DE10084477B4

DE10084477B4 - Messung der Konvergenzausrichtung eines Projektionssystems

Info

Publication number: DE10084477B4
Application number: DE10084477T
Authority: DE
Inventors: Ronald D. Phoenix Smith
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: CN1347622A; AU3618000A; GB0121127D0; KR20010110733A; GB2363686A; KR100421512B1; JP3582588B2; TW409197B; JP2002542740A; GB2363686B; US6196687B1; WO2000064188A1; DE10084477T1; CN100380988C

Abstract

Anordnung zum Messen der Konvergenzausrichtung eines auf eine Oberfläche projizierten Bildes einer Projektionsanzeigeeinrichtung aufweisend:
ein von der Oberfläche beabstandetes Bildaufnahmesystem, das ein optisches System und einen digitalen Bildsensor aufweist, wobei das optische System derart ausgebildet ist, daß es separate Bilder von mindestens zwei beabstandeten Bereichen des auf die Oberfläche projizierten Bildes aufnimmt, und
wobei der Bildsensor derart angeordnet ist, daß er die separaten Bilder von dem optischen System aufnimmt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zum Messen der Konvergenzausrichtung einer Projektionsanzeige sowie auf ein Bildaufnahmesystem zum Messen einer Konvergenzfehlausrichtung.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Ein Projektionssystem mit einem reflektierenden Flüssigkristalldisplay (LCD) weist typischerweise jeweils ein LCD-Anzeigepaneel (z. B. LCD-Anzeigepaneele 22, 24 und 26) für jede Primärfarbe auf, die auf einen Schirm 10 projiziert werden. Auf diese Weise könnte für einen Rot-grün-blau(RGB)-Farbraum das Projektionssystem 5 ein LCD-Anzeigepaneel 22, das dem roten Farbband zugeordnet ist, ein LCD-Anzeigepaneel 24, das dem grünen Farbband zugeordnet ist, und ein LCD-Anzeigepaneel 26, das dem blauen Farbband zugeordnet ist, aufweisen. Jedes der LCD-Paneele 22, 24 und 26 moduliert Licht von einer Lichtquelle 30, um ein rotes, ein grünes bzw. ein blaues Bild zu bilden, die sich zusammenfügen, um auf dem Schirm 10 ein zusammengesetztes Farbbild zu bilden. Um dieses zu erreichen, empfängt jedes LCD-Anzeigepaneel 22, 24 oder 26 elektrische Signale, die das zu bildende zugehörige modulierte Strahlenbild kennzeichnen.
Insbesondere kann das Projektionssystem 5 einen Strahlteiler 14 aufweisen, der einen im wesentlichen parallel ausgerichteten weißen Lichtstrahl 11 (von der Lichtquelle 30) auf einen optische Anordnung richtet, die den weißen Strahl 11 in einen roten Strahl 13, einen blauen Strahl 17 und einen grünen Strahl 21 auftrennt. So kann der weiße Strahl 11 auf einen roten dichroitischen Spiegel 18 gerichtet werden, der den roten Strahl 13 auf das LCD-Paneel 22 reflektiert, das wiederum den roten Strahl 13 moduliert. Der blaue Strahl 17 geht durch den roten dichroitischen Spiegel 18 hindurch auf den blauen dichroitischen Spiegel 20, der den blauen Strahl 17 zur Modulation auf das LCD-Anzeigepaneel 26 reflektiert. Der grüne Strahl 21 geht durch den roten dichroitischen Spiegel 18 und den blauen dichroitischen Spiegel 20 zur Modulation durch das LCD-Anzeigepaneel 24.
Bei den reflektierenden LCD-Anzeigepaneelen moduliert jedes LCD-Anzeigepaneel 22, 26 und 24 die auftreffenden Strahlen und reflektiert jeweils den modulierten Strahl 15, 19 und 23, so daß die modulierten Strahlen 15, 19 und 23 den oben beschriebenen Weg zum Strahlteiler 14 zurückkehren. Der Strahlteiler 14 wiederum leitet die modulierten Strahlen 15, 19 und 23 durch eine Projektionsoptik, beispielsweise eine Linse 12, um modulierte Strahlbilder zu bilden, die sich ideal überdecken und zur Bildung des zusammengesetzten Bildes auf dem Schirm 10 zusammenfügen.
Um jedoch ein korrekt zusammengesetztes Bild auf dem Schirm zu erzeugen, müssen die zusammengehörigen Pixel der modulierten Strahlbilder zueinander ausgerichtet sein. Beispielsweise wird ein Pixel des zusammengesetzten Bildes an der Position (0,0) durch die Überlagerung eines Pixels des modulierten roten Strahlbildes an der Position (0,0), eines Pixels des modulierten grünen Strahlbildes an der Position (0,0) und eines Pixels des modulierten blauen Strahlbildes an der Position (0,0) gebildet. Ohne diese Ausrichtung kann die Farbe des Pixels an der Position (0,0) fehlerhaft sein oder die Farbe kann sich über das Pixel ändern.
Bei der Herstellung des Systems 5 werden die LCD-Anzeigepaneele 22, 24 und 26 typischerweise mit ausreichender Genauigkeit montiert, um die Pixel der modulierten Strahlenbilder auszurichten. Ein Weg, dies zu erreichen, besteht darin, die korrekte Stellung der LCD-Anzeigepaneele 22, 24 und 26 anzunähern und anschließend mit den LCD-Anzeigepaneelen 22, 24 und 26 zu versuchen, ein weißes rechteckiges zusammengesetztes Bild auf dem Schirm 10 zu erzeugen. Wenn die LCD-Paneele 22, 24 und 26 nicht sauber ausgerichtet sind, können um den Umfang eines auf dem Schirm 10 gebildeten weißen Bildes 40 rote Farbränder 42, grüne Farbränder 44 und/oder blaue Farbränder 46 festgestellt werden, wie es in 2 gezeigt ist. Wenn jedoch die LCD-Paneele 22, 24 und 26 genau ausgerichtet sind, treten die Farbränder 22, 44 und 46 nicht auf, und ein großes weißes Bild 40 erscheint auf dem Schirm 10, wie es in 3 gezeigt ist.
Herkömmliche Techniken, die zur Ausrichtung der LCD-Anzeigepaneele 22, 24 und 26 verwendet werden, benötigen leider eine beträchtliche Zeit während der Herstellung des Projektionssystems 5. Außerdem bewirken Faktoren wie Alterung und thermische Einflüsse, daß die LCD-Anzeigepaneele 22, 24 und 26 während der Lebensdauer des Projektionssystems 5 ihre Ausrichtung verlieren.

