專利名稱：用于投影視頻顯示的光傳感器放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及視頻投影顯示領域，特別涉及對投影圖像的檢測和對在存在不需要的干擾信號時出現的光產生信號的處理。
背景技術：
在投影視頻顯示中，陰極射線顯像管的物理位置會造成幾何光柵畸變。使用帶有彎曲的、凹面的熒光體面以及在光學投影路徑中具有固有的放大率的陰極射線管會加劇這種光柵畸變。投影圖像是由三個掃描光柵構成的，這三個掃描光柵需要在一個觀看屏幕上彼此對準。三個投影圖像的精確重疊需要調節多個波形，以補償幾何畸變并且便于三個投影圖像的疊加。然而，在制造過程中人工對準多個波形是很費力的，并且在用戶地點如果不使用復雜的測試設備就無法調定或設置。能夠簡化制造過程中的對準并便于在用戶地點進行調節的一種自動會聚系統可以在外圍顯示屏幕位置采用光柵邊沿測量來確定光柵尺寸和會聚。然而，在存在干擾信號的情況下、例如具有高頻能量的掃描相關頻率下運行時，這種自動會聚系統會面臨一些問題。在干擾信號被處理并作為光產生校準標記信號M時，在典型的情況下就會發生誤動作。這種錯誤的光傳感器信號導致自動會聚失敗。這些不需要的干擾信號通常是高頻電壓源，能夠容性耦合到低信號電平電路，該電路與投影標記圖像產生的傳感器信號的檢測和放大相關聯。容性耦合信號拾取常常可能發生于位于光傳感器信號放大器附近的相鄰電路。所以放大器以高增益放大所需的傳感器信號和不需要的干擾，以致干擾信號幅度變得與所需傳感器信號相當甚至超過所需傳感器信號。利用包含多個分離運算放大器的集成電路可能加劇容性耦合串擾問題。這多個放大器部分常常用于放大具有顯著高頻內容的會聚信號。因此，利用這種用于高增益放大的運算放大器部分、正如光學傳感器信號所要求的，使其對于經由例如與連接到光學傳感器信號放大器的電路和導體相關的雜散電容耦合不需要的信號是敏感的。因此，在自動對準期間，不需要的、高頻內容信號具有足夠的幅度妨礙可靠的標記生成傳感器信號的檢測。不可靠標記邊緣檢測的結果是可能錯誤地完成自動會聚，導致會聚錯誤。為確保可靠的標記檢測，要求改進光學傳感器信號與干擾或噪聲之比。例如，對干擾信號具有最小放大倍數的光學傳感器信號的選擇放大可提供增大的傳感器信號與干擾之比。
發明內容
一種帶有光柵邊緣傳感器的投影顯示器，該顯示器易受到來自掃描相關信號的干擾，這些信號包含高頻能量，影響傳感器信號與干擾之比。一個用在投影顯示裝置中的光學傳感器信號處理器，該處理器包括產生傳感器信號的光學傳感器，該傳感器信號具有表示投影光柵照度的電流分量。該傳感器信號包括掃描相關的串擾電壓分量。差分放大器響應傳感器信號產生輸出信號。傳感器電流分量被轉換為放大的傳感器電壓分量，串擾電壓分量被差分放大。傳感器電壓分量具有比輸出信號中串擾電壓分量大的幅值。
圖1是一種投影視頻顯示器的簡化正視圖。
圖2是包括本發明特征的一種視頻圖像投影顯示裝置的簡化框圖。
圖3A的示意圖表示一個數字控制的電流源，傳感器信號檢測器，和一個本發明的傳感器信號處理器。
圖3B的示意圖表示本發明的另一種傳感器信號處理器。
圖4A、4B、4C、4D和4E模擬表示在存在環境光干擾的情況下對傳感器信號的處理。
圖5模擬表示了本發明的處理器280和280A在輸入電流為50微安時的振幅對頻率的響應。
圖6模擬表示了本發明的處理器280和280A在輸入干擾信號的振幅為1伏時的振幅對頻率的響應。
具體實施例方式
圖1表示一種視頻投影顯示設備的正視圖。這種投影顯示器包括多個陰極射線管，光柵掃描圖像投影到屏幕700上。一個機殼支撐和圍繞著屏幕700，并且提供一個稍稍小于屏幕的畫面顯示區800。在屏幕700上用虛線表示一個隱藏在機殼C內部并且在按照區域OS所示采用過掃描模式工作時被光柵掃描圖像照亮的邊沿區域。光學傳感器的位置鄰近處在隱蔽的邊沿區域內部和收看區域800外部的屏幕700的外圍。然而，也可以用投影的光柵掃描的圖像產生一個顯示在沒有懸掛在機殼內部或是被機殼局部隱蔽的屏幕或是表面上的畫面。這種畫面顯示方法被稱為正投影顯示。在正投影配置中，光學傳感器的位置如上所述，但是處在鄰近屏幕外圍的一個未隱蔽的位置。下文所述的自動會聚校正系統的操作在正投影和背投影顯示的應用中都是相同的。
