專利名稱：具有對準光學(xué)器件和電子設(shè)備的投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)及電子設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及投影儀。
背景技術(shù)：
本申請是Winthrop Childers于2002年12月3日提交的名稱為“具有掃描光學(xué)器件的投影儀(Projector having ScanningOptics)”的美國專利申請第10/309425號的部分繼續(xù)申請和Winthrop Childers于2002年5月3日提交的名稱為“具有掃描光學(xué)器件的投影儀(Projector having Scanning Optics)”的美國專利申請第10/138765號的部分繼續(xù)申請。
采用透射或反射空間光調(diào)制器的投影儀在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。然而，采用透射空間光調(diào)制器的投影儀往往會因投射光必須通過空間光調(diào)制器而產(chǎn)生暗淡的圖像，而采用反射空間光調(diào)制器的投影儀價格昂貴，因而不被廣泛的社會應(yīng)用所接受。
在上述在先申請中，第10/138765號即美國專利＿＿＿＿號描述了一種新式的改進投影儀，不需要使用空間光調(diào)制器，因而能夠按較低的成本產(chǎn)生明亮的圖像。這種新式的改進投影儀為此采用了掃描光學(xué)器件，其中多個發(fā)光源按照圖像改變其強度。掃描光學(xué)器件掃描由發(fā)光源輸出的光，以便按照圖像覆蓋一個二維平面。盡管這種投影儀比現(xiàn)有技術(shù)的空間光調(diào)制器投影儀有了明顯改進，但是由于發(fā)光源被耗盡(burned out)、被錯誤導(dǎo)向(misdirected)或在臨界狀態(tài)下工作，會導(dǎo)致所產(chǎn)生的圖像嚴重變壞。出于諸如此類原因，因而需要本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
在第一優(yōu)選實施例中，投影儀將圖像投射到由M×N個可獨立尋址的象素位置的矩陣陣列所限定的觀看面區(qū)域上。投影儀包括光引擎，它產(chǎn)生由多條光束中各個單獨的光束的一個m×n矩陣陣列所限定的超級象素(super pixel)；以及掃描裝置，它使該光束形成一個超級象素光點，該超級象素光點重寫觀看面區(qū)域上每一個獨立的可尋址的象素位置。在這種方式中，提供多條光束的獨立發(fā)光源中被耗盡的那些發(fā)光源的影響被變得模糊或隱藏在降低了強度的超級象素光點中。
在本發(fā)明第二優(yōu)選實施例中，投影儀包括傳感器和計算電子設(shè)備，它們從發(fā)光源接收信號并產(chǎn)生和存儲對準信息，以便在畫面上每一個可尋址光點上的多條光束中的各個獨立光束之間提供相對對準。在這一優(yōu)選實施例中，光引擎產(chǎn)生一個超級象素，它具有由多條光束中各個獨立光束的一個陣列所限定的三角形狀。
在本發(fā)明第三優(yōu)選實施例中，投影儀將圖像投射到具有多個可獨立尋址的象素位置的任意預(yù)定形狀的觀看面區(qū)域上。投影儀包括光引擎，產(chǎn)生由多條光束中各個獨立的光束的一個陣列所限定的、具有不規(guī)則形狀的超級象素；以及掃描裝置，它使光束形成一個超級象素光點，該超級象素光點重寫觀看面區(qū)域上每一個獨立的可尋址的象素位置。在這一優(yōu)選實施例中，傳感器和計算電子設(shè)備是有助于表征投影儀并且將該特征信息存儲在投影儀控制電子設(shè)備中的工廠對準系統(tǒng)的組成部分。


通過參照對本發(fā)明實施例的以下結(jié)合附圖的說明，本發(fā)明的上述特征及實現(xiàn)這些特征的方法將變得顯而易見，并將能最好地理解本發(fā)明本身，在附圖中圖1是按照本發(fā)明構(gòu)成的投影儀的方框圖；圖2A-B是圖1的投影儀產(chǎn)生的超級象素的掃描進程示意圖；圖3是圖1中投影儀的表示其光信號發(fā)生器和掃描光學(xué)器件的示意圖；圖4是按照本發(fā)明構(gòu)成的另一種投影儀的方框圖；圖5是按照本發(fā)明構(gòu)成的再一種投影儀的方框圖；圖6是由圖4的投影儀產(chǎn)生的超級象素的示意圖；以及圖7是由圖5的投影儀產(chǎn)生的另一種超級象素的示意圖。
具體實施例方式
第一優(yōu)選實施例參見附圖特別是圖1-2，圖中表示了按照本發(fā)明一個實施例構(gòu)成的投影儀10。投影儀10按照下文所具體描述的方式產(chǎn)生總體上用12表示的超級象素，以便在觀看面區(qū)域或屏幕S上產(chǎn)生一個光點。觀看面區(qū)域S是由可獨立尋址的象素位置的一個M×N矩陣陣列所限定的。投影儀10使超級象素12按照隔行和交錯的掃描模式在觀看面區(qū)域S上跨過每一個可尋址的位置而被反復(fù)掃過，這些掃描模式有效地隱藏那些否則就會導(dǎo)致放映圖像變壞的被耗盡、錯誤導(dǎo)向或是處于臨界操作狀態(tài)的發(fā)光源的影響。
參照圖1具體研究投影儀10，投影儀10總體上包括投影光學(xué)器件34，它響應(yīng)于能夠水平掃描和垂直掃描并在下文中要具體描述的掃描光學(xué)器件28將超級象素(12)投射或投影到觀看面區(qū)域S上。投影光學(xué)器件34和掃描光學(xué)器件28都是由體現(xiàn)為圖像或投影儀控制器36形式的投影儀控制電子設(shè)備來控制的。為了產(chǎn)生超級象素12，投影儀進一步包括光引擎或是光信號發(fā)生器20，以及同樣是由投影儀控制器36來控制的光束光學(xué)器件25。
