专利名称：具有对准光学器件和电子设备的投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学及电子设备领域，特别涉及投影仪。
背景技术：
本申请是Winthrop Childers于2002年12月3日提交的名称为“具有扫描光学器件的投影仪(Projector having ScanningOptics)”的美国专利申请第10/309425号的部分继续申请和Winthrop Childers于2002年5月3日提交的名称为“具有扫描光学器件的投影仪(Projector having Scanning Optics)”的美国专利申请第10/138765号的部分继续申请。
采用透射或反射空间光调制器的投影仪在现有技术中是公知的。然而，采用透射空间光调制器的投影仪往往会因投射光必须通过空间光调制器而产生暗淡的图像，而采用反射空间光调制器的投影仪价格昂贵，因而不被广泛的社会应用所接受。
在上述在先申请中，第10/138765号即美国专利＿＿＿＿号描述了一种新式的改进投影仪，不需要使用空间光调制器，因而能够按较低的成本产生明亮的图像。这种新式的改进投影仪为此采用了扫描光学器件，其中多个发光源按照图像改变其强度。扫描光学器件扫描由发光源输出的光，以便按照图像覆盖一个二维平面。尽管这种投影仪比现有技术的空间光调制器投影仪有了明显改进，但是由于发光源被耗尽(burned out)、被错误导向(misdirected)或在临界状态下工作，会导致所产生的图像严重变坏。出于诸如此类原因，因而需要本发明。
发明内容
在第一优选实施例中，投影仪将图像投射到由M×N个可独立寻址的象素位置的矩阵阵列所限定的观看面区域上。投影仪包括光引擎，它产生由多条光束中各个单独的光束的一个m×n矩阵阵列所限定的超级象素(super pixel)；以及扫描装置，它使该光束形成一个超级象素光点，该超级象素光点重写观看面区域上每一个独立的可寻址的象素位置。在这种方式中，提供多条光束的独立发光源中被耗尽的那些发光源的影响被变得模糊或隐藏在降低了强度的超级象素光点中。
在本发明第二优选实施例中，投影仪包括传感器和计算电子设备，它们从发光源接收信号并产生和存储对准信息，以便在画面上每一个可寻址光点上的多条光束中的各个独立光束之间提供相对对准。在这一优选实施例中，光引擎产生一个超级象素，它具有由多条光束中各个独立光束的一个阵列所限定的三角形状。
在本发明第三优选实施例中，投影仪将图像投射到具有多个可独立寻址的象素位置的任意预定形状的观看面区域上。投影仪包括光引擎，产生由多条光束中各个独立的光束的一个阵列所限定的、具有不规则形状的超级象素；以及扫描装置，它使光束形成一个超级象素光点，该超级象素光点重写观看面区域上每一个独立的可寻址的象素位置。在这一优选实施例中，传感器和计算电子设备是有助于表征投影仪并且将该特征信息存储在投影仪控制电子设备中的工厂对准系统的组成部分。
通过参照对本发明实施例的以下结合附图的说明，本发明的上述特征及实现这些特征的方法将变得显而易见，并将能最好地理解本发明本身，在附图中图1是按照本发明构成的投影仪的方框图；图2A-B是图1的投影仪产生的超级象素的扫描进程示意图；图3是图1中投影仪的表示其光信号发生器和扫描光学器件的示意图；图4是按照本发明构成的另一种投影仪的方框图；图5是按照本发明构成的再一种投影仪的方框图；图6是由图4的投影仪产生的超级象素的示意图；以及图7是由图5的投影仪产生的另一种超级象素的示意图。
具体实施例方式
第一优选实施例参见附图特别是图1-2，图中表示了按照本发明一个实施例构成的投影仪10。投影仪10按照下文所具体描述的方式产生总体上用12表示的超级象素，以便在观看面区域或屏幕S上产生一个光点。观看面区域S是由可独立寻址的象素位置的一个M×N矩阵阵列所限定的。投影仪10使超级象素12按照隔行和交错的扫描模式在观看面区域S上跨过每一个可寻址的位置而被反复扫过，这些扫描模式有效地隐藏那些否则就会导致放映图像变坏的被耗尽、错误导向或是处于临界操作状态的发光源的影响。
参照图1具体研究投影仪10，投影仪10总体上包括投影光学器件34，它响应于能够水平扫描和垂直扫描并在下文中要具体描述的扫描光学器件28将超级象素(12)投射或投影到观看面区域S上。投影光学器件34和扫描光学器件28都是由体现为图像或投影仪控制器36形式的投影仪控制电子设备来控制的。为了产生超级象素12，投影仪进一步包括光引擎或是光信号发生器20，以及同样是由投影仪控制器36来控制的光束光学器件25。