圖1中表示了八個傳感器，它們位于屏幕邊沿的角上和中間。這些位置上的傳感器能夠測量一種電子產生的測試圖案，例如頂部視頻值方塊M，以便確定畫面寬度和高度和某些幾何誤差，例如旋轉，彎曲，梯形，枕形等等，從而在整個屏幕區域上將應該彼此重疊的顯示圖像對準。在三個投影彩色圖像各自的水平和垂直方向上都執行測量，從而獲得至少四十八個測量值。
以下要參照圖2來解釋測量和對準系統的操作，圖中以框圖的形式表示了一種光柵掃描視頻投影顯示器的一部分。在圖2中用三個陰極射線管R，G和B形成光柵掃描的單色圖像，通過各自的透鏡系統會聚并在屏幕700上形成單一顯示圖像800。圖中表示的每個陰極射線管都有四個線圈組，用來提供水平和垂直偏轉及水平和垂直會聚。用一個水平偏轉放大器600驅動水平偏轉線圈組，用一個垂直偏轉放大器650驅動垂直偏轉線圈組。水平和垂直偏轉放大器都是由偏轉波形信號來驅動的，通過數據總線951來控制偏轉波形信號的振幅和波形，并且與選定要顯示的信號源同步。例如提供有會聚校正波形信號的放大器610和660分別驅動綠色通道的各個水平和垂直會聚線圈615和665。校正波形信號GHC和GVC可以被認為是代表DC和AC會聚信號，例如靜態和動態會聚。然而，這些功能屬性是可以簡化的，例如用同一個數值或偏移量修改所有測量位置地址，移動整個光柵并且達到一種明顯的靜態會聚或是對中調節效果。與此類似，通過修改一個特定測量位置的位置地址也能產生一種動態會聚效果。可以用例如數-模轉換器311和312來轉換從存儲器550讀出的數字值，從中產生綠色通道的校正波形信號GHC和GVC。
一個輸入顯示信號選擇器利用總線951在兩個信號源IP1和IP2之間選擇例如一個廣播視頻信號和一個SVGA計算機產生的顯示信號。視頻顯示信號RGB是從顯示視頻選擇器和電子產生的消息信息獲得的，例如可以在屏幕顯示發生器500上組合用戶控制信息，顯示調定和對準信號，以及響應來自通過總線302和951連接的控制器301，900和950的命令而產生的消息。在自動靈敏度校準或會聚對準的過程中，控制器900通過數據總線302向控制器301發送命令，指示視頻發生器310產生一個示范性綠色通道校準視頻測試信號AV，它包括一個帶有矩形塊M的示范性黑色電平信號，矩形塊M具有預定的視頻振幅值。控制器900和301還定位塊M，通過確定水平和垂直定時來照射示范性傳感器S1，或者通過移動掃描光柵，或者包含這一標記塊M的一部分掃描光柵，以將塊M定位在掃描顯示光柵之內，。綠色通道測試信號AV從IC300輸出并且在放大器510中與來自屏幕顯示發生器500的綠色通道輸出信號組合。這樣，來自放大器510的輸出信號被連接到示范性綠色陰極射線管GCRT，并且可以包括顯示源視頻和/或OSD產生的信號和/或IC300產生的校準視頻測試信號AV。
控制器301還執行存儲在程序存儲器308中的一個包括各種算法的程序。為了便于初始化設置調節，控制器301在數據總線303上輸出一個數字字D，總線連接到一個可控的電流源250。這一數字字D代表由電流源250產生并且提供給傳感器檢測器275的一個傳感器特定電流。
為了便于調節和對準三種色彩的圖像，按照上述方式產生調定塊M并且連接到示范性綠色CRT。在圖1中靠近傳感器S1表示出測試圖案塊M，如上文所述，可以用以過掃描光柵投影的一個視頻信號內部定時產生的標記塊照射每個傳感器，或者通過將掃描光柵定位使標記塊M照亮傳感器S1。利用某種顯示信號輸入，例如計算機顯示格式信號，基本上所有被掃描區域都可以被用于信號顯示，因而就能極大避免使用過掃描光柵的操作。在使用計算機顯示格式信號操作時，光柵過掃描被限制在一個額定的小的百分數例如1％。因此，在這些基本為零的過掃描狀態下，可以通過塊M的光柵定位來照亮示范性傳感器S1。很顯然，利用視頻信號定時和光柵定位或者臨時性光柵放大的組合可有利于各個傳感器的照射。
