用于投影视频显示的光传感器放大器的制作方法

文档序号:7955022阅读:239来源:国知局
专利名称:用于投影视频显示的光传感器放大器的制作方法
技术领域
本发明涉及视频投影显示领域,特别涉及对投影图像的检测和对在存在不需要的干扰信号时出现的光产生信号的处理。
背景技术
在投影视频显示中,阴极射线显像管的物理位置会造成几何光栅畸变。使用带有弯曲的、凹面的荧光体面以及在光学投影路径中具有固有的放大率的阴极射线管会加剧这种光栅畸变。投影图像是由三个扫描光栅构成的,这三个扫描光栅需要在一个观看屏幕上彼此对准。三个投影图像的精确重叠需要调节多个波形,以补偿几何畸变并且便于三个投影图像的叠加。然而,在制造过程中人工对准多个波形是很费力的,并且在用户地点如果不使用复杂的测试设备就无法调定或设置。能够简化制造过程中的对准并便于在用户地点进行调节的一种自动会聚系统可以在外围显示屏幕位置采用光栅边沿测量来确定光栅尺寸和会聚。然而,在存在干扰信号的情况下、例如具有高频能量的扫描相关频率下运行时,这种自动会聚系统会面临一些问题。在干扰信号被处理并作为光产生校准标记信号M时,在典型的情况下就会发生误动作。这种错误的光传感器信号导致自动会聚失败。这些不需要的干扰信号通常是高频电压源,能够容性耦合到低信号电平电路,该电路与投影标记图像产生的传感器信号的检测和放大相关联。容性耦合信号拾取常常可能发生于位于光传感器信号放大器附近的相邻电路。所以放大器以高增益放大所需的传感器信号和不需要的干扰,以致干扰信号幅度变得与所需传感器信号相当甚至超过所需传感器信号。利用包含多个分离运算放大器的集成电路可能加剧容性耦合串扰问题。这多个放大器部分常常用于放大具有显著高频内容的会聚信号。因此,利用这种用于高增益放大的运算放大器部分、正如光学传感器信号所要求的,使其对于经由例如与连接到光学传感器信号放大器的电路和导体相关的杂散电容耦合不需要的信号是敏感的。因此,在自动对准期间,不需要的、高频内容信号具有足够的幅度妨碍可靠的标记生成传感器信号的检测。不可靠标记边缘检测的结果是可能错误地完成自动会聚,导致会聚错误。为确保可靠的标记检测,要求改进光学传感器信号与干扰或噪声之比。例如,对干扰信号具有最小放大倍数的光学传感器信号的选择放大可提供增大的传感器信号与干扰之比。

发明内容
一种带有光栅边缘传感器的投影显示器,该显示器易受到来自扫描相关信号的干扰,这些信号包含高频能量,影响传感器信号与干扰之比。一个用在投影显示装置中的光学传感器信号处理器,该处理器包括产生传感器信号的光学传感器,该传感器信号具有表示投影光栅照度的电流分量。该传感器信号包括扫描相关的串扰电压分量。差分放大器响应传感器信号产生输出信号。传感器电流分量被转换为放大的传感器电压分量,串扰电压分量被差分放大。传感器电压分量具有比输出信号中串扰电压分量大的幅值。


图1是一种投影视频显示器的简化正视图。
图2是包括本发明特征的一种视频图像投影显示装置的简化框图。
图3A的示意图表示一个数字控制的电流源,传感器信号检测器,和一个本发明的传感器信号处理器。
图3B的示意图表示本发明的另一种传感器信号处理器。
图4A、4B、4C、4D和4E模拟表示在存在环境光干扰的情况下对传感器信号的处理。
图5模拟表示了本发明的处理器280和280A在输入电流为50微安时的振幅对频率的响应。
图6模拟表示了本发明的处理器280和280A在输入干扰信号的振幅为1伏时的振幅对频率的响应。
具体实施例方式
图1表示一种视频投影显示设备的正视图。这种投影显示器包括多个阴极射线管,光栅扫描图像投影到屏幕700上。一个机壳支撑和围绕着屏幕700,并且提供一个稍稍小于屏幕的画面显示区800。在屏幕700上用虚线表示一个隐藏在机壳C内部并且在按照区域OS所示采用过扫描模式工作时被光栅扫描图像照亮的边沿区域。光学传感器的位置邻近处在隐蔽的边沿区域内部和收看区域800外部的屏幕700的外围。然而,也可以用投影的光栅扫描的图像产生一个显示在没有悬挂在机壳内部或是被机壳局部隐蔽的屏幕或是表面上的画面。这种画面显示方法被称为正投影显示。在正投影配置中,光学传感器的位置如上所述,但是处在邻近屏幕外围的一个未隐蔽的位置。下文所述的自动会聚校正系统的操作在正投影和背投影显示的应用中都是相同的。