如圖3所示，具有多個發(fā)光源22例如是發(fā)光二極管的一個m×n陣列的光信號發(fā)生器20產(chǎn)生多個準直光束24。發(fā)光源22響應(yīng)來自投影儀控制器36的圖像控制信號產(chǎn)生多個準直光束24，在觀看面區(qū)域S上形成靜止圖像或活動圖像。發(fā)光二極管陣列22通常包括按m×n個發(fā)光二極管的矩陣陣列布置的多個發(fā)光二極管，例如是一個6×6矩陣陣列，它產(chǎn)生總體上用24表示的多個準直光束。這樣的陣列可以用具有范圍在從520,000fL到110,000fL之間的不同亮度的，標號為UB101M-1R，1G，1B的Teledyne Electronic Teehnologies of LosAngeles，California制造和銷售的全彩色發(fā)光二極管來構(gòu)成。也可以采用來自其他公司例如是LUMILED of San Jose，California的其他二極管。
盡管超級象素是按照光點的一個m×n或6×6矩陣來表示的，也可以采用其他模式。作為第一例，超級象素可以是圓形的，具有六邊形封閉填充(close packed)結(jié)構(gòu)的光點。在第二例中，超級象素可以具有不脫離本發(fā)明的范圍或其所實現(xiàn)的優(yōu)點的，重疊、覆蓋、或不規(guī)則間隔布置的光點。另外，光源陣列或發(fā)光二極管陣列22不需要具有與超級象素陣列完全相同的幾何構(gòu)造，因為在光源陣列與超級象素陣列之間的光學(xué)器件可以用來改變光源發(fā)出的光信號的路由。這種光學(xué)器件可以包括的部件有波導(dǎo)、光纖、二向色鏡、棱鏡、聚光透鏡等等。
盡管本發(fā)明第一優(yōu)選實施例中所述的發(fā)光源是按照發(fā)光二極管陣列22來描述的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該能意識到也可以采用其他發(fā)光源例如是激光二極管或高亮度發(fā)光器件。另外，盡管本發(fā)明優(yōu)選實施例中所述的矩陣是6×6矩陣，可以預(yù)料到矩陣可以對應(yīng)于觀看屏幕的象素分辨率，或是可以采用任何較小的陣列，包括1×3矩陣。從這一點來看，并不打算將本發(fā)明局限于所述的6×6矩陣，而是可以代之以一般更適當(dāng)?shù)孛枋龅膍×n矩陣的陣列。
投影儀控制器36響應(yīng)圖像源(未表示)例如是高清晰度電視信號，計算機信號，視頻設(shè)備信號等等來導(dǎo)通或關(guān)斷二極管陣列22中獨立的發(fā)光二極管，以產(chǎn)生所需的全彩色圖像。從這一點來看，二極管陣列22是由紅色發(fā)光二極管，綠色發(fā)光二極管和藍色發(fā)光二極管構(gòu)成的。若是改變每一個發(fā)光二極管的導(dǎo)通-關(guān)斷周期，將能獲得若干不同強度等級的強度梯度。從這一點來看，顯示在屏S上的投影圖像可以是靜止圖像或活動圖像，都可以是全彩色或是黑白圖像。
如圖3所示，由發(fā)光二極管陣列22產(chǎn)生的準直光束24被光束形成光學(xué)器件25截取而產(chǎn)生單點超級象素12。用一個包括會聚透鏡26和準直透鏡27的組合的光束形成光學(xué)器件25將單點超級象素12聚焦到掃描光學(xué)器件28上。從這一點來看，光束形成光學(xué)器件25在投影過程中有助于產(chǎn)生理想的圖像，由投影儀控制器36來控制并且由投影光學(xué)器件34投射到觀看屏幕S上。如上所述，受掃描光學(xué)器件28和投影光學(xué)器件34影響的投影的超級象素12按照隔行和交錯的掃描模式在觀看屏幕S上跨過觀看屏幕S上的每一個可尋址的位置而被反復(fù)掃描，以便反復(fù)地重寫該二維觀看屏平面。通過重寫觀看屏幕S上的每一個可尋址的位置，投影儀10能夠獨特地隱藏否則會導(dǎo)致變壞的放映圖像的耗盡，出錯或是發(fā)光源臨界操作的影響，。
如圖3所示，光束形成光學(xué)器件25在投影儀控制器36的控制下使由多個發(fā)光源22產(chǎn)生的多條光束24聚焦到掃描光學(xué)器件28上的準直超級象素光點上。包括水平掃描器30和垂直掃描器32的掃描光學(xué)器件28在投影儀控制器36的控制下使超級象素光點重寫觀看面S的整個二維平面。
本發(fā)明第一優(yōu)選實施例中的水平掃描器30是x-軸多邊形或多面反射鏡，安裝它是為了在投影儀控制器36的控制下進行可控的旋轉(zhuǎn)運動，如下所述。垂直掃描器32是y-軸多邊形或多面反射鏡，安裝它也是為了在投影儀控制器36的控制下進行可控的旋轉(zhuǎn)運動。
其他設(shè)計對于掃描光學(xué)器件28也是可能的。例如，多邊形鏡和檢流計鏡的組合可以形成對超級象素12的水平和垂直掃描。另一個例子是，兩個檢流計鏡可以被用于水平和垂直掃描。