Aus der Patentschrift US 4,868,668 ist ein Projektionssystem bekannt, das erzeugte Bilder hinsichtlich bestimmter Eigenschaften überprüft und ggf. korrigiert. Zu diesem Zweck wird ein Anteil des Projektionslichtes, der bereits die zur Projektion bestimmten Bildinformationen enthält, aus dem Projektionsstrahl abgeteilt und (ggf. unter Zwischenschaltung einer Optik) einen Detektor zugeführt. Die Messung erfolgt somit an einem Probestrahl, der vor dem Austritt des Projektionsstrahls aus dem Projektionssystem zur Projektionsfläche abgeteilt worden ist. Nachteilig ist hierbei, daß nicht das tatsächlich projizierte Bild auf Fehler überprüft wird, sondern ein vor der Projektion abgezweigter Strahl. Dadurch sind beispielsweise Fehlerquellen, wie die Abbildungslinse (mit ihrer chromatischen Aberration) nicht korrigierbar. Aus der Offenlegungsschrift DE 197 00 204 A1 ist ein Verfahren zur Einstellung der Konvergenz bei Projektions-Fernsehempfängern bekannt. Im Bereich der Projektionsfläche wird ein Sensor angeordnet. Mehrere Marker, die aus Projektionen der jeweiligen Grundfarben bestehen, werden auf den Sensor ausgerichtet und die so gewonnenen Informationen zur Konvergenzausrichtung verwendet. Der Sensor ist hierbei direkt am Bildschirm angeordnet, weshalb es einer Signal rückführung zur Projektionsgerätsteuerung und damit eines zusätzlichen Verkabelungsaufwands bedarf. Aus der DE 690 29 500 T2 ist eine Konvergenzmeßvorrichtung für eine Farbkathodenstrahlröhre bekannt, die auf der Betrachtungsseite einer durchstrahlten Projektionsfläche (Kathodenstrahlröhrenoberfläche) aufgesetzt wird. Eine gleichzeitige ungestörte Betrachtung des Projektionsbildes ist dabei selbstverständlich nicht möglich. Die Offenlegungsschriften DE 39 36 789 A1 und DE 39 36 790 A1 beschreiben bekannte Anordnungen, bei denen in einer Projektionsfläche Sensoren angeordnet sind. Aus der Offenlegungsschrift DE 41 29 963 A1 ist eine in einem Gehäuse angeordnete Projektionsanordnung bekannt, bei der ein Betrachter durch ein Fenster der Anordnung hindurch eine Projektionsfläche von einer Rückseite her betrachtet, während das Bild auf eine Vorderseite projiziert wird. Gleichzeitig ist eine Kamera auf die Vorderseite gerichtet, die als Sensor zur Erfassung von Bildfehlern dient.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes und flexibles System und Verfahren bereitzustellen, um Konvergenzfehler an einem projizierten Bild zu erfassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit dem Merkmalen des Anspruchs 15 sowie ein Bildaufnahmesystem zum Messen einer Konvergenzfehlausrichtung mit dem Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.

Vorteilhafte und/oder bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

1 ist eine schematische Darstellung eines bekannten LCD-Projektionssystems.

2 ist eine Darstellung von Bildern, die von LCD-Anzeigepaneelen des Systems gemäß 1 erzeugt werden, wenn die Anzeigepaneele nicht ausgerichtet sind.

3 ist eine Darstellung eines Bildes, das von LCD-Anzeigepaneelen des Systems gemäß 1 erzeugt wird, wenn die Anzeigepaneele ausgerichtet sind.

4 ist eine schematische Darstellung eines Projektionssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

5 ist eine Frontansicht des in 4 gezeigten Schirms.

6 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Prismas, das bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann.

7 ist eine Ansicht, die dem von dem Sensor des in 4 gezeigten Ausführungsbeipiels empfangenen Bild entspricht.

8 ist eine schematische Darstellung eines Lichtventils gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

9, 10 und 11 sind Darstellungen von Ausrichtungsszenarien zwischen zwei modulierten Strahlenbildern, die von Anzeigepaneelen des Projektionssystems nach 8 gebildet sind.

12 ist eine Abbildung eines Anzeigepaneels gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung.

13 ist ein elektrisches Schaltbild des Projektionssystems gemäß 4 eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

14 ist eine Veranschaulichung eines Abschnitts einer Pixel-Abbildung.

