專利名稱：具有光電晶體管傳感器的投影視頻顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及視頻投影顯示器領域，更具體地，涉及用于測量投影照明的光電晶體管的運用。
在投影視頻顯示器中，陰極射線顯示管的物理放置位置會引起幾何光柵畸變。采用曲線形凹顯示面的陰極射線管以及光學投影路徑中的固有的縮放比例，會使這種光柵畸變惡化。投影圖象由三個掃描光柵構成，它們都需要在觀看屏幕上一個與另外一個對準。三個投影的圖象的精確重合要求對多個波形進行調整，以補償幾何失真并使三個投影的圖象重疊。然而，在制造期間手工校準多個波形是高強度的勞動，并且不使用高精度的測試設備會妨礙在用戶地點安裝顯示器。因此，公開了一種自動會聚系統，它能簡化制造時的校準并適于用戶位置處的調整。為了確定光柵尺寸和會聚程度，一個自動校準系統可以在屏幕周邊位置進行光柵邊緣測量。這種光柵邊緣測量可采用多個光電晶體管來進行。
一種具有一個自動校準系統的投影視頻顯示器設備可以利用多個光電晶體管在屏幕周邊位置進行光柵邊緣測量。一種用于在投影顯示器設備中確定光柵位置的方法包括以下步驟通過將被測圖象的第一邊緣向第一個方向移動來檢測圖象照明；通過將被測圖象的第二邊緣向第二個方向移動來檢測圖象照明；然后平均與檢測步驟的第一和第二邊緣照明有關的移動值。
在一種并置的傳感器結構中，采用一個與感應方向相反的的標記來感應和檢測標記圖象的邊緣可有效地防止在確定圖象邊緣時產生的不一致。簡單而言，標記塊圖象相對于傳感器反方向移動，從而調換了標記圖象邊緣的頭尾兩端。因此可防止出現不一致的圖象邊緣。更廣義地來說，當圖象邊緣使傳感器從不亮的狀態轉變到亮的狀態時避免了邊緣不一致，實現了準確的圖象邊緣感應。
圖1是投影電視顯示器的簡化前視圖。
圖2是具有創造性特征的視頻圖象投影顯示器裝置的一個簡化方框圖。
圖3A詳細地描述圖1中屏幕700的一部分并圖示一個創造性的感測順序。
圖3B更詳細地描述標記M相對于光電晶體管傳感器S1的移動。
圖4A是光電晶體管傳感器S1的簡化示意圖。
圖4B顯示光電晶體管傳感器S1集電極的電壓波形。
圖1示出一個視頻投影顯示器設備的前視圖。投影顯示器包括多個陰極射線管，它具有投影到屏幕700的光柵掃描圖象。一個外殼支撐并環繞屏幕700并且提供一個比屏幕稍小的圖象顯示區域800。屏幕700用虛線來表示隱藏在外殼C內的邊緣區域，當以區域OS表示的過掃描方式操作時，該邊緣區域可以用光柵掃瞄圖象照明。光電晶體管傳感器與屏幕700周邊相鄰，位于隱藏的邊緣區域之內并且在觀看區域800之外。圖1示出了以陰影圈表示的8個光電晶體管傳感器，位于屏幕邊緣的轉角和中心處。于是，以這些傳感器位置，就可檢測和測量由一種電子產生的測試圖(例如非峰值視頻值塊M)形成的圖象。采用對塊M的傳感器S的亮度的感應，可確定畫面寬度和高度以及某些幾何誤差，例如旋轉、弓形、梯形、枕形等等。因此，可對準顯示圖象，在整個屏幕區域內將一個疊加到另外一個上。由于對三個投影彩色圖象的每一個都進行水平和垂直方向的測量，因此產生至少48個測量值。
測量和校準系統的操作將參考圖2來說明，該圖以方框圖形式描述光柵掃描視頻投影顯示器的一部分。在圖2中，三個陰極射線管R、G和B形成光柵掃描的單色彩色圖象，它們通過各自的透鏡系統進行會聚并在屏幕700上形成一個單一的顯示圖象800。每一個陰極射線管具有提供水平和垂直偏轉以及水平和垂直會聚的四個線圈組。水平偏轉線圈組由水平偏轉放大器600驅動，垂直偏轉線圈組由垂直偏轉放大器650驅動。水平和垂直偏轉放大器均由偏轉波形信號驅動，偏轉波形信號的幅度和波形受數據總線951控制并且與用于顯示的信號源同步。例如綠通道的水平和垂直會聚線圈615和665分別由放大器610和660驅動，它們被提供有會聚校正波形信號。校正波形信號GHC和CVC可以視為代表直流和交流的會聚信號，例如分別為靜態和動態會聚。然而，這些功能作用可如下述實現。例如通過以相同的值或偏移量來修改所有的測量位置地址，可以移動整個光柵來實現明顯的靜態會聚或中心確定效果。類似地，通過修改具體的測量位置的位置地址可以產生動態會聚效果。用于綠通道的校正波形信號GHC和CVC由例如數-模轉換器311和312產生，它們將從存儲器550讀取的數字值分別轉換成ihc和ivc偏轉電流類似地，紅色和藍色校正波形信號由對從存儲器550中讀取的數值進行數-模轉換而產生。
