改進的三維顯示系統的制作方法

專利名稱：改進的三維顯示系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及顯示三維圖像的系統，更具體地說，但不是排他地，本發明涉及電子束偏轉變換、射束配準技術、隔行技術、數據處理和濾波、信號處理和方法等方面中的系統以及提供內建安全性和/或唯一識別手段的裝置的改進。發明背景這里，引入PCT/NZ93/00083申請作為參考，PCT/NZ93/00083申請廣泛地涉及一個由旋轉的涂磷的屏幕和一個或多個把圖像寫在屏幕(“陰極射線球面”)上的電子槍構成的系統。當屏幕掃過抽真空腔體內的顯示體積時，一個或多個電子槍對準屏幕輻射，激發磷涂層在所需的三維空間區上發光。
本說明書將采用PCT/NZ93/00083申請所用的術語。照射在顯示體積中的每一點稱為一個“立體象素”。立體象素是三維空間中形成一部分三維圖像的一個點。立體象素是兩維顯示系統(如，計算機監視器)中象素的三維類比。
正如PCT/NZ93/00083中所討論的，利用有關顯示體積中立體象素的徑向位置和垂直位置、電子槍相對顯示體積點和位置的屏幕角的三角表示公式，可計算所需的電子束的X偏轉角和Y偏轉角。然而，這種方法假設，電子槍嚴格地位于變換方程中所假設的位置和取向上。實際上，電子槍略微有些失準，如果采用理想的三角表示公式，就導致立體象素的位置誤差。試圖在三角表示公式中考慮這種失準的話，將導致非常復雜和計算起來很費時的偏轉坐標方程。這種顯示所需的電子槍定位的精確度水平依賴于麻煩的機械對準。上述申請還介紹了偏轉方程，這些偏轉方程假設，電子槍是在赤道上，位置是精確已知的。對于高于或低于赤道的電子槍，則需要能夠計算偏轉值。
為了探測撞擊在屏幕上的電子束的存在，更具體地說是在任何特定的時間上探測屏幕的方向，PCT/NZ93/00083介紹了一種把一個導體添加在圓周上的技術。當電子束穿過并擊在導體上時，在該導體中產生一個電流脈沖。由一個探測電路對該電流脈沖進行處理。PCT/NZ93/00083中所介紹的在屏幕周圍放置導體的技術存在這樣問題，即困難在于，要精確和安全地把這種導體放置在屏幕上，而屏幕的快速運動不致使它移動，從而不引起圖像的任何視覺遮斷。此外，當電子束穿過薄導體時，產生的電流“峰值”可能難以從噪聲背景中提取出來，因此降低從上述測量導出的屏幕位置的精確度。
還發現，由于靜電排斥的結果，堆積在屏幕上的電荷可能導致電子束畸變。于是，給入射到屏幕任何一點上的電子束的電子提供一條出路是有利的。
為了避免在銳角下進行屏幕尋址，可以逐步改變對屏幕尋址的電子槍間的轉換。這與PCT/NZ93/00083形成對比，在PCT/NZ93/00083中，是在特定的屏幕位置上突然轉換的。
本發明的顯示裝置可以加入有關器件的信息并由專有的軟件控制。因此，希望有某種使采用這種周邊裝置生效的和/或通過與屏特性有關的信息可與控制計算機通信的安全裝置。在與顯示系統一起出售指定的控制軟件時，這也可能是特別適宜的。在這種情況下，為了用一特定軟件與之相配能夠唯一識別顯示裝置是其一個優點。
為了防止未經許可使用軟件或裝置，迄今已經采用了許多技術。這些技術包括采用加有保護的軟件等。這些方法已經取得混合成功，但是，不太適合于提供陰極射線球體的安全性。因此，在三維顯示系統需要加入一些識別裝置。
為了減少圖像閃爍，對PCT/NZ93/00083作進一步擴展，包括類似兩維光柵掃描終端上采用的隔行掃描技術。
現已發現，陰極射線球體中產生的圖像的對比度會受到從顯示體積后面(相對觀察者來說)進入顯示體積中的背景光或外來光的不利影響。因此，需要降低這種背景光照量，從而增強圖像的對比度。
本發明的目的是提供一個精確地產生真實三維圖像的三維顯示系統，以克服上述困難，或者至少給公眾提供一個有用的選擇。發明概述根據本發明的方案1，提供一種顯示系統，包括一個抽真空的外殼，所述的外殼中至少有一部分是透明的；在所述外殼中的涂有磷的屏幕；在所述外殼中使所述屏幕旋轉的裝置，屏幕掃過顯示體積；定位在所述外殼中的一個或多個電子槍，當屏幕掃過顯示體積時能把圖像寫到屏幕上；以及根據被提供的圖像信息給一個或多個電子槍提供驅動信號的控制裝置，這里，限定圖像空間位置的偏轉坐標是通過基于顯示體積的坐標系統到基于一個或多個電子槍的坐標系統的變換而確定的。