图1中表示了八个传感器,它们位于屏幕边沿的角上和中间。这些位置上的传感器能够测量一种电子产生的测试图案,例如顶部视频值方块M,以便确定画面宽度和高度和某些几何误差,例如旋转,弯曲,梯形,枕形等等,从而在整个屏幕区域上将应该彼此重叠的显示图像对准。在三个投影彩色图像各自的水平和垂直方向上都执行测量,从而获得至少四十八个测量值。
以下要参照图2来解释测量和对准系统的操作,图中以框图的形式表示了一种光栅扫描视频投影显示器的一部分。在图2中用三个阴极射线管R,G和B形成光栅扫描的单色图像,通过各自的透镜系统会聚并在屏幕700上形成单一显示图像800。图中表示的每个阴极射线管都有四个线圈组,用来提供水平和垂直偏转及水平和垂直会聚。用一个水平偏转放大器600驱动水平偏转线圈组,用一个垂直偏转放大器650驱动垂直偏转线圈组。水平和垂直偏转放大器都是由偏转波形信号来驱动的,通过数据总线951来控制偏转波形信号的振幅和波形,并且与选定要显示的信号源同步。例如提供有会聚校正波形信号的放大器610和660分别驱动绿色通道的各个水平和垂直会聚线圈615和665。校正波形信号GHC和GVC可以被认为是代表DC和AC会聚信号,例如静态和动态会聚。然而,这些功能属性是可以简化的,例如用同一个数值或偏移量修改所有测量位置地址,移动整个光栅并且达到一种明显的静态会聚或是对中调节效果。与此类似,通过修改一个特定测量位置的位置地址也能产生一种动态会聚效果。可以用例如数-模转换器311和312来转换从存储器550读出的数字值,从中产生绿色通道的校正波形信号GHC和GVC。
一个输入显示信号选择器利用总线951在两个信号源IP1和IP2之间选择例如一个广播视频信号和一个SVGA计算机产生的显示信号。视频显示信号RGB是从显示视频选择器和电子产生的消息信息获得的,例如可以在屏幕显示发生器500上组合用户控制信息,显示调定和对准信号,以及响应来自通过总线302和951连接的控制器301,900和950的命令而产生的消息。在自动灵敏度校准或会聚对准的过程中,控制器900通过数据总线302向控制器301发送命令,指示视频发生器310产生一个示范性绿色通道校准视频测试信号AV,它包括一个带有矩形块M的示范性黑色电平信号,矩形块M具有预定的视频振幅值。控制器900和301还定位块M,通过确定水平和垂直定时来照射示范性传感器S1,或者通过移动扫描光栅,或者包含这一标记块M的一部分扫描光栅,以将块M定位在扫描显示光栅之内,。绿色通道测试信号AV从IC300输出并且在放大器510中与来自屏幕显示发生器500的绿色通道输出信号组合。这样,来自放大器510的输出信号被连接到示范性绿色阴极射线管GCRT,并且可以包括显示源视频和/或OSD产生的信号和/或IC300产生的校准视频测试信号AV。
控制器301还执行存储在程序存储器308中的一个包括各种算法的程序。为了便于初始化设置调节,控制器301在数据总线303上输出一个数字字D,总线连接到一个可控的电流源250。这一数字字D代表由电流源250产生并且提供给传感器检测器275的一个传感器特定电流。
为了便于调节和对准三种色彩的图像,按照上述方式产生调定块M并且连接到示范性绿色CRT。在图1中靠近传感器S1表示出测试图案块M,如上文所述,可以用以过扫描光栅投影的一个视频信号内部定时产生的标记块照射每个传感器,或者通过将扫描光栅定位使标记块M照亮传感器S1。利用某种显示信号输入,例如计算机显示格式信号,基本上所有被扫描区域都可以被用于信号显示,因而就能极大避免使用过扫描光栅的操作。在使用计算机显示格式信号操作时,光栅过扫描被限制在一个额定的小的百分数例如1%。因此,在这些基本为零的过扫描状态下,可以通过块M的光栅定位来照亮示范性传感器S1。很显然,利用视频信号定时和光栅定位或者临时性光栅放大的组合可有利于各个传感器的照射。