如图3所示，具有多个发光源22例如是发光二极管的一个m×n阵列的光信号发生器20产生多个准直光束24。发光源22响应来自投影仪控制器36的图像控制信号产生多个准直光束24，在观看面区域S上形成静止图像或活动图像。发光二极管阵列22通常包括按m×n个发光二极管的矩阵阵列布置的多个发光二极管，例如是一个6×6矩阵阵列，它产生总体上用24表示的多个准直光束。这样的阵列可以用具有范围在从520,000fL到110,000fL之间的不同亮度的，标号为UB101M-1R，1G，1B的Teledyne Electronic Teehnologies of LosAngeles，California制造和销售的全彩色发光二极管来构成。也可以采用来自其他公司例如是LUMILED of San Jose，California的其他二极管。
尽管超级象素是按照光点的一个m×n或6×6矩阵来表示的，也可以采用其他模式。作为第一例，超级象素可以是圆形的，具有六边形封闭填充(close packed)结构的光点。在第二例中，超级象素可以具有不脱离本发明的范围或其所实现的优点的，重叠、覆盖、或不规则间隔布置的光点。另外，光源阵列或发光二极管阵列22不需要具有与超级象素阵列完全相同的几何构造，因为在光源阵列与超级象素阵列之间的光学器件可以用来改变光源发出的光信号的路由。这种光学器件可以包括的部件有波导、光纤、二向色镜、棱镜、聚光透镜等等。
尽管本发明第一优选实施例中所述的发光源是按照发光二极管阵列22来描述的，本领域的技术人员应该能意识到也可以采用其他发光源例如是激光二极管或高亮度发光器件。另外，尽管本发明优选实施例中所述的矩阵是6×6矩阵，可以预料到矩阵可以对应于观看屏幕的象素分辨率，或是可以采用任何较小的阵列，包括1×3矩阵。从这一点来看，并不打算将本发明局限于所述的6×6矩阵，而是可以代之以一般更适当地描述的m×n矩阵的阵列。
投影仪控制器36响应图像源(未表示)例如是高清晰度电视信号，计算机信号，视频设备信号等等来导通或关断二极管阵列22中独立的发光二极管，以产生所需的全彩色图像。从这一点来看，二极管阵列22是由红色发光二极管，绿色发光二极管和蓝色发光二极管构成的。若是改变每一个发光二极管的导通-关断周期，将能获得若干不同强度等级的强度梯度。从这一点来看，显示在屏S上的投影图像可以是静止图像或活动图像，都可以是全彩色或是黑白图像。
如图3所示，由发光二极管阵列22产生的准直光束24被光束形成光学器件25截取而产生单点超级象素12。用一个包括会聚透镜26和准直透镜27的组合的光束形成光学器件25将单点超级象素12聚焦到扫描光学器件28上。从这一点来看，光束形成光学器件25在投影过程中有助于产生理想的图像，由投影仪控制器36来控制并且由投影光学器件34投射到观看屏幕S上。如上所述，受扫描光学器件28和投影光学器件34影响的投影的超级象素12按照隔行和交错的扫描模式在观看屏幕S上跨过观看屏幕S上的每一个可寻址的位置而被反复扫描，以便反复地重写该二维观看屏平面。通过重写观看屏幕S上的每一个可寻址的位置，投影仪10能够独特地隐藏否则会导致变坏的放映图像的耗尽，出错或是发光源临界操作的影响，。
如图3所示，光束形成光学器件25在投影仪控制器36的控制下使由多个发光源22产生的多条光束24聚焦到扫描光学器件28上的准直超级象素光点上。包括水平扫描器30和垂直扫描器32的扫描光学器件28在投影仪控制器36的控制下使超级象素光点重写观看面S的整个二维平面。
本发明第一优选实施例中的水平扫描器30是x-轴多边形或多面反射镜，安装它是为了在投影仪控制器36的控制下进行可控的旋转运动，如下所述。垂直扫描器32是y-轴多边形或多面反射镜，安装它也是为了在投影仪控制器36的控制下进行可控的旋转运动。
其他设计对于扫描光学器件28也是可能的。例如，多边形镜和检流计镜的组合可以形成对超级象素12的水平和垂直扫描。另一个例子是，两个检流计镜可以被用于水平和垂直扫描。