較佳地，上述的變換是由矩陣方式確定的，所述矩陣的矩陣元對應于兩個坐標系原點分離的水平分量；分離的垂直分量；一個或多個電子槍繞其自身軸的旋轉角；以及屏幕角。
較佳地，矩陣元的確定是從屏幕上許多位置多次重復進行的，可以在其后取平均。
根據本發明的方案2，提供一種能夠探測顯示體積中電子束存在的裝置，所述的裝置包括一種加在顯示體積中屏幕上的導電材料，當電子束撞在屏幕上時所述導電材料適合于提供信號。
較佳地，導電材料可以是施加在屏幕一面或兩面上的導電涂層。
較佳地，采用的導電涂層是半透明的或透明的。
在另一個實施例中，導電涂層或是在屏幕與磷之間或是在磷涂層的頂上。
在本發明的方案3中，本發明提供一種能夠探測顯示體積中電子束位置的裝置，所述的裝置包括一個或多個加在抽真空外殼內或外的導電材料區，當電子束撞在外殼的內表面上時所述導電材料適合于提供信號。
較佳地，在外殼內表面或外表面上的導電涂層是透明的或半透明的。
較佳地，導電涂層可以包括一種金屬或者金屬化合物，如氧化銦錫，導電涂層可以用真空淀積或類似的現有技術形成。
在另一個實施例中，外殼內表面或外表面上的導電涂層覆蓋一部分表面。
在方案4中，本發明提供一種增大三維顯示系統中圖像對比度的裝置，在三維顯示外殼中/外殼上鍍有一層適合于衰減光強度的層，衰減進入外殼中的背景光。
較佳地，上述的層包括金或其他導電材料的薄膜層。
本發明進一步提供一種在三維顯示系統中顯示三維圖像的方法，所述的圖像包括像點列陣，這里像點稱為立體象素，相應于電子束與磷屏幕涂層的相交點，其特征在于在順次的屏幕旋轉期間繪出交替的立體象素，所述的繪圖適合于使整個圖像更新頻率降低，立體象素的帶寬增大。
根據本發明的方案5，提供一種識別物品的方法，該物品附加有多個導電符號組被電連接到一公共導體上，該公共導體被電連接到檢測電流存在的檢測裝置上。
根據本發明的方案6，提供一種識別物品的方法，這里電子束至少掃過一部分符號，在這部分符號中引起電流，該電流從探測裝置產生輸出信號，該輸出信號包含與用于識別該物體的符號相對應的信息。
符號或符號組的形式可以是條形碼、字母、數字、幾何圖形或其它任何所需的形狀組合。
本發明還提供一種加入物品的識別裝置，包括電連接到一個公共導體上和附加在物品上的導電材料形成的多個符號。
本發明進一步提供一種對每個電子槍在顯示體積中尋址的區域進行交疊的方法，這里在顯示體積中對屏幕尋址的各電子槍之間依次變換是逐步完成的。附圖簡說本發明的進一步目的和優點從以下的說明中將將變得更清楚，以下的說明僅采用例舉并參照附圖的方式，其中

圖1示出顯示體積的平面圖，這里，用這一手段確定參考標架分離的水平分量DH，圖中示出的參考標架分離的水平分量是由通過光束進入和離開顯示體積的探測點插入的兩條直線的相交點定義的。
圖2示出導出參考標架原點分離的垂直分量Dv的幾何關系圖。
圖3示出屏幕固定在旋轉軸上是如何限制Dv電子掃描的。Dv的確定必須出現在與代表水平未偏轉電子束掃描路徑的平面成角度Ψx上，通常屏將從下方來固定。
圖4以圖示方式示出在屏幕中把條形碼形式的單個導體添加在顯示屏底部邊緣。
圖5以圖示方式示出電子束掃過導電條形碼圖案，在方向A產生一列脈沖，由探測電路進行處理。
圖6示出由非隔行掃描(a)的隔行掃描(b)產生的立體象素圖案。
圖7示出最大立體象素密度的切分量是如何隨屏幕旋轉軸的距離增大而減小的。
圖8以示意圖的方式示出陰極射線球體的控制硬件。
圖9示出對電子掃過位于屏幕周邊的導體所產生的信號進行濾波處理。
圖10以示意圖的方式示出采用光纖隔離給電子束提供強度調制的電路。
圖11示出對電子掃過覆蓋整個屏幕的導電層所產生的信號進行濾波處理。
圖12示出一個后偏轉電子加速(PDA)裝置。
圖13示出用于放大邊緣的“躍遷”脈沖的電路。
圖14示出與三維顯示系統一起使用的主控卡的示意布局圖，以及示出能夠修改許多圖像特性(如亮度等)的寄存器。