每个传感器产生一个电子流,它能够和入射到传感器上的照射强度大致成线性关系地传导。然而,每一个传感器上的照射强度由于多种原因会有很大的变化,例如,各个CRT的荧光体亮度有可能不同,三个单色彩色图像之间在透镜和光学路径上也可能不同。随着每个CRT的老化,荧光体亮度会下降,另外还有通过时间,灰尘可能会堆积在光学投影路径中,从而降低传感器上的照射强度。各个传感器之间在灵敏度上的变化及其固有的光谱灵敏度也会造成传感器电流源的变化。
参见图2,用控制逻辑301指令视频发生器310产生一个示范性绿色视频块M,它具有一个初始非峰值视频值,并且定位在一个基本为黑色的或黑色的电平背景上。可以在每个色彩通道中产生类似的具有非峰值视频值的视频块,它是在屏幕上同时并重叠地产生的,在一个基本为黑色的背景上产生一个白色图像块。这样就能用视频发生器310产生一个示范性绿色块M并且通过放大器510耦合到绿色CRT。用一个微控制器301控制视频发生器310在一个水平和垂直屏幕位置产生绿色块M,用块M发出的绿色光照射一个特定的传感器,例如传感器S1。被照射的传感器会产生一个由于光产生的电流,如下所述经过放大器U280的处理产生图2中所示的脉冲Isen。
利用图2中所示的电流环路100对上述的区别很大的由于光产生的传感器电流进行有益的补偿、校准和测量。在电路框200中表示了一个传感器处理器,其细节如图3A所示。简而言之,用一个数字控制的电流源产生参考电流Iref,在没有传感器照射的情况下提供给传感器检测器275作为检测器275的偏置电流Isw使其输出状态变为低,该状态被用来代表无发光或无照射传感器状态。当一个传感器例如S1-S8被照射时,处理由于光产生的电荷以在放大器280的输出端形成负向脉冲Isen。负脉冲Isen转移恒定的参考电流Iref,使开关电流Isw降低并且致使传感器检测器275关断。在检测器275被脉冲关断时,假定输出是高,也就是标称电源电压,被用来代表有光照或被照射的传感器。传感器检测器275的输出是一个连接到数字会聚IC 300的一个输入端上的正向脉冲信号202。对脉冲信号202的上升沿采样,使水平和垂直速率计数器停止,以便提供计数,用来确定被光照的传感器在测量矩阵中的位置。
借助于控制参考电流Iref的增加来测量传感器电流,直至传感器检测器275切换到表示传感器失去照射时为止。致使检测器275指示出传感器失去照射的那一参考电流值就代表了入射到传感器上的亮度等级。因此,这一电流就可以当作传感器和色彩特定门限值来处理和存储。对不同的传感器和不同的色彩存储的参考电流值也是不同的,但是检测器切换都是同样发生在照射值下降到测量的Isen切换值的一半时。
图3A详细表示了图2的传感器处理框200,并且传感器处理框200包括数字控制的电流源250,传感器检测器275和光学传感器放大器280。电流源250产生一个幅值由数字控制字D来确定的受控电流Iref。数据字D由控制器301产生并包括8个分别代表最低到最高有效位的并行数据信号D0-D7。各个数据位通过串联连接电阻R1,R3,R5,R7,R10,R13,R16和R19连接到对应的PNP晶体管Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7和Q8的基极。每个晶体管的发射极连接到一个正电源+V,而每个集电极通过各个电阻连接到一个PNP电流源晶体管Q9的发射极。这样就能用发射极电阻R22和并联组合的数字选择的电阻网络来控制晶体管Q9发出的电流。电流开关晶体管集电极电阻R2,R4,R6,R8和R9,R1 1以及R12,R14和R15,R17和R18,R20及R21所选择的电阻值是按照二进制顺序递增的。例如,电阻R20和R21的并联组合大约是400欧姆,而电阻组合R17和R18大约是800欧姆。这样就能利用数字字D0-D7在所有晶体管都导通时的200欧姆到所有晶体管都截止时电阻R22产生的100千欧姆之间进行选择。数字字D0-D7具有零和3.3伏的电压值,在数据位具有零伏电压值时选中电阻,而在这个位具有3.3伏值时没有选中电阻。这样就能用电阻R22和晶体管Q9的基极电位来确定晶体管集电极上产生的参考电流Iref的幅值。