Detaillierte Beschreibung
Es wird auf 4 Bezug genommen. Ein Bild-Aufnahmesystem 400 ist in einen Projektionsbildschirm 402 eingebaut. Der Projektionsbildschirm 402 kann von herkömmlicher Art sein. Beispielsweise empfängt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Lichtventil 404 ein Video-Eingangssignal und projiziert dieses Signal durch eine Projektionslinse 57 auf einen Klappspiegel 408, der das Bild auf einen Projektionsspiegel 410 und anschließend auf einen Schirm 59 reflektiert. Die auf den Schirm 59 projizierten Bilder sind von außerhalb des Gehäuses 420 sichtbar.
Das Bildaufnahmesystem 400 weist einen digitalen Sensor 414 auf, der ein Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiter(CMOS)-Sensor oder ein anderer digitaler Sensor, wie z. B. ein Sen sor mit ladungsgekoppelten Bauelementen(CCD), sein kann. Das Bildaufnahmesystem weist ferner eine Linse 416 und ein optisches System 418 auf. Das optische System 418 ist derart ausgebildet, daß es selektiv ein Bild der in der Nähe von Konvergenz-Zielmarken liegenden Abschnitte, die außerhalb des sichtbaren Bereichs des Bildschirms angeordnet sind, aufnimmt.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Schirm 59 im Gehäuse 420 angeordnet, so daß alles, was der Benutzer sieht, das Gehäuse und ein Abschnitt des Projektionsschirms 59 ist. Nur von der Innenseite des Gehäuses 420 her sichtbar sind Konvergenz-Zielmarken 425, wie es in 5 gezeigt ist. Die Konvergenz-Zielmarken 425 können von herkömmlicher Art sein. Sie sind außerhalb des sichtbaren Bildschirmbereichs 426 im Randbereich 428 angeordnet. Der Randbereich 428 ist gegenüber einem außerhalb des Gehäuses befindlichen Benutzer aufgrund des Bereichs 421 des Gehäuses 420 verborgen, der die Außenfläche des Bereichs 428 abdeckt, wie es in 4 gezeigt ist.
Jede Zielmarke 425 liefert Informationen über die Konvergenz der angezeigten Farbebenen. In gewissem Sinne sind die Konvergenz-Zielmarken dann Testmuster zum Messen der Konvergenzausrichtung des Bildschirms. Sie können Bilder aufweisen oder sie können einfach Proben des Lichts aus der Anzeige empfangen.
Es wird auf 6 Bezug genommen. Das optische System 418 weist ein pyramidenförmiges Prisma 424 mit vier Seiten 422 auf. Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist jede Seitenfläche oder Fläche 422 optisch zu einer der Konvergenz-Zielmarken 425 ausgerichtet. So fängt bei einem Ausführungsbeispiel jede Fläche ein Bild von jeder Ecke des Bildschirms 59 ein, die eine Konvergenz-Zielmarke 425 enthält und die angrenzende Bereiche des Randbereichs 428 außerhalb des sichtbaren Bereichs 426 enthält.
Es wird auf 7 Bezug genommen, in der ein Beispiel eines vom Bildaufnahmesystem 400 aufgenommenen Bildes 401 dargestellt ist. Es weist vergrößerte Versionen 425a der Konvergenz-Zielmarken 425 mit sich anschließenden Quadranten 426 der tatsächlich vom Benutzer gesehenen Anzeige auf. Da das System 400 die Konvergenz-Zielmarken 425 einfängt, fängt es ebenso Bereiche des nicht für den Benutzer sichtbaren Bereichs 428 ein, die die Zielmarke 425 enthalten. Auf diese Weise können vergrößerte Bilder der Eckbereiche gewonnen werden, so daß das Auflösungsvermögen des Bildsensors 414 zu den Eckbereichen hin erhöht wird. Ein plusförmiger Bereich 430, gezeigt in 5, kann vom Bild 401 ausgenommen werden, um das Auflösungsvermögen der Konvergenz-Zielmarken 425 zu verbessern.
Das Bildverarbeitungssystem 400 braucht im Hinblick auf die chromatische Aberation nicht korrigiert zu werden, da lediglich gewünscht ist, das Ausmaß und die Richtung der chromatischen Aberation zu bestimmen. Die Linse 416 kann für eine ausreichende Vergrößerung sorgen, so daß jedem interessierenden projizierten Pixel mehr als ein Sensorpixel zugeordnet ist. Dies verbessert das Auflösungsvermögen der Position jeder der drei Farbebenen. Im Ergebnis ist es einfacher zu bestimmen, ob eine Fehlausrichtung besteht.
Der Sensor 414 kann zur Trennung der Farben ein Farbfilterarray (CFA) aufweisen. Der Konvergenzmusterbeitrag der roten Farbe regt die roten CFA-Farbpixel an und so weiter. Eine Nachverarbeitung der Farbdaten liefert Informationen zur Korrektur der chromatischen Aberation und liefert den tatsächlichen Versatz von jeder Farbe gegenüber dem Strahl oder gegenüber einer Referenzfarbe.
Sobald der Versatz gemessen worden ist, können elektromechanische, optische, elektronische oder andere Mittel zum Einsatz kommen, die die Konvergenz-Ausrichtung vornehmen. Das Abbilden jeder der vier Ecken ermöglicht eine hochgenaue Bestimmung von Offset-, Neigungs- und Vergrößerungsfehlern.