每個傳感器產生一個電子流，它能夠和入射到傳感器上的照射強度大致成線性關系地傳導。然而，每一個傳感器上的照射強度由于多種原因會有很大的變化，例如，各個CRT的熒光體亮度有可能不同，三個單色彩色圖像之間在透鏡和光學路徑上也可能不同。隨著每個CRT的老化，熒光體亮度會下降，另外還有通過時間，灰塵可能會堆積在光學投影路徑中，從而降低傳感器上的照射強度。各個傳感器之間在靈敏度上的變化及其固有的光譜靈敏度也會造成傳感器電流源的變化。
參見圖2，用控制邏輯301指令視頻發生器310產生一個示范性綠色視頻塊M，它具有一個初始非峰值視頻值，并且定位在一個基本為黑色的或黑色的電平背景上。可以在每個色彩通道中產生類似的具有非峰值視頻值的視頻塊，它是在屏幕上同時并重疊地產生的，在一個基本為黑色的背景上產生一個白色圖像塊。這樣就能用視頻發生器310產生一個示范性綠色塊M并且通過放大器510耦合到綠色CRT。用一個微控制器301控制視頻發生器310在一個水平和垂直屏幕位置產生綠色塊M，用塊M發出的綠色光照射一個特定的傳感器，例如傳感器S1。被照射的傳感器會產生一個由于光產生的電流，如下所述經過放大器U280的處理產生圖2中所示的脈沖Isen。
利用圖2中所示的電流環路100對上述的區別很大的由于光產生的傳感器電流進行有益的補償、校準和測量。在電路框200中表示了一個傳感器處理器，其細節如圖3A所示。簡而言之，用一個數字控制的電流源產生參考電流Iref，在沒有傳感器照射的情況下提供給傳感器檢測器275作為檢測器275的偏置電流Isw使其輸出狀態變為低，該狀態被用來代表無發光或無照射傳感器狀態。當一個傳感器例如S1-S8被照射時，處理由于光產生的電荷以在放大器280的輸出端形成負向脈沖Isen。負脈沖Isen轉移恒定的參考電流Iref，使開關電流Isw降低并且致使傳感器檢測器275關斷。在檢測器275被脈沖關斷時，假定輸出是高，也就是標稱電源電壓，被用來代表有光照或被照射的傳感器。傳感器檢測器275的輸出是一個連接到數字會聚IC 300的一個輸入端上的正向脈沖信號202。對脈沖信號202的上升沿采樣，使水平和垂直速率計數器停止，以便提供計數，用來確定被光照的傳感器在測量矩陣中的位置。
借助于控制參考電流Iref的增加來測量傳感器電流，直至傳感器檢測器275切換到表示傳感器失去照射時為止。致使檢測器275指示出傳感器失去照射的那一參考電流值就代表了入射到傳感器上的亮度等級。因此，這一電流就可以當作傳感器和色彩特定門限值來處理和存儲。對不同的傳感器和不同的色彩存儲的參考電流值也是不同的，但是檢測器切換都是同樣發生在照射值下降到測量的Isen切換值的一半時。
圖3A詳細表示了圖2的傳感器處理框200，并且傳感器處理框200包括數字控制的電流源250，傳感器檢測器275和光學傳感器放大器280。電流源250產生一個幅值由數字控制字D來確定的受控電流Iref。數據字D由控制器301產生并包括8個分別代表最低到最高有效位的并行數據信號D0-D7。各個數據位通過串聯連接電阻R1，R3，R5，R7，R10，R13，R16和R19連接到對應的PNP晶體管Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6，Q7和Q8的基極。每個晶體管的發射極連接到一個正電源+V，而每個集電極通過各個電阻連接到一個PNP電流源晶體管Q9的發射極。這樣就能用發射極電阻R22和并聯組合的數字選擇的電阻網絡來控制晶體管Q9發出的電流。電流開關晶體管集電極電阻R2，R4，R6，R8和R9，R1 1以及R12，R14和R15，R17和R18，R20及R21所選擇的電阻值是按照二進制順序遞增的。例如，電阻R20和R21的并聯組合大約是400歐姆，而電阻組合R17和R18大約是800歐姆。這樣就能利用數字字D0-D7在所有晶體管都導通時的200歐姆到所有晶體管都截止時電阻R22產生的100千歐姆之間進行選擇。數字字D0-D7具有零和3.3伏的電壓值，在數據位具有零伏電壓值時選中電阻，而在這個位具有3.3伏值時沒有選中電阻。這樣就能用電阻R22和晶體管Q9的基極電位來確定晶體管集電極上產生的參考電流Iref的幅值。