数字确定的电流Iref通过电阻R26耦合到晶体管Q10的基极,使这一晶体管导通。晶体管Q10的发射极接地,而集电极连接到NPN晶体管Q11的发射极构成一个共射共基放大器(cascode)连接的放大器。用电阻R24和R23构成的一个分压器偏置晶体管Q11的基极。电阻R24连接到正电源,而电阻R23连接到地。当晶体管Q11的基极发射极的结不导通时,电阻R23和R24的结点将晶体管Q9和Q11的基极偏置到大约1.65伏。晶体管Q11的集电极产生一个用来指示传感器S1照射状态、也就是有或无光照的输出信号202,该信号连接到一个数字会聚集成电路IC 300,其型号例如STV2050,或者连接到一个微处理器的输入端。
图3A的传感器检测器275按以下方式工作。将参考电流Iref连接到晶体管Q10的基极作为开关电流Isw,但是在一旦当一个传感器例如S1-S8被标记块M照射时,通过电阻R27,R28和电容C4,C3转移该参考电流Iref,形成传感器电流Isen。开关电流Isw使晶体管Q10导通并且饱和,迫使集电极达到大约50毫伏的标称接地电压Vcesat。因此,晶体管Q11的发射极就通过晶体管Q10的饱和的集电极发射极结名义上接地,而晶体管Q11导通使其集电极达到100毫伏标称电压或者(Q3 Vcesat+Q4 Vcesat)。晶体管Q11的集电极形成输出信号202,它的标称零伏表示无光照传感器状态,而标称电源电压表示被照射的传感器。
随着晶体管Q10的饱和,晶体管Q11的发射极基极电压由于电阻分压器R23和R24的作用从标称1.65伏下降到由晶体管Q11的基极发射极结电压和晶体管Q10的饱和电压构成的大约0.7伏电压。因为电流源晶体管Q9的基极和共射共基晶体管Q11是连在一起的,电流源晶体管Q9的基极上的偏置也会下降到标称0.7伏。晶体管Q9基极电位的这一变化会导致恒定电流Iref增加大约三倍。
以下要描述光学传感器放大器框280的操作。然而,当传感器例如S1被一个投影的标记块照亮时,由放大器框280处理的有利的振幅和频率响应会形成负向电流脉冲Isen。由于参考电流Iref是恒定的,被照射传感器的电流Isen是从晶体管Q10的基极电流(Isw)转移的,致使这一晶体管截止。在晶体管Q10截止时,晶体管Q11被截止,致使其集电极上升到电源电压,产生指示一个被照射传感器的标称3.3伏振幅的输出信号202。如上所述,在晶体管Q10和Q11截止时,电流源晶体管Q9的基极偏置回到由电阻分压器(R23和R24)确定的电位,其结果会使恒定电流Iref的幅值下降大约66%。这样,参考电流Iref的下降就能为停止检测并指示传感器关断或是无光照状态建立一个低开关门限,从而有利地维持或是锁定被照射传感器的状态。
以下是光学传感器放大器框280的操作方式。如上所述,光学传感器S1-S8被设在显示屏幕700的周围,并且能以并联结构连接到单个放大器例如U280上,或者单独连接到对应的放大器。然而,对并联或者单独连接传感器的选择对于光学传感器信号的信噪比的好坏并没有多大影响。