借助于總線951，輸入顯示信號選擇器在兩個信號源IP1和IP2之間進行選擇，例如一個是廣播視頻信號，另一個是SVGA計算機產生的顯示信號。視頻顯示器信號RGB是從顯示視頻選擇器產生的，并且是例如電子化產生的消息信息；用戶控制信息、顯示安裝和校準信號以及響應于來自控制器301、900和950的命令的信息通過總線302和951被耦合，并且可被在屏幕顯示發生器500進行合并。在自動靈敏度校準或會聚校準期間，控制器900經由數據總線302發送命令到控制器301，由它指示視頻發生器310產生一個例如綠通道校準視頻測試信號AV，其中包括一個例如黑色電平信號，它帶有一個具有預定視頻幅度值的矩形塊M。在掃描顯示光柵內通過確定水平和垂直定時從而確定矩形塊M的位置，控制器900和301可控制矩形塊M的產生以照明示例性傳感器S1。或者，控制器900和301可移動掃描光柵或包括標記塊M的一部分掃描光柵，以照明傳感器。有利的是，這兩種控制標記移動的方法都可用來實現與傳感器相關的標記圖象的精確調整過程。
綠通道的測試信號AV從IC300輸出，并在放大器510處與來自屏幕顯示發生器500的綠通道輸出信號合并。于是，來自放大器510的輸出信號被耦合到例如綠色陰極射線管GCRT，并可以包括顯示信號源視頻和/或一個OSD產生的信號(例如一個安裝信息)和/或IC300產生的校準視頻測試信號AV。
控制器301還執行儲存在程序存儲器308中的程序，該存儲器包括多個算法。為了實現初始安裝調整，控制器301在數據總線303上輸出一個數字字D，它被耦合到一個可控的電流源250。數字字D表示由電流源250產生的一個特定電流并被提供到傳感器S1-8和傳感器檢測器275。
為了進行三個彩色圖象的調整和校準，如前所述產生安裝塊M并被耦合到例如綠陰極射線管(CRT)。圖1中所示的一個測試圖顯示塊M接近光電晶體管S1。如前所述，每個傳感器可以被標記塊照明，標記塊在過掃描光柵投影的視頻信號內產生精確定時。或者，標記塊可通過使掃描光柵定位或移動或兩者的結合來產生照明，例如標記塊M照明傳感器S1。利用某些顯示信號輸入，例如計算機顯示格式信號，基本上所有的掃描區域可以被用于信號顯示，因此光柵不會產生過掃描。在采用計算機顯示格式信號的操作期間，光柵過掃描被限制到幾個百分點，例如1％。因此，在基本上過掃描為零的情況下，例如傳感器S1可以由光柵定位塊M照明。顯然，采用視頻信號定時和光柵定位的組合，可以實現各個傳感器的照明。
在每一個光電晶體管中，光子產生的載流子使晶體管以基本上與入射在其上面的照明強度呈線性關系的方式導通。然而，由于以下原因，各個傳感器上的照明強度會變化很大，例如，各個CRT的熒光物質亮度會是不同的，并且在三個單色彩色圖象之間存在著透鏡和光路的不同。隨著每個CRT的老化，熒光物質亮度會下降，此外，隨著時間的推移，灰塵會積聚在光學投影路徑內，從而減少傳感器上的照明。傳感器電流變化的另一個來源是各個傳感器之間的靈敏度以及它們的固有的光譜靈敏度的變化。例如，在一個硅傳感器中，藍光的靈敏度低，而靈敏度隨著從綠至紅光譜而增加，在接近紅外區域達到最高。因此，應理解的是各個傳感器可傳導相當不同的光子產生的電流。因此，要實現穩定的、可重復的測量，最基本的是單獨地測量這些傳感器的電流變化，并且對每個傳感器和照明顏色設置檢測閾值。于是，確定了與照明強度成正比的峰值傳感器電流，各個傳感器檢測閾值就可以被保存，以允許隨后在每個傳感器電流的一致的幅度點上檢測照明或不照明的傳感器。