數字確定的電流Iref通過電阻R26耦合到晶體管Q10的基極，使這一晶體管導通。晶體管Q10的發射極接地，而集電極連接到NPN晶體管Q11的發射極構成一個共射共基放大器(cascode)連接的放大器。用電阻R24和R23構成的一個分壓器偏置晶體管Q11的基極。電阻R24連接到正電源，而電阻R23連接到地。當晶體管Q11的基極發射極的結不導通時，電阻R23和R24的結點將晶體管Q9和Q11的基極偏置到大約1.65伏。晶體管Q11的集電極產生一個用來指示傳感器S1照射狀態、也就是有或無光照的輸出信號202，該信號連接到一個數字會聚集成電路IC 300，其型號例如STV2050，或者連接到一個微處理器的輸入端。
圖3A的傳感器檢測器275按以下方式工作。將參考電流Iref連接到晶體管Q10的基極作為開關電流Isw，但是在一旦當一個傳感器例如S1-S8被標記塊M照射時，通過電阻R27，R28和電容C4，C3轉移該參考電流Iref，形成傳感器電流Isen。開關電流Isw使晶體管Q10導通并且飽和，迫使集電極達到大約50毫伏的標稱接地電壓Vcesat。因此，晶體管Q11的發射極就通過晶體管Q10的飽和的集電極發射極結名義上接地，而晶體管Q11導通使其集電極達到100毫伏標稱電壓或者(Q3 Vcesat+Q4 Vcesat)。晶體管Q11的集電極形成輸出信號202，它的標稱零伏表示無光照傳感器狀態，而標稱電源電壓表示被照射的傳感器。
隨著晶體管Q10的飽和，晶體管Q11的發射極基極電壓由于電阻分壓器R23和R24的作用從標稱1.65伏下降到由晶體管Q11的基極發射極結電壓和晶體管Q10的飽和電壓構成的大約0.7伏電壓。因為電流源晶體管Q9的基極和共射共基晶體管Q11是連在一起的，電流源晶體管Q9的基極上的偏置也會下降到標稱0.7伏。晶體管Q9基極電位的這一變化會導致恒定電流Iref增加大約三倍。
以下要描述光學傳感器放大器框280的操作。然而，當傳感器例如S1被一個投影的標記塊照亮時，由放大器框280處理的有利的振幅和頻率響應會形成負向電流脈沖Isen。由于參考電流Iref是恒定的，被照射傳感器的電流Isen是從晶體管Q10的基極電流(Isw)轉移的，致使這一晶體管截止。在晶體管Q10截止時，晶體管Q11被截止，致使其集電極上升到電源電壓，產生指示一個被照射傳感器的標稱3.3伏振幅的輸出信號202。如上所述，在晶體管Q10和Q11截止時，電流源晶體管Q9的基極偏置回到由電阻分壓器(R23和R24)確定的電位，其結果會使恒定電流Iref的幅值下降大約66％。這樣，參考電流Iref的下降就能為停止檢測并指示傳感器關斷或是無光照狀態建立一個低開關門限，從而有利地維持或是鎖定被照射傳感器的狀態。
以下是光學傳感器放大器框280的操作方式。如上所述，光學傳感器S1-S8被設在顯示屏幕700的周圍，并且能以并聯結構連接到單個放大器例如U280上，或者單獨連接到對應的放大器。然而，對并聯或者單獨連接傳感器的選擇對于光學傳感器信號的信噪比的好壞并沒有多大影響。