显示屏幕和光学传感器的环境照射可能是阳光,白炽灯或是荧光体灯产生的。典型的环境照射产生缓慢变化的低频波形信号,代表落在投影屏幕和传感器上的间歇性被遮挡的阳光或人造光。这种环境光产生的光学传感器信号包括一个可变幅值的DC分量加上一个低频分量。人造光的存在会产生与电源频率有关的延伸进入兆赫兹频率范围的宽带噪声频谱。虽然阳光分量可能是容易消除的,但是其有关的低频变化会造成由投影的测量标记M产生的有用传感器信号的损失或削弱。图4A模拟了在测量投影标记M的过程中受到有阴影的阳光和人工照明的不必要照射影响的传感器信号。选择用来模拟阴影或间歇性阳光的波形具有三角波形,峰-峰幅值是3毫安,频率大约为2Hz。用交叉阴影线表示的高频噪声分量叠加在三角波形上。图4B表示与CRT产生和投影的标记M相对应的需要的传感器信号。模拟的标记派生信号的周期被选择为4毫秒,以便于每个显示场四个标记测量。模拟的标记派生传感器信号的峰值是50微安,上升时间大约是50微秒,标称的下降时间是1毫秒。这样就能看出,不需要的信号与有用信号的幅值之比是非常不利的,比例大约是60∶1。
输入到放大器U280的传感器信号包括有用和不需要的信号分量加上其他外来的感应信号。不需要的信号分量的幅值大大遮掩了投影测量块M的间歇性闪光。如上所述,缓慢变化的低频信号可能是由各种来源的环境光遮掩产生的,例如变化的乌云,灌木丛或树的运动,或者甚至是人影。典型的宽带噪声来源是人造光源或阳光。
既然确认了有用和不需要的信号幅值的比例大约是60∶1,将光学传感器信号耦合到放大器框280通过信号处理基本上消除不需要的信号分量。在框280中表示了八个并联连接的光学传感器S1到S8,各自的发射器通过一个低通滤波器耦合,并且在运算放大器U280输入端上形成的一个低阻抗节点上相加,放大器型号例如TLO82。在图3A中表示了和干扰电压源Vinf串联连接的一个杂散或寄生电容Cs。图中的这一干扰信号源处在传感器发射器的结上,然而,在传感器的互连中普遍存在这种电容和耦合的干扰信号。用串联连接的铁氧体电感器FB1和连接到地的电容器C1构成一个低通滤波器。杂散电容Cs和电容器C1在数值上的比例能够明显地衰减由射频干扰、扫描频率信号或者可能造成放大器U280误动作甚至造成部件损坏的高压显象管电弧分量产生的耦合或是感应的电压Vinf。
当任何光学传感器被照射时,一个由于光产生的电流例如Iill,从地通过被照射的光学传感器晶体管的集电极发射极结流到低通滤波器。低通的传感器信号电流被提供给运算放大器U280的反相输入端,并且在输出端转换成低阻抗电压。反馈电阻R29从放大器输出端连接到反相输入端,产生一个与光学传感器输入电流成比例的输出电压。放大器的正相输入端连接到由连接在一个负12伏电源和零伏或地电位之间的电阻R30和R31构成的分压器产生的例如-0.6伏的电压源。放大器U280对传感器电流的增益是由反馈电阻R29和并联连接的电容器C2所确定的,是“高”。这一放大器增益迫使反相输入端上的电压非常接近等于正相输入端上的电压,例如负0.6伏。这样,在反相输入端上的电压被用来偏置光学传感器S1到S8,使各个集电极发射极结上的电压恒定。在放大器U280的输出端形成传感器信号的一个DC耦合形成的低阻抗电压型式,并且其负幅值随着传感器照射也就是传感器电流的增加而增加。幅值比较大的负电源电压被提供给放大器U280,以便有足够的放大器裕量(headroom)或输出信号摆幅,准许高电平的环境光造成的大的由于光产生的电流产生大的负信号电压。反馈电阻R3的欧姆值是这样确定的,让后面的检测器275能够分辨例如50微安的标记派生的电流脉冲,同时能线性放大例如3毫安的与环境光有关的电流,从而避免放大器过负荷以及反馈环控制和所需信号分量所伴随的损失。反馈电阻R29和一个电容器C2并联连接,以提供频率选择反馈,将放大器U280的放大器高频响应限制在大约58KHz的截止频率。这种高频反馈有益地缩小放大器的带宽,从而减少不需要的噪声和传感器信号中拾取的外来信号。图4C表示放大器U280的输出,在图中可以看到小锯齿形的所需标记信号脉冲。
