具有對準光學器件和電子設備的投影儀的製作方法
2023-05-28 16:15:16 4
專利名稱：具有對準光學器件和電子設備的投影儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學及電子設備領域，特別涉及投影儀。
背景技術：
本申請是Winthrop Childers於2002年12月3日提交的名稱為「具有掃描光學器件的投影儀(Projector having ScanningOptics)」的美國專利申請第10/309425號的部分繼續申請和Winthrop Childers於2002年5月3日提交的名稱為「具有掃描光學器件的投影儀(Projector having Scanning Optics)」的美國專利申請第10/138765號的部分繼續申請。
採用透射或反射空間光調製器的投影儀在現有技術中是公知的。然而，採用透射空間光調製器的投影儀往往會因投射光必須通過空間光調製器而產生暗淡的圖像，而採用反射空間光調製器的投影儀價格昂貴，因而不被廣泛的社會應用所接受。
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製器，因而能夠按較低的成本產生明亮的圖像。這種新式的改進投影儀為此採用了掃描光學器件，其中多個發光源按照圖像改變其強度。掃描光學器件掃描由發光源輸出的光，以便按照圖像覆蓋一個二維平面。儘管這種投影儀比現有技術的空間光調製器投影儀有了明顯改進，但是由於發光源被耗盡(burned out)、被錯誤導向(misdirected)或在臨界狀態下工作，會導致所產生的圖像嚴重變壞。出於諸如此類原因，因而需要本發明。
發明內容
在第一優選實施例中，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域上。投影儀包括光引擎，它產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光源中被耗盡的那些發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。
在本發明第二優選實施例中，投影儀包括傳感器和計算電子設備，它們從發光源接收信號並產生和存儲對準信息，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。在這一優選實施例中，光引擎產生一個超級象素，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。
在本發明第三優選實施例中，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定形狀的觀看面區域上。投影儀包括光引擎，產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域上每一個獨立的可尋址的象素位置。在這一優選實施例中，傳感器和計算電子設備是有助於表徵投影儀並且將該特徵信息存儲在投影儀控制電子設備中的工廠對準系統的組成部分。
通過參照對本發明實施例的以下結合附圖的說明，本發明的上述特徵及實現這些特徵的方法將變得顯而易見，並將能最好地理解本發明本身，在附圖中圖1是按照本發明構成的投影儀的方框圖；圖2A-B是圖1的投影儀產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生器和掃描光學器件的示意圖；圖4是按照本發明構成的另一種投影儀的方框圖；圖5是按照本發明構成的再一種投影儀的方框圖；圖6是由圖4的投影儀產生的超級象素的示意圖；以及圖7是由圖5的投影儀產生的另一種超級象素的示意圖。
具體實施例方式
第一優選實施例參見附圖特別是圖1-2，圖中表示了按照本發明一個實施例構成的投影儀10。投影儀10按照下文所具體描述的方式產生總體上用12表示的超級象素，以便在觀看面區域或屏幕S上產生一個光點。觀看面區域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域S上跨過每一個可尋址的位置而被反覆掃過，這些掃描模式有效地隱藏那些否則就會導致放映圖像變壞的被耗盡、錯誤導向或是處於臨界操作狀態的發光源的影響。
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器件34，它響應於能夠水平掃描和垂直掃描並在下文中要具體描述的掃描光學器件28將超級象素(12)投射或投影到觀看面區域S上。投影光學器件34和掃描光學器件28都是由體現為圖像或投影儀控制器36形式的投影儀控制電子設備來控制的。為了產生超級象素12，投影儀進一步包括光引擎或是光信號發生器20，以及同樣是由投影儀控制器36來控制的光束光學器件25。
如圖3所示，具有多個發光源22例如是發光二極體的一個m×n陣列的光信號發生器20產生多個準直光束24。發光源22響應來自投影儀控制器36的圖像控制信號產生多個準直光束24，在觀看面區域S上形成靜止圖像或活動圖像。發光二極體陣列22通常包括按m×n個發光二極體的矩陣陣列布置的多個發光二極體，例如是一個6×6矩陣陣列，它產生總體上用24表示的多個準直光束。這樣的陣列可以用具有範圍在從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製造和銷售的全彩色發光二極體來構成。也可以採用來自其他公司例如是LUMILED of San Jose，California的其他二極體。