顯示屏幕和光學傳感器的環境照射可能是陽光，白熾燈或是熒光體燈產生的。典型的環境照射產生緩慢變化的低頻波形信號，代表落在投影屏幕和傳感器上的間歇性被遮擋的陽光或人造光。這種環境光產生的光學傳感器信號包括一個可變幅值的DC分量加上一個低頻分量。人造光的存在會產生與電源頻率有關的延伸進入兆赫茲頻率范圍的寬帶噪聲頻譜。雖然陽光分量可能是容易消除的，但是其有關的低頻變化會造成由投影的測量標記M產生的有用傳感器信號的損失或削弱。圖4A模擬了在測量投影標記M的過程中受到有陰影的陽光和人工照明的不必要照射影響的傳感器信號。選擇用來模擬陰影或間歇性陽光的波形具有三角波形，峰-峰幅值是3毫安，頻率大約為2Hz。用交叉陰影線表示的高頻噪聲分量疊加在三角波形上。圖4B表示與CRT產生和投影的標記M相對應的需要的傳感器信號。模擬的標記派生信號的周期被選擇為4毫秒，以便于每個顯示場四個標記測量。模擬的標記派生傳感器信號的峰值是50微安，上升時間大約是50微秒，標稱的下降時間是1毫秒。這樣就能看出，不需要的信號與有用信號的幅值之比是非常不利的，比例大約是60∶1。
輸入到放大器U280的傳感器信號包括有用和不需要的信號分量加上其他外來的感應信號。不需要的信號分量的幅值大大遮掩了投影測量塊M的間歇性閃光。如上所述，緩慢變化的低頻信號可能是由各種來源的環境光遮掩產生的，例如變化的烏云，灌木叢或樹的運動，或者甚至是人影。典型的寬帶噪聲來源是人造光源或陽光。
既然確認了有用和不需要的信號幅值的比例大約是60∶1，將光學傳感器信號耦合到放大器框280通過信號處理基本上消除不需要的信號分量。在框280中表示了八個并聯連接的光學傳感器S1到S8，各自的發射器通過一個低通濾波器耦合，并且在運算放大器U280輸入端上形成的一個低阻抗節點上相加，放大器型號例如TLO82。在圖3A中表示了和干擾電壓源Vinf串聯連接的一個雜散或寄生電容Cs。圖中的這一干擾信號源處在傳感器發射器的結上，然而，在傳感器的互連中普遍存在這種電容和耦合的干擾信號。用串聯連接的鐵氧體電感器FB1和連接到地的電容器C1構成一個低通濾波器。雜散電容Cs和電容器C1在數值上的比例能夠明顯地衰減由射頻干擾、掃描頻率信號或者可能造成放大器U280誤動作甚至造成部件損壞的高壓顯象管電弧分量產生的耦合或是感應的電壓Vinf。
當任何光學傳感器被照射時，一個由于光產生的電流例如Iill，從地通過被照射的光學傳感器晶體管的集電極發射極結流到低通濾波器。低通的傳感器信號電流被提供給運算放大器U280的反相輸入端，并且在輸出端轉換成低阻抗電壓。反饋電阻R29從放大器輸出端連接到反相輸入端，產生一個與光學傳感器輸入電流成比例的輸出電壓。放大器的正相輸入端連接到由連接在一個負12伏電源和零伏或地電位之間的電阻R30和R31構成的分壓器產生的例如-0.6伏的電壓源。放大器U280對傳感器電流的增益是由反饋電阻R29和并聯連接的電容器C2所確定的，是“高”。這一放大器增益迫使反相輸入端上的電壓非常接近等于正相輸入端上的電壓，例如負0.6伏。這樣，在反相輸入端上的電壓被用來偏置光學傳感器S1到S8，使各個集電極發射極結上的電壓恒定。在放大器U280的輸出端形成傳感器信號的一個DC耦合形成的低阻抗電壓型式，并且其負幅值隨著傳感器照射也就是傳感器電流的增加而增加。幅值比較大的負電源電壓被提供給放大器U280，以便有足夠的放大器裕量(headroom)或輸出信號擺幅，準許高電平的環境光造成的大的由于光產生的電流產生大的負信號電壓。反饋電阻R3的歐姆值是這樣確定的，讓后面的檢測器275能夠分辨例如50微安的標記派生的電流脈沖，同時能線性放大例如3毫安的與環境光有關的電流，從而避免放大器過負荷以及反饋環控制和所需信號分量所伴隨的損失。反饋電阻R29和一個電容器C2并聯連接，以提供頻率選擇反饋，將放大器U280的放大器高頻響應限制在大約58KHz的截止頻率。這種高頻反饋有益地縮小放大器的帶寬，從而減少不需要的噪聲和傳感器信號中拾取的外來信號。圖4C表示放大器U280的輸出，在圖中可以看到小鋸齒形的所需標記信號脈沖。