放大器U280的输出通过电容器C3被AC耦合到一个连接到地的负载电阻R28。电容器C3和电阻R28构成一个高通滤波器的第一部分。电容器C3和电阻R28的结点还连接到电容器C4,它与电阻R27串联连接构成高通滤波器的第二部分。第一滤波器部分滤除环境光信号的DC分量,因为它大约60Hz的截止频率,能够明显减少与显示屏幕的可变阴影照射有关的缓慢变化的信号分量的幅值。然而,例如由有用的标记闪光产生的正或负脉冲可以耦合到第二滤波器级。负向的由于光产生的电压峰值是由标记块M产生的,标记块M被认为是周期性扫描与每个传感器位置上看到的透镜的出射光瞳为边界的小面积荧光体所产生的闪光。尽管这种测量标记闪光的标称频率是60Hz,其快速上升时间和下降时间要比60Hz频率的周期短得多。选择第一高通滤波器级的时间常数,消除或是明显减少由于环境光电平的缓慢变化造成的电容器C3充电和放电电流的影响,从而防止检测器275过负荷。总而言之,反馈放大器U280和输出高通滤波器配置提供了一种具有大约60Hz低频截止和大约60KHz高频极限的带通滤波器特性。
在图5中表示幅值频率响应曲线,曲线A代表反馈放大器U280的光学传感器信号响应,它是在向反相输入端提供50微安传感器电流脉冲时在电容器C4和电阻R27之间的第二滤波器部分上测量的。在图6中,曲线A代表反馈放大器U280在经受1伏幅值的干扰信号时的响应,干扰信号通过一个10皮法拉的电容耦合到反相输入端。
来自电容器C3的经过放大和带通滤波的信号在电阻R28两端形成负向电压脉冲。这些电压脉冲通过电容器C4被AC耦合并被电阻R27转换成电流脉冲。图4D表示电容器C4和电阻R27结点上的这些所需的电压脉冲。串联连接的电容器C4和电阻R27构成了高通滤波器级的第二部分。电容器C4阻挡DC电流Iref并且充电到检测器晶体管Q10的基极电位。出现在经过滤波的传感器信号中的正和负脉冲都被耦合到晶体管Q10的基极。正脉冲通过电阻R26被晶体管Q10的基极发射极结箝位,而从来自恒定电流Iref的传感器转向电流的标记照射导出的负向电流脉冲会导致晶体管Q10截止。如上文所述,当晶体管Q10截止时,在晶体管Q11的集电极上形成逻辑1值,并且形成图4E中所示的输出信号202,其3.3伏的电压值表示传感器的标记照射。因此本发明的具有带通频率特性的放大器能够从光学传感器信号中基本消除不需要的环境光分量,由此在屏幕受到环境光照射时能够自动调定。
在图3B的电路中表示了一个经由示范性串扰机制Css耦合到传感器信号放大器U280A上的高频干扰信号Vhf。如果这一串扰分量被放大,就会使传感器信噪比降低,并且会在后续电路中造成虚假会聚的标记检测。按照本发明的配置,只要耦合到放大器U280的差分输入端,利用运算放大器的共模抑制就能基本上消除该串扰信号。在图3B中采用了与图3A相同的部件设计,而新的部件和数值用三个数字编号来表示。共模输入端连接采用了例如20欧姆的电阻R320,它被连接在放大器U280A的差分输入端之间。偏置电压分压器电阻R300和R310的值比图3A中增大了一个因数2。本发明的这种配置的工作如下。
图3B中所示的高频串扰干扰信号Vhf通过示例性杂散电容Css耦合在例如在包含放大器U280A的TLO82型IC封装的其它放大器部分(未示出)的相邻端子之间。另外,在相邻的电路板导体之间或是耦合到光学传感器放大器U280A的反相输入端的电路中也会发生串扰。电阻R320的有益作用是将很大一部分干扰信号耦合到放大器U280A的正相输入端形成一个共模输入信号。对两个输入端施加基本上相同的信号产生一个输出信号Vo,从而大大降低由信号Vhf产生的串扰分量Vx的幅值。然而,尽管围绕放大器U280A的反馈试图将两个输入端维持在相同的电位,电阻R320在正相输入端构成了一个衰减器的一部分,以保证两个输入端是不同的。这一差别在反相输入端上产生负反馈信号,它被部分耦合到正相输入端形成正反馈,产生一个信号峰值效应。