如圖3所示，x-軸多邊形鏡30垂直于y-軸多邊形鏡32安裝。在x-軸多邊形鏡30與y-軸多邊形鏡32之間插入反射鏡31，用來從x-軸多邊形鏡30向y-軸多邊形鏡32傳送單個超級象素光點。由于在正交軸線上有兩個自旋反射鏡，故超級象素12的光束能夠掃過如圖2A和2B所示的矩形的一部分。從這一點來看，如果超級象素12中的單一光束是被激活的并且超級象素12中其余光束都是未被激活的，則用虛線13表示的一條單線軌跡就會隨著掃描跨過該矩形而掃出一條斜線。這是本發(fā)明的一個重要特征，因為超級象素12內(nèi)的每一條光束必須重寫整個觀看屏幕S。這樣，如果二極管陣列22中的單個發(fā)光二極管耗盡，則只會造成該顏色在屏幕上觀看到的強度總體上下降。為了確保單一光束能覆蓋觀看屏幕S上的每一個象素位置，多邊形鏡30和32的相對角速度必須按非整數(shù)值來調(diào)節(jié)。
為了控制水平掃描器30和垂直掃描器32的旋轉(zhuǎn)速度，掃描器30和32各自包括產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度信號的編碼器裝置，將該信號通過包括水平掃描控制線38和垂直掃描控制線40的兩路控制線耦合到投影儀控制器36。投影儀控制器36讀出各自一個多邊形鏡30和32產(chǎn)生的編碼器信號以確定其旋轉(zhuǎn)速度，并提供反饋信號來維持旋轉(zhuǎn)速度，提高或降低以獲得理想的掃描圖形。這是本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的一個重要特征，因為投影儀控制器36通過控制各自反射鏡30和32的旋轉(zhuǎn)速度使上述隔行的掃描圖形來隱藏那些否則就會導(dǎo)致變壞的放映圖像的耗盡、出錯或是發(fā)光處于臨界操作狀態(tài)的發(fā)光源的影響，。在本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中應(yīng)該注意到，各自反射鏡30和32的旋轉(zhuǎn)速度不是彼此的整數(shù)倍，并且與整數(shù)倍的差影響隔行掃描。
隔行掃描還是由反射鏡上小平面的相對數(shù)量所確定的。采用不同數(shù)量的小平面會影響兩個反射鏡的最佳相對速度的要求。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員從上文中應(yīng)該能夠理解，通過控制多邊形鏡30和32的自旋速度就能控制超級像素12在第一軸線上跨過屏幕S而移動，然后是在第二軸線上跨過屏幕S而移動，使該超級象素12按照隨機方式在觀看屏幕S上跨過每一個可尋址的位置反復(fù)被掃描，正如圖2A和2B中所示。圖2A和2B表示超級象素12如何按這種方式移動，致使由上述多個發(fā)光源22中獨立之一產(chǎn)生的光的單個超級象素光點重寫觀看屏S的整個二維平面，以產(chǎn)生這樣的圖像，能夠隱藏因上述多個發(fā)光源中獨立的幾個被耗盡而造成的誤差。這種掃描動作還能形成隔行和交錯的掃描圖形，進一步隱藏那些否則就會導(dǎo)致變壞的放映圖像的被耗盡、錯誤導(dǎo)向或是處于臨界操作狀態(tài)的發(fā)光源的影響。
如圖2A和2B所示，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解1，2，3，4等數(shù)字表示超級象素12在觀看屏S上的出現(xiàn)、消失、出現(xiàn)和消失的部位。從這一掃描動作可以看出，水平掃描器30在x-軸向上使超級象素12偏移，其在x-軸向上的偏移速率要明顯大于垂直掃描器32在垂直軸向上對超級象素12的偏移速率。也就是說，x-軸向偏移速率要明顯大于y-軸向偏移速率。
盡管在本發(fā)明的第一實施例中是用自旋多邊形鏡來表示水平掃描器30和垂直掃描器32的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會知道其他各種機械諧振裝置也能夠通過光柵圖形掃描一條光束。因此，本發(fā)明優(yōu)選實施例的具體描述不應(yīng)該被視為一種限制，而本發(fā)明的范圍是僅僅由權(quán)利要求書來確定的。
為了正確尋址觀看屏幕S上的各個象素位置，投影儀控制器36必須相對于水平掃描器30和垂直掃描器32的旋轉(zhuǎn)速度來控制二極管陣列22中每一個發(fā)光二極管的導(dǎo)通時間值和關(guān)斷時間值。各種誤差會影響象素的相對位置，特別是由各個二極管元件產(chǎn)生的光點的相對對準。為了看管這些誤差，要通過采用以下要具體描述的工廠對準程序調(diào)節(jié)給定光點的定時來執(zhí)行對準。
第二優(yōu)選實施例以下要參見附圖特別是圖4來描述按照本發(fā)明第二實施例構(gòu)成的投影儀410。下文所要詳細描述的投影儀410產(chǎn)生在圖6中總體上用412表示的三角形超級象素，以便在觀看面或是屏幕S上產(chǎn)生超級象素光點。超級象素412按照隔行和交錯的掃描模式在觀看屏幕S上跨過每一個可尋址的位置而被反復(fù)掃描，從而隱蔽否則會導(dǎo)致投射模式變壞的、被耗盡的、被引錯方向的或臨界工作的那些發(fā)光源的影響。
以下要參照圖4具體描述投影儀410。投影儀410主要包括投影光學(xué)器件434，它響應(yīng)執(zhí)行水平掃描和垂直掃描的掃描光學(xué)器件428將超級象素412投射到觀看屏幕S上，以下將描述其細節(jié)。投影光學(xué)器件434和掃描光學(xué)器件428都是由以圖像或投影儀控制器436形式的控制電子設(shè)備來控制的。為了產(chǎn)生超級象素412，投影儀410進一步包括光引擎或是光信號發(fā)生器420和光束光學(xué)器件423。光束光學(xué)器件423包括由光耦合器或是波導(dǎo)426耦合到一起的會聚透鏡425和光束形成準直透鏡427。光信號發(fā)生器420和光束光學(xué)器件423由投影儀控制器436來控制。
