專利名稱：圖像投影的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明一般地涉及至少采用一個線性陣激光源的高分辨率圖象投影系統(tǒng)，這種系統(tǒng)適于顯示掃描光柵的單色、兩色和全彩色的圖象，例如，投影到屏幕上的電視圖象或計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的文本和圖形。
當(dāng)陰極射線管(CRT)的屏幕尺寸增大時(shí)，傳統(tǒng)的CRT顯示設(shè)備變得不實(shí)際了。當(dāng)前，圖形圖象的最大屏幕尺寸極限為45英寸見方。最大CRT用戶電視顯示器屏幕的對角線實(shí)測值一般不超過40英寸。
對于圖形圖象顯示器來說，當(dāng)監(jiān)視器中CRT管的尺寸增大時(shí)，其單位面積產(chǎn)生像素的比例數(shù)要降低。這限制了大CRT產(chǎn)生精密細(xì)節(jié)的能力，而這種細(xì)節(jié)在近距離觀看的圖形顯示器中是需要的。這是因?yàn)殡y于在較大的屏幕面積上精確地再生超精密紅、綠、藍(lán)(RGB)三個一組的熒光點(diǎn)或條而不發(fā)生制造過程中的誤差。而且，電子束在偏轉(zhuǎn)過程中引入的誤差因管子變大而致使有關(guān)距離的變長而增大，使像素信息在屏幕上產(chǎn)生空間失真。
與圖形顯示器相反，用戶電視的顯示器必須很亮，而且，對比度要高。因?yàn)橛脩綦娨曪@示器的觀看距離比圖形顯示器大得多，而分辨率倒不是壓倒的因素。另外，CRT產(chǎn)生低頻電磁場和X射線。用來實(shí)現(xiàn)高亮度的方法使電子束光點(diǎn)的大小急劇增大。結(jié)果是，較大的光點(diǎn)使圖象清晰度大為下降，這本身又使對比度下降，形成了軟圖象(soft looking image)。另外，較大的電視屏幕要求偏轉(zhuǎn)角較大，以防止CRT變得太長了。與較大屏幕尺寸有關(guān)的較大偏轉(zhuǎn)角(超過90°)使線性和色純度產(chǎn)生顯著的誤差?，F(xiàn)代的電視CRT不打算再變大了。對于大CRT的系統(tǒng)來說，尺寸、重量和功率的折衷，在經(jīng)濟(jì)上并不成比例。
結(jié)果是，普遍地采用投影電視機(jī)，這種投影電視機(jī)采用白光的三個基色，即紅、綠、藍(lán)(RGB)CRT光源疊加。標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用3個小直徑的基色CRT，以及把三種分開的彩色在屏幕圖象上會聚起來的透鏡。利用這種方法可以實(shí)現(xiàn)的投影屏幕的尺寸大于利用CRT可以實(shí)現(xiàn)的屏幕；然而，其亮度和對比度劣于利用觀看家庭電視的CRT的。
另一種方案是利用單一的白熾白光源來產(chǎn)生照射LCD(液晶顯示器)板的基色。LCD選擇矩陣獨(dú)立地調(diào)制RGB像素，這種矩陣還產(chǎn)生光柵。雖然這種投影機(jī)具有足夠的分辨率，但是，存在著與這種方案有關(guān)的其它不可避免的問題。白熾白光源的使用壽命較短，且產(chǎn)生的熱量較多。生產(chǎn)出來的LCD器件都帶有極少量的疵斑，這種疵斑本身在屏幕上顯示為永久性的圖象人工產(chǎn)物，而與圖形或圖象源無關(guān)。采用LCD器件來產(chǎn)生光柵，這對顯示設(shè)備引入了固定不變的分辨率，使電子電路很難自適應(yīng)地接受其它分辨率以顯示圖形和文本信息。
利用激光器構(gòu)成了較亮的投影電視機(jī)。一般地，緣光束和藍(lán)光束由直接發(fā)射綠輻射線和藍(lán)輻射線的氬離子氣體激光器產(chǎn)生；紅光束通常由液態(tài)染料激光器(用大功率藍(lán)色和綠色氣體激光器的一部分功率來激勵)產(chǎn)生。一般，獨(dú)立地調(diào)制這三種光束中的每一種，以產(chǎn)生與輸入視頻信號所表示的相同的亮度和色度。然后，利用光學(xué)裝置在空間把這三種已調(diào)光束組合起來，以產(chǎn)生單一的所謂“白光束”；并且，利用適當(dāng)?shù)墓鈻?