放大器U280对串扰信号Vhf的信号增益被电容器Css和C1构成的电容分压器所分压,对于图3B所示的示范数值,在30KHz范围内对于干扰信号该增益是在1到2之间。这一增益值比图3A的电路配置中用来分割干扰信号Vinf的电容器Cs和C1构成的电容分压器提供的放大开环增益值明显地减小。耦合电阻R320的值是根据放大器U280A的输入电压偏移规格来选择的。放大器U280A的偏移电压按照在正相输入端上形成的衰减器的比例被放大,这一比例是并联电阻R300和R310除以共模耦合电阻R320,[(R300//R310)/R320]。例如,按照图3B中所示的电阻值,这一比例大约是70∶1,对于例如+/-5毫伏的输入偏移电压,运算放大器会将这一偏移信号放大70倍,在放大器U280A的反相输入端产生大约+/-350毫伏的变化。这对于将光学传感器S1-S8上的偏置电压维持在0.5到3伏之间是极为重要的。由于运算放大器的反馈作用会试图将两个输入端维持在相同的电位,在反相输入端就会形成这一偏置电压。因此,反相输入端就会跟踪正相输入端的电压。如上所述,由于衰减的结果,这一偏移导致的放大器输出电压摆动比正相输入端上的摆动要大,。然而,这一被放大的偏移电压并不重要,因为低通滤波器电容C3会阻挡放大器输出端的DC分量。用分压器R300和R310构成的分压器形成负0.8伏的额定光学传感器偏置电压。选择这一偏压值来提供足够的裕量或净空高度以保持光学传感器晶体管的偏置电压在500毫伏以上。
采用从放大器U280A的输出端耦合到反相输入端的电阻R29和电容器C2的并联组合提供负反馈。这一反馈迫使共模电阻R320两端的电压基本上为零,因此,干扰信号Vinf的电压幅值同样也会降低。因为反馈在共模电阻R320两端产生的电压基本为零,基本上阻挡了通过电阻R320的传感器电流Iill,并且有效地流过反馈电阻R29,在放大器U280A的输出端产生一个传感器信号电压Vs。
图5表示一种幅值频率响应曲线,其中的曲线B代表在电容器C4和电阻R27之间的第二滤波器部分处测得的反馈放大器U280A的光学传感器信号响应,输入传感器电流脉冲是50微安。图6的曲线B代表反馈放大器U280A在受到通过10皮法拉电容耦合到反相输入端的1伏幅值的干扰信号影响时的响应。
分别研究图5和6中标有A的曲线可以看出,电路280的处理配置为传感器信号与干扰提供的比例大约是2∶1或者6dB。因此,尽管图3A的电路280能够良好地抑制对环境光的传感器响应,和传感器装置拾取,但是提供可靠的投影标记检测的能力会因传感器信号与干扰之比最小而受到损害,如图6中曲线A所示。本发明的电路280A的处理配置是利用共模输入端抑制干扰信号拾取,并且用耦合电阻R320有益地提供反馈,如在图5和6中的曲线B上表示的有用和不需要的信号曲线所示,该反馈使幅值频率响应达到最高。比较曲线B可以看出,带通处理配置的高频响应明显地从60KH左右降低到8KHz左右,这定位超出电路280A的处理配置的带通范围的与扫描有关的干扰信号。电阻R320除了用于共模输入端耦合之外还通过电阻R29从输出端为正相输入端提供正反馈。这一正反馈在带通频率范围内大约7KHz处产生一种谐振或是峰值效应,与电路280相比能够将有用信号增大约2.5倍。图5的曲线B表明了将50微安传感器输入信号变换成大约53毫伏幅值的输出信号的有益变换。与电路280的作用相比,相对于干扰信号,最终输出电压幅值下降到大约三分之一,或者3毫伏。缩减处理器带宽并引入带通峰值能够有利地提高所需信号与不需要信号之比。比较图5和6中所示的相应曲线B可见,电路280A提供的传感器信号与干扰的比例大约是16∶1或者24dB。
本发明结合着对干扰电压信号的共模抑制及其产生的带通响应尖峰对传感器电流信号进行电流至电压变换的这种组合能够保证将最佳传感器信号与干扰之比提供给检测器275。相对于图3A所示的配置所作的描述,耦合用于检测的传感器信号基本上不变,但是大大免除了高频串扰干扰,同时维持对环境照射的优良抑制作用。
权利要求
1.一种投影显示装置中的光学传感器信号处理器,所述处理器的特征在于光学传感器(S1-S8),产生具有表示投影光栅照度的电流分量的传感器信号(Iill),所述传感器信号包括扫描相关串扰电压分量(Vinf);差分放大(U280),用于响应所述传感器信号(Iill)产生输出信号(Vo),所述传感器电流分量被转换为放大的传感器电压分量(Vs),所述串扰电压分量被差分放大,其中所述传感器电压分量(Vs)具有比所述输出信号(Vo)中的所述串扰电压分量(Vx)大的幅值。