儘管超級象素是按照光點的一個m×n或6×6矩陣來表示的，也可以採用其他模式。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)結構的光點。在第二例中，超級象素可以具有不脫離本發明的範圍或其所實現的優點的，重疊、覆蓋、或不規則間隔布置的光點。另外，光源陣列或發光二極體陣列22不需要具有與超級象素陣列完全相同的幾何構造，因為在光源陣列與超級象素陣列之間的光學器件可以用來改變光源發出的光信號的路由。這種光學器件可以包括的部件有波導、光纖、二向色鏡、稜鏡、聚光透鏡等等。
儘管本發明第一優選實施例中所述的發光源是按照發光二極體陣列22來描述的，本領域的技術人員應該能意識到也可以採用其他發光源例如是雷射二極體或高亮度發光器件。另外，儘管本發明優選實施例中所述的矩陣是6×6矩陣，可以預料到矩陣可以對應於觀看屏幕的象素解析度，或是可以採用任何較小的陣列，包括1×3矩陣。從這一點來看，並不打算將本發明局限於所述的6×6矩陣，而是可以代之以一般更適當地描述的m×n矩陣的陣列。
投影儀控制器36響應圖像源(未表示)例如是高清晰度電視信號，計算機信號，視頻設備信號等等來導通或關斷二極體陣列22中獨立的發光二極體，以產生所需的全彩色圖像。從這一點來看，二極體陣列22是由紅色發光二極體，綠色發光二極體和藍色發光二極體構成的。若是改變每一個發光二極體的導通-關斷周期，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，由發光二極體陣列22產生的準直光束24被光束形成光學器件25截取而產生單點超級象素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器件25將單點超級象素12聚焦到掃描光學器件28上。從這一點來看，光束形成光學器件25在投影過程中有助於產生理想的圖像，由投影儀控制器36來控制並且由投影光學器件34投射到觀看屏幕S上。如上所述，受掃描光學器件28和投影光學器件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覆掃描，以便反覆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致變壞的放映圖像的耗盡，出錯或是發光源臨界操作的影響，。
如圖3所示，光束形成光學器件25在投影儀控制器36的控制下使由多個發光源22產生的多條光束24聚焦到掃描光學器件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。
本發明第一優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運動。
其他設計對於掃描光學器件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於水平和垂直掃描。
如圖3所示，x-軸多邊形鏡30垂直於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。由於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並且超級象素12中其餘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。這是本發明的一個重要特徵，因為超級象素12內的每一條光束必須重寫整個觀看屏幕S。這樣，如果二極體陣列22中的單個發光二極體耗盡，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值來調節。
為了控制水平掃描器30和垂直掃描器32的旋轉速度，掃描器30和32各自包括產生旋轉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產生的編碼器信號以確定其旋轉速度，並提供反饋信號來維持旋轉速度，提高或降低以獲得理想的掃描圖形。這是本發明第一優選實施例的一個重要特徵，因為投影儀控制器36通過控制各自反射鏡30和32的旋轉速度使上述隔行的掃描圖形來隱藏那些否則就會導致變壞的放映圖像的耗盡、出錯或是發光處於臨界操作狀態的發光源的影響，。在本發明的第一優選實施例中應該注意到，各自反射鏡30和32的旋轉速度不是彼此的整數倍，並且與整數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量所確定的。採用不同數量的小平面會影響兩個反射鏡的最佳相對速度的要求。
本領域的技術人員從上文中應該能夠理解，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，然後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覆被掃描，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，致使由上述多個發光源22中獨立之一產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，以產生這樣的圖像，能夠隱藏因上述多個發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致變壞的放映圖像的被耗盡、錯誤導向或是處於臨界操作狀態的發光源的影響。
如圖2A和2B所示，本領域的技術人員應該能夠理解1，2，3，4等數字表示超級象素12在觀看屏S上的出現、消失、出現和消失的部位。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於垂直掃描器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於y-軸向偏移速率。