掃描器光學(xué)系統(tǒng)，使該白光束投射向觀看的屏幕。因?yàn)樵诂F(xiàn)有由氣體激光器構(gòu)成的投影系統(tǒng)中只有單一的白光束投向觀看屏幕，所以，這種系統(tǒng)為N＝1型，數(shù)字N規(guī)定白光束的條數(shù)。在這樣的系統(tǒng)中，一般是利用旋轉(zhuǎn)鏡和偏轉(zhuǎn)鏡的組合，把一系列像素投影到觀看屏幕上，產(chǎn)生全彩色圖象(或幀)。在正確的同步下，旋轉(zhuǎn)鏡使白光束跨過屏幕水平地掃描，順序地描繪出一排像素；同時(shí)，偏轉(zhuǎn)鏡使白光束沿著屏幕垂直地移動；結(jié)果是，一次填滿圖象幀中的一行像素。在任一給定的瞬間，白光束以正確的亮度和色度照射幀中的一個給定像素。
當(dāng)前，由激光器構(gòu)成N＝1的投影電視系統(tǒng)一般能夠產(chǎn)生比由非激光器構(gòu)成的系統(tǒng)更亮的圖象，并能實(shí)現(xiàn)近于100％的色飽和度。這種系統(tǒng)還呈現(xiàn)出像素尺寸的穩(wěn)定性，因?yàn)橄袼氐某叽缗c白光素的功率無關(guān)。為了在大于40英寸的屏幕上產(chǎn)生亮度適當(dāng)?shù)膱D象，屏幕上的白光束的功率應(yīng)該超過1瓦。當(dāng)前用于N＝1投影系統(tǒng)中的氣體激光器，其功率效率一般小于0.1％；因此，當(dāng)前因氣體激光器構(gòu)成的投影系統(tǒng)需要幾千瓦可調(diào)電功率，和足以把浪費(fèi)的幾千瓦熱量帶走的可調(diào)冷卻水。因此，這樣的系統(tǒng)比較大，缺乏便攜性，也比較貴。在當(dāng)前由N＝1激光器構(gòu)成的系統(tǒng)中，利用三個分開的聲-光光(acousto-optic(AO)light)調(diào)制器把視頻調(diào)制信息加到形成該單一輸出白光束的三種RGB光束中每一種光束上。這些調(diào)制器是有問題的，也很貴。在大屏幕較亮顯示器所需功率的等級上，調(diào)制的非線性和其它非所需影響可使圖象質(zhì)量劣化。
與傳統(tǒng)的由激光器構(gòu)成的投影電視機(jī)有關(guān)，為了產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的電視圖象，在機(jī)械方面(為了掃描)和電子方面(為了調(diào)制)，都需要采用高速元件。當(dāng)前，NTSC電視圖象以每幀 秒的速率重現(xiàn)，每幀是以525行水平掃描行。在激光投影電視機(jī)中，為了使單一激光白光束掃描到屏幕上，一般采用多面多角鏡。作為48面鏡所要求的角速度范圍為50000轉(zhuǎn)/分。能夠達(dá)到這樣性能的軸承裝置是很貴的。當(dāng)處理高清晰度電視(HDTV)或高分辨率圖形時(shí)，因?yàn)橄袼孛芏忍岣吡?，由此，要求多角鏡的角速度更高，使掃描問題變得更加嚴(yán)重了。
現(xiàn)在已有各種電視標(biāo)準(zhǔn)(例如NTSC、HDTV的變型)和計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，還將及時(shí)提出各個新標(biāo)準(zhǔn)。特別是，這些視頻標(biāo)準(zhǔn)在分辨率、圖象寬高比、幀頻、和隔行方法方面可能不同。因此，如果有一種能夠(或者，很容易地自適應(yīng)于)顯示遵循各種現(xiàn)有或未來視頻標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖象的圖象投影機(jī)，將是合乎理想的。