如图3所示，x-轴多边形镜30垂直于y-轴多边形镜32安装。在x-轴多边形镜30与y-轴多边形镜32之间插入反射镜31，用来从x-轴多边形镜30向y-轴多边形镜32传送单个超级象素光点。由于在正交轴线上有两个自旋反射镜，故超级象素12的光束能够扫过如图2A和2B所示的矩形的一部分。从这一点来看，如果超级象素12中的单一光束是被激活的并且超级象素12中其余光束都是未被激活的，则用虚线13表示的一条单线轨迹就会随着扫描跨过该矩形而扫出一条斜线。这是本发明的一个重要特征，因为超级象素12内的每一条光束必须重写整个观看屏幕S。这样，如果二极管阵列22中的单个发光二极管耗尽，则只会造成该颜色在屏幕上观看到的强度总体上下降。为了确保单一光束能覆盖观看屏幕S上的每一个象素位置，多边形镜30和32的相对角速度必须按非整数值来调节。
为了控制水平扫描器30和垂直扫描器32的旋转速度，扫描器30和32各自包括产生旋转速度信号的编码器装置，将该信号通过包括水平扫描控制线38和垂直扫描控制线40的两路控制线耦合到投影仪控制器36。投影仪控制器36读出各自一个多边形镜30和32产生的编码器信号以确定其旋转速度，并提供反馈信号来维持旋转速度，提高或降低以获得理想的扫描图形。这是本发明第一优选实施例的一个重要特征，因为投影仪控制器36通过控制各自反射镜30和32的旋转速度使上述隔行的扫描图形来隐藏那些否则就会导致变坏的放映图像的耗尽、出错或是发光处于临界操作状态的发光源的影响，。在本发明的第一优选实施例中应该注意到，各自反射镜30和32的旋转速度不是彼此的整数倍，并且与整数倍的差影响隔行扫描。
隔行扫描还是由反射镜上小平面的相对数量所确定的。采用不同数量的小平面会影响两个反射镜的最佳相对速度的要求。
本领域的技术人员从上文中应该能够理解，通过控制多边形镜30和32的自旋速度就能控制超级像素12在第一轴线上跨过屏幕S而移动，然后是在第二轴线上跨过屏幕S而移动，使该超级象素12按照随机方式在观看屏幕S上跨过每一个可寻址的位置反复被扫描，正如图2A和2B中所示。图2A和2B表示超级象素12如何按这种方式移动，致使由上述多个发光源22中独立之一产生的光的单个超级象素光点重写观看屏S的整个二维平面，以产生这样的图像，能够隐藏因上述多个发光源中独立的几个被耗尽而造成的误差。这种扫描动作还能形成隔行和交错的扫描图形，进一步隐藏那些否则就会导致变坏的放映图像的被耗尽、错误导向或是处于临界操作状态的发光源的影响。
如图2A和2B所示，本领域的技术人员应该能够理解1，2，3，4等数字表示超级象素12在观看屏S上的出现、消失、出现和消失的部位。从这一扫描动作可以看出，水平扫描器30在x-轴向上使超级象素12偏移，其在x-轴向上的偏移速率要明显大于垂直扫描器32在垂直轴向上对超级象素12的偏移速率。也就是说，x-轴向偏移速率要明显大于y-轴向偏移速率。
尽管在本发明的第一实施例中是用自旋多边形镜来表示水平扫描器30和垂直扫描器32的，本领域的技术人员会知道其他各种机械谐振装置也能够通过光栅图形扫描一条光束。因此，本发明优选实施例的具体描述不应该被视为一种限制，而本发明的范围是仅仅由权利要求书来确定的。
为了正确寻址观看屏幕S上的各个象素位置，投影仪控制器36必须相对于水平扫描器30和垂直扫描器32的旋转速度来控制二极管阵列22中每一个发光二极管的导通时间值和关断时间值。各种误差会影响象素的相对位置，特别是由各个二极管元件产生的光点的相对对准。为了看管这些误差，要通过采用以下要具体描述的工厂对准程序调节给定光点的定时来执行对准。
第二优选实施例以下要参见附图特别是图4来描述按照本发明第二实施例构成的投影仪410。下文所要详细描述的投影仪410产生在图6中总体上用412表示的三角形超级象素，以便在观看面或是屏幕S上产生超级象素光点。超级象素412按照隔行和交错的扫描模式在观看屏幕S上跨过每一个可寻址的位置而被反复扫描，从而隐蔽否则会导致投射模式变坏的、被耗尽的、被引错方向的或临界工作的那些发光源的影响。
以下要参照图4具体描述投影仪410。投影仪410主要包括投影光学器件434，它响应执行水平扫描和垂直扫描的扫描光学器件428将超级象素412投射到观看屏幕S上，以下将描述其细节。投影光学器件434和扫描光学器件428都是由以图像或投影仪控制器436形式的控制电子设备来控制的。为了产生超级象素412，投影仪410进一步包括光引擎或是光信号发生器420和光束光学器件423。光束光学器件423包括由光耦合器或是波导426耦合到一起的会聚透镜425和光束形成准直透镜427。光信号发生器420和光束光学器件423由投影仪控制器436来控制。
光信号发生器420与光信号发生器20大致相同，唯一区别是包括优选地按三角形阵列布置的多个光源422，便于产生超级象素412。由于光信号发生器420与光信号发生器20大致相同，以下不再具体描述其细节。