光信號發(fā)生器420與光信號發(fā)生器20大致相同，唯一區(qū)別是包括優(yōu)選地按三角形陣列布置的多個光源422，便于產(chǎn)生超級象素412。由于光信號發(fā)生器420與光信號發(fā)生器20大致相同，以下不再具體描述其細節(jié)。
如圖4所示，由多個光源422產(chǎn)生的準直光束424被光束形成光學(xué)器件423截取而產(chǎn)生單點超級象素412。用會聚透鏡425，光耦合器426和準直透鏡427的組合將單點超級象素412聚焦在掃描光學(xué)器件428上。光束形成光學(xué)器件423在投影儀控制器436的控制下使由多個發(fā)光源422產(chǎn)生的多條光束聚焦成掃描光學(xué)器件428上的準直超級象素光點。包括水平掃描器430和垂直掃描器432的掃描光學(xué)器件428在投影儀控制器436的控制下使超級象素光點重寫觀看屏S的整個二維平面。本發(fā)明第一優(yōu)選實施例中的水平掃描器430是x-軸多邊形或多面反射鏡，安裝它也是為了在投影儀控制器436的控制下進行可控的旋轉(zhuǎn)運動，細節(jié)如下所述。垂直掃描器432是y-軸多邊形或多面反射鏡432，安裝它也是為了在投影儀控制器436的控制下進行可控的做旋轉(zhuǎn)運動。
x-軸多邊形鏡430垂直于y-軸多邊形鏡432安裝。為了將聚焦在x-軸多邊形鏡430上的單一超級象素光點傳送到y(tǒng)-軸自旋多邊形鏡432，掃描光學(xué)器件428還包括反射鏡431。由于有兩個正交軸，超級象素412的光束會掃過如圖2A和2B所示的矩形的一部分。從這一點來看，如果超級象素412中的單一光束是被激活的，而超級象素412中的其余光束都是未被激活的，則用虛線13表示的一條單線軌跡就會隨著掃描跨過該矩形而掃出一條斜線。這是本發(fā)明的一個重要特征，因為超級象素412內(nèi)的每一條光束必須重寫整個觀看屏幕S。這樣，如果多個光源422內(nèi)的單個發(fā)光二極管耗盡，則只會造成該顏色在屏幕上觀看到的強度總體上下降。為了確保單一光束能覆蓋觀看屏幕S上的每一個象素位置，多邊形鏡430和432的相對角速度必須按非整數(shù)值來調(diào)節(jié)。
為了控制水平掃描器430和垂直掃描器432的旋轉(zhuǎn)速度，掃描儀430和432各自包括產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度信號的編碼器裝置，將該信號通過包括水平掃描控制線438和垂直掃描控制線448的兩路控制線耦合到投影儀控制器436。投影儀控制器436讀出各自一個多邊形鏡430和432產(chǎn)生的編碼器信號以確定其旋轉(zhuǎn)速度，并提供反饋信號來維持旋轉(zhuǎn)速度，提高或降低以獲得理想的掃描圖形。這是本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的一個重要特征，因為投影儀控制器436通過控制各自反射鏡430和432的旋轉(zhuǎn)速度使上述隔行的掃描圖形來隱藏否則會導(dǎo)致投射圖像變壞的、被耗盡的、被錯誤導(dǎo)向的或臨界工作的那些發(fā)光源的影響。在本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例中應(yīng)該注意到，各自反射鏡430和432的自旋速度不是彼此的整數(shù)倍，并且與整數(shù)倍的差影響隔行掃描。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員從上文中應(yīng)該能夠理解，通過控制多邊形鏡430和432的自旋速度就能控制超級象素412在第一軸線上跨過屏幕S而移動，然后是在第二軸線上跨過屏幕S而移動，使該超級象素412按照隨機方式在觀看屏S上跨過每一個可尋址的位置反復(fù)被掃描，正如圖2A和2B中所示。圖2A和2B表示超級象素12如何按這種方式移動，致使由上述多個發(fā)光源422中獨立之一產(chǎn)生的光的單光點重寫觀看屏S的整個二維平面，以產(chǎn)生這樣的圖像，能夠隱藏因上述多個發(fā)光源中獨立的幾個被耗盡而造成的誤差。這種掃描動作還能形成隔行和交錯的掃描圖形，進一步隱蔽那些否則會導(dǎo)致放映圖像變壞的被耗盡、錯誤導(dǎo)向或是處于臨界狀態(tài)工作的發(fā)光源的影響。
為了正確尋址觀看屏S上的各個象素位置，投影儀控制器436必須相對于水平掃描器430和垂直掃描器432的旋轉(zhuǎn)速度來控制二極管陣列422中每一個發(fā)光二極管的導(dǎo)通時間值和關(guān)斷時間值。各種誤差會影響象素的相對位置，特別是由各個二極管元件產(chǎn)生的光點的相對對準。為了看管這些誤差，要采用總體上用440表示的對準系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)給定光點的定時來執(zhí)行對準。對準系統(tǒng)440包括被耦合到工廠對準電子設(shè)備444的電荷耦合器件442。為了同步投影儀410和對準系統(tǒng)444，對準系統(tǒng)440包括被耦合到投影儀控制器436及其連帶時鐘456上的時鐘446。從這一點來看，要采用一種這里無需詳細描述的標準同步程序使這兩個時鐘446和456同步。顯而易見，投影儀時鐘456是主時鐘，而對準系統(tǒng)時鐘446是從屬時鐘。