放大器U280的輸出通過電容器C3被AC耦合到一個連接到地的負載電阻R28。電容器C3和電阻R28構成一個高通濾波器的第一部分。電容器C3和電阻R28的結點還連接到電容器C4，它與電阻R27串聯連接構成高通濾波器的第二部分。第一濾波器部分濾除環境光信號的DC分量，因為它大約60Hz的截止頻率，能夠明顯減少與顯示屏幕的可變陰影照射有關的緩慢變化的信號分量的幅值。然而，例如由有用的標記閃光產生的正或負脈沖可以耦合到第二濾波器級。負向的由于光產生的電壓峰值是由標記塊M產生的，標記塊M被認為是周期性掃描與每個傳感器位置上看到的透鏡的出射光瞳為邊界的小面積熒光體所產生的閃光。盡管這種測量標記閃光的標稱頻率是60Hz，其快速上升時間和下降時間要比60Hz頻率的周期短得多。選擇第一高通濾波器級的時間常數，消除或是明顯減少由于環境光電平的緩慢變化造成的電容器C3充電和放電電流的影響，從而防止檢測器275過負荷。總而言之，反饋放大器U280和輸出高通濾波器配置提供了一種具有大約60Hz低頻截止和大約60KHz高頻極限的帶通濾波器特性。
在圖5中表示幅值頻率響應曲線，曲線A代表反饋放大器U280的光學傳感器信號響應，它是在向反相輸入端提供50微安傳感器電流脈沖時在電容器C4和電阻R27之間的第二濾波器部分上測量的。在圖6中，曲線A代表反饋放大器U280在經受1伏幅值的干擾信號時的響應，干擾信號通過一個10皮法拉的電容耦合到反相輸入端。
來自電容器C3的經過放大和帶通濾波的信號在電阻R28兩端形成負向電壓脈沖。這些電壓脈沖通過電容器C4被AC耦合并被電阻R27轉換成電流脈沖。圖4D表示電容器C4和電阻R27結點上的這些所需的電壓脈沖。串聯連接的電容器C4和電阻R27構成了高通濾波器級的第二部分。電容器C4阻擋DC電流Iref并且充電到檢測器晶體管Q10的基極電位。出現在經過濾波的傳感器信號中的正和負脈沖都被耦合到晶體管Q10的基極。正脈沖通過電阻R26被晶體管Q10的基極發射極結箝位，而從來自恒定電流Iref的傳感器轉向電流的標記照射導出的負向電流脈沖會導致晶體管Q10截止。如上文所述，當晶體管Q10截止時，在晶體管Q11的集電極上形成邏輯1值，并且形成圖4E中所示的輸出信號202，其3.3伏的電壓值表示傳感器的標記照射。因此本發明的具有帶通頻率特性的放大器能夠從光學傳感器信號中基本消除不需要的環境光分量，由此在屏幕受到環境光照射時能夠自動調定。
在圖3B的電路中表示了一個經由示范性串擾機制Css耦合到傳感器信號放大器U280A上的高頻干擾信號Vhf。如果這一串擾分量被放大，就會使傳感器信噪比降低，并且會在后續電路中造成虛假會聚的標記檢測。按照本發明的配置，只要耦合到放大器U280的差分輸入端，利用運算放大器的共模抑制就能基本上消除該串擾信號。在圖3B中采用了與圖3A相同的部件設計，而新的部件和數值用三個數字編號來表示。共模輸入端連接采用了例如20歐姆的電阻R320，它被連接在放大器U280A的差分輸入端之間。偏置電壓分壓器電阻R300和R310的值比圖3A中增大了一個因數2。本發明的這種配置的工作如下。
圖3B中所示的高頻串擾干擾信號Vhf通過示例性雜散電容Css耦合在例如在包含放大器U280A的TLO82型IC封裝的其它放大器部分(未示出)的相鄰端子之間。另外，在相鄰的電路板導體之間或是耦合到光學傳感器放大器U280A的反相輸入端的電路中也會發生串擾。電阻R320的有益作用是將很大一部分干擾信號耦合到放大器U280A的正相輸入端形成一個共模輸入信號。對兩個輸入端施加基本上相同的信號產生一個輸出信號Vo，從而大大降低由信號Vhf產生的串擾分量Vx的幅值。然而，盡管圍繞放大器U280A的反饋試圖將兩個輸入端維持在相同的電位，電阻R320在正相輸入端構成了一個衰減器的一部分，以保證兩個輸入端是不同的。這一差別在反相輸入端上產生負反饋信號，它被部分耦合到正相輸入端形成正反饋，產生一個信號峰值效應。