如图4所示，由多个光源422产生的准直光束424被光束形成光学器件423截取而产生单点超级象素412。用会聚透镜425，光耦合器426和准直透镜427的组合将单点超级象素412聚焦在扫描光学器件428上。光束形成光学器件423在投影仪控制器436的控制下使由多个发光源422产生的多条光束聚焦成扫描光学器件428上的准直超级象素光点。包括水平扫描器430和垂直扫描器432的扫描光学器件428在投影仪控制器436的控制下使超级象素光点重写观看屏S的整个二维平面。本发明第一优选实施例中的水平扫描器430是x-轴多边形或多面反射镜，安装它也是为了在投影仪控制器436的控制下进行可控的旋转运动，细节如下所述。垂直扫描器432是y-轴多边形或多面反射镜432，安装它也是为了在投影仪控制器436的控制下进行可控的做旋转运动。
x-轴多边形镜430垂直于y-轴多边形镜432安装。为了将聚焦在x-轴多边形镜430上的单一超级象素光点传送到y-轴自旋多边形镜432，扫描光学器件428还包括反射镜431。由于有两个正交轴，超级象素412的光束会扫过如图2A和2B所示的矩形的一部分。从这一点来看，如果超级象素412中的单一光束是被激活的，而超级象素412中的其余光束都是未被激活的，则用虚线13表示的一条单线轨迹就会随着扫描跨过该矩形而扫出一条斜线。这是本发明的一个重要特征，因为超级象素412内的每一条光束必须重写整个观看屏幕S。这样，如果多个光源422内的单个发光二极管耗尽，则只会造成该颜色在屏幕上观看到的强度总体上下降。为了确保单一光束能覆盖观看屏幕S上的每一个象素位置，多边形镜430和432的相对角速度必须按非整数值来调节。
为了控制水平扫描器430和垂直扫描器432的旋转速度，扫描仪430和432各自包括产生旋转速度信号的编码器装置，将该信号通过包括水平扫描控制线438和垂直扫描控制线448的两路控制线耦合到投影仪控制器436。投影仪控制器436读出各自一个多边形镜430和432产生的编码器信号以确定其旋转速度，并提供反馈信号来维持旋转速度，提高或降低以获得理想的扫描图形。这是本发明第二优选实施例的一个重要特征，因为投影仪控制器436通过控制各自反射镜430和432的旋转速度使上述隔行的扫描图形来隐藏否则会导致投射图像变坏的、被耗尽的、被错误导向的或临界工作的那些发光源的影响。在本发明的第二优选实施例中应该注意到，各自反射镜430和432的自旋速度不是彼此的整数倍，并且与整数倍的差影响隔行扫描。
本领域的技术人员从上文中应该能够理解，通过控制多边形镜430和432的自旋速度就能控制超级象素412在第一轴线上跨过屏幕S而移动，然后是在第二轴线上跨过屏幕S而移动，使该超级象素412按照随机方式在观看屏S上跨过每一个可寻址的位置反复被扫描，正如图2A和2B中所示。图2A和2B表示超级象素12如何按这种方式移动，致使由上述多个发光源422中独立之一产生的光的单光点重写观看屏S的整个二维平面，以产生这样的图像，能够隐藏因上述多个发光源中独立的几个被耗尽而造成的误差。这种扫描动作还能形成隔行和交错的扫描图形，进一步隐蔽那些否则会导致放映图像变坏的被耗尽、错误导向或是处于临界状态工作的发光源的影响。
为了正确寻址观看屏S上的各个象素位置，投影仪控制器436必须相对于水平扫描器430和垂直扫描器432的旋转速度来控制二极管阵列422中每一个发光二极管的导通时间值和关断时间值。各种误差会影响象素的相对位置，特别是由各个二极管元件产生的光点的相对对准。为了看管这些误差，要采用总体上用440表示的对准系统通过调节给定光点的定时来执行对准。对准系统440包括被耦合到工厂对准电子设备444的电荷耦合器件442。为了同步投影仪410和对准系统444，对准系统440包括被耦合到投影仪控制器436及其连带时钟456上的时钟446。从这一点来看，要采用一种这里无需详细描述的标准同步程序使这两个时钟446和456同步。显而易见，投影仪时钟456是主时钟，而对准系统时钟446是从属时钟。
为了校正所述的各种误差，投影仪控制器436包括提供由多个光源422中任何独立的一个产生的光束应该何时到达观看屏S上任何一个可寻址的象素位置的指示的固件。然而，由于观看屏S在光束照射屏S时不能产生信号，所以设置电荷耦合器件442在光束照射屏S时检测该光束。从这一点来看，当电荷耦合器件442检测到由投影光学器件434提供的光点时，电荷耦合器件442就产生光束检测信号。光束检测信号被耦合到对准电子设备444，444本身又以检测代码的形式存储该检测信号，检测代码包括指示那些否则就可能被显示在放映屏S上的象素地址位置的标题代码和指示该检测信号被对准电子设备440检测到并且存储起来的时间的时间代码。象素地址位置是x和y坐标值的形式，这些坐标值限定了每一个象素在屏S上的位置。