為了校正所述的各種誤差，投影儀控制器436包括提供由多個光源422中任何獨立的一個產(chǎn)生的光束應(yīng)該何時到達觀看屏S上任何一個可尋址的象素位置的指示的固件。然而，由于觀看屏S在光束照射屏S時不能產(chǎn)生信號，所以設(shè)置電荷耦合器件442在光束照射屏S時檢測該光束。從這一點來看，當(dāng)電荷耦合器件442檢測到由投影光學(xué)器件434提供的光點時，電荷耦合器件442就產(chǎn)生光束檢測信號。光束檢測信號被耦合到對準電子設(shè)備444，444本身又以檢測代碼的形式存儲該檢測信號，檢測代碼包括指示那些否則就可能被顯示在放映屏S上的象素地址位置的標題代碼和指示該檢測信號被對準電子設(shè)備440檢測到并且存儲起來的時間的時間代碼。象素地址位置是x和y坐標值的形式，這些坐標值限定了每一個象素在屏S上的位置。
響應(yīng)于存儲檢測代碼的對準電子設(shè)備440，投影儀控制器436檢索該檢測代碼并將其與預(yù)先存儲的對準代碼相比較，后者指示由投影儀410產(chǎn)生的光束應(yīng)該何時照亮屏S上的該可尋址的象素位置。從這一點來看，投影儀控制器的固件首先要檢查x-坐標值然后是y-坐標值是否對準。在第一例中，如果在這兩個代碼之間、在x-坐標值和時間值之間存在可比性，投影儀控制器的固件就進一步檢查y-坐標是否對準。然而，如果x-坐標值和時間值之間不存在適當(dāng)?shù)目杀刃裕队皟x控制器436就確定這兩個代碼之間的差，并且通過改變獨立幾個光源或LED的導(dǎo)通定時來調(diào)節(jié)x-掃描儀430。
投影儀控制器436然后(為同一預(yù)定的屏幕位置)檢索新的檢測代碼并且重復(fù)上述的x-坐標對準程序。反復(fù)執(zhí)行這一程序直至這兩個代碼相對于x-坐標值和時間值達到可比性。
一旦達到精確的比較，投影儀控制器436中的固件就在這兩個代碼之間、在y-坐標值和時間值之間進行比較。如果投影儀固件確定存在可比性，投影儀控制器就為觀看屏S上的另一個預(yù)定的可尋址的象素位置產(chǎn)生另一條光束，然后重復(fù)上述對準程序。然而，如果在y-坐標值和時間值之間不存在可比性，投影儀控制器436就確定這兩個代碼之間的差，并且通過改變可獨立尋址的光源或LED的導(dǎo)通定時來調(diào)節(jié)y-掃描儀432。
投影儀控制器436為觀看屏幕S上的同一預(yù)定的象素地址位置產(chǎn)生另一條光束。然后(為同一預(yù)定的屏幕位置)檢索新的檢測代碼，并且重復(fù)上述的y-坐標對準程序。反復(fù)執(zhí)行這一程序直至這兩個代碼相對于y-坐標值和時間值達到可比性。
一旦這兩個代碼之間達到完全可比性，投影儀控制器436就從另外的可獨立尋址的光源或LED產(chǎn)生另一條光束。然后重復(fù)上述程序直至在組成超級象素412的所有的可獨立尋址的光點之間實現(xiàn)了相對對準。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該能夠理解，對每一個地址象素位置可以投影紅、綠、藍每一種顏色的光束。還可以投影一條指示在所有三色光束被同時投影到屏S上時形成的白光的光束。優(yōu)選的對準方法是在校正錯位時投影一條指示白光的光束，而在校正被耗盡的那些光源時投影指示獨立的紅、綠、藍色的光束。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該能夠理解投影儀10也可以采用這種工廠對準程序。
本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例參見附圖特別是其中的圖5，圖中表示按照本發(fā)明第三實施例構(gòu)成的投影儀510。以下要詳細描述的這種投影儀510產(chǎn)生如圖6所示一般用512表示的、形狀不規(guī)則的超級象素，以便在觀看面或屏S上產(chǎn)生光點。超級象素512按照隔行和交錯的掃描圖形在觀看屏S上跨過每一個可尋址的位置而被反復(fù)掃描，從而隱蔽那些否則會導(dǎo)致變壞的放映圖像的被耗盡、錯誤導(dǎo)向或是臨界工作的發(fā)光源的影響。
具體參照圖5來描述投影儀510，投影儀510主要包括投影光學(xué)器件534，它響應(yīng)能夠水平掃描和垂直掃描并在下文中要具體描述的掃描光學(xué)器件528將超級象素512投射或投影到觀看屏S上。投影光學(xué)器件534和掃描光學(xué)器件528都是由以圖像或投影儀控制器536形式的控制電子設(shè)備來控制的。為了產(chǎn)生超級象素512，投影儀510進一步包括光引擎或是光信號發(fā)生器520，以及光束光學(xué)器件523。為了將指示超級象素的光束會聚到掃描光學(xué)器件528上，光束光學(xué)器件523包括由投影儀控制器536控制的會聚透鏡525。
光信號發(fā)生器520與光信號發(fā)生器20大致相同，唯一區(qū)別是它包括按不規(guī)則形狀陣列布置的多個光源522，以便于產(chǎn)生超級象素512。由于光信號發(fā)生器520與光信號發(fā)生器20基本上相同，以下不再詳細描述光信號發(fā)生器520。
如圖5所示，由多個光源522產(chǎn)生的準直光束524被光束形成光學(xué)器件523截取而產(chǎn)生單點超級象素512。在投影儀控制器536的控制下工作的單個會聚透鏡525將單點超級象素512聚焦在掃描光學(xué)器件528上。光束形成光學(xué)器件523在投影儀控制器536的控制下使用多個發(fā)光源522產(chǎn)生的多條光束524聚焦成掃描光學(xué)器件528上的超級象素光點。
