专利名称：校准视频显示器用的装置和方法
技术领域：
本发明涉及视频显示器，具体讲涉及视频显示器中所执行的会聚校准。
在视频显示器领域已经知道可以用多个光束的组合来在屏幕上产生图象。例如典型的背投彩色电视机包括三个阴极射线管(CRT)，每个CRT处理一种基本颜色、红、绿或兰。通过将三个单色光束组合，该电视机就可产生全彩色的电视图象。但为了使电视能产生精确的画面，必须使光束保持适当地对准。也就是说，CRT必须被校准，这样，它们的光束就可聚焦在屏幕的同一点上。因此，CRT的校准经常被称作会聚程序，且光束的对准经常被称作会聚。为了详细讨论会聚问题，现参阅
图1和2。
图1是一个模型背投电视机的平面图。该电视机的零件是在机壳10中的，它们包括CRT12、镜头14、镜16和屏幕18。模型电视机包括三个CRT和用于每个CRT的多个透镜，为了清楚起见，图中仅画出了一个CRT和一个透镜。来自CRT的光穿过透镜照在镜子上，再将光反射到屏幕上便于观众观看。
图2示出模型电视的三个CRT之间的关系。如图所示，CRT12、20、和22分别与透镜14、24和26配合，这些CRT是对准的，因此其光束是会聚的。为了保持光束的对准，通常在屏幕的外围提供一个或多个光传感器。图3示出这样一个例子。
图3包括了四个光传感器28、30、32和34的结构。这些传感器置于机壳内且观众看不到。另外，一些传感器放在屏幕框36之后，它不是显示屏的部分，因此，这些传感器不会影响屏幕上所显示的图象。然后，在区域之内的那些传感器就会被CRT扫描到。
图4A示出从观众观看的角度看传感器28-34、屏幕18和CRT可扫到的区域38之间的关系。为了清楚起见，屏幕框未示出。当进行会聚程序时，在可扫到的区域内产生测试图案，并且可由传感器测出。具体讲，每个CRT产生两个测试图案，一宽一窄。这样，为了完成会聚程序，就要产生以下的一些图案红-宽、红-窄、兰-宽、兰-窄、绿-宽和绿-窄。这些图案及其功能将参照图4B-4E详细讨论。
图4B-4E示出由任一基色CRT所产生的测示图案。为了使描述简洁一些，图4B-4E仅讨论红CRT的内容。但应注意，这些讨论等同于对其它基色CRT的讨论。
图4B和4C示出当红CRT与屏幕的中心正好对准时所产生的测试图案。图4B示出红-宽图案40及其对可扫到的区域、屏幕和传感器的相对位置。如图中所见，红-宽图形是由4个照亮的区域即一个矩形构成(如图虚线所示)。每个照亮区域与一个传感器的整体重叠。可扫到的区域的中点由“0”代表，且由红一宽图形所限定的矩形的中心由“X”代表。由于红CRT是恰好对准的，因此“0”和“X”重合。
图4C示出红一窄图形42。如在宽图案的情况下，由于CRT是恰好对准的，因此X和O重合。但在窄图案的情况下，这些传感器的每个传感器仅有一半被该图案所叠盖。在宽图和窄图中相对传感器交叠是保持CRT对准的交键，并且以下将详细讨论。为了示出测试图失准的效果，首先参考图4D和4E。
图4D示出一个红-宽图形44，它是红CRT在水平方向失准的量达δ(从观看角度看中偏左)时所产生的。由于图形足够宽。它仍交叠每个传感器的整体。图4E示出一个红-窄图形46，它是红CRT在水平方向失准的量达δ(从观看角度看中偏左)时所产生的。在图4E中，由于图形是窄的，传感器交叠相对于图4C所示的交叠而改变。如以下所描述的，这个交叠上的改变被用于确定失准的量，进而用作校正失准的误差信号。
在给定传感器所限定的位置处光束失准的量当对宽和窄图形曝光时是对传感器的读出的观看来确定的。所看到的读出用于形成一个比率，随后与所要的比率相比较，所要的比率是传感器在无失准的条件下所获的比率。测出的比率与所要的比率之差代表光束失准的量。以下所描述的是针对由传感器28确定的解说性的失准。