參見圖2，視頻發生器310根據控制邏輯電路301的指令來產生一個例如綠視頻塊M，它具有最初的非峰值視頻值并且位于一個基本上黑或黑電平背景上。在每個色通道可以產生類似的具有非峰值視頻值的視頻塊，當它們同時產生并被疊加在屏幕上時，就在基本上黑的背景上產生一個白色圖象塊。因此，一個例如綠色視頻塊M由視頻發生器310產生，通過放大器510耦合到綠色陰極射線管CRT上。微控制器301控制視頻發生器310在水平和垂直屏幕位置處產生綠色視頻塊M，使得一個特定傳感器例如傳感器Sl可以被來自塊M的綠光照明。傳感器的照明的結果是光子產生的電荷PC，如圖4A所說明的，從而產生光電晶體管電流Isen的導通，如圖2所示。
借助于圖2所述的控制環路100，前述的由光子產生的顯著不同的傳感器電流可被有利地補償、校準和測量。圖2的電路塊200中描述了傳感器檢測器275。簡單來說，一個參考電流Iref由一個數控電流源250產生。該參考電流被提供至例如光電晶體管S1和傳感器檢測器275兩者。如果沒有照明，光電晶體管Sl呈現一個高阻抗，并因此從參考電流Iref中分流出一個不重要的電流Isen。因此，參考電流Iref的大部分電流作為電流Isw被耦合至傳感器檢測器275。電流Isw對檢測器275進行偏置，使得其輸出狀態為低電平，這被選來用于表示一個不亮的或沒有被照明的傳感器。當光電晶體管S1被照明時，光子產生的電荷PC使晶體管導通并且傳導來自參考電流Iref的電流Isen。由于參考電流由一個恒定的電流源250產生，傳感器電流Isen從傳感器檢測器275電流Isw分流。在一個特定的照明電平上，光電晶體管S1從傳感器檢測器275分流出足夠的電流使其截止，并假定一個高的標稱電源電勢被選來用于指示一個亮的或被照明的傳感器。從傳感器檢測器275輸出的是正向前進的(positive going)脈沖信號202，它被耦合至數字會聚IC SVT2050的一個輸入端。脈沖信號202的上升沿被取樣，它使水平和垂直計數器停止，于是提供計數來確定被照明的傳感器在測量矩陣中出現的位置。
可控地增加的參考電流Iref，直至傳感器檢測器275切換以指示傳感器照明的損失，可以測量光電晶體管的電流。使檢測器275顯示傳感器照明的損失的參考電流值代表著入射在該傳感器上的照明。因此，該電流可以作為一個傳感器和顏色的特定閾值而被處理和保存。保存的參考電流值在不同的傳感器之間是不同的，而且對于不同的顏色它也是不同的，但對于照明值減少為大約所測Isen切換值的一半來說，檢測器的切換是同樣發生的。
圖3A顯示了圖1的顯示屏700位于例如光電晶體管傳感器S1附近的部分。顯示屏被具有顯著的視頻信號幅度的單色測量信號塊M與幾乎黑色的電平信號形成的投影測量圖象照明。因此顯示屏700除了持續時間為W的發亮單色測量塊M外基本上為黑色。光柵產生的投影圖象具有的尺寸使例如光電晶體管傳感器S1處于投影圖象區域內。
在圖3A中，測量塊M出現在例如不同的水平位置。類似順序的垂直位置可以用來測量垂直掃描方向的邊緣。照明測量塊的不同位置代表不同的時間周期，例如時間周期t0-t7。盡管描述了一個時間周期順序內的測量塊的示例性水平位置，但實際的測量塊位置或屏幕圖象則由圖2的施加在例如線圈GHC和GVC上的受控制的電流的等級(steps)來確定。通過一組重復的垂直并列圖，顯示了在不同的時間周期測量塊相對于傳感器S1固定位置的例如水平移動順序。
在時間周期t0，測量塊M的圖象在顯示屏上的位置使傳感器S1沒有被測量塊M的發亮單色圖象照明。因此，在時間t0，光電晶體管S1沒有被照明，沒有光子產生的基極電流，光電晶體管S1截止。圖4B顯示了出現在不同時間周期的光電晶體管傳感器S1的集電極電壓波形。在時間周期t0，光電晶體管S1是不導通的，圖4B示出傳感器的集電極波形電壓基本上等于電源電壓VCC。
在時間周期t1，測量塊M的圖象在一個方向移動，使測量塊M的前邊緣(LE)照明傳感器S1。照明的光子在光電晶體管S1產生基極電流，使光電晶體管S1變為導通。在時間周期t1后的短時間內，照明產生足夠的基極電荷使光電晶體管處于飽和。圖4B的時間周期t2描述了這種飽和狀態，其中集電極具有一個0伏的標稱電壓或Vcesat。