Bei Ausführungsformen, die im wesentlichen in einem Gehäuse, wie es dargestellt ist, eingebaut sind, sind Schärfe-Einstellungen bei dem optischen System 400 nicht notwendig, da die Entfernungen alle festgelegt sind. Demgemäß fährt das System bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit der Überwachung der Konvergenz-Zielmarken während einer anfänglichen Einrichtungsphase und anschließend mit der genauen Erfassung von eventuell auftretenden Konvergenz-Fehlern fort. Bei anderen Ausführungsbeispielen können Schärfe-Einstellungen notwendig sein.
Während eine Vielzahl unterschiedlicher Techniken angewendet werden kann, um Konvergenz-Fehler zu korrigieren, die von dem System 400 festgestellt worden sind, wird im folgenden ein Beispiel einer Technik beschrieben. Dies bedeutet nicht, daß die Erfindung in irgendeiner Weise auf eine bestimmte Technik zum Korrigieren von Konvergenz-Fehlern beschränkt ist.
9 zeigt zwei modulierte Strahlbilder 63 und 65, die jeweils von einem unterschiedlichen Anzeigepaneel 60 des Lichtventils 44 erzeugt sind, das einen einfallenden Lichtstrahl eines bestimmten Farbbandes moduliert. Jedes Pixel 67 des Strahlbildes 63 ist ungefähr 1/2 Pixel von dem entsprechenden Pixel 67 des Strahlbildes 65 entfernt angeordnet, d. h. die Strahlbilder 63 und 65 sind um "1/2 Pixel" versetzt. Demgemäß ist das Pixel 67 an der Position (0,0) des Bildes 65 ungefähr 1/2 Pixel entfernt vom Pixel 67 an der Position (0,0) des Bildes 63. Um die beiden Strahlbilder 63 und 65 einander anzunähern, können Aktoren 62 (siehe 8) verwendet werden, um das das Strahlbild 63 erzeugende Anzeigepaneel 60, das das Strahlbild 65 erzeugende Anzeigepaneel 60 oder beide Anzeigepaneele 60 neu zu positionieren. Wie dargestellt, sind die Zeilen (und Spalten) der Pixel 67 des Strahlbildes 63 parallel zu den Zeilen (und Spalten) der Pixel des Strahlbildes 65 angeordnet. Folglich kann eine Translationsbewegung (und nicht eine Rotationsbewegung, wie sie unten beschrieben ist) eines oder mehrerer Anzeigepaneele 60 eingesetzt werden, um die Strahlbilder 63 und 65 einander anzunähern.
Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Aktoren 62 verwendet werden, um eine maximale Ausrichtung von ungefähr einem Pixel, die nachfolgend als Fein- oder lokale Justierung bezeichnet wird, auszuführen, um zur Ausrichtung der Pixelgrenzen das (die) Anzeigepaneel(e) zu verstellen. Vor einer Kalibrierung jedoch könnten einige modulierte Strahlbilder weiter voneinander entfernt sein, wie es in 10 dargestellt ist. Beispielsweise ist ein Pixel 67 an der Position (0,0) eines modulierten Strahlbildes 71 einige Pixel von einem Pixel mit der Position (0,0) eines modifizierten Strahlbildes 69 entfernt angeordnet. In diesem Fall werden bei einigen Ausführungsbeispielen die Aktoren 62 eingesetzt, um die Strahlbilder 69 und 71 lokal auszurichten, so daß die Pixel (unabhängig von ihren Positionen) der Strahlbilder 69 und 71 lokal (aber nicht global) ausgerichtet sind. Zum Beispiel wird durch diese lokale Ausrichtung das Pixel mit der Position (3,3) des Strahlbildes 69 zu dem Pixel mit der Position (0,0) des Strahlbildes 71 ausgerichtet, d. h. die Grenzen der Pixel sind ausgerichtet.
Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die grobe oder globale Ausrichtung durch Neu-Abbildung von Pixeln eines oder mehrerer Anzeige-Paneele 60 vorgenommen, wie es unten beschrieben ist. Dieses Neu-Abbilden richtet beispielsweise das Pixel mit der Position (0,0) des in 10 gezeigten Strahlbildes 71 dadurch aus, daß es die Pixel-Positionen des Anzeigepaneels, das das Strahlbild 69 erzeugt, neu-abbildet. Damit dies geschieht, können zusätzliche Pixel (auch "Pixel-Zellen" oder "Pixel-Elemente" genannt) des das Strahlbild 69 erzeugenden Displays 60 benutzt werden. Der Anzeige 60 verwendet die das Strahlbild 69 bildet.
Beispielweise könnte bei einer gewünschten Auflösung von 1024 horizontalen Pixeln und 768 vertikalen Pixeln (d. h. für ein 1024×768-Display) das Anzeigepaneel 60 1034 horizontale Pixel und 778 vertikale Pixel aufweisen, d. h. 10 zusätzliche Pixel sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung. Auf diese Weise kann ein Pixel-Block 75 (12) aktiv sein und verwendet werden, um das modulierte Strahlbild zu erzeugen. Die restlichen Pixel 77 sind durch die Anwendung der Abbildungsfunktion zur Korrektur einer globalen Fehl-Ausrichtung inaktiv oder permanent ausgeschaltet. Um dies zu erreichen, wird die Abbildung des Anzeigepaneels 60 entsprechend eingestellt, um den Block 75 der aktiven Pixel horizontal, vertikal oder in beide Richtungen zu verlagern.
Somit könnten in 10 die Pixel des das Strahlbild 69 erzeugenden Displays 60 so neu-abgebildet werden, daß diejenigen Pixel des Displays, die Pixel 67 des Strahlbildes 69 erzeugen, die nicht zu dem Strahlbild 71 global ausgerichtet ist, ausgeschaltet werden. Die Pixel des das Strahlbild 69 erzeugenden Anzeigepaneels 60 werden somit neu-abgebildet, um im Ergebnis den Block der aktiven Pixel des Anzeigepaneels 60 zur globalen Ausrichtung der Strahlbilder 69 und 71 um vier Zeilen nach unten und drei Spalten nach rechts zu verschieben.