图5A-5E示出传感器28与各种测试图形之间的关系。图5A示出传感器于无图案情况下的情况-图5B-5E分别示出传感器被图4B-4E的图形照着的情形。为了测失准，传感器28上入射的光针对宽和窄情况各测一次，当算出两种情况下的比率。在无失准情况下的比率值是所要的比值，并且是以下述方法获得的从宽图形/无失准情况下(图5B)的传感器读出中减去无图形(噪声)情况下传感器的读出以产生第一差值；从窄图形/无失准情况下(图5C)的传感器读出中减去无图形情况下的传感器的读出以产生第二差值；并且将第二差值除以第一差值。为了获得描绘失准的比率值从宽图形/δ失准情况下(图5D)的传感器输出中减去无图形(噪声)情况下传感器读出，以产生第一差值；从窄图形/δ失准情况下(图5E)的传感器中减去无图形情况下传感器读出，以产生第二差值，并且将第二差值除以第一差值。由此而得的两个比率间的差则代表失准量。随后调整红CRT直到两个比率相符。对其它基本光束也执行类似程序，以此方法达到会聚。
为了达到精确的会聚，必须以高精度进行比率计算。为此目的，计算通常数字化地进行。但为了进行数字化地计算，传感器读出必须首先通过A/D转换器，它会将量化噪声引入传感测试中，从而降低了会聚精度。为了使A/D转换器引入的量化噪声最小，需要高分辨率的A/D转换器。
还认识到高分辨率A/D转换器的复杂性和成本随着转换器所需的动态范围增加而增加。因此，通过减小会聚程序所需的A/D转换器的动态范围，在不牺牲精度的情况下可用转为廉价的A/D转换器。通过放宽会聚系统的动态范围需求，设计者需以一些A/D动态范围的损失为代价增加A/D分辨率，与此同时维持A/D转换器的价格，及会聚计算精度。
本发明的目的在于提供一种会聚程序装置和会聚程序方法，它可以降低用于会聚计算所用的A/D转换器所需的动态范围。
本发明采用了一或多个会聚传感器，它被分别曝露给两个完全不同的会聚测试图形。第一测试图形部分地与一个或多个传感器交叠，以形成每个交叠传感器的第一覆盖区，每个传感器的未交叠的部分限定了第一未覆盖区。第二测试图形与每个传感器的第一未覆盖区的整体交叠，每个传感器未被交叠的部分因而成为每个传感器的第一覆盖的区域。在暴露给第一测试图形时的传感器输出和曝露给第二测试图形时的传感器输出二者都用来进行光束会聚计算。测试图形的选择应按减少传感器输出A/D转换器所需的动态范围的方式进行。
图1是典型的背投电视机的平面图；图2是图1电视机的三个CRT之间的关系；图3示出为了使光束会聚，光传感器是如何典型地绕屏幕安置的；图4A示出多个会聚传感器、显示屏和CRT扫到区域的典型关系；图4B-4E示出传感器、显示屏、扫到区域和几个测试图形之间典型的关系；图5A表示未被照亮的传感器；图5B-5E表示图5A的传感器分别被图4B-4E的测试图形所照射下的情况。
图6A-6D表示根据本发明的传感器、显示屏、扫到区域和几个测试图形之间的关系；图7A为未被照到的传感器；图7B-7E表示图7A的传感器分别被图6A-6D的测试图形所照射的情况；图8为根据本发明的电视系统的示意图；图9示出根据本发明的另一传感器电路装置的传感器、显示屏和扫到区域之间的关系。
图6A-6D示出根据本发明优选实施例产生的光束会聚测试图形。虽然图中的测试图形可由CRT中的任一个来产生，为了表达清楚起见，在此仅讨论红CRT的内容。
图6A和6B示出当其正确对准后由红CRT所产生的测试图形。
图6A示出第一测试图形48，它与每个传感器的左侧部分(从观众角度看)交叠。图6B示出第二测试图形50，它与每个传感器的右侧部分交叠。如图4A-4E中的情况，“O”代表屏幕中心，“X”代表测试图形限定的矩形的中心。图6A和6B中“O”和“X”重合，因为这些图形所代表的是光束完全对准的情况。
图6C和6D分别示出移位的第一测试图形52和移位的第二测试图形54。移位后的第一图形是在CRT失准时造成的图形，并用于产生第一图形。移位后的第二图形是CRT失准时造成的图形，并用于产生第二图形。在图6C和6D中，CRT在水平方向的失准量为δ(从观看者角度看中偏左)。