儘管在本發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，本領域的技術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，本發明優選實施例的具體描述不應該被視為一種限制，而本發明的範圍是僅僅由權利要求書來確定的。
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必須相對於水平掃描器30和垂直掃描器32的旋轉速度來控制二極體陣列22中每一個發光二極體的導通時間值和關斷時間值。各種誤差會影響象素的相對位置，特別是由各個二極體元件產生的光點的相對對準。為了看管這些誤差，要通過採用以下要具體描述的工廠對準程序調節給定光點的定時來執行對準。
第二優選實施例以下要參見附圖特別是圖4來描述按照本發明第二實施例構成的投影儀410。下文所要詳細描述的投影儀410產生在圖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覆掃描，從而隱蔽否則會導致投射模式變壞的、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主要包括投影光學器件434，它響應執行水平掃描和垂直掃描的掃描光學器件428將超級象素412投射到觀看屏幕S上，以下將描述其細節。投影光學器件434和掃描光學器件428都是由以圖像或投影儀控制器436形式的控制電子設備來控制的。為了產生超級象素412，投影儀410進一步包括光引擎或是光信號發生器420和光束光學器件423。光束光學器件423包括由光耦合器或是波導426耦合到一起的會聚透鏡425和光束形成準直透鏡427。光信號發生器420和光束光學器件423由投影儀控制器436來控制。
光信號發生器420與光信號發生器20大致相同，唯一區別是包括優選地按三角形陣列布置的多個光源422，便於產生超級象素412。由於光信號發生器420與光信號發生器20大致相同，以下不再具體描述其細節。
如圖4所示，由多個光源422產生的準直光束424被光束形成光學器件423截取而產生單點超級象素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聚焦在掃描光學器件428上。光束形成光學器件423在投影儀控制器436的控制下使由多個發光源422產生的多條光束聚焦成掃描光學器件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。本發明第一優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運動，細節如下所述。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運動。
x-軸多邊形鏡430垂直於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-軸自旋多邊形鏡432，掃描光學器件428還包括反射鏡431。由於有兩個正交軸，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中的其餘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。這是本發明的一個重要特徵，因為超級象素412內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內的單個發光二極體耗盡，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值來調節。
為了控制水平掃描器430和垂直掃描器432的旋轉速度，掃描儀430和432各自包括產生旋轉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產生的編碼器信號以確定其旋轉速度，並提供反饋信號來維持旋轉速度，提高或降低以獲得理想的掃描圖形。這是本發明第二優選實施例的一個重要特徵，因為投影儀控制器436通過控制各自反射鏡430和432的旋轉速度使上述隔行的掃描圖形來隱藏否則會導致投射圖像變壞的、被耗盡的、被錯誤導向的或臨界工作的那些發光源的影響。在本發明的第二優選實施例中應該注意到，各自反射鏡430和432的自旋速度不是彼此的整數倍，並且與整數倍的差影響隔行掃描。
本領域的技術人員從上文中應該能夠理解，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，然後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覆被掃描，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，致使由上述多個發光源422中獨立之一產生的光的單光點重寫觀看屏S的整個二維平面，以產生這樣的圖像，能夠隱藏因上述多個發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致放映圖像變壞的被耗盡、錯誤導向或是處於臨界狀態工作的發光源的影響。