响应于存储检测代码的对准电子设备440，投影仪控制器436检索该检测代码并将其与预先存储的对准代码相比较，后者指示由投影仪410产生的光束应该何时照亮屏S上的该可寻址的象素位置。从这一点来看，投影仪控制器的固件首先要检查x-坐标值然后是y-坐标值是否对准。在第一例中，如果在这两个代码之间、在x-坐标值和时间值之间存在可比性，投影仪控制器的固件就进一步检查y-坐标是否对准。然而，如果x-坐标值和时间值之间不存在适当的可比性，投影仪控制器436就确定这两个代码之间的差，并且通过改变独立几个光源或LED的导通定时来调节x-扫描仪430。
投影仪控制器436然后(为同一预定的屏幕位置)检索新的检测代码并且重复上述的x-坐标对准程序。反复执行这一程序直至这两个代码相对于x-坐标值和时间值达到可比性。
一旦达到精确的比较，投影仪控制器436中的固件就在这两个代码之间、在y-坐标值和时间值之间进行比较。如果投影仪固件确定存在可比性，投影仪控制器就为观看屏S上的另一个预定的可寻址的象素位置产生另一条光束，然后重复上述对准程序。然而，如果在y-坐标值和时间值之间不存在可比性，投影仪控制器436就确定这两个代码之间的差，并且通过改变可独立寻址的光源或LED的导通定时来调节y-扫描仪432。
投影仪控制器436为观看屏幕S上的同一预定的象素地址位置产生另一条光束。然后(为同一预定的屏幕位置)检索新的检测代码，并且重复上述的y-坐标对准程序。反复执行这一程序直至这两个代码相对于y-坐标值和时间值达到可比性。
一旦这两个代码之间达到完全可比性，投影仪控制器436就从另外的可独立寻址的光源或LED产生另一条光束。然后重复上述程序直至在组成超级象素412的所有的可独立寻址的光点之间实现了相对对准。
本领域的技术人员应该能够理解，对每一个地址象素位置可以投影红、绿、蓝每一种颜色的光束。还可以投影一条指示在所有三色光束被同时投影到屏S上时形成的白光的光束。优选的对准方法是在校正错位时投影一条指示白光的光束，而在校正被耗尽的那些光源时投影指示独立的红、绿、蓝色的光束。本领域的技术人员还应该能够理解投影仪10也可以采用这种工厂对准程序。
本发明的第三优选实施例参见附图特别是其中的图5，图中表示按照本发明第三实施例构成的投影仪510。以下要详细描述的这种投影仪510产生如图6所示一般用512表示的、形状不规则的超级象素，以便在观看面或屏S上产生光点。超级象素512按照隔行和交错的扫描图形在观看屏S上跨过每一个可寻址的位置而被反复扫描，从而隐蔽那些否则会导致变坏的放映图像的被耗尽、错误导向或是临界工作的发光源的影响。
具体参照图5来描述投影仪510，投影仪510主要包括投影光学器件534，它响应能够水平扫描和垂直扫描并在下文中要具体描述的扫描光学器件528将超级象素512投射或投影到观看屏S上。投影光学器件534和扫描光学器件528都是由以图像或投影仪控制器536形式的控制电子设备来控制的。为了产生超级象素512，投影仪510进一步包括光引擎或是光信号发生器520，以及光束光学器件523。为了将指示超级象素的光束会聚到扫描光学器件528上，光束光学器件523包括由投影仪控制器536控制的会聚透镜525。
光信号发生器520与光信号发生器20大致相同，唯一区别是它包括按不规则形状阵列布置的多个光源522，以便于产生超级象素512。由于光信号发生器520与光信号发生器20基本上相同，以下不再详细描述光信号发生器520。
如图5所示，由多个光源522产生的准直光束524被光束形成光学器件523截取而产生单点超级象素512。在投影仪控制器536的控制下工作的单个会聚透镜525将单点超级象素512聚焦在扫描光学器件528上。光束形成光学器件523在投影仪控制器536的控制下使用多个发光源522产生的多条光束524聚焦成扫描光学器件528上的超级象素光点。
具体参照图5来解释扫描光学器件528，扫描光学器件528在投影仪控制器536的控制下使超级象素光点重写观看面S的整个二维平面，它包括水平扫描器530和垂直扫描器532。水平扫描器530是x-轴多边形或多面反射镜，安装它是为了在投影仪控制器的控制下进行可控的旋转运动。垂直扫描器532是y-轴多边形或多面反射镜532，安装它也是为了在投影仪控制器536的控制下进行可控的旋转运动。