如图6A-6D所示，在第一图形上失准的影响使图形发生位移，这样，传感器28的交叠明显少于在没有失准时(图6A)的情况。而在第二图形上失准的影响使图形(图6D)偏移，这样，它与传感器28的交叠明显大于没有失准时(图6B)的情况。如下面将描述的，失准导致的两个测试图交叠的改变被用于确定失准的量。该失准的量随后被用作校正失准的误差信号。
失准的量是随着传感器曝露在第一和第二图形下对传感器的读出而决定的。所获的读出被用于形成一个与所要比率相比较的测量出的比率，而所要的比率则是在传感器在无失准的情况下所获的比率。所测出的比率和所要的比率之差代表在传感器的位置上的光束失准。下面的描述涉及通过以传感器28的读出为基础进行的解说性的失准判定。
图7A-7E示出传感器28和各种测试图形之间的关系。图7A为无图形情况下的传感器。图7B-7E示出分别由图6A-6D所示的图形的照射下的传感器。为了测量失准，分别针对第一图形和第二图形来测传感器28上的入射光，并用测量结果形成一个比率。在没有失准的情况下所得的比率值为所要比率，并且它是一个电视机的设计参数。为了得到所要比率值从第一图形/无失准情况(图7B)的传感器读出中减去无图形(噪声)情况下的传感器读出，以产生第一差值；从第二图形/无失准情况(图7C)的传感器读出中减去无图形情况下的传感器读出，以产生第二差值；第一差值加到第二差值上以产生一个和；并且将第一差值被该和来除。为了得到所述失准的比率值从第一图形/δ失准情况(图7D)的传感器读出中减去无图形(噪声)情况下的传感器读出，以产生第一差值；从第二图形/δ失准状态(图7E)的传感器读出中减去无图形状态的传感器读出，以产生一第二差值；第一差值被加到第二差值上以形成一个和；并且第一差值被该和除。由此而得的两个比率间的差代表失准的量。随后调节红CRT直到比率彼此相符。对其它主要基本光束也进行类似的程序，由此使传感器28的会聚实现。最后，对其它传感器执行类似步骤以完成整个的会聚程序。
通过使用本发明的测试图形，使传感器A/D转换器所需的动态范围减小。由此使将要执行的会聚程序通过更合成本的硬件来实现。参考图5A-5E和7A-7E来示出所需的动态范围是如何减少的。
如上面所提到的，利用A/D转换器将会聚传感器的输出从模拟信号转换成数字信号。在已有技术的系统中，模拟传感器信号是需要由A/D转换器转换的从传感器被完全照射所产生的信号到传感器完全没照到时所产生的信号。例如，在已有技术系统中，从图5A未照到的传感器获得的信号和图5D完全照到的传感器的信号都被转换成数字信号，这样，他们就可被用来计算会聚比率。但在本发明中，传感器A/D转换器并不必需转换来自完全照射的传感器的信号。
在本发明的优选实施例中，选择第一和第二测试图形，这样，对于任何给定的传感器，由第一和第二图形交叠的传感器的那些区域就是贴赠性的。也就是说，未被第一图形交叠的区域等于第二图形交叠的区域，而未被第二图形交叠的区域等于被第一图形交叠的区域。因此，对于完全照射到的传感器的值可通过在照射过程中由第一图形所产生的数字转换后的输出加到照射过程中由第二图形产生的数字转换后的输出上来得到，而不必精确地完全照射该传感器。的确参考如图7B-7E的解释，最大的传感器照射接近50％。
关于在无失准情况下传感器照射的情况可以从图7B和7C中看到，其中必须转换成无失准情况的最大信号为对应于接近50％照射的信号。关于在δ失准情况下的传感器照射可从图7E中看到，其中必须被转换的最大信号多少都大于与接近50％照射的信号。但失准量δ与传感器的体积相比通常很小，因此信号的幅度将明显大于与50％传感器照射对应的信号。因此在本发明所提供的A/D动态范围需求中的减小就为50％的量级。
图8示出根据本发明的电视系统的示意图。该系统包括电视屏60和三个CRT82、84和86，用于在屏幕上形成图象。每个CRT发出基色(红兰和绿)的单色光，并且每个CRT都分别包括一个偏转线圈。为了在屏上形成图象的CRT的控制是由视频处理器100执行的。因此，视频处理器包括用于形成会聚测试图形的图形发生器101。CRT的会聚调节是经过偏转轭驱动器80实现的。由于本发明涉及会聚操作，因此将要强调系统的会聚部分。