這樣，迫切需要能夠顯示多種電視圖象(例如NTSC、HDTV)分辨率和高分辨率圖形圖象的、亮的、廉價(jià)的、小型化的電視和圖形的圖象投影機(jī)。而且，因?yàn)轱@示圖形和顯示電視圖象的要求不同，所以，如果把這兩種圖象顯示功能組合成為單一便攜式投影設(shè)備，將是非常合乎理想的。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明的一個目的是為電視和圖形的圖象投影提供一種能夠再生各種視頻標(biāo)準(zhǔn)例如NTSC、HDTV、計(jì)算機(jī)圖形、和其它高分辨率視頻圖象的、經(jīng)過改進(jìn)的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個目的是為單色、雙色和全彩色圖象的投影提供一種廉價(jià)的、適合于大量生產(chǎn)的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的再一個目的是為圖象投影提供一種功率效率高的、小型化的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種適合于大量生產(chǎn)的激光白光源陣。
本發(fā)明的附加目的是為采用旋轉(zhuǎn)速度相當(dāng)慢的光掃描器的圖象投影提供一種方法和設(shè)備。
本發(fā)明的又一個目的是為采用脈寬調(diào)制以產(chǎn)生高對比度視頻圖象的圖象投影系統(tǒng)提供一種方法和設(shè)備。
利用包括下列三個子系統(tǒng)的經(jīng)過改進(jìn)的圖象投影系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了這些和其它目的1.由激光器構(gòu)成的線性陣白光源；2.用來把適合于數(shù)字二維處理的輸入視頻圖象數(shù)據(jù)格式化的系統(tǒng)；以及，3.用來把白光線性陣源的多條光束投向遠(yuǎn)距離觀看屏幕的光掃描/投影系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，借助于旋轉(zhuǎn)多角鏡使得由激光器形成線性陣的單色、雙色或全彩色(這里，也稱為“白光”)源的多條(N＞1)平行輸出小光束跨過屏幕水平地掃描，照亮屏幕上的一刈(Swath)面積(N行)。圖象尺寸再生處理器(image resizingprocessor)對輸入圖象數(shù)據(jù)重新定格式，使之成為適合于驅(qū)動包括白光源的RGB線性激光器陣的形式。圖象尺寸再生處理器作為格式化處理過程的一部分把輸入圖象數(shù)據(jù)變換成為視頻幀。光掃描/投影系統(tǒng)把來自白光陣源的N條平行輸出小光束投向屏幕，通過使逐刈、逐幀地照亮的像素充滿屏幕，以便重新產(chǎn)生輸入畫面或圖象。整個圖象投影系統(tǒng)由系統(tǒng)控制微處理器控制，該微處理器接受來自視頻輸入變換器、以及來自本機(jī)控制面板或外部計(jì)算機(jī)的輸入。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，通過把三種基色線性陣的相應(yīng)N條平行輸出小光束在空間組合起來產(chǎn)生由激光器形成的白光源，該三種基色線性陣中的每一種分別提供波長為紅、綠、藍(lán)的N條平行輸出小光束。
在一個實(shí)施例中，把三種基色線性陣和包括分色鏡的組合光學(xué)系統(tǒng)安裝在一塊公共底板上。用幾種不同的方法產(chǎn)生基色紅、綠、藍(lán)光束，以幾種不同的信息格式、用幾種不同的方法去調(diào)制相應(yīng)的N條輸出小光束。
在另一個實(shí)施例中，每一種基色線性陣包括N個可單獨(dú)尋址的半導(dǎo)體條形激光二極管的線性陣，這種二極管用半導(dǎo)體材料生成，這種半導(dǎo)體材料的成分形成所需紅、綠、藍(lán)波長的激光二極管發(fā)射。通過直接調(diào)制送到每一個半導(dǎo)體條形激光二極管上的驅(qū)動電流來調(diào)制N條平行指向的輸出小光束中的每一條光束的光強(qiáng)。利用線性透鏡陣中包含的N個相應(yīng)微光透鏡來對每一種基色陣的N條平行指向的已調(diào)輸出小光束進(jìn)行平行校正，該線性透鏡陣與其相應(yīng)的基色激光器二極管陣是整體安裝的。
在再一個實(shí)施例中，通過使小光束通過相應(yīng)的光耦合透鏡和相應(yīng)的固態(tài)電光調(diào)制器，把調(diào)制加到每一種三基色陣中N條平行指向的輸出小光束的每一條上。耦合透鏡和固態(tài)調(diào)制器被包含在線性陣中，該線性陣與半導(dǎo)體激光二極管陣和輸出平行校正透鏡陣整體安裝。