具體參照圖5來解釋掃描光學(xué)器件528，掃描光學(xué)器件528在投影儀控制器536的控制下使超級象素光點重寫觀看面S的整個二維平面，它包括水平掃描器530和垂直掃描器532。水平掃描器530是x-軸多邊形或多面反射鏡，安裝它是為了在投影儀控制器的控制下進行可控的旋轉(zhuǎn)運動。垂直掃描器532是y-軸多邊形或多面反射鏡532，安裝它也是為了在投影儀控制器536的控制下進行可控的旋轉(zhuǎn)運動。
x-軸多邊形鏡530垂直于y-軸多邊形鏡532安裝。為了將聚焦在x-軸多邊形鏡530上的單一超級象素光點傳送到y(tǒng)-軸自旋多邊形鏡532上，掃描光學(xué)器件528還包括反射鏡531。由于有兩個正交軸，超級象素512的光束會掃過如圖2A和2B所示的矩形的一部分。從這一點來看，如果超級象素512中的單一光束是被激活的，而超級象素512中的其余光束都是未被激活的，則用虛線13表示的一條單線軌跡就會隨著掃描跨過該矩形而掃出一條斜線。這是本發(fā)明的一個重要特征，因為超級象素512內(nèi)的每一條光束必須重寫整個觀看屏S。這樣，如果多個光源522內(nèi)的單個發(fā)光二極管耗盡，則只會造成該顏色在屏幕上觀看到的強度總體上下降。為了確保單一光束能覆蓋觀看屏S上的每一個象素位置，多邊形鏡530和532的相對角速度必須按非整數(shù)值來調(diào)節(jié)。
為了控制水平掃描器530和垂直掃描器532的旋轉(zhuǎn)速度，掃描儀530和532各自包括產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)速度信號的編碼器，將該信號通過包括水平掃描控制線538和垂直掃描控制線540的兩路控制線耦合到投影儀控制器536。投影儀控制器536讀出各自一個多邊形鏡530和532產(chǎn)生的編碼器信號以確定其旋轉(zhuǎn)速度，并提供反饋信號來維持旋轉(zhuǎn)速度，提高或降低以獲得理想的掃描圖形。這是本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的一個重要特征，因為投影儀控制器536通過控制各自反射鏡530和532的自旋速度使上述隔行的掃描圖形來隱蔽否則會導(dǎo)致變壞的放映圖像的耗盡、出錯或是臨界工作的發(fā)光源的影響。在本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例中應(yīng)該注意到，單個鏡530和532的自旋速度不是彼此的整數(shù)倍，并且與整數(shù)倍的差影響隔行掃描。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員從上文中應(yīng)該能夠理解，控制多邊形鏡530和532的自旋速度就能控制超級象素512在第一軸線上跨過屏S而移動，然后是在第二軸線上跨過屏S而移動，使該超級象素512按照隨機方式在觀看屏S上跨過每一個可尋址的位置反復(fù)被掃描，正如圖2A和2B中所示。圖2A和2B表示超級象素512如何按這種方式移動，致使由上述多個發(fā)光源522中獨立之一產(chǎn)生的光的單光點重寫觀看屏S的整個二維平面，以產(chǎn)生這樣的圖像，能夠隱蔽因上述多個發(fā)光源中獨立的幾個被耗盡而造成的誤差。這種掃描動作還能形成隔行和交錯的掃描圖形，進一步隱蔽那些否則會導(dǎo)致變壞的放映圖像的被耗盡、錯誤導(dǎo)向或是臨界工作的發(fā)光源的影響。
為了正確尋址觀看屏S上的各個象素位置，投影儀控制器536必須相對于水平掃描器530和垂直掃描器532的旋轉(zhuǎn)速度來控制二極管陣列522中每一個發(fā)光二極管的導(dǎo)通時間值和關(guān)斷時間值。各種誤差會影響象素的相對位置，特別是由各個二極管元件產(chǎn)生的光點的相對對準。為了看管這些誤差，要使用作為投影儀控制器536組成部分的一個電荷耦合器件542和對準電子設(shè)備544通過調(diào)節(jié)給定光點的定時來執(zhí)行對準。
為了校正所述的各種誤差，對準電子設(shè)備544提供何時由多個光源522中任何獨立的一個產(chǎn)生的光束應(yīng)該到達觀看屏S上任何一個可尋址的象素位置的指示。然而，由于觀看屏S在光束照射屏S時不能產(chǎn)生信號，所以設(shè)置電荷耦合器件542在光束照射屏S時檢測該光束。從這一點來看，當(dāng)電荷耦合器件542在屏S上預(yù)定的可尋址的象素位置之一上檢測到屏S上的一個光點時，電荷耦合器件542就產(chǎn)生光束檢測信號。光束檢測信號被耦合到對準電子設(shè)備544，544本身又以檢測代碼的形式存儲該檢測信號，檢測代碼包括指示在屏S上被光束照射的象素地址位置的標題代碼和指示該檢測信號被對準電子設(shè)備檢測到并且存儲起來的時間的時間代碼。象素地址位置是x和y坐標值的形式，這些坐標值限定了每一個象素在屏S上的位置。
響應(yīng)于存儲檢測代碼的對準電子設(shè)備544，投影儀控制器536檢索該檢測代碼并將其與預(yù)先存儲的對準代碼相比較，后者指示何時由投影儀510產(chǎn)生的光束應(yīng)該已經(jīng)照亮屏S上的該可尋址的象素位置。從這一點來看，投影儀控制器的固件首先要檢查x-坐標值然后是y-坐標值是否對準。在第一例中，如果在這兩個代碼之間、在x-坐標值和時間值之間存在可比性，投影儀控制器的固件就進一步檢查y-坐標是否對準。然而，如果x-坐標值和時間值之間不存在適當(dāng)?shù)目杀刃?，投影儀控制器536就確定這兩個代碼之間的差，并且通過提高或降低其旋轉(zhuǎn)速度、或者通過改變各個獨立的光源或LED導(dǎo)通或關(guān)斷的定時來調(diào)節(jié)x-掃描儀530。