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必須相對於水平掃描器430和垂直掃描器432的旋轉速度來控制二極體陣列422中每一個發光二極體的導通時間值和關斷時間值。各種誤差會影響象素的相對位置，特別是由各個二極體元件產生的光點的相對對準。為了看管這些誤差，要採用總體上用440表示的對準系統通過調節給定光點的定時來執行對準。對準系統440包括被耦合到工廠對準電子設備444的電荷耦合器件442。為了同步投影儀410和對準系統444，對準系統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，要採用一種這裡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生的光束應該何時到達觀看屏S上任何一個可尋址的象素位置的指示的固件。然而，由於觀看屏S在光束照射屏S時不能產生信號，所以設置電荷耦合器件442在光束照射屏S時檢測該光束。從這一點來看，當電荷耦合器件442檢測到由投影光學器件434提供的光點時，電荷耦合器件442就產生光束檢測信號。光束檢測信號被耦合到對準電子設備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備440檢測到並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。
響應於存儲檢測代碼的對準電子設備440，投影儀控制器436檢索該檢測代碼並將其與預先存儲的對準代碼相比較，後者指示由投影儀410產生的光束應該何時照亮屏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-坐標值然後是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的可比性，投影儀控制器436就確定這兩個代碼之間的差，並且通過改變獨立幾個光源或LED的導通定時來調節x-掃描儀430。
投影儀控制器436然後(為同一預定的屏幕位置)檢索新的檢測代碼並且重複上述的x-坐標對準程序。反覆執行這一程序直至這兩個代碼相對於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上的另一個預定的可尋址的象素位置產生另一條光束，然後重複上述對準程序。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，並且通過改變可獨立尋址的光源或LED的導通定時來調節y-掃描儀432。
投影儀控制器436為觀看屏幕S上的同一預定的象素地址位置產生另一條光束。然後(為同一預定的屏幕位置)檢索新的檢測代碼，並且重複上述的y-坐標對準程序。反覆執行這一程序直至這兩個代碼相對於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產生另一條光束。然後重複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了相對對準。
本領域的技術人員應該能夠理解，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。本領域的技術人員還應該能夠理解投影儀10也可以採用這種工廠對準程序。
本發明的第三優選實施例參見附圖特別是其中的圖5，圖中表示按照本發明第三實施例構成的投影儀510。以下要詳細描述的這種投影儀510產生如圖6所示一般用512表示的、形狀不規則的超級象素，以便在觀看面或屏S上產生光點。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覆掃描，從而隱蔽那些否則會導致變壞的放映圖像的被耗盡、錯誤導向或是臨界工作的發光源的影響。
具體參照圖5來描述投影儀510，投影儀510主要包括投影光學器件534，它響應能夠水平掃描和垂直掃描並在下文中要具體描述的掃描光學器件528將超級象素512投射或投影到觀看屏S上。投影光學器件534和掃描光學器件528都是由以圖像或投影儀控制器536形式的控制電子設備來控制的。為了產生超級象素512，投影儀510進一步包括光引擎或是光信號發生器520，以及光束光學器件523。為了將指示超級象素的光束會聚到掃描光學器件528上，光束光學器件523包括由投影儀控制器536控制的會聚透鏡525。
光信號發生器520與光信號發生器20大致相同，唯一區別是它包括按不規則形狀陣列布置的多個光源522，以便於產生超級象素512。由於光信號發生器520與光信號發生器20基本上相同，以下不再詳細描述光信號發生器520。
如圖5所示，由多個光源522產生的準直光束524被光束形成光學器件523截取而產生單點超級象素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聚焦在掃描光學器件528上。光束形成光學器件523在投影儀控制器536的控制下使用多個發光源522產生的多條光束524聚焦成掃描光學器件528上的超級象素光點。
具體參照圖5來解釋掃描光學器件528，掃描光學器件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運動。
x-軸多邊形鏡530垂直於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-軸自旋多邊形鏡532上，掃描光學器件528還包括反射鏡531。由於有兩個正交軸，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中的其餘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。這是本發明的一個重要特徵，因為超級象素512內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內的單個發光二極體耗盡，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值來調節。