以下的討論假設是熟悉PCT/NZ93/00083中所述的三維顯示的工作的。這種顯示的工作情況簡要地概述如下抽真空外殼中的涂覆磷的屏幕旋轉并掃過圓柱形的體積(在矩形屏幕的情況下)。一個或多個電子槍通常指向屏幕的中心。本領域的專業技術人員將會懂得，旋轉的屏幕產生三維的體積，這個三維體積可以被看作是由一些相鄰的薄的扇形體組成的，在屏幕旋轉期間屏幕依次在每個扇形體中短暫地駐留。本發明不限于矩形的屏幕，可以想象其它的直邊的屏幕形狀。也可以想象屏幕不是平面的。無論是屏幕相對垂直軸傾斜還是向其高度上扭轉都是有好處的。其原因如下被寫在顯示體積中的圖像通常有許多垂直的線元素。對于一個垂直的或非扭轉的屏幕，產生這樣圖像的立體象素將在相同的扇形體中。與之相對，如果屏幕是傾斜的，垂直的線元素的立體象素將在若干個扇形體上散開。這能夠增大圖像寫到顯示體積中的效率。在特定的時刻，一個或多個電子槍發射的電子束可以掃過或偏轉到所需的位置，因此激勵在這一時刻“居住”在已知空間位置的磷光體。實際上，通過電子槍的排列能夠照射顯示柱形體積中的任何一點。知道屏幕的旋轉速度和電子束與屏幕相交點的位置，便可產生三維圖像。有關進一步的詳情，讀者可以參考PCT/NZ93/00083。
對本說明書的目的而言說明這種顯示方式的一般工作性能已經足夠。
為了在顯示體積中精確地重現立體象素，必須確定施加到電子束上的X偏轉和Y偏轉以及與屏幕旋轉同步的電子束脈沖的定時。如上所討論的，以前用于計算所需偏轉角的技術一直采用顯示體積中每個立體象素的徑向位置和垂直位置、電子槍相對顯示體積的位置的三角表示式。這種方法假設，電子槍是嚴格位于變換方程所假設的位置和方向上。構造上的一些困難將使電子槍不可避免地存在稍許的失準。這將導致立體象素位置的誤差和光束的非線性傳播。
計算偏轉角的新穎的方法如下該方法不是假設電子槍的參考標架相對顯示體積的參考標架是特別理想的再確定其的偏差，而是把電子槍的參考標架定義為對應于電子槍實際物理位置。因此，根據定義電子槍不存在偏離這種參考標架的偏差，所以把電子束偏轉與顯示體積中立體象素位置聯系起來的幾何關系是沒有多大價值的。由于不需要確定偏離理想參考標架的偏差，只需要確定顯示體積的參考標架與電子槍之間的實際關系。然而，一旦確定了這一關系，它就被封在一個變換矩陣中，每個立體象素的偏轉計算是較為直接的。
新的變換的數學形式是矩陣相乘的形式而不是三角公式。用一個4×4的齊次變換矩陣可描述兩個坐標系間的空間關系。必須確定決定從顯示體積坐標系到電子槍坐標系或者是等效于顯示體積在電子槍參考標架中位置和取向的變換的參數。
4×4變換矩陣作用在一個4×1向量P上，其前三個元素是顯示體積中立體象素的矩形位置坐標(x，y，z)。第四個元素是一個不采用的設定為1的標量參數。因此，向量為(x，y，z，1)t對于旋轉與平移的任何組合，矩陣M的形式為r11r12r13t1r21r22r23t2r31r32r33t3000l]]>這里，左上方的3×3子矩陣規定為旋轉，右邊的3×1向量相應于平移。
在討論射束配準方法前，必須提出確定抽真空外殼中電子束位置的方法。正如PCT/NZ93/00083中所討論的，在單個和多個電子槍的系統中，為了使圖像的畸變減至最小，電子槍與屏幕適當對準是重要的。在多個電子槍中，為了保證由不同的電子槍所寫的各部分圖像之間平滑的過渡，電子槍精確地對準也是重要的。在電子槍以銳角入射在屏幕上的情況中，電子槍的精確對準也是重要的。顯然，在這樣的射束/屏幕幾何關系中，立體象素的空間位置對電子槍的失準是十分敏感的。在生產中電子槍的對準是困難的和費事的。此外，如果電子槍變得失準或者放大器的特征產生變化，則這種技術需要進行系統的返修和重新對準。放大器和偏轉板的非理想的特征還將影響電子束的線性度的變化。放大器響應的非線性度和電子束的偏轉與偏轉板電壓的函數關系也將影響偏轉的線性度。
因此，需要知道在任何時候的電子束相對顯示體積的實際位置。PCT/NZ93/00083介紹了一種把薄的導體(在實施例中是導線)固定在屏幕周圍的方法。
當電子束撞擊在導線上時，導線中產生電流，用一個探測電路可以探測到該電流。將輸出信號提供給控制計算機，利用該信號，能夠獲得許多測量結果，如確定屏幕垂直于特定電子槍射束的位置和任何時刻的屏幕的角度位置。通過多次地水平和垂直地掃過屏幕，可以計算電子槍的失準進而給予補償。此外，如果在屏幕的周圍提供導體，則計算機也知道必須寫入圖像的X和Y偏轉板的值。
與屏幕周圍采用薄的導體不同的另一種新穎的方法是在整個屏幕的表面上淀積一層薄的透明的導電涂層。其電學連接與PCT/NZ93/00083所述的相似，當電子束撞擊在屏幕的任何部位時，能夠探測到電流。
在屏幕的兩面都施加導電的涂層并且使涂層足夠薄以致是透明的或半透明的。涂層可以是金、鋁或任何類似的材料。另外，可以采用在玻璃上預先涂覆一層導電的氧化銦錫。
這層材料的淀積也可以采用真空中蒸鍍或者類似的現有技術進行。