在又一個實(shí)施例中，每一種基色線性陣包括可單獨(dú)尋址的半導(dǎo)體條形激光二極管的線性陣，這種條形二極管發(fā)射波長等于所需紅、綠、藍(lán)光束波長1倍到2倍的紅外波長的平行小光束。通過使每一條小光束通過相應(yīng)的光耦合透鏡和由適當(dāng)?shù)姆蔷€性結(jié)晶材料制成的條形波導(dǎo)，把每一個這種線性陣的紅外輸出變換成紅、綠、藍(lán)輸出小光束陣。N個耦合透鏡和非線性波導(dǎo)分別被包括在與半導(dǎo)體激光器二極管陣和輸出平行校正透鏡陣整體安裝的線性透鏡陣和波導(dǎo)陣內(nèi)。圖象信息通過直接調(diào)制陣內(nèi)各個半導(dǎo)體條形激光器二極管的驅(qū)動電流、或者通過在非線性波導(dǎo)陣之后并且在輸出平行校正透鏡陣之前包含進(jìn)來一個固態(tài)光電調(diào)制器陣來調(diào)制每一種基色陣的N條平行指向的輸出小光束。如果用該替代性的方法，通過采用適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料，不需要非線性結(jié)晶材料的諧波發(fā)生器就可以直接產(chǎn)生紅小光束。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，加到三種基色陣中每一種的N條小光束上的視頻信息可采取幾種不同的形式。
在一個實(shí)施例中，調(diào)制作用是通過調(diào)制可單獨(dú)尋址的半導(dǎo)體條形激光二極管驅(qū)動電流來實(shí)現(xiàn)。這與傳統(tǒng)(N＝1)激光投影系統(tǒng)中所用的聲光調(diào)制不同，因?yàn)榭梢允拱雽?dǎo)體激光二極管高速、急劇地接通和截止。在本發(fā)明中，因?yàn)橥瑫r(shí)掃描視頻圖象中的N行使得大大增多了可用來在給定幀頻下橫跨屏幕掃描一給定刈的時(shí)間，因而可采用不需要價(jià)格過高的高速/寬帶電子電路的脈寬調(diào)制(“PWM”)方式。因?yàn)镹行是并行處理的，所以，數(shù)據(jù)處理速率按系數(shù)N而被降低了。例如，灰度等級為27＝128的PWM方法可能要求數(shù)據(jù)速率提高128倍。如果并行掃描N＝128行，因?yàn)樘幚砻恳粋€像素的時(shí)間接相應(yīng)的系數(shù)N＝128而降低，所以，就可以抵消上述處理速度的提高。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，光掃描/投影系統(tǒng)包括一個帶有漸進(jìn)傾斜面的旋轉(zhuǎn)多角鏡(在下文，也稱為“不規(guī)則多角鏡”)，使白光陣的輸出橫跨屏幕水平地掃描；并使刈沿著屏幕垂直地掃描，形成光柵。旋轉(zhuǎn)多角鏡至少具有如同為了填滿圖象幀所需刈數(shù)的那樣多個面M。從第一個面開始，跨過圖象幀的頂部“描繪”出第一刈。使每一個相繼的面漸進(jìn)地傾斜，以便把每一相繼刈直接描繪在前一刈之下并且靠近前一刈，一直到把圖象幀填滿，于是，第一個面又開始在下一幀的頂部描繪一刈。因?yàn)槭抢脙A斜面多角鏡描繪出一整幀，所以，不需要用檢流計(jì)來使每一相繼刈沿著屏幕垂直地形成光柵。
在另一個實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)的多角掃描鏡具有M個面，其法線對鏡的旋轉(zhuǎn)軸保持為恒定的角度(在下文，也稱為“規(guī)則多角鏡”)。為了使每一相繼刈沿著屏幕垂直地形成光柵，在旋轉(zhuǎn)多面掃描鏡與激光陣之間設(shè)置了一個檢流計(jì)。