x-轴多边形镜530垂直于y-轴多边形镜532安装。为了将聚焦在x-轴多边形镜530上的单一超级象素光点传送到y-轴自旋多边形镜532上，扫描光学器件528还包括反射镜531。由于有两个正交轴，超级象素512的光束会扫过如图2A和2B所示的矩形的一部分。从这一点来看，如果超级象素512中的单一光束是被激活的，而超级象素512中的其余光束都是未被激活的，则用虚线13表示的一条单线轨迹就会随着扫描跨过该矩形而扫出一条斜线。这是本发明的一个重要特征，因为超级象素512内的每一条光束必须重写整个观看屏S。这样，如果多个光源522内的单个发光二极管耗尽，则只会造成该颜色在屏幕上观看到的强度总体上下降。为了确保单一光束能覆盖观看屏S上的每一个象素位置，多边形镜530和532的相对角速度必须按非整数值来调节。
为了控制水平扫描器530和垂直扫描器532的旋转速度，扫描仪530和532各自包括产生旋转速度信号的编码器，将该信号通过包括水平扫描控制线538和垂直扫描控制线540的两路控制线耦合到投影仪控制器536。投影仪控制器536读出各自一个多边形镜530和532产生的编码器信号以确定其旋转速度，并提供反馈信号来维持旋转速度，提高或降低以获得理想的扫描图形。这是本发明第三优选实施例的一个重要特征，因为投影仪控制器536通过控制各自反射镜530和532的自旋速度使上述隔行的扫描图形来隐蔽否则会导致变坏的放映图像的耗尽、出错或是临界工作的发光源的影响。在本发明的第三优选实施例中应该注意到，单个镜530和532的自旋速度不是彼此的整数倍，并且与整数倍的差影响隔行扫描。
本领域的技术人员从上文中应该能够理解，控制多边形镜530和532的自旋速度就能控制超级象素512在第一轴线上跨过屏S而移动，然后是在第二轴线上跨过屏S而移动，使该超级象素512按照随机方式在观看屏S上跨过每一个可寻址的位置反复被扫描，正如图2A和2B中所示。图2A和2B表示超级象素512如何按这种方式移动，致使由上述多个发光源522中独立之一产生的光的单光点重写观看屏S的整个二维平面，以产生这样的图像，能够隐蔽因上述多个发光源中独立的几个被耗尽而造成的误差。这种扫描动作还能形成隔行和交错的扫描图形，进一步隐蔽那些否则会导致变坏的放映图像的被耗尽、错误导向或是临界工作的发光源的影响。
为了正确寻址观看屏S上的各个象素位置，投影仪控制器536必须相对于水平扫描器530和垂直扫描器532的旋转速度来控制二极管阵列522中每一个发光二极管的导通时间值和关断时间值。各种误差会影响象素的相对位置，特别是由各个二极管元件产生的光点的相对对准。为了看管这些误差，要使用作为投影仪控制器536组成部分的一个电荷耦合器件542和对准电子设备544通过调节给定光点的定时来执行对准。
为了校正所述的各种误差，对准电子设备544提供何时由多个光源522中任何独立的一个产生的光束应该到达观看屏S上任何一个可寻址的象素位置的指示。然而，由于观看屏S在光束照射屏S时不能产生信号，所以设置电荷耦合器件542在光束照射屏S时检测该光束。从这一点来看，当电荷耦合器件542在屏S上预定的可寻址的象素位置之一上检测到屏S上的一个光点时，电荷耦合器件542就产生光束检测信号。光束检测信号被耦合到对准电子设备544，544本身又以检测代码的形式存储该检测信号，检测代码包括指示在屏S上被光束照射的象素地址位置的标题代码和指示该检测信号被对准电子设备检测到并且存储起来的时间的时间代码。象素地址位置是x和y坐标值的形式，这些坐标值限定了每一个象素在屏S上的位置。
响应于存储检测代码的对准电子设备544，投影仪控制器536检索该检测代码并将其与预先存储的对准代码相比较，后者指示何时由投影仪510产生的光束应该已经照亮屏S上的该可寻址的象素位置。从这一点来看，投影仪控制器的固件首先要检查x-坐标值然后是y-坐标值是否对准。在第一例中，如果在这两个代码之间、在x-坐标值和时间值之间存在可比性，投影仪控制器的固件就进一步检查y-坐标是否对准。然而，如果x-坐标值和时间值之间不存在适当的可比性，投影仪控制器536就确定这两个代码之间的差，并且通过提高或降低其旋转速度、或者通过改变各个独立的光源或LED导通或关断的定时来调节x-扫描仪530。