Es wird wieder auf 8 Bezug genommen. Bei einigen Ausführungsbeispielen könnte das Lichtventil 404 Prismen 52 (Prismen 52a, 52b, 52c und 52d beispielsweise) enthalten, die einen einfallenden weißen Lichtstrahl (der aus roten, grünen und blauen Strahlen gebildet ist) von einer Lichtquelle 63 zu den Anzeigepaneelen 60 lenken, wie es unten beschrieben wird. Genauer gesagt, empfängt das Prisma 52a den einfallenden weißen Lichtstrahl an einer Prismen-fläche 52aa, die senkrecht zum einfallenden Licht angeordnet ist, und lenkt den Strahl auf eine Prismenfläche 52ab, die gegen die Fläche 52aa geneigt ist. Der reflektierende Fläche eines roten dichroitischen Spiegels 54a kann mit der Prismenfläche 52ab oder der Prismenfläche 52ca über eine transparente elastische Klebeschicht 56a verbunden sein, die ein Positionieren der Anzeigepaneele 60b und 60c unterstützt, wie unten näher beschrieben wird.
Der rote dichroitische Spiegel 54a trennt den roten Strahl aus dem einfallenden weißen Strahl durch Reflexion des roten Strahls ab, so daß der rote Strahl aus einer anderen Prismenfläche 52ac des Prismas 52a austritt und in eine Prismenfläche 52ba des Prismas 52b eintritt. Die Prismenflächen 52ac und 52ba können über eine transparente elastische Klebeschicht 56c miteinander verbunden sein, die eine Verstellung des Anzeigepaneels 60a unterstützt. Das Prisma 52b wiederum lenkt den roten Strahl auf die Eintrittsfläche des Anzeigepaneels 60a, das auf einer anderen, gegen die Prismenfläche 52ba geneigten Prismenfläche 52bb des Prismas 52b befestigt ist. Das Anzeigepaneel 60a moduliert den einfallenden roten Strahl und der modulierte rote Strahl folgt einem ähnlichen Weg wie der auftreffende rote Strahl. Anstatt ihn jedoch auf die Lichtquelle 63 zu richten, wird der modulierte rote Strahl von einem Strahlteiler 55 durch eine Projektionsoptik 57 (beispielsweise eine Linse) gelenkt, die ein Bild des modulierten roten Strahls auf dem Schirm 59 erzeugt.
Der verbleibende blaue und grüne Strahl (des ursprünglichen einfallenden weißen Strahls) gehen durch den roten dichroitischen Spiegel 54a hindurch. Die entgegengesetzte Fläche des Spiegels 54a ist auf einer Prismenfläche 52ca des Prismas 52c befestigt. Diese Anordnung bewirkt, daß der blaue und grüne Strahl durch den roten dichroitischen Spiegel 54a, durch die Prismenfläche 52ca des Prismas 52c, durch das Prisma 52c und durch eine Prismenfläche 52cb (des Prismas c), die einen spitzen Winkel zu der Prismenfläche 52ca bildet, hindurchgehen. Die Reflexionsfläche eines blauen dichroitischen Spiegels 54b ist auf der Prismenfläche 52cb oder der Prismenfläche 52da befestigt. Dadurch reflektiert der blaue dichroitische Spiegel 54b den blauen Strahl zurück in das Prisma 52c und bewirkt, daß der blaue Strahl aus einer weiteren Prismenfläche 52cc des Prismas 52c austritt. Die Eintrittsfläche des Anzeigepaneels 60b ist auf der Fläche 52cc befestigt und moduliert den einfallenden blauen Strahl. Der modulierte blaue Strahl wiederum folgt einem Weg, der ähnlich demjenigen Weg ist, dem der einfallende blaue Strahl folgt. Der Strahlteiler 55 lenkt den modulierten blauen Strahl durch die Projektionsoptik 57 und erzeugt ein Bild des modulierten blauen Strahls auf dem Schirm 59.
Der grüne Strahl geht durch den bauen dichroitischen Spiegel 54b hindurch und tritt in das Prisma 52d durch eine Prismenfläche 52da ein, die mittels einer transparenten elastischen Klebeschicht 56b auf der anderen Fläche des blauen chroitischen Spiegels 54b befestigt ist. Die Elastizität der Klebeschicht 56b unterstützt wiederum eine Verstellung des Anzeigepaneels 60, wie es unten näher beschrieben ist. Der grüne auftreffende Strahl tritt aus einer anderen Prismenfläche 52db des Prismas 52d aus und trifft auf die Eintrittsfläche des Anzeigepaneels 60c, das auf der Prismenfläche 52db befestigt ist. Das Anzeigepaneel 60 moduliert den auftreffenden grünen Strahl, bevor es den modulierten grünen Strahl entlang eines Weges reflektiert, der ähnlich demjenigen weg ist, dem der auftreffende Lichtstrahl folgt. Der Strahlteiler 55 lenkt den modulierten grünen Strahl durch die Projektionsoptik 57, um ein Bild des modulierten grünen Strahls auf dem Schirm 59 zu erzeugen. Die drei modulierten Strahlbilder bilden ein zusammengesetztes Farbbild auf dem Schirm 59.