本技術較以往的導體結構進一步有利的好處在于，給射束的電子提供了一條出路，大大減少了堆積在屏幕表面上的電荷。這種靜態電荷的堆積會由于靜電排斥使射束路徑畸變，因此，這種電荷堆積的減少將產生更鮮明的更清晰的圖像。
導電涂層既可以在磷光體的表面上也可以在磷光體與屏幕之間。然而，在涂層在磷光體層頂上的情況中，由于光束會被導電涂層衰減，導電涂層的厚度將會導致立體象素的部分內反射或減光。如果導電涂層位于磷光體層的下方，信號會變弱，由于是從屏幕的每一邊看的，還存在立體象素亮度的一些非對稱性。這是由于在一邊上產生的來自立體象素的光從屏幕出射到另一邊前要穿過兩層涂層。因此，較佳地，涂層的構造應給從立體象素出射的光提供一條光學對稱的路徑，即前一種構造是較佳的。
將會明白，導電層和磷光體層都應當足夠薄，以保證立體象素具有高度的透明度和均勻性。其推論是，為了減小視覺上的死區，屏幕本身應當盡可能的薄。
在顯示殼體本身內也可以施加透明的導電涂層。能夠利用這種內部的導電涂層探測顯示屏幕的“陰影”。當電子束掃過顯示殼體的內部時，內部涂層中檢測出的電流信號對應于未擊中屏幕的電子束。另外，可以將導電涂層施加在顯示殼體的外部或外殼上。內部的涂層和外部的涂層都可以是修補形的或其它一些所需形狀。當電子束入射在外殼的內部時，在外殼外部的導電涂層中感應電荷。這是由于電容效應引起的，利用該電容效應能夠提供與擊在外殼內部的電子束相對應的信號。利用以上信號能夠有助于電子束的定位。參考圖13，考慮電子束在導電屏幕上掃描。當電子束擊中屏幕時，產生一電流。將該電流饋送到輸入端1，將其轉變為電壓。當射束掃過屏幕邊緣擊中顯示球體時，產生符號相反的電流。將其饋送到輸入端2，轉換為電壓。將兩個電壓中的一個反相，對兩個電壓求和，得到一個信號，代表過渡增大一倍。這種技術的功效取決于每個脈沖上的背景噪聲水平，在不利的情況中背景也被放大了。
將導電層(單層或多層)置于外殼的殼內邊或殼外邊的進一步好處在于，電子槍到探測位置將被大大地增大(對于探測點在屏幕邊緣上掠射點之后的幾何關系而言)。在確定變換元素計算所需的幾何值中，它具有降低誤差的作用。在測量以兩種角度掠射屏幕的射束之間的時間差的地方，將觀察到類似的誤差減小作用。對于兩種掠射事件，如果信號是從外殼檢測的，時間誤差將被減小。
這種信號與其它射束掃描參數項結合能夠用于幫助射束的配準。
參考圖1，圖中示出“虛擬原點”的確定。在確定DH中采用虛擬原點(即電子束原點的表觀點)。用上述技術可以測量兩對點7，8和9，10。通過插入到原點，如直線4和5所示，可以找到虛擬原點。這個原點與實際的射束物理原點無關，在任何情況中，這個原點的物理測量沒有什么意義。
用于具有上述屏幕涂層結構的顯示裝置的一種射束配準方法如下以下的論述假設，電子槍的定位具有高度的機械精密度，所以大致知道未偏轉的射束指向何處。還假設未偏轉的電子束穿過顯示體積的中間(顯示體積坐標系的原點)。變換矩陣M形式為a1b1c1t1a2b2c2t2a3b3c3t3000lcosφ-sinφ00sinφcosφ0000100001]]>右邊的矩陣描述電子槍繞其自身光軸旋轉φ的作用。左邊的矩陣描述將顯示體積的直角坐標系(這里z軸是垂直的)變換為電子槍坐標系(這里，x和y軸與X和Y偏轉方向重合，z的方向沿電子槍的光軸，正如論述中假設的，與顯示體積坐標系的原點相交)所需的平移和旋轉。
矩陣元(t1，t2，t3)描述兩個坐標系原點間的平移t1＝DHcosθt2＝DHsinθt3＝Dv其中，θ是顯示體積坐標系的x軸和y軸相對電子槍的角度，DH是兩個坐標系原點間分離的水平分量，DV是垂直分量。
矩陣元(c1，c2，c3)由(t1，t2，t3)給出(c1，c2，c3)＝(-t1，-t2，-t3)/(√(t12+t22+t32))和(b1，b2，b3)為(b1，b2，b3)＝(-cosθsinα，-sinθsinα，cosα)，式中θ＝arctan(t2/t1)α＝arccos[(√t12+t22)/(√(t12(t12+t22+t32))]然后通過叉積a＝b×c，由上得到矩陣元(a1，a2，a3)，即(a1，a2，a3)＝(b2c3-b3c2，b3c1-b1c2，b1c2-b2c1)為了進行變換必須確定這些矩陣元的數值。
變換矩陣M中的所有矩陣元是由四個參數DV，DH，θ和φ導出的。