投影仪控制器536然后(为同一预定的屏幕位置)检索新的检测代码并且重复上述的x-坐标对准程序。反复执行这一程序直至这两个代码相对于x-坐标值和时间值达到可比性。
一旦达到精确的比较，投影仪控制器536中的固件就在这两个代码之间、在y-坐标值和时间值之间进行比较。如果投影仪固件确定存在可比性，投影仪控制器就为观看屏S上的另一个预定的可寻址的象素位置产生另一条光束，然后重复上述对准程序。然而，如果在y-坐标值和时间值之间不存在可比性，投影仪控制器536就确定这两个代码之间的差，并且通过改变何时使那些独立的光源导通和关断来调节y-扫描仪532。
投影仪控制器536为观看屏S上的同一预定的象素地址位置产生另一条光束。然后，投影仪控制器536(为同一预定的屏幕位置)检索新的检测代码，并且重复上述的y-坐标对准程序。反复执行这一程序直至这两个代码相对于y-坐标值和时间值达到可比性。
一旦这两个代码之间达到完全可比性，投影仪控制器536就为新的可寻址的光源产生另一条光束。然后重复上述程序直至每一个可寻址的光源相对于其余可独立寻址的那些光源被对准为止。
尽管本发明是参照上述优选实施例来描述的，但本领域的技术人员会理解在后面权利要求书限定的本发明的精神和范围内还能做出许多变更。例如描述了两种对准方法，一种是采用外部的工厂对准硬件，一种采用内部对准装置。从这一点来看，本发明的范围和精神肯定也适用于其它对准装置。从这一点来看，光束定位电子设备536能够有选择地使由光源520产生的多条光束中个别激活，并且指向观看屏S上的每一个可寻址的象素位置或子象素(象素之间的位置)。控制电子设备536内部的计算电子设备响应光束定位电子设备并且响应控制电荷耦合器件542来产生对准信息。对准信息本身又被存储在存储电子设备552中。然后，可以为指向屏S上可寻址的象素位置的选定的一些单独的发光源522提取对准信息，以便在指向可寻址的象素位置中特定之一的、多条光束中所选定的一个独立的光束与指向可寻址的象素位置中同一的特定之一的、多条光束中其它所选定的一些独光束之间执行相对对准调节来实现对准。因此，上述实施例只是一些例子，没有一个单一特征、程序或元件对本申请和后续申请所要求保护的所有可能的组合来说是必不可少的。本发明的说明书还应该被理解为包括了所述元件的新的和非显而易见的组合，本申请和后续申请要求保护这些元件的任何非显而易见的组合。在权利要求中提到“一个”或“另一个”元件或是其等效物时，这样的权利要求应该被理解为包括一或多个这种元件的结合，而不是特指两个或两个以上这种元件。
权利要求
1.一种投影仪(10)，用于将图像投射到由M×N个可独立寻址的象素位置的矩阵阵列所限定的观看面(S)上，所述投影仪包括光引擎(20)，它具有多个发光源(22)并被耦合到用于帮助产生多条光束(24)中的一些独立光束的一个超级象素(12)的光束光学器件(25)上；以及扫描装置(28，34，36)，用于使上述多条光束(24)形成一个超级象素光点，该超级象素光点重写观看面(S)上每一个可独立寻址的独立的象素位置，以使得上述多个发光源中被耗尽的一些独立的发光源变得模糊或被隐藏。
2.按照权利要求1的投影仪，其特征是上述扫描装置(28，34，36)包括扫描光学器件(28)，用来便于水平扫描和垂直扫描观看面(S)上的上述超级象素(12)；投影仪光学器件(34)，用于响应上述扫描光学器件(28)将上述超级象素(12)投影到观看面(S)上，投影仪控制器(36)，用于控制所述光引擎、所述光束光学器件(25)、所述扫描光学器件(28)和所述投影仪光学器件(34)。
3.按照权利要求1的投影仪，其特征是上述多条光束(24)中的每个独立的光束是准直光束。
4.按照权利要求1的投影仪，其特征是上述多条光束(24)联合工作以帮助形成在观看面上显示的图像。
5.按照权利要求1的投影仪，其特征是上述多个发光源(22)是多个发光二极管。
6.按照权利要求5的投影仪，其特征是上述多个发光二极管按m×n矩阵阵列布置。
7.按照权利要求6的投影仪，其特征是上述m×n矩阵是一个6×6矩阵阵列。
8.按照权利要求6的投影仪，其特征是上述m×n矩阵是一个1×3矩阵阵列。
9.按照权利要求5的投影仪，其特征是上述多个发光二极管被用来形成一个总体上为圆形的超级象素。
10.按照权利要求1的投影仪，其特征是上述多个发光二极管被用来便于形成具有重叠、覆盖的不规则间隔的光点的超级象素。
11.按照权利要求1的投影仪，其特征是上述多个发光源(22)是多个激光二极管。