Damit die Position eines oder mehrerer der Anzeigepaneele 16 eingestellt werden kann, wie es weiter unter beschrieben ist, können die Prismen 52b, 52c und 52d über Aktoren 62 bewegt werden, die die auf den Prismen befestigten Anzeigepaneele 60 verstellen. Dafür ist bei einigen Ausführungsbeipielen das Prisma 52a fest an einem Chassis (nicht gezeigt) des Lichtventils 404 befestigt, und die anderen Prismen 52b, 52c und 52d können in Bezug auf das Prisma 52a bewegt werden. Insbesondere kann der Aktor 62a zwischen und in Kontakt zu den Prismenflächen 52ac und 52ba montiert sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Aktor 62a nahe den Rändern der Prismenflächen 52cc und 52ba befestigt sein. Da das Prisma 52a an dem Chassis des Lichtventils 404 befestigt ist und da die Klebeschicht 56a eine elastische Verbindung zwi schen den Prismen 52a und 52b schafft, bewirkt die Expansion oder Kontraktion des Aktors 62a eine Schwenkung des Anzeigepaneels 60a in der Ebene der Darstellung. Diese Schwenkung wiederum bewirkt eine Translation des Bildes. Bei einigen Ausführungsbeispielen können diese Bewegungen wiederum zum lokalen Einstellen des modulierten roten Strahlbildes auf dem Schirm 59 gesteuert werden, indem beispielsweise die an den piezoelektrischen Aktor 62a angelegte Spannung eingestellt wird.
Andere Aktoren 62 können verwendet werden, um in ähnlicher Weise sowohl Translationen als auch Rotationen der anderen Anzeigepaneele 60 zu bewirken. Beispielsweise kann der Aktor 62b zwischen und in Kontakt zu den Prismenflächen 52ab und 52ca angeordnet sein. Auf diese Weise bewirkt eine Expansion und eine Kontraktion des Aktors 62b eine Schwenkung und damit eine Bild-Translation des Anzeigepaneels 60b und kann damit verwendet werden, um sowohl das modulierte blaue als auch das modulierte grüne Strahlenbild zu bewegen.
Eine Bewegung des Prismas 52c durch den Aktor 62b kann ferner eine Bewegung des Prismas 52d bewirken und somit eine Bewegung des Anzeigepaneels 60c. Die Position des Anzeigepaneels 60c kann jedoch auch durch den Aktor 62c verstellt werden, der zwischen und in Kontakt zu den Prismenflächen 52cb und 52da angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine Expansion oder Kontraktion des Aktors 62c verwendet werden, um die Position des Anzeigepaneels 60c einzustellen und somit das modulierte blaue Strahlbild zu dem modulierten roten und grünen Strahlbild auszurichten.
Andere Anordnungen sind möglich. Zum Beispiel können bei anderen Ausführungsbeispielen Aktoren 62 (nicht gezeigt verwendet werden, um eine Rotation eines bestimmten Anzeigepaneels in einer Ebene zu bewirken, die orthogonal zu der Darstellungsebene ist.
Das Lichtventil 404 kann einen parabolischen Spiegel 65 aufweisen, um die Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 63 parallel auszurichten. Die Lichtquelle 63 kann beispielsweise eine Lichtbogenlampe sein. Das Lichtventil 404 kann ferner eine Kondensorlinse 61 enthalten, die den weißen Strahl zum Strahlteiler 55 richtet. Der Strahlteiler 55 wiederum kann den weißen Strahl zu einem Polarisator 49 lenken, der den weißen Strahl polarisiert, bevor der Strahl auf die Prismenfläche 52aa trifft.
Die oben beschriebenen Lösungen zur Ausrichtung der modulierten Strahlbilder betreffen sowohl Pixel-Translationen als auch -Rotationen. Jedoch könnte eine rotorische Ausrichtung der modulierten Strahlbilder auf andere Weise als die oben Beschriebene erreicht werden.
Allgemein können die Wirkungen von Fehlausrichtung von zwei modulierten Strahlbildern 100 und 102 aufgrund von Verdrehung sehr spürbar sein, wie es in 11 dargestellt ist. Wie gezeigt, kann aufgrund der Natur des Anzeigepaneels 60 jedes der Strahlbilder 100 und 102 dunkle Linien zwischen benachbarten Pixelzeilen und Pixelspalten aufweisen. Wenn daher zwei Strahlbilder 100 und 102 relativ zu einander verdreht werden, können bestimmte Teile des zusammengesetzten Bildes teilweise transparent sein, da in diesen Teilen die dunklen Linien zueinander nahezu ausgerichtet sind, und andere Teile des zusammengesetzten Bildes können nahezu undurchlässig sein, da die dunklen Linien in diesen Teilen nahe beieinander sind. Obwohl die Strahlbilder 100 und 102 sowohl translatorisch fehl-ausgerichtet als auch rotatorisch um 1° fehl-ausgerichtet sind, wird die rotatorische Fehl-Ausrichtung am deutlichsten wahrgenommen.
Es gibt verschiedene Wege, die modulierten Strahlbilder rotatorisch auszurichten. Beispielsweise können die Anzeigepaneele 60 während des Zusammenbaus des Systems 402 sicher auf den Seitenflächen der Prismen 52 befestigt werden. Während der Montage könnte beispielsweise darauf geachtet werden, daß die die Konvergenz-Zielmarken 425 physisch richtig so positioniert werden, daß eine Strahlkonvergenz erreicht wird.