投影儀控制器536然后(為同一預(yù)定的屏幕位置)檢索新的檢測代碼并且重復(fù)上述的x-坐標對準程序。反復(fù)執(zhí)行這一程序直至這兩個代碼相對于x-坐標值和時間值達到可比性。
一旦達到精確的比較，投影儀控制器536中的固件就在這兩個代碼之間、在y-坐標值和時間值之間進行比較。如果投影儀固件確定存在可比性，投影儀控制器就為觀看屏S上的另一個預(yù)定的可尋址的象素位置產(chǎn)生另一條光束，然后重復(fù)上述對準程序。然而，如果在y-坐標值和時間值之間不存在可比性，投影儀控制器536就確定這兩個代碼之間的差，并且通過改變何時使那些獨立的光源導(dǎo)通和關(guān)斷來調(diào)節(jié)y-掃描儀532。
投影儀控制器536為觀看屏S上的同一預(yù)定的象素地址位置產(chǎn)生另一條光束。然后，投影儀控制器536(為同一預(yù)定的屏幕位置)檢索新的檢測代碼，并且重復(fù)上述的y-坐標對準程序。反復(fù)執(zhí)行這一程序直至這兩個代碼相對于y-坐標值和時間值達到可比性。
一旦這兩個代碼之間達到完全可比性，投影儀控制器536就為新的可尋址的光源產(chǎn)生另一條光束。然后重復(fù)上述程序直至每一個可尋址的光源相對于其余可獨立尋址的那些光源被對準為止。
盡管本發(fā)明是參照上述優(yōu)選實施例來描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解在后面權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)還能做出許多變更。例如描述了兩種對準方法，一種是采用外部的工廠對準硬件，一種采用內(nèi)部對準裝置。從這一點來看，本發(fā)明的范圍和精神肯定也適用于其它對準裝置。從這一點來看，光束定位電子設(shè)備536能夠有選擇地使由光源520產(chǎn)生的多條光束中個別激活，并且指向觀看屏S上的每一個可尋址的象素位置或子象素(象素之間的位置)?？刂齐娮釉O(shè)備536內(nèi)部的計算電子設(shè)備響應(yīng)光束定位電子設(shè)備并且響應(yīng)控制電荷耦合器件542來產(chǎn)生對準信息。對準信息本身又被存儲在存儲電子設(shè)備552中。然后，可以為指向屏S上可尋址的象素位置的選定的一些單獨的發(fā)光源522提取對準信息，以便在指向可尋址的象素位置中特定之一的、多條光束中所選定的一個獨立的光束與指向可尋址的象素位置中同一的特定之一的、多條光束中其它所選定的一些獨光束之間執(zhí)行相對對準調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對準。因此，上述實施例只是一些例子，沒有一個單一特征、程序或元件對本申請和后續(xù)申請所要求保護的所有可能的組合來說是必不可少的。本發(fā)明的說明書還應(yīng)該被理解為包括了所述元件的新的和非顯而易見的組合，本申請和后續(xù)申請要求保護這些元件的任何非顯而易見的組合。在權(quán)利要求中提到“一個”或“另一個”元件或是其等效物時，這樣的權(quán)利要求應(yīng)該被理解為包括一或多個這種元件的結(jié)合，而不是特指兩個或兩個以上這種元件。
權(quán)利要求
1.一種投影儀(10)，用于將圖像投射到由M×N個可獨立尋址的象素位置的矩陣陣列所限定的觀看面(S)上，所述投影儀包括光引擎(20)，它具有多個發(fā)光源(22)并被耦合到用于幫助產(chǎn)生多條光束(24)中的一些獨立光束的一個超級象素(12)的光束光學(xué)器件(25)上；以及掃描裝置(28，34，36)，用于使上述多條光束(24)形成一個超級象素光點，該超級象素光點重寫觀看面(S)上每一個可獨立尋址的獨立的象素位置，以使得上述多個發(fā)光源中被耗盡的一些獨立的發(fā)光源變得模糊或被隱藏。
2.按照權(quán)利要求1的投影儀，其特征是上述掃描裝置(28，34，36)包括掃描光學(xué)器件(28)，用來便于水平掃描和垂直掃描觀看面(S)上的上述超級象素(12)；投影儀光學(xué)器件(34)，用于響應(yīng)上述掃描光學(xué)器件(28)將上述超級象素(12)投影到觀看面(S)上，投影儀控制器(36)，用于控制所述光引擎、所述光束光學(xué)器件(25)、所述掃描光學(xué)器件(28)和所述投影儀光學(xué)器件(34)。
3.按照權(quán)利要求1的投影儀，其特征是上述多條光束(24)中的每個獨立的光束是準直光束。
4.按照權(quán)利要求1的投影儀，其特征是上述多條光束(24)聯(lián)合工作以幫助形成在觀看面上顯示的圖像。
5.按照權(quán)利要求1的投影儀，其特征是上述多個發(fā)光源(22)是多個發(fā)光二極管。
6.按照權(quán)利要求5的投影儀，其特征是上述多個發(fā)光二極管按m×n矩陣陣列布置。
7.按照權(quán)利要求6的投影儀，其特征是上述m×n矩陣是一個6×6矩陣陣列。
8.按照權(quán)利要求6的投影儀，其特征是上述m×n矩陣是一個1×3矩陣陣列。
9.按照權(quán)利要求5的投影儀，其特征是上述多個發(fā)光二極管被用來形成一個總體上為圓形的超級象素。