12.按照权利要求1的投影仪，其特征是上述多个发光源(22)是多个高亮度发光器件。
13.按照权利要求1的投影仪，其特征是上述超级象素(12)是单点超级象素。
14.按照权利要求13的投影仪，其特征是上述光束光学器件(25)接收上述多条光束来产生上述单点超级象素。
15.按照权利要求14的投影仪，其特征是上述光束光学器件(25)包括会聚透镜(26)和准直透镜(27)。
16.按照权利要求14的投影仪，其特征是上述单点超级象素按照隔行和交错的扫描模式在观看面(S)上跨过每一个可寻址的位置而被反复扫描，以便反复重写该二维观看面平面，以便基本上隐藏那些否则就会导致投射图像变坏的被耗尽、错误导向或处于临界状态工作的发光源的影响。
17.按照权利要求2的投影仪，其特征是上述扫描光学器件(28)包括水平扫描器(30)和垂直扫描器(32)，以便有助于使超级象素(12)重写观看面(S)的整个二维平面。
18.按照权利要求17的投影仪，其特征是上述水平扫描器(30)是一个被安装成用于在上述投影仪控制器(36)的控制下进行可控旋转运动的x-轴多边形镜。
19.按照权利要求18的投影仪，其特征是上述垂直扫描器(32)是一个被安装成用于在上述投影仪控制器(36)的控制下进行可控旋转运动的y-轴多边形镜。
20.按照权利要求19的投影仪，其特征是上述x-轴多边形镜和上述y-轴多边形镜是彼此垂直安装的。
21.按照权利要求20的投影仪，其特征是上述扫描装置进一步包括插在上述x-轴多边形镜和上述y-轴多边形镜之间的反射镜(31)，它使在x-轴多边形镜和y-轴多边形镜之一上形成的上述超级象素传送到x-轴多边形镜和y-轴多边形镜中的另一个上。
22.按照权利要求21的投影仪，其特征是上述投影仪控制器(36)使得x-轴多边形镜和y-轴多边形镜的相对角速度被调节到非整数值。
23.按照权利要求22的投影仪，其特征是上述水平扫描器(30)和上述垂直扫描器(32)的每一个包括一个编码器装置，它产生用于指示x-轴多边形镜和y-轴多边形镜各自的转速的信号。
24.按照权利要求23的投影仪，其特征是上述投影仪控制器(36)使超级象素(12)在第一轴线上跨过观看面(S)而移动，然后是在第二轴上跨过观看面(S)而移动，以使超级像素(12)按随机方式在观看面(S)上跨过每一个可寻址的位置而被反复扫描。
25.按照权利要求24的投影仪，其特征是x-轴位移速度显著大于x-轴位移速度。
26.一种投影仪(410)，用于将图像投射到由M×N个可独立寻址的象素位置的一个矩阵阵列所限定的观看面(S)上，所述投影仪包括多个发光源(422)，其中每一个发光源在观看面(S)上产生照明光点；以及光点扫描装置(428，434，436)，它促使每一个光点跨过观看面(S)进行扫描，扫描装置(428，434，436)可以使得由不同发光源产生的光点重叠，以便利于隐藏由降低了强度的发光源所引起的误差。
27.一种投影仪(410)，用于将图像投射到由M×N个可独立寻址的象素位置的一个矩阵阵列所限定的观看面(S)上，所述投影仪包括光引擎(420)，它具有多个发光源(422)并被耦合到用于帮助产生多条光束(424)中的一些独立的超级象素(412)的光束光学器件(425)上；包括投影仪控制电子设备(436)的扫描装置(428，434)，用来使上述多条光束(424)形成超级象素光点，该超级象素光点重写观看面(S)上的每一个可独立寻址的象素位置，以便使得上述多个发光源中被耗尽的一些独立的发光源变得模糊或被隐藏；以及对准系统(440)，用来调节在上述观看面(S)上的给定的被照明光点的定时。
全文摘要
一种采用发光源线性阵列的投影仪，以聚焦在扫描光学器件的多条光束的形式构成超级象素，这些扫描光学器件使得光束在用来沿着第一轴限定图像线的第一轴上以及在第二轴上跨过观看面而移动，以使超级象素去重写观看面上的每一个可寻址的光点，由此产生隔行和交错的扫描图形，这些扫描模式隐藏否则会使放映的图像变坏的被耗尽、错误导向或处于临界状态工作的发光源的影响。包括响应电荷耦合器件的对准电子设备的对准系统，用来调节这些扫描光学器件，以允许精确对准一些独立的发光源，并且检测出发光源中被耗尽的独立的一些光源。
文档编号H04N9/31GK1549045SQ200310114748
公开日2004年11月24日 申请日期2003年12月3日 优先权日2002年12月3日
发明者W·D·奇尔德斯, W D 奇尔德斯 申请人:惠普开发有限公司