參考標架分離的水平分量DH是通過射束以零垂直偏轉掃過顯示體積而確定的。射束可以在旋轉軸兩邊的任何一邊上偏轉，如圖1所示。通過導電屏幕配準的脈沖的開始和結束相應于電子束進入和離開顯示體積。即相交的顯示體積是由矩形屏幕的旋轉產生的。通過確定對應于這些極點的角度，能夠確定這些極點在顯示體積中的(x，y)坐標。通過在這兩組點(在屏幕旋轉軸的兩邊各一組)插入一條直線，兩直線的相交處給出電子槍在顯示體積坐標系中的水平位置。
一旦已知電子槍在顯示體積參考標架中的(x，y)位置，便可以確定屏幕正交于電子槍光軸水平分量的角度θ。
當屏幕正交于電子槍的光軸時，通過使射束偏轉直至恰好掠入屏幕邊緣，可確定電子槍繞其自身軸的旋轉角。通過使射束與屏幕旋轉同步，以致只有在屏幕通過該位置時射束才通過，可以識別法向位置。在屏幕邊緣上的幾個位置上進行這一過程。在這一論述中，我們把電子槍的偏轉考慮為從電子槍看是在屏幕的右上側。然后電子束緩慢地垂直移動。如果向上的移動導致信號消失，那么電子束向下移動，反之亦然。在這種情況中，當電子束向下移動時信號將重現。通過使電子束向下移動一定的量，然后向外偏轉直至再次探測到屏幕的邊緣，可以從幾何關系推導角度φ。通過使電子束以圓形方式掃描并探測圓形掃描圖案對稱地疊加在屏幕上的點，也能夠進行上述的確定。這一技術僅適合于一定的屏幕幾何形狀。
從圖2所示的幾何構造可以確定參考標架原點分離的垂直分量DV。電子束向上向下垂直偏轉，測量電子束恰好掠入屏幕邊緣的偏轉電壓。圖2中的幾何關系可以導出含有DV的Ψ1/Ψ2的表達式。Ψ1和Ψ2是圖2中的垂直偏轉角。這個表示不能以分析方式倒轉到提取DV。因此，必須以數值方式從表達式中確定DV。
如圖3所示，實際上，為了確定電子束23掠入屏幕11邊緣的偏轉電壓，采用純的垂直偏轉未必是可行的。這是因為屏幕11與夾片22一起連接在軸21上，夾片22將會遮擋屏幕的導電邊緣。因此，上述的方法不能夠向屏幕一邊(在不變的水平偏轉下)進行，如圖3所示。
為了使上述過程獲得的結果誤差減至最小，每一次測量重復多次，以確定每個參數的平均值。各個值在平均值上下散開還表示電子束配準過程的可靠性。
在可能時，還應當在屏幕或顯示體積中的不同區域進行這一過程。例如，在屏幕邊緣的不同位置上進行φ的確定以及在屏幕旋轉軸的兩側的每一側進行DV的確定。
矩陣變換提供的附加好處是不用假設電子槍是在赤道上。電子槍可以達到赤道上方或下方大約45°。
對PCT/NZ93/00083顯示系統的進一步改進是，可以逐步進行電子槍在屏幕上尋址之間的轉換。在一定的屏幕位置范圍上，可以有兩個電子束對屏幕尋址，每個電子束取出該區域中一部分立體象素。
對于PCT/NZ93/00083中所描述的這樣一個顯示裝置，通常特別要求顯示系統的硬件能夠被唯一地識別。這種識別可以采取把在制造時諸如工作參數、序列數或版權信息等信息編碼在顯示上的形式。這些工作參數可以包括顯示屏的物理尺寸、色彩能力、掃描格式、甚至是控制計算機采用的軟件部分。
在這些信息被用于證實硬件系統的情況中，以模擬計算機上硬件保護裝置的方式，以對用戶來說安全和不能進入的方式對信息進行編碼是重要的。為此，附加在真空中顯示屏上的導電條形碼代表一個實際上的防護屏識別裝置。
參考圖4和圖5，圖中示出讀寫編碼信息的較佳的配置。在這一實施例中，信息被編為條形碼，固定在屏幕的周圍上，以條形碼的形式對信息進行編碼的方法有多種多樣，是已知技術。參考圖4，顯示屏幕110上的條形碼是由附加在其上的導電材料形成的。導電條形碼101與公共導體102電連接。公共導體102與探測裝置116電連接。
應當明白，盡管在這個例子中條形碼的軸是與顯示屏幕的水平軸平行的，但是條形碼的軸可以定位在電子束能夠掃過它的任何方向上。條形碼位置的控制還必須不影響圖象，寫到電子撞擊在磷光體上所產生的顯示體積中。
為了讀出條形碼，電子束至少要掃過一部分條形碼100。也可以以這樣的方式讀出條形碼，即在任一時刻僅掃過一部分條形碼，因此增大了信息被未證實的用戶破譯的難度。
當電子束擊中導電的條形碼部分101時，產生一電流，經公共連接器102、軸111和線路115流到探測器116。探測器116產生一個輸出信號，經線路117提供給控制計算機。在不變的y板偏轉電壓下，通過電子束沿條形碼的軸掃描，讀出條形碼。只有當電子束擊中條形碼的導電部分，才通過線路117將信號提供給控制計算機。因此，沿條形碼的軸的一次完整的掃描將產生一串信號，對這串信號進行解碼可以得到條形碼中所包含的信息。將會明白，如果電子束以不變的速度在條形碼上掃描的話，將根據條形碼100的導體的間隔，產生相應間隔的一串脈沖。