Es wird Bezug genommen auf 13. Die Projektionsanzeige 402 kann ein elektrisches System 200 aufweisen, das Teil eines Computersystems, Teil eines Stand-alone-Projektors, Teil eines Fernsehers oder Teil eines Computer-Monitors ist, um nur einige Beispiele zu nennen. Insbesondere kann das elektrische System 200 eine Video-Electronics-Standards-Association(VESA)-Schnittstelle 202 aufweisen, die analoge Signale aus einem VESA-Kabel 201 empfängt. Der VESA-Standard ist näher in Computer Display Timing Specification, v.1, rev. 0.8, die im Internet unter www.vesa.orgstandards.html erhältlich ist, beschrieben. Die analogen Signale aus dem Kabel 201 kennzeichnen auf dem Bildschirm zu erzeugende Bilder und können zum Beispiel von einer Grafikkarte eines Computers erzeugt werden. Die analogen Signale werden durch einen Analog-Digital(A/D)-Umsetzer 204 in digitale Signale umgesetzt, und die digitalen Signale werden in einem Einzelbildpuffer 206 gespeichert. Ein Taktgenerator 212 kann mit dem Einzelbildpuffer 206 gekoppelt sein und eine Einzelbildrate regeln, mit welcher Bilder auf dem Schirm 59 erzeugt werden. Ein Prozessor 220 (beispielsweise ein oder mehrere Mikrocontroller oder Mikroprozessoren) können über einen Bus 208 mit dem Einzelbildpuffer 206 gekoppelt sein.
Der Prozessor 220 kann die im Einzelbildpuffer 206 gespeicherten Daten verarbeiten, um beispielsweise den von der Grafikkarte verwendeten Koordinatenraum in den von den Anzeigepaneelen 60 verwendeten Koordinatenraum zu transformieren, um den von der Grafikkarte verwendeten Farbraum in den von den Anzeigepaneelen 60 verwendeten Farbraum neu-abzubilden und um zu bewirken, daß die Daten an die Gamma-Funktionen der Anzeigepaneele 60 angepaßt werden. Das Endprodukt dieser Operationen ist ein Satz von RGB-werten für jedes Pixel des Bildes. Auf diese Weise werden die R-Werte zur Bildung der Intensitätswerte der Pixel des roten Anzeigepaneels 60a, die G-Werte zur Bildung der Intensitätswerte der Pixel des grünen Anzeigepaneels 60c und die B-Werte zur Bildung der Intensitätswerte der Pixel des blauen Anzeigepaneels 60b verwendet.
Wie oben beschrieben, werden nicht alle Pixel eines bestimmten Anzeigepaneels 60 benutzt. Statt dessen kann ein Abbild 215 in einem Abbildungsspeicher 216 gespeichert sein, das die gewünschte Abbildung kennzeichnet. Das Abbild 215 wiederum kann von einem Adreßgenerator 214 benutzt werden, der die Pixeladressen für Pixel des Anzeigepaneels 60 anzeigende Signale erzeugt.
Gemäß 14 können beispielsweise bei einem bestimmten Anzeigepaneel 60 N Orte 252 (Orte 252₁ 252₂ , 252₃ , ...252_N ) des Abbilds 215 sequentiell die Abbildung für die oberste Zeile eines Pixelbildes, beginnend mit der Position (0,0) des Pixelbildes, anzeigen. Wie gezeigt, bildet die Position (0,0) des Pixelbildes in die Position (3,3) des Anzeigepaneels 60ab, die Position (1,0) des Pixelbildes bildet in die Position (4,3) des Anzeigepaneels 60 ab, die Position (1,1) des Pixelbildes bildet in die Position (5,3) des Anzeigepaneels 60 ab etc.
Es wird wieder auf 13 Bezug genommen. Neben anderen Merkmalen des Systems 200 kann das System 200 eine Anzeige-Paneele-Schnittstelle 222 aufweisen, die mit dem Bus 208 gekoppelt ist und die die Anzeigepaneel-Spannungen ansteuert, um die Bilder auf den Anzeige-Paneelen 60 zu erzeugen. Eine globale Übersetzungs-Kalibrier-Schnittstelle 218 (beispielsweise eine elektromechanische Benutzerschnittstelle oder eine serielle Bus-Schnittstelle) kann elektrisch mit dem Adreß-Generator 214 gekoppelt sein. Auf diese Weise kann die Kalibrier-Schnittstelle 218 das Abbild 215 in Beantwortung der globalen Translation modifizieren, die durch mit der Schnittstelle 218 gekoppelte Bedienelemente (z. B. ein Computer oder ein Steuerknopf) angezeigt wird. Eine lokale Übersetzungs-Schnittstelle 230 (z. B. eine elektromechanische Benutzer-Schnittstelle oder eine serielle Bus-Schnittstelle) kann beispielsweise mit einem Spannungsregler 231 gekoppelt sein, der die Spannung selektiv regelt, die an die verschiedenen piezoelektrischen Stellglieder 62 angelegt werden.
Der Sensor 414 kann mit dem Prozessor 220 über den Bus 208 und die Schnittstelle 239 gekoppelt sein. Demgemäß kann die von dem Sensor 414 ermittelte Fehlausrichtung-Information von dem Prozessor 220 analysiert werden, der dann geeignete Befehle zur globalen oder lokalen Übersetzungs-Kalibrierung zur Verfügung stellen kann.
Während die Erfindung im Hinblick auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsbeispielen beschrieben werden ist, werden dem Fachmann, dem diese Beschreibung zur Verfügung steht, zahlreiche Modifikationen und Variationen in den Sinn kommen. Es ist beabsichtigt, daß die beigefügten Patentansprüche all diese Modifikationen und Variationen, soweit sie unter den wahren Geist und Umfang der Erfindung fallen, abdecken.