來自光電晶體管S1的集電極信號電壓Vout被耦合至檢測器275，該檢測器確定標記塊照明是否存在。相對于傳感器S1的固定位置的圖象塊的前邊緣和尾邊緣位置均被顯示。然而，如圖4B所示，由于若干不同的原因，集電極電壓波形Vout不能精確地顯示照明標記圖象的持續時間和強度。在圖4B所示的周期t2中，由于塊M的前邊緣為一個傾斜的、平滑下降的邊緣，以表示傳感器的飽和狀態的建立，集電極電壓的產生是依入射照明的強度來確定的。在時間周期t3和其后，由于測量塊M的圖象的移動超過了傳感器，光傳感器S1不被照明，并且光電晶體管基極停止產生光電荷。然而，在圖4B周期t3-t3d中，晶體管集電極電位保持低水平，表示晶體管持續導通，例如，作為光子產生的電荷PC或保留在晶體管的基極區域的載流子過多的結果。這些光子產生的載流子繼續保持晶體管S1的導通狀態，僅在晶體管重新截止或為不亮狀況時消散。因此，可以這樣理解，如果標記塊的前邊緣和尾邊緣在單一移動方向上被順序測量，則在周期t3-t3d內，傳感器在照明終止后持續導通將導致塊長度W的一個錯誤的測量。僅當傳感器從不亮的狀態向亮的狀態變換時，由于測量塊M的移動方向相反而允許傳感器S1測量塊M的前邊緣和尾邊緣，這種創造性的順序可避免傳感器在返回不亮的狀態時產生響應滯后。因此，確保傳感器被照明時進行測量可消除由于截止滯后造成的錯誤測量。圖4B描述了在不亮的周期t3內集電極電壓波形的緩慢上升時間。
在圖3A的時間周期t3內，曲線箭頭描述了塊前進和后退移動以進行前邊緣和尾邊緣檢測，其中曲線箭頭SD LE表示測量前邊緣的尋找方向，曲線箭頭SD TE表示測量尾邊緣的后退方向。如前所述，使尋找方向反向，尾邊緣就會成為前邊緣因此只要保證只能在傳感器在不亮的和亮的狀態之間傳導的情況下進行測量就可實現精確的塊測量。
在圖4B的時間周期t5內，圖象塊M前邊緣的反方向移動開始照明光電晶體管S1，使光子產生的載流子PC在基極區域積聚。這些光子產生的載流子使光電晶體管導通，導致集電極電位下降，如周期t5所示。在周期t7內，反方向移動的圖象的尾邊緣停止照明光電晶體管S1，光電晶體管如前所述開始截止。在周期t6之后的時間內，傳感器最終停止導通，在周期t7內，圖象塊從傳感器中移出，使得它不再被照明。
由若干不同的原因造成圖4B的光電晶體管在截止時集電極電壓的緩慢上升。例如，如前所述，光電晶體管基極處過多的光子產生的電荷會使光傳感器在照明停止后繼續導通。圖4A的周期t0描述在沒有圖象塊照明的情況下的光傳感器S1-Sn的并列結構，其中光電晶體管的基極區域被放大，光子產生的電荷PC不出現。在圖4A的周期t2內，用折線箭頭表示圖象塊M產生電荷PC，如光電晶體管S1的放大的基極區域的陰影部分所示。圖4A的周期t3d內，沒有圖象塊M，光子停止產生電荷。然而，陰影的基極區域所描述的光子產生的電荷PC依然保持，并保持晶體管的導通直至電荷消散。因此，標記塊M的尾邊緣TE被拉伸，并且所測量的Ws是錯誤的。
另一個造成集電極電壓上升時間緩慢的原因是圖4A所示的電容C。該電容有若干不同的來源，例如，光電晶體管S1-Sn的并聯造成電路和裝置寄生電容的疊加。而且，任何附加電容，例如，減少亂真信號的拾取器和提供光電晶體管輸出信號的低通濾波器將更進一步減慢集電極在晶體管導通截止時的電壓上升的速度。簡單地說，光電晶體管導通，會使電容C迅速放電，但當晶體管截止時，充電電流Ich由電源Vcc和電阻R決定。
造成尾邊緣檢測不良的另一個原因是CRT顯示器的熒光物質的持久性、余輝時間或從亮的到不亮的圖象的轉變之后的余光。圖3B在標記塊圖象尾邊緣TE的后面用漸變的陰影表示熒光物質的持久性。為了便于識別，標記塊圖象的前邊緣LE和尾邊緣TE用水平陰影表示。熒光物質的持久性隨顯示顏色的不同而不同，例如，在一個典型的投影CRT中，藍熒光物質被描述為具有一個短余輝時間，大約20至30微秒的數量級。綠熒光物質和紅熒光物質被描述為具有的一個較長的短余輝時間，在1-2毫秒的范圍。
從前述的對尾邊緣圖象的描述中，可以推斷出確定發生在圖象尾邊緣標記照明停止時，確定出現失真并有滯后，增加被檢測塊的持續時間Ws。圖4B利用例如集電極電壓波形10、20和30的上升沿對這種失真圖示說明。集電極波形5描述了集電極電壓波形的一種理想的、快速的上升。顯然，感測標記塊的邊緣的不穩定性決定著標記塊持續時間，因此標記中心值無效。