通過真空淀積、電鍍或其它一些已知的技術，可以在顯示屏幕上形成導電的條形碼。形成導電體的較佳材料是氧化銦錫或任何用于涂覆陰極射線球和/或屏幕的導電材料。然而，其它的導電材料或導電材料的組合也是合適的。
條形碼的物理尺寸一方面受所選制造技術、電子束的掃描分辨率以及所需的信息密度極限的制約，另一方面受條形碼掃過體積不影響或遮擋圖象的要求的制約。
應當明白，盡管這一實施例是以導電的條形碼的方式描述的，但是，導電的圖案可以是字母、符號、或任何電子沿預定軸掃描將產生一串控制計算機可以處理或識別信號的兩維形狀。
編碼信息的讀出通常是在顯示開始時進行的。然而，為了證實起見，在工作期間可以進行周期性的掃描。
雖然識別裝置附加在其上的物品目前被設想為是如PCT/NZ93/00089所述的三維顯示屏幕，但相信，這一技術在其它諸如陰極射線管等真空顯示裝置中可以找到應用。
增大每次圖象更新周期中可以顯示的最大立體象素數的方法采用一種類似于光柵掃描終端上使用的隔行方法的技術。
在陰極射線球上是這樣實施這一技術的在這樣一行圖象元2的中不是繪出每次屏幕旋轉中的每個點1，而是可以在依次旋轉中繪出交替的點3(見圖6)。然而，為了避免增大閃爍，必須增大屏幕旋轉速率直至閃爍的強烈程度和掃描線的連續性與非隔行圖象相同為止。
如果每秒鐘能夠在顯示體積(與每個立體象素的激勵時間相同)中示出更多的立體象素，這一技術將是較佳的。如果假設圖象僅包括這樣一種隔行技術能夠應用的簡單的情況(如直線或弧線)，這就要求隔行的旋轉頻率低于非隔行的旋轉頻率的兩倍。如果圖象包含諸如隔行不方便用的額外簡單的(如單點的)情況。那么，可以進行隔行的圖像的立體象素部分(現在小于1)將進一步降低，與旋轉頻率因子“扯平”(對于僅包含直線和曲線的圖象，小于2而不是2)。
PCT/NZ93/00089中所描述的顯示裝置的工作，存在的另一個困難是對產生一個立體象素所花的時間長度有物理限制。在“產生期間”，靶屏幕移動一個小角度。因此，對顯示體積中所能獲得的角度立體象素密度加以限制。因此，最大立體象素密度的切向分量隨屏幕旋轉軸的距離增大而減小(見圖7)。此外，顯示體積上的分辨率和定位精確度存在許多非均勻性，這主要是由靶屏幕與電子槍之間的角度變化的緣故造成的。然而，從用戶的視角看，要求顯示體積作為一個三維迪卡爾空間-模擬兩維圖形終端。實現這一要求的一種方法是在立體象素在顯示體積中顯示前對其進行濾波，使在顯示體積中任何地方能夠支持的三個垂直的迪卡爾方向的每個方向中密度均勻。因此，如果圖象平移到顯示體積的不同部位，被表示的信息量沒有減少。
設想這樣一個可以在軟件中實現的濾波器，但是，這樣的實施計算起來似乎是費時的，未必能夠實時地與被顯示的圖象相互作用。因此，這樣一個濾波器可以在硬件中實現或者作為一個軟件中的濾波器用于各個所需的圖象。
進一步設想，為了降低角度立體象素的擁擠，以上的隔行技術可以用于基本上位于一個徑向平面中的直線和曲線。
圖8示出陰極射線球(CRS)控制硬件的示意圖。計算機卡控制消隱放大器和偏轉放大器，消隱和偏轉放大器驅動電子槍在顯示體積上尋址。消隱放大器大約在-4kV浮動，通過光纖隔離與計算機卡隔離。圖14示出計算機卡的詳細情況。卡本身因而也就是計算機接收屏幕上顯示的反饋(屏幕每旋轉一次2個脈沖)和撞擊在屏幕上電子束電流。正如PCT/NZ93/00089中所描述的，當通過支撐涂覆磷光體的屏幕的旋轉軸的孔探測到激光射束時，便產生一個計時信號(在前述的說明書中成為檢引信號(indexing signal))。以上文件描述了可以在略小于旋轉軸的角度下鉆孔，以致在每一次旋轉中僅產生一個脈沖的技術。在本系統中，鉆的孔嚴格地通過軸的中心，對索引信號進行濾波以提供所需頻率的信號。這是通過將索引信號除以2并使其相位轉變180°完成的。初始條件將限定電子束將對屏幕上的那個邊尋址，然而，相位可以由用戶選擇。因此，對于在屏幕的各個邊上配置不同類型的磷光體的涂層結構，可以影響色彩的變化。索引信號也被用于上述的電子束配準技術。
如果電子束探測導體位于屏幕的周圍，從電子束探測電路提取的信號將包括序列的脈沖和背景噪聲(見圖9)。信號串通過差分電路，因此，為下一步處理提取脈沖和提供“潔凈”的信號。