10.按照權(quán)利要求1的投影儀，其特征是上述多個發(fā)光二極管被用來便于形成具有重疊、覆蓋的不規(guī)則間隔的光點的超級象素。
11.按照權(quán)利要求1的投影儀，其特征是上述多個發(fā)光源(22)是多個激光二極管。
12.按照權(quán)利要求1的投影儀，其特征是上述多個發(fā)光源(22)是多個高亮度發(fā)光器件。
13.按照權(quán)利要求1的投影儀，其特征是上述超級象素(12)是單點超級象素。
14.按照權(quán)利要求13的投影儀，其特征是上述光束光學(xué)器件(25)接收上述多條光束來產(chǎn)生上述單點超級象素。
15.按照權(quán)利要求14的投影儀，其特征是上述光束光學(xué)器件(25)包括會聚透鏡(26)和準直透鏡(27)。
16.按照權(quán)利要求14的投影儀，其特征是上述單點超級象素按照隔行和交錯的掃描模式在觀看面(S)上跨過每一個可尋址的位置而被反復(fù)掃描，以便反復(fù)重寫該二維觀看面平面，以便基本上隱藏那些否則就會導(dǎo)致投射圖像變壞的被耗盡、錯誤導(dǎo)向或處于臨界狀態(tài)工作的發(fā)光源的影響。
17.按照權(quán)利要求2的投影儀，其特征是上述掃描光學(xué)器件(28)包括水平掃描器(30)和垂直掃描器(32)，以便有助于使超級象素(12)重寫觀看面(S)的整個二維平面。
18.按照權(quán)利要求17的投影儀，其特征是上述水平掃描器(30)是一個被安裝成用于在上述投影儀控制器(36)的控制下進行可控旋轉(zhuǎn)運動的x-軸多邊形鏡。
19.按照權(quán)利要求18的投影儀，其特征是上述垂直掃描器(32)是一個被安裝成用于在上述投影儀控制器(36)的控制下進行可控旋轉(zhuǎn)運動的y-軸多邊形鏡。
20.按照權(quán)利要求19的投影儀，其特征是上述x-軸多邊形鏡和上述y-軸多邊形鏡是彼此垂直安裝的。
21.按照權(quán)利要求20的投影儀，其特征是上述掃描裝置進一步包括插在上述x-軸多邊形鏡和上述y-軸多邊形鏡之間的反射鏡(31)，它使在x-軸多邊形鏡和y-軸多邊形鏡之一上形成的上述超級象素傳送到x-軸多邊形鏡和y-軸多邊形鏡中的另一個上。
22.按照權(quán)利要求21的投影儀，其特征是上述投影儀控制器(36)使得x-軸多邊形鏡和y-軸多邊形鏡的相對角速度被調(diào)節(jié)到非整數(shù)值。
23.按照權(quán)利要求22的投影儀，其特征是上述水平掃描器(30)和上述垂直掃描器(32)的每一個包括一個編碼器裝置，它產(chǎn)生用于指示x-軸多邊形鏡和y-軸多邊形鏡各自的轉(zhuǎn)速的信號。
24.按照權(quán)利要求23的投影儀，其特征是上述投影儀控制器(36)使超級象素(12)在第一軸線上跨過觀看面(S)而移動，然后是在第二軸上跨過觀看面(S)而移動，以使超級像素(12)按隨機方式在觀看面(S)上跨過每一個可尋址的位置而被反復(fù)掃描。
25.按照權(quán)利要求24的投影儀，其特征是x-軸位移速度顯著大于x-軸位移速度。
26.一種投影儀(410)，用于將圖像投射到由M×N個可獨立尋址的象素位置的一個矩陣陣列所限定的觀看面(S)上，所述投影儀包括多個發(fā)光源(422)，其中每一個發(fā)光源在觀看面(S)上產(chǎn)生照明光點；以及光點掃描裝置(428，434，436)，它促使每一個光點跨過觀看面(S)進行掃描，掃描裝置(428，434，436)可以使得由不同發(fā)光源產(chǎn)生的光點重疊，以便利于隱藏由降低了強度的發(fā)光源所引起的誤差。
27.一種投影儀(410)，用于將圖像投射到由M×N個可獨立尋址的象素位置的一個矩陣陣列所限定的觀看面(S)上，所述投影儀包括光引擎(420)，它具有多個發(fā)光源(422)并被耦合到用于幫助產(chǎn)生多條光束(424)中的一些獨立的超級象素(412)的光束光學(xué)器件(425)上；包括投影儀控制電子設(shè)備(436)的掃描裝置(428，434)，用來使上述多條光束(424)形成超級象素光點，該超級象素光點重寫觀看面(S)上的每一個可獨立尋址的象素位置，以便使得上述多個發(fā)光源中被耗盡的一些獨立的發(fā)光源變得模糊或被隱藏；以及對準系統(tǒng)(440)，用來調(diào)節(jié)在上述觀看面(S)上的給定的被照明光點的定時。
全文摘要
一種采用發(fā)光源線性陣列的投影儀，以聚焦在掃描光學(xué)器件的多條光束的形式構(gòu)成超級象素，這些掃描光學(xué)器件使得光束在用來沿著第一軸限定圖像線的第一軸上以及在第二軸上跨過觀看面而移動，以使超級象素去重寫觀看面上的每一個可尋址的光點，由此產(chǎn)生隔行和交錯的掃描圖形，這些掃描模式隱藏否則會使放映的圖像變壞的被耗盡、錯誤導(dǎo)向或處于臨界狀態(tài)工作的發(fā)光源的影響。包括響應(yīng)電荷耦合器件的對準電子設(shè)備的對準系統(tǒng)，用來調(diào)節(jié)這些掃描光學(xué)器件，以允許精確對準一些獨立的發(fā)光源，并且檢測出發(fā)光源中被耗盡的獨立的一些光源。
文檔編號H04N9/31GK1549045SQ200310114748
公開日2004年11月24日 申請日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
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