Claims

Anordnung zum Messen der Konvergenzausrichtung eines auf eine Oberfläche projizierten Bildes einer Projektionsanzeigeeinrichtung aufweisend: ein von der Oberfläche beabstandetes Bildaufnahmesystem, das ein optisches System und einen digitalen Bildsensor aufweist, wobei das optische System derart ausgebildet ist, daß es separate Bilder von mindestens zwei beabstandeten Bereichen des auf die Oberfläche projizierten Bildes aufnimmt, und wobei der Bildsensor derart angeordnet ist, daß er die separaten Bilder von dem optischen System aufnimmt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das optische System ein Prisma mit einer Mehrzahl von Seitenflächen aufweist.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei das Prisma pyramidenförmig ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, mit einem Gehäuse und einem im Gehäuse angeordneten Projektionsschirm, der eine erste und eine zweite Seite aufweist, wobei das projizierte Bild auf die erste Seite des Projektionsschirms projiziert wird, um auf der zweiten Seite des Schirms betrachtet zu werden.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei ein Abschnitt des projizierten Bildes nur auf der ersten Seite des Projektionsschirms sichtbar ist.
Anordnung nach Anspruch 5, wobei der Bildsensor vor der ersten Seite des Projektionsschirms angeordnet ist.
Anordnung zum Messen der Konvergenzausrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Projektions schirm umfaßt, der derart angeordnet ist, daß er das projizierte Bild aufnimmt und für Benutzer der Anordnung einen ersten Anteil des Bildes sichtbar macht und einen zweiten Anteil des Bildes vor den Benutzern verbirgt; und wobei das Bildaufnahmesystem derart angeordnet ist, daß das optische System ein vergrößertes Bild von mindestens zwei voneinander beabstandeten Bereichen des zweiten Anteils des Bildes aufnimmt.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei das optische System ein pyramidenförmiges Prisma aufweist.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei das Prisma vier Seitenflächen aufweist.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei der erste Abschnitt des Bildes mindestens drei Ecken aufweist und wobei das Prisma so ausgebildet ist, daß es die Aufnahme eines Bildes des zweiten Abschnitts in der Nähe der vier Eck-Bereiche unterstützt.
Anordnung nach Anspruch 7, mit Konvergenz-Zielmarken, die in dem zweiten Abschnitt angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei das optische System derart angeordnet ist, daß es das Bild von mindestens vier voneinander beabstandeten Bereichen des zweiten Abschnitts vergrößert.
Anordnung nach Anspruch 7, mit einem Gehäuse, wobei der Projektionsschirm zur Betrachtung des Bildes im Gehäuse gehalten ist und wobei der Projektionsschrim so ausgebildet ist, daß er die ersten und zweiten Abschnitte innerhalb des Gehäuses anzeigt und den ersten Abschnitt auf der Außenseite des Gehäuses anzeigt.
Anordnung nach Anspruch 13, wobei das optische System so ausgebildet ist, daß es mindestens drei beabstandete Bereiche des zweiten Abschnitts aufnimmt.
Verfahren zum Messen der Konvergenzausrichtung einer Projektionsanzeige, wobei: ein sichtbares Bild und ein Paar von Konvergenz-Zielmarken außerhalb des sichtbaren Bildes auf eine Oberfläche projiziert werden; ein Bild der auf die Oberfläche projizierten Zielmarken mit einem von der Oberfläche beabstandeten Bildaufnahmesystem auf genommen wird; und das aufgenommene Bild analysiert wird, um eine Angabe über die Konvergenz-Fehlausrichtung der Projektionsanzeige bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei ferner das aufgenommene Bild vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Zielmarken von der Betrachtung durch den Benutzer ausgeschlossen sind.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei ferner gleichzeitig ein Bild von mindestens drei Konvergenz-Zielmarken aufgenommen wird, die in den Eck-Bereichen des sichtbaren Bildes angeordnet sind, ein zusammengesetztes Bild der Eck-Bereiche erzeugt wird und das zusammengesetzte Bild vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Aufnehmen eines Bildes durch Verwendung eines Prismas mit mindestens zwei Seitenflächen erfolgt, wobei jede Seitenfläche zu einer der Zielmarken ausgerichtet ist.
Bildaufnahmesystem zum Messen einer Konvergenzfehlausrichtung, mit: einem Bildsensor; einem optischen System, das gleichzeitig ein erstes Bild von vier beabstandeten Bereichen eines zweiten Bildes aufnimmt, das von einem Projektionsdisplay erzeugt ist; und einer Vorrichtung zum Analysieren der vier Bereiche, um zu bestimmen, ob eine Konvergenz-Fehlausrichtung vorliegt.