為了控制水平掃描器530和垂直掃描器532的旋轉速度，掃描儀530和532各自包括產生旋轉速度信號的編碼器，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產生的編碼器信號以確定其旋轉速度，並提供反饋信號來維持旋轉速度，提高或降低以獲得理想的掃描圖形。這是本發明第三優選實施例的一個重要特徵，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致變壞的放映圖像的耗盡、出錯或是臨界工作的發光源的影響。在本發明的第三優選實施例中應該注意到，單個鏡530和532的自旋速度不是彼此的整數倍，並且與整數倍的差影響隔行掃描。
本領域的技術人員從上文中應該能夠理解，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，然後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覆被掃描，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，致使由上述多個發光源522中獨立之一產生的光的單光點重寫觀看屏S的整個二維平面，以產生這樣的圖像，能夠隱蔽因上述多個發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致變壞的放映圖像的被耗盡、錯誤導向或是臨界工作的發光源的影響。
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必須相對於水平掃描器530和垂直掃描器532的旋轉速度來控制二極體陣列522中每一個發光二極體的導通時間值和關斷時間值。各種誤差會影響象素的相對位置，特別是由各個二極體元件產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和對準電子設備544通過調節給定光點的定時來執行對準。
為了校正所述的各種誤差，對準電子設備544提供何時由多個光源522中任何獨立的一個產生的光束應該到達觀看屏S上任何一個可尋址的象素位置的指示。然而，由於觀看屏S在光束照射屏S時不能產生信號，所以設置電荷耦合器件542在光束照射屏S時檢測該光束。從這一點來看，當電荷耦合器件542在屏S上預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就產生光束檢測信號。光束檢測信號被耦合到對準電子設備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備檢測到並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。
響應於存儲檢測代碼的對準電子設備544，投影儀控制器536檢索該檢測代碼並將其與預先存儲的對準代碼相比較，後者指示何時由投影儀510產生的光束應該已經照亮屏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-坐標值然後是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的可比性，投影儀控制器536就確定這兩個代碼之間的差，並且通過提高或降低其旋轉速度、或者通過改變各個獨立的光源或LED導通或關斷的定時來調節x-掃描儀530。
投影儀控制器536然後(為同一預定的屏幕位置)檢索新的檢測代碼並且重複上述的x-坐標對準程序。反覆執行這一程序直至這兩個代碼相對於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上的另一個預定的可尋址的象素位置產生另一條光束，然後重複上述對準程序。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，並且通過改變何時使那些獨立的光源導通和關斷來調節y-掃描儀532。
投影儀控制器536為觀看屏S上的同一預定的象素地址位置產生另一條光束。然後，投影儀控制器536(為同一預定的屏幕位置)檢索新的檢測代碼，並且重複上述的y-坐標對準程序。反覆執行這一程序直至這兩個代碼相對於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生另一條光束。然後重複上述程序直至每一個可尋址的光源相對於其餘可獨立尋址的那些光源被對準為止。
儘管本發明是參照上述優選實施例來描述的，但本領域的技術人員會理解在後面權利要求書限定的本發明的精神和範圍內還能做出許多變更。例如描述了兩種對準方法，一種是採用外部的工廠對準硬體，一種採用內部對準裝置。從這一點來看，本發明的範圍和精神肯定也適用於其它對準裝置。從這一點來看，光束定位電子設備536能夠有選擇地使由光源520產生的多條光束中個別激活，並且指向觀看屏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)。控制電子設備536內部的計算電子設備響應光束定位電子設備並且響應控制電荷耦合器件542來產生對準信息。對準信息本身又被存儲在存儲電子設備552中。然後，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行相對對準調節來實現對準。因此，上述實施例只是一些例子，沒有一個單一特徵、程序或元件對本申請和後續申請所要求保護的所有可能的組合來說是必不可少的。本發明的說明書還應該被理解為包括了所述元件的新的和非顯而易見的組合，本申請和後續申請要求保護這些元件的任何非顯而易見的組合。在權利要求中提到「一個」或「另一個」元件或是其等效物時，這樣的權利要求應該被理解為包括一或多個這種元件的結合，而不是特指兩個或兩個以上這種元件。
權利要求
1.一種投影儀(10)，用於將圖像投射到由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)，它具有多個發光源(22)並被耦合到用於幫助產生多條光束(24)中的一些獨立光束的一個超級象素(12)的光束光學器件(25)上；以及掃描裝置(28，34，36)，用於使上述多條光束(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，以使得上述多個發光源中被耗盡的一些獨立的發光源變得模糊或被隱藏。