2.如权利要求1所述的处理器,其特征在于所述传感器电压分量(Vs)的数量级大于所述扫描相关的串扰电压分量(Vx)。
3.如权利要求1所述的处理器,其特征在于所述输出信号(Vo)被耦合用于在第一输入端提供负反馈,以将所述传感器电流(Iill)转换为所述输出端的所述电压(Vs)。
4.如权利要求1所述的处理器,其特征在于所述输出信号(Vo)被耦合用于在第一输入端提供负反馈,在第二输入端提供正反馈。
5.如权利要求1所述的处理器,其特征在于所述输出信号(Vo)被耦合用于在第二输入端提供正反馈。
6.如权利要求5所述的处理器,其特征在于按照施加于所述第二输入端的所述正反馈控制所述放大器(U280A)的频率响应。
7.如权利要求5所述的处理器,其特征在于按照施加于所述第二输入端的所述正反馈可控地使所述放大器(U280A)频率响应最大。
8.一种包括在投影显示装置中的易受信号串扰影响的会聚测量设备,所述测量设备的特征在于位于投影屏幕(700)边缘附近用于响应入射光产生传感器电流信号(Iill)的光学传感器(S1-S8);干扰电压信号源(Vinf);以及差分设置的具有第一和第二输入端的放大器(U280A),仅所述第一输入端耦合到所述光学传感器(S1-S8),用于放大所述传感器电流信号(Iill),并且所述第一和第二输入端耦合到所述干扰电压信号(Vinf)作为共模信号输入端,所述放大器(U280A)放大所述传感器电流信号(Iill)和所述干扰电压信号(Vinf),以形成用于测量的输出信号(Vo),所述输出信号(Vo)具有传感器信号分量(Vs),和干扰信号分量(Vx),其中所述传感器信号分量(Vs)的幅度明显大于所述干扰信号分量(Vx)的幅度。
9.如权利要求8所述的测量设备,其特征在于所述传感器信号分量(Iill)和所述干扰信号分量(Vinf)具有至少一个数量级的信号幅度比。
10.如权利要求8所述的测量设备,其特征在于所述第一输入端经反馈电阻器(R29)耦合到所述放大器(U280A)的输出端,用于按照所述电阻器(R29)的值负反馈放大所述传感器信号(Iill)。
11.如权利要求8所述的测量设备,其特征在于所述第一输入端是经反馈电阻器(R29)耦合到所述放大器(U280A)的输出端的反相输入端,用于放大所述传感器电流信号(Iill),以在所述输出端形成电压信号(Vs)。
12.如权利要求8所述的测量设备,其特征在于所述干扰信号(Vinf)经电阻器(R320)耦合到所述第二输入端,以形成所述共模输入信号。
13.如权利要求8所述的测量设备,其特征在于所述放大器(U280A)的输出端经反馈电阻器(R29,R320)耦合到用于正反馈的所述第二输入端。
14.如权利要求8所述的测量设备,其特征在于所述放大器(U280A)的频率响应按照耦合到用于正反馈的所述第二输入端的反馈电阻器(R29,R320)的值取极值。
全文摘要
一个用在投影显示装置中的光学传感器信号处理器。该处理器包括产生传感器信号(Iill)的光学传感器(S1-S8),该传感器信号具有表示投影光栅照度的电流分量。该传感器信号包括扫描相关的串扰电压分量(Vinf)。差分放大器(U208A)响应传感器信号(Iill)产生输出信号(Vs)。传感器电流分量被转换为放大的传感器电压分量,串扰电压分量被差分放大。传感器电压分量具有比输出信号中串扰电压分量大的幅值。
文档编号H04N17/04GK1343069SQ0113281
公开日2002年4月3日 申请日期2001年9月6日 优先权日2000年9月7日
发明者约翰·B·乔治 申请人:汤姆森特许公司
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