如果屏幕全部涂覆導電材料，當電子束掃過屏幕時，通過探測電子電路從屏幕上接收的信號將由交替的高電壓信號和低電壓信號組成(見圖11)。電子束配準的過程需要有關電子束進入和離開顯示體積的信息。如果對屏幕上的信號進行差分處理，能夠提取邊緣的位置。輸出信號包括交替的正、負脈沖，對應于屏幕信號的前沿和拖尾邊。對負的信號脈沖進行倒相，提供一個全部為正脈沖的信號串。正脈沖的時間分布被電子束配準算法所采用。
消隱電路采用一根光纖連線將消隱放大器(它與陰極電壓在-4kV下浮動)與控制電子單元有關的電路隔離開來，并與控制卡通訊。
參考圖10，電路的工作情況如下。用一個兩比特的碼識別每一個電子槍，允許給電子槍的識別提供消隱信息。00對應于電子槍1，01對應于電子槍2，10對應于電子槍3。組合11給所有電子槍發送消隱信息。消隱信息本身是單獨編碼的，例如，8比特的精度產生256個強度等級。這一信息通過光纖連線送到數字/模擬(D/A)轉換器和消隱放大器。相對陰極電壓約-100V的電壓足以能夠完全區分電子束電流。
如PCT/NZ93/00089中所述的存儲器結構是由兩組RAM實現的，這里圖象寫到一組RAM上，而從另一組RAM檢索圖象數據。提出了一種改進的依次操作三個電子槍中每個槍的存儲器結構。
在任何時刻，通常不會有一個以上的電子槍對顯示體積尋址。余下的兩個電子槍是不工作的。通過單獨控制每個電子槍的卡能夠利用這一特性，這里每個卡上有一組RAM。通常，三組RAM中有兩組2/3的時間是空閑的，剩余的一組專門寫到顯示體積上。該技術避免了對PCT/NZ93/00089“倒轉的RAM組”方法的需要，在數據處理速度上提供了優勢。
由于帶電粒子在電磁場中移動特性作用的結果，電子束的偏轉靈敏度隨加速電壓的增大而減小。對于更高的電子速度，需要用更高的偏轉電壓使電子束以特定的方向掃描。然而，為了保證適當的立體象素亮度，需要高能量的電子束，因為高能量的電子在磷涂層上產生更強的熒光。
獲得高電子束偏轉靈敏度同時維持高的電子束能量的一種方法是在電子束被偏轉后對其進行加速。這個過程稱為偏轉后加速(PDA)。這種技術是現有技術中共知的。幾種PDA技術采用了柵網，這種方法最適合于陰極射線球。其它的方法由于下列原因存在一些問題屏幕是勻速移動的，因此，不適合被用于維持偏轉后加速電位，電子通過該電位區移動。此外，陰極射線管的管壁并不是連續地接在屏幕的周圍，也限制把限定靜電邊境條件的電位加在電子路徑上。
能夠使PDA技術應用于陰極射線球上一種方法是，在電子槍錐體中的兩個柵網之間產生一個加速電位(見圖12)。電子束將碰到的第一個柵網通常具有與電子槍相同的電位。然而，第二個柵網則具有較高的電位，因此把PDA加到電子束上。這個區域中的電位可以由加在進入錐體周圍導電涂層上的插入電位進一步限定。除了結構不同外，這與陰極射線管中采用的PDA技術是相似的，最后的電位是由屏幕本身的電壓而不是由第二柵網電壓限定的。
這種技術存在的一個問題是，由于電子束要穿過每一個柵網，電子束電流被衰減約90％。因此，與電子槍發射的初始電子束電流相比，從第二柵網出來的電子束電流大為降低。
已知陰極射線管存在的又一個問題是在外殼中未偏轉的電子的軌跡不是嚴格的直線。由于外部的磁場(例如，地球的磁場)，電子被偏轉，按照非直線的路徑前進。這個路徑可以用一個二次曲線來描述。提出了一種解決的辦法，這里，通過與二次曲線軌道擬合的曲線，針對特定的環境對陰極射線球進行定標，對于外部磁場引起的路徑彎曲，對通過顯示體積發射的所有電子束進行校正。對于顯示體積中的不同屏幕位置，從邊緣測量結果中能夠提取曲線擬合所需的信息。用這種方法，能夠對電子束的實際路徑與理想的直線路徑進行比較，作出適當的校正。這樣的定標只需要在顯示系統設置、移動或經受不同磁場環境時進行。此外，利用PDA由于電子具有更高能量將降低地球磁場的影響。
盡管本發明以舉例和參考一些實施例的方式描述的，但是，應當明白，只要不偏離附加權利要求中所確立的范圍和精神，可以作出改善和/或改進。
在以上的介紹中，已經參照具有已知等價物的總體和部件，然后這種等價物在此如各別地陳述加以結合。
權利要求
1.一種顯示系統，包括一個抽真空的外殼，所述的外殼中至少有一部分是透明的；在所述外殼中的涂有磷的屏幕；在所述外殼中使所述屏幕旋轉的裝置，屏幕掃過顯示體積；定位在所述外殼中的一個或多個電子槍，當屏幕掃過顯示體積時能把圖像寫到屏幕上；根據被提供的圖像信息給一個或多個電子槍提供驅動信號的控制裝置，其特征在于限定圖像空間位置的偏轉坐標是通過基于顯示體積的坐標系統到基于一個或多個電子槍的坐標系統的變換而確定的。