2.按照權利要求1的投影儀，其特徵是上述掃描裝置(28，34，36)包括掃描光學器件(28)，用來便於水平掃描和垂直掃描觀看面(S)上的上述超級象素(12)；投影儀光學器件(34)，用於響應上述掃描光學器件(28)將上述超級象素(12)投影到觀看面(S)上，投影儀控制器(36)，用於控制所述光引擎、所述光束光學器件(25)、所述掃描光學器件(28)和所述投影儀光學器件(34)。
3.按照權利要求1的投影儀，其特徵是上述多條光束(24)中的每個獨立的光束是準直光束。
4.按照權利要求1的投影儀，其特徵是上述多條光束(24)聯合工作以幫助形成在觀看面上顯示的圖像。
5.按照權利要求1的投影儀，其特徵是上述多個發光源(22)是多個發光二極體。
6.按照權利要求5的投影儀，其特徵是上述多個發光二極體按m×n矩陣陣列布置。
7.按照權利要求6的投影儀，其特徵是上述m×n矩陣是一個6×6矩陣陣列。
8.按照權利要求6的投影儀，其特徵是上述m×n矩陣是一個1×3矩陣陣列。
9.按照權利要求5的投影儀，其特徵是上述多個發光二極體被用來形成一個總體上為圓形的超級象素。
10.按照權利要求1的投影儀，其特徵是上述多個發光二極體被用來便於形成具有重疊、覆蓋的不規則間隔的光點的超級象素。
11.按照權利要求1的投影儀，其特徵是上述多個發光源(22)是多個雷射二極體。
12.按照權利要求1的投影儀，其特徵是上述多個發光源(22)是多個高亮度發光器件。
13.按照權利要求1的投影儀，其特徵是上述超級象素(12)是單點超級象素。
14.按照權利要求13的投影儀，其特徵是上述光束光學器件(25)接收上述多條光束來產生上述單點超級象素。
15.按照權利要求14的投影儀，其特徵是上述光束光學器件(25)包括會聚透鏡(26)和準直透鏡(27)。
16.按照權利要求14的投影儀，其特徵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覆掃描，以便反覆重寫該二維觀看面平面，以便基本上隱藏那些否則就會導致投射圖像變壞的被耗盡、錯誤導向或處於臨界狀態工作的發光源的影響。
17.按照權利要求2的投影儀，其特徵是上述掃描光學器件(28)包括水平掃描器(30)和垂直掃描器(32)，以便有助於使超級象素(12)重寫觀看面(S)的整個二維平面。
18.按照權利要求17的投影儀，其特徵是上述水平掃描器(30)是一個被安裝成用於在上述投影儀控制器(36)的控制下進行可控旋轉運動的x-軸多邊形鏡。
19.按照權利要求18的投影儀，其特徵是上述垂直掃描器(32)是一個被安裝成用於在上述投影儀控制器(36)的控制下進行可控旋轉運動的y-軸多邊形鏡。
20.按照權利要求19的投影儀，其特徵是上述x-軸多邊形鏡和上述y-軸多邊形鏡是彼此垂直安裝的。
21.按照權利要求20的投影儀，其特徵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.按照權利要求21的投影儀，其特徵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節到非整數值。
23.按照權利要求22的投影儀，其特徵是上述水平掃描器(30)和上述垂直掃描器(32)的每一個包括一個編碼器裝置，它產生用於指示x-軸多邊形鏡和y-軸多邊形鏡各自的轉速的信號。
24.按照權利要求23的投影儀，其特徵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，然後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覆掃描。
25.按照權利要求24的投影儀，其特徵是x-軸位移速度顯著大於x-軸位移速度。
26.一種投影儀(410)，用於將圖像投射到由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光源(422)，其中每一個發光源在觀看面(S)上產生照明光點；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)可以使得由不同發光源產生的光點重疊，以便利於隱藏由降低了強度的發光源所引起的誤差。
27.一種投影儀(410)，用於將圖像投射到由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)，它具有多個發光源(422)並被耦合到用於幫助產生多條光束(424)中的一些獨立的超級象素(412)的光束光學器件(425)上；包括投影儀控制電子設備(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光源中被耗盡的一些獨立的發光源變得模糊或被隱藏；以及對準系統(440)，用來調節在上述觀看面(S)上的給定的被照明光點的定時。
全文摘要
一種採用發光源線性陣列的投影儀，以聚焦在掃描光學器件的多條光束的形式構成超級象素，這些掃描光學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、錯誤導向或處於臨界狀態工作的發光源的影響。包括響應電荷耦合器件的對準電子設備的對準系統，用來調節這些掃描光學器件，以允許精確對準一些獨立的發光源，並且檢測出發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 優先權日2002年12月3日
發明者W·D·奇爾德斯, W D 奇爾德斯 申請人:惠普開發有限公司