电传感器中的每一个光电传感器存储一个能引起所述多个光电传感器中的每一个光电传感器照亮的移动变量；以及

选择两个所述存储的移动变量并计算一个平均移动变量，作为代表变量，这个代表变量能够定义光电传感器之间基本等距的位置，而所选择的那两个移动变量就是从这些光电传感器中导出的。

12.如权利要求11所述的自动方法，其特征在于所述选择步骤还包括另一步骤：

选择从共线性位于相对边沿位置的光电传感器导出的一对所述存储的移动变量。

13.如权利要求12所述的自动方法，其特征在于所述选择步骤还包括另一步骤：

选择一对从共线性位于相对中心边沿位置的光电传感器导出的存储的移动变量。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述移动步骤包括：

把所述标志器从第一方向向每个所述光电传感器移动，直到每个所述光电传感器被照亮，把所述标志器从与第一方向相反的第二方向移动，直到每个所述光电传感器被照亮。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述存储步骤包括：

对所述多个光电传感器中的每个所述光电传感器存储在第一和第二两个相反方向移动时能引起每个光电传感器被照亮的移动变量。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述存储步骤包括：

平均并存储在所述第一和第二两个相反方向移动时能引起每个所述光电传感器被照亮的移动变量。

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