放大器U280對串擾信號Vhf的信號增益被電容器Css和C1構成的電容分壓器所分壓，對于圖3B所示的示范數值，在30KHz范圍內對于干擾信號該增益是在1到2之間。這一增益值比圖3A的電路配置中用來分割干擾信號Vinf的電容器Cs和C1構成的電容分壓器提供的放大開環增益值明顯地減小。耦合電阻R320的值是根據放大器U280A的輸入電壓偏移規格來選擇的。放大器U280A的偏移電壓按照在正相輸入端上形成的衰減器的比例被放大，這一比例是并聯電阻R300和R310除以共模耦合電阻R320，[(R300//R310)/R320]。例如，按照圖3B中所示的電阻值，這一比例大約是70∶1，對于例如+/-5毫伏的輸入偏移電壓，運算放大器會將這一偏移信號放大70倍，在放大器U280A的反相輸入端產生大約+/-350毫伏的變化。這對于將光學傳感器S1-S8上的偏置電壓維持在0.5到3伏之間是極為重要的。由于運算放大器的反饋作用會試圖將兩個輸入端維持在相同的電位，在反相輸入端就會形成這一偏置電壓。因此，反相輸入端就會跟蹤正相輸入端的電壓。如上所述，由于衰減的結果，這一偏移導致的放大器輸出電壓擺動比正相輸入端上的擺動要大，。然而，這一被放大的偏移電壓并不重要，因為低通濾波器電容C3會阻擋放大器輸出端的DC分量。用分壓器R300和R310構成的分壓器形成負0.8伏的額定光學傳感器偏置電壓。選擇這一偏壓值來提供足夠的裕量或凈空高度以保持光學傳感器晶體管的偏置電壓在500毫伏以上。
采用從放大器U280A的輸出端耦合到反相輸入端的電阻R29和電容器C2的并聯組合提供負反饋。這一反饋迫使共模電阻R320兩端的電壓基本上為零，因此，干擾信號Vinf的電壓幅值同樣也會降低。因為反饋在共模電阻R320兩端產生的電壓基本為零，基本上阻擋了通過電阻R320的傳感器電流Iill，并且有效地流過反饋電阻R29，在放大器U280A的輸出端產生一個傳感器信號電壓Vs。
圖5表示一種幅值頻率響應曲線，其中的曲線B代表在電容器C4和電阻R27之間的第二濾波器部分處測得的反饋放大器U280A的光學傳感器信號響應，輸入傳感器電流脈沖是50微安。圖6的曲線B代表反饋放大器U280A在受到通過10皮法拉電容耦合到反相輸入端的1伏幅值的干擾信號影響時的響應。
分別研究圖5和6中標有A的曲線可以看出，電路280的處理配置為傳感器信號與干擾提供的比例大約是2∶1或者6dB。因此，盡管圖3A的電路280能夠良好地抑制對環境光的傳感器響應，和傳感器裝置拾取，但是提供可靠的投影標記檢測的能力會因傳感器信號與干擾之比最小而受到損害，如圖6中曲線A所示。本發明的電路280A的處理配置是利用共模輸入端抑制干擾信號拾取，并且用耦合電阻R320有益地提供反饋，如在圖5和6中的曲線B上表示的有用和不需要的信號曲線所示，該反饋使幅值頻率響應達到最高。比較曲線B可以看出，帶通處理配置的高頻響應明顯地從60KH左右降低到8KHz左右，這定位超出電路280A的處理配置的帶通范圍的與掃描有關的干擾信號。電阻R320除了用于共模輸入端耦合之外還通過電阻R29從輸出端為正相輸入端提供正反饋。這一正反饋在帶通頻率范圍內大約7KHz處產生一種諧振或是峰值效應，與電路280相比能夠將有用信號增大約2.5倍。圖5的曲線B表明了將50微安傳感器輸入信號變換成大約53毫伏幅值的輸出信號的有益變換。與電路280的作用相比，相對于干擾信號，最終輸出電壓幅值下降到大約三分之一，或者3毫伏。縮減處理器帶寬并引入帶通峰值能夠有利地提高所需信號與不需要信號之比。比較圖5和6中所示的相應曲線B可見，電路280A提供的傳感器信號與干擾的比例大約是16∶1或者24dB。
本發明結合著對干擾電壓信號的共模抑制及其產生的帶通響應尖峰對傳感器電流信號進行電流至電壓變換的這種組合能夠保證將最佳傳感器信號與干擾之比提供給檢測器275。相對于圖3A所示的配置所作的描述，耦合用于檢測的傳感器信號基本上不變，但是大大免除了高頻串擾干擾，同時維持對環境照射的優良抑制作用。
權利要求