该系统包括了四个会聚光传感器64、66、68和70。这些传感器设在屏的外边，在屏框62之后。在会聚操作中，传感器产生模拟电流信号，该信号通过电流-电压转换器72。电流-电压整流器将电流信号转换成模拟电压信号并将流电压信号分程传送给A/D转换器74。A/D转换器接收模拟电压信号，将其转换成数字电压信号，并将该数字电压信号送给控制器76。控制器随后利用数字电压信号进行会聚运算并确定任何需要的光束失准校正量。如果需要校正，控制器就将适当的校正信号发送给衍射波发生器78。由衍射波发生器所接收的校正信号被转换成驱动器信号，随后送到衍射线圈驱动器上。该驱动器随后产生一个或多个偏转线圈控制信号并将其加到CRT偏转线圈上。通过偏转线圈重复地进行的光束调节，可保持适当的光束对准。
除了上面提到的元件外，图8的电视系统还包括调谐器94、天线96、开关98和红外接收器102。调谐器用于通过天线接收诸如广播信号的电视信号。这些信号由开关98耦合到视频处理器上。但开关也可不选接收广播信号而接收用于测试系统用的测试信号。红外接收器102用来通过遥控单元104对系统进行遥控。
尽管本发明已具体地示出并结合其优选实施例进行了描述，但对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内做出各种改变。例如，对于会聚程序中所用的一或多个传感器，当把第一测试图形交叠的区域加到由第二测试图形交叠的区域上时，并不需要等于传感器的整个区域，而是可以等于某些预定的区域。
此外，还可用一些上述未提到的传感器电路装置。例如，传感器可如图9所示安置。在图9的结构中，采用了五个传感器402-410，传感器410设在屏幕的中心。除测试图形包括5个照射区的描述外，会聚测试与上述方法一样执行。
另外，本发明还适用于多种视频显示器并且不局限于背投式电视机。例如，本发明可用在计算机系统监视器中。
因此，应解释为所附的权利要求包括了在此描述的实施例，另外所提到的以及等同的各种情况。
权利要求
1.在利用多光束在屏幕上产生视频显示的系统中，用于进行会聚校准的装置，包括至少一个光传感器(28)；用于产生第一测试图形(101)的装置，所述第一测试图形的位置部分地与所述至少一个传感器交叠，从而限定了每个所述传感器的第一覆盖区，每个传感器未交叠的部分限定了第一未覆盖的区域，用于在屏幕上产生第二测试图形(101)的装置，所述第二测试图形的位置部分地与每个所述传感器的所述第一未覆盖区域交叠，每个传感器未被所述第二测试图形交叠的部分为所述传感器的所述第一覆盖区域；其中对于每个光束，当所述第一测试图形生成时，第一输出是由所述至少一个传感器产生的，当所述第二测试图形生成时，第二输出是由所述至少一个传感器产生的；以及用于根据所述第一输出和所述第二输出确定所述光束(76)的校准的装置。
2.如权利要求1的装置，其中，当无图形生成时，由所述至少一个传感器(28)产生无图形输出，且根据所述第一输出、所述第二输出和所述无图形输出确定所述光束的所述校准。
全文摘要
一种用于在视频显示器上进行光束会聚的系统。该系统是通过曝露给两个完全不同的测试图形的一或多个会聚传感器(28—34)来实现的。第一测试图形(48)部分地与一或多个传感器交叠以限定每个交叠传感器的第一覆盖区。每个传感器未被交叠的部分限定了第一未覆盖的区域。第二测试图形(50)与每个传感器的第一未覆盖区的整体交叠,每个传感器的未交叠的部分就成为每个传感器的第一未覆盖区域。在曝露给第一测试图形的传感器输出和曝露给第二测试图形的传感器输出二者都用作光束会聚计算。测试图形的选择方式应使传感器输出A/D转换器所需的动态范围减小。
文档编号H04N17/04GK1265808SQ98807853
公开日2000年9月6日 申请日期1998年6月2日 优先权日1997年6月4日
发明者T·卡瓦施马, M·图妙卡, T·瓦坦纳伯 申请人:索尼电子有限公司