通過對標記塊尾邊緣TE進行反移動方向的感應和檢測，可有利地防止傳感器緩慢截止和照明停止時集電極電位的緩慢上升。簡單地說，由于標記塊相對于傳感器的移動是反方向的，于是圖象塊的前邊緣和尾邊緣也相反。因此，盡管照明停止時尾邊緣的測量不正確，但通過使感測方向有利地相反，可以獲得標記塊的每一個邊緣的精確的測量。此外，查看圖3A和圖4B，可發現當圖象邊緣使傳感器從不亮的狀態變換到亮的狀態時，可實現精確的邊緣感測。因此，在圖3A的t1和t5周期內，通過由計算確定的標記圖象的水平中心可以獲得精確的邊緣測量。例如，標記塊的中心可由用來在周期t1和t5內確定標記塊的位置的電流值的平均來確定，標記塊中心表示為[ihc(t1)+ihc(t5)]/2。
權利要求
1．一種用于在投影顯示器裝置中確定光柵位置的方法，其特征在于以下步驟將測量圖象(M)的第一邊緣緣(LE)向第一個方向移動以檢測照明；將測量圖象(M)的第二邊緣緣(TE)向第二個方向移動以檢測照明；平均檢測步驟中的與第一邊緣緣和第二邊緣緣照明相關的移動值。
2．根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述平均步驟還包括用所述計算的移動值確定所述測量圖象(M)的中心。
3．根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對應于在基本上相反的方向移動所述的第一邊緣(LE)和第二邊緣(TE)來實施所述的各自的檢測步驟。
4．根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述兩個檢測步驟均還包括從不照明到照明的變換的檢測步驟。
5．根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述各自的檢測步驟對應于所述第一邊緣(LE)和第二邊緣(TE)在與所述光柵的水平元件基本上平行的方向上的移動。
6．根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述各自的檢測步驟對應于所述第一邊緣(LE)和第二邊緣(TE)在與所述光柵的水平元件基本上成直角的方向上的移動。
7．根據權利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括一個確定與所述光柵相鄰的一個檢測器(S)的位置從而通過所述邊緣(LE、TE)檢測所述照明的步驟。
8．一種用于在投影顯示器裝置中確定光柵位置的方法，其特征在于以下步驟將一個照明的邊緣移過(TE、LE)所述光柵位置；及僅檢測所述光柵位置上從不照明到照明亮的變換。
9．根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述移動步驟還包括將所述照明的邊緣(LE、TE)雙向地移過所述光柵位置。
10．根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述檢測步驟還包括以下步驟計算與在所述光柵位置處的所述檢測相關的雙向移動值。
11．根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述檢測步驟還包括以下步驟光子感測在所述光柵位置附近的所述照明變換。
12．根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述檢測步驟對應于在與所述光柵的水平元件基本上平行的方向移過所述光柵位置的所述照明的邊緣(LE、TE)。
全文摘要
一種用于在視頻投影顯示器裝置中確定光柵位置的方法,包括下列步驟:將測量圖象(M)的第一邊緣(LE)向第一個方向移動以檢測照明,將測量圖象(M)的第二邊緣(TE)向第二個方向移動以檢測照明,計算檢測步驟中與第一邊緣(LE)和第二邊緣(TE)照明相關的移動值。
文檔編號G09G1/00GK1323136SQ00124238
公開日2001年11月21日 申請日期2000年6月30日 優先權日1999年6月30日
發明者J·B·喬治 申請人:湯姆森許可公司