2.如權利要求1所述的顯示系統，其特征在于所述的變換是依靠矩陣方式確定的，所述矩陣的矩陣元對應于兩個坐標系原點分離的水平分量；分離的垂直分量；一個或多個電子槍繞其自身軸的旋轉角；以及屏幕角。
3.如上述任一權利要求所述的顯示系統，其特征在于矩陣元的確定是從屏幕上許多位置多次重復進行的，可以在其后取平均。
4.一種顯示系統，包括一個顯示體積，顯示體積結合一種能夠探測顯示體積中電子束存在的裝置，所述的裝置包括一種加在顯示體積中屏幕上的導電材料，當電子束撞在屏幕上時所述導電材料適合于提供信號。
5.如權利要求4所述的顯示系統，其特征在于導電材料可以是施加在屏幕一面或兩面上的導電涂層。
6.如權利要求5所述的顯示系統，其特征在于采用的導電涂層是半透明的或透明的。
7.如權利要求5或6所述的顯示系統，其特征在于導電涂層或是在屏幕與磷之間或是在磷涂層的頂上。
8.一種能夠探測顯示體積中電子束位置的裝置，所述的裝置包括一個或多個加在抽真空外殼內或外的導電材料區，當電子束撞在外殼的內表面上時所述導電材料適合于提供信號。
9.如權利要求8所述的能夠探測顯示體積中電子束位置的裝置，其特征在于在外殼內表面或外表面上的導電涂層是透明的或半透明的。
10.如權利要求8或9所述的能夠探測顯示體積中電子束位置的裝置，其特征在于導電涂層可以包括一種金屬或者金屬化合物，如氧化銦錫，導電涂層可以用真空淀積或類似的現有技術形成。
11.如權利要求8至10中任一項所述的能夠探測顯示體積中電子束位置的裝置，其特征在于在外殼內表面或外表面上的導電涂層覆蓋一部分表面。
12.一種增大三維顯示系統中圖像對比度的裝置，在三維顯示外殼中/外殼上有一層適合于衰減光強度的層，以衰減進入外殼中的背景光。
13.如權利要求12所述的增大三維顯示系統中圖像對比度的裝置，其特征在于所述的層包括金或其他導電材料的薄膜層。
14.一種在三維顯示系統中顯示三維圖像的隔行方法，所述的圖像包括像點列陣，這里像點稱為立體象素，相應于電子束與磷屏幕涂層的相交點，其特征在于在順次的屏幕旋轉期間繪出交替的立體象素，所述的繪圖適合于使整個圖像更新頻率降低，立體象素的帶寬增大。
15.一種識別物品的方法，所述的物品有多個附加并電連接到一個公共導體上的導電的符號，公共的導體電連接到一個探測電流存在的探測裝置上。
16.如權利要求15所述的識別物品的方法，其特征在于電子束至少掃過一部分符號，在這部分符號中引起電流，該電流從探測裝置產生輸出信號，該輸出信號包含與用于識別該物體的符號相對應的信息。
17.如權利要求15或16所述的識別物品的方法，其特征在于符號或符號組的形式可以是條形碼、字母、數字、幾何圖形或其它任何所需的形狀組合。
18.一種加入物品的識別裝置，包括電連接到一個公共導體上和附加在該物品上的導電材料形成的多個符號。
19.一種對每個電子槍在顯示體積中尋址的區域進行交疊的方法，其特征在于在顯示體積中對屏幕尋址的各電子槍之間依次變換是逐步完成的。
20.一種顯示系統，所述系統大體上如上所述并參考附圖。
21.一種識別物體的方法，所述方法大體上如上所述并參考附圖。
22.在顯示體積中對電子束定位的裝置，所述裝置大體如上所述并參考附圖。
23.一種顯示圖象的方法，所述方法大體上如上所述并參考附圖。
全文摘要
本發明涉及對三維顯示系統的改進。介紹了一種變換技術,通過把基于顯示體積的坐標系變換到基于一個或多個電子槍的坐標系,可以確定限定寫到顯示體積中圖象空間位置的偏轉坐標。其應用進一步涉及到確定顯示體積中電子束位置的技術。這些技術涉及到在不同的位置(如屏幕和顯示外殼本身)上對導電材料進行定位,從而能夠探測撞擊的電子束,推導出電子束在顯示體積中的位置。圖象增強技術與在屏幕上和/或外殼上蒸發導電膜的定位技術一道作了介紹。介紹了立體象素描繪技術的改進,從而提高了顯示體積中產生的圖象的質量。其技術包括隔行掃描打印定位。通過在屏幕上疊加或淀積一種特定的導電媒介結構提供附加的改進,導電的媒介中加有信息,通過粒子束在其表面上掃描,引出導電媒介中瞬時電壓或電流,從媒介中可提取或讀出信息。
文檔編號H04N13/00GK1183878SQ96193808
公開日1998年6月3日 申請日期1996年4月4日 優先權日1995年4月6日
發明者巴里·喬治·布倫德爾 申請人:巴里·喬治·布倫德爾