1.一種投影顯示裝置中的光學傳感器信號處理器，所述處理器的特征在于光學傳感器(S1-S8)，產生具有表示投影光柵照度的電流分量的傳感器信號(Iill)，所述傳感器信號包括掃描相關串擾電壓分量(Vinf)；差分放大(U280)，用于響應所述傳感器信號(Iill)產生輸出信號(Vo)，所述傳感器電流分量被轉換為放大的傳感器電壓分量(Vs)，所述串擾電壓分量被差分放大，其中所述傳感器電壓分量(Vs)具有比所述輸出信號(Vo)中的所述串擾電壓分量(Vx)大的幅值。
2.如權利要求1所述的處理器，其特征在于所述傳感器電壓分量(Vs)的數量級大于所述掃描相關的串擾電壓分量(Vx)。
3.如權利要求1所述的處理器，其特征在于所述輸出信號(Vo)被耦合用于在第一輸入端提供負反饋，以將所述傳感器電流(Iill)轉換為所述輸出端的所述電壓(Vs)。
4.如權利要求1所述的處理器，其特征在于所述輸出信號(Vo)被耦合用于在第一輸入端提供負反饋，在第二輸入端提供正反饋。
5.如權利要求1所述的處理器，其特征在于所述輸出信號(Vo)被耦合用于在第二輸入端提供正反饋。
6.如權利要求5所述的處理器，其特征在于按照施加于所述第二輸入端的所述正反饋控制所述放大器(U280A)的頻率響應。
7.如權利要求5所述的處理器，其特征在于按照施加于所述第二輸入端的所述正反饋可控地使所述放大器(U280A)頻率響應最大。
8.一種包括在投影顯示裝置中的易受信號串擾影響的會聚測量設備，所述測量設備的特征在于位于投影屏幕(700)邊緣附近用于響應入射光產生傳感器電流信號(Iill)的光學傳感器(S1-S8)；干擾電壓信號源(Vinf)；以及差分設置的具有第一和第二輸入端的放大器(U280A)，僅所述第一輸入端耦合到所述光學傳感器(S1-S8)，用于放大所述傳感器電流信號(Iill)，并且所述第一和第二輸入端耦合到所述干擾電壓信號(Vinf)作為共模信號輸入端，所述放大器(U280A)放大所述傳感器電流信號(Iill)和所述干擾電壓信號(Vinf)，以形成用于測量的輸出信號(Vo)，所述輸出信號(Vo)具有傳感器信號分量(Vs)，和干擾信號分量(Vx)，其中所述傳感器信號分量(Vs)的幅度明顯大于所述干擾信號分量(Vx)的幅度。
9.如權利要求8所述的測量設備，其特征在于所述傳感器信號分量(Iill)和所述干擾信號分量(Vinf)具有至少一個數量級的信號幅度比。
10.如權利要求8所述的測量設備，其特征在于所述第一輸入端經反饋電阻器(R29)耦合到所述放大器(U280A)的輸出端，用于按照所述電阻器(R29)的值負反饋放大所述傳感器信號(Iill)。
11.如權利要求8所述的測量設備，其特征在于所述第一輸入端是經反饋電阻器(R29)耦合到所述放大器(U280A)的輸出端的反相輸入端，用于放大所述傳感器電流信號(Iill)，以在所述輸出端形成電壓信號(Vs)。
12.如權利要求8所述的測量設備，其特征在于所述干擾信號(Vinf)經電阻器(R320)耦合到所述第二輸入端，以形成所述共模輸入信號。
13.如權利要求8所述的測量設備，其特征在于所述放大器(U280A)的輸出端經反饋電阻器(R29，R320)耦合到用于正反饋的所述第二輸入端。
14.如權利要求8所述的測量設備，其特征在于所述放大器(U280A)的頻率響應按照耦合到用于正反饋的所述第二輸入端的反饋電阻器(R29，R320)的值取極值。
全文摘要
一個用在投影顯示裝置中的光學傳感器信號處理器。該處理器包括產生傳感器信號(Iill)的光學傳感器(S1－S8),該傳感器信號具有表示投影光柵照度的電流分量。該傳感器信號包括掃描相關的串擾電壓分量(Vinf)。差分放大器(U208A)響應傳感器信號(Iill)產生輸出信號(Vs)。傳感器電流分量被轉換為放大的傳感器電壓分量,串擾電壓分量被差分放大。傳感器電壓分量具有比輸出信號中串擾電壓分量大的幅值。
文檔編號H04N17/04GK1343069SQ0113281
公開日2002年4月3日 申請日期2001年9月6日 優先權日2000年9月7日
發明者約翰·B·喬治 申請人:湯姆森特許公司