本發(fā)明的一個重要特點(diǎn)是同時(shí)并行掃描N個像素行。如上述PWM方面提到的那樣，這種并行處理的特點(diǎn)按比例降低了有關(guān)電子電路所需的速度。對于光掃描/投影系統(tǒng)來說，在機(jī)械方面也得到了類似的優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明中，利用多角鏡的每一個面掃描一刈(N行)，而不是單一的一行。對于一個給定的固定的幀時(shí)間來說，與單行掃描多角鏡相比較，一刈掃描多角鏡的角速度(這里，也稱為“轉(zhuǎn)速”)按一個系數(shù)N而降低了。例如，如果128行的一刈被掃描，為了掃描并使1280行的圖象幀形成光柵，則需要10個面的多角鏡。比較起來，如果一次只掃描一行(N＝1，如在傳統(tǒng)激光投影機(jī)中那樣)，則10個面的多角鏡轉(zhuǎn)動的角速度需要提高到128倍。
在一個實(shí)施例中，可選地利用隔行檢流計(jì)(interlacegalvanometer)與具有漸進(jìn)傾斜角的各個面的旋轉(zhuǎn)多角鏡(不規(guī)則多角鏡)合作。對于每一個圖象幀，這個旋轉(zhuǎn)多角鏡本身只產(chǎn)生順序(刈的順序)掃描。為了支持隔行的視頻標(biāo)準(zhǔn)，交替場需要附加的偏轉(zhuǎn)偏置，這由隔行檢流計(jì)來實(shí)現(xiàn)。為了偏置相繼的各場，隔行檢流計(jì)執(zhí)行少量偏移。例如，在2∶1隔行時(shí)，該偏移相當(dāng)于整個流程的半個水平行間隔。于是，通過將各“場”的兩個部分幀進(jìn)行交錯來形成圖象幀，此處，場頻為幀頻的兩倍。
在又一個實(shí)施例中，將隔行檢流計(jì)與規(guī)則多角鏡和檢流計(jì)(該檢流計(jì)使每一個相繼刈沿著屏幕垂直地形成光柵)的組合一起使用。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，通過把N條平行指向的輸出小光束的條數(shù)提高到所需的光柵行數(shù)，就可以把旋轉(zhuǎn)多角鏡和隔行檢流計(jì)去掉，由此，降低了可歸因于旋轉(zhuǎn)鏡、與其相關(guān)的馬達(dá)和驅(qū)動電子電路的噪聲振動、熱量和投影誤差。在這一實(shí)施例中，利用了高度至少等于N行高度的單個鏡，以提供水平偏轉(zhuǎn)。如果需要，可以利用一個分開的隔行檢流計(jì)來提供隔行。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括圖象尺寸再生處理器和幀存儲器。圖象尺寸再生處理器把輸入圖象數(shù)據(jù)從各種類型的視頻標(biāo)準(zhǔn)交換成適合于本發(fā)明圖象投影系統(tǒng)的格式。重要的是，以預(yù)選的分辨率來設(shè)計(jì)圖象投影系統(tǒng)。圖象尺寸再生處理器把給定視頻標(biāo)準(zhǔn)的圖象變換成圖象投影系統(tǒng)的預(yù)選分辨率(例如，通過激光投影系統(tǒng)中恒定的像素?cái)?shù)來表示圖象)。圖象尺寸再生處理器把圖象從分辨率較低的視頻標(biāo)準(zhǔn)變換成高分辨率視頻標(biāo)準(zhǔn)的圖象。
把圖象從各種視頻標(biāo)準(zhǔn)按電子學(xué)方式重新變換成預(yù)選的分辨率系統(tǒng)，是本發(fā)明的一個重要特性。以利用內(nèi)插的硬件加速器來實(shí)現(xiàn)這種重新變換。數(shù)字方法優(yōu)于傳統(tǒng)的光學(xué)方法，并且，大大簡化了用來顯示來自具有不同分辨率、寬高比、和幀頻的各種視頻標(biāo)準(zhǔn)的圖象的圖象投影系統(tǒng)的電子電路。
例如，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在屏幕寬高比為16∶9的幀內(nèi)具有由1280×1280個像素所確定的分辨率。根據(jù)很多視頻標(biāo)準(zhǔn)的圖象可以以該分辨率顯示出來。這樣，HDTV圖象將具有同樣的屏幕寬高比，圖象尺寸再生組件主要是把已數(shù)字化的輸入視頻源圖象變換成為激光投影系統(tǒng)的1280×1280個像素。
當(dāng)重新變換NTSC圖象時(shí)，因?yàn)閳D象的屏幕寬高比為4∶3(12∶9)，所以，有效顯示圖象落入由左右邊緣從兩側(cè)包圍的中心區(qū)范圍內(nèi)。左、右邊緣(每邊占據(jù)行尺寸的 )中的像素就沒有用了。這樣，利用圖象尺寸再生處理器把圖象變換成中心區(qū)內(nèi)的像素(960×1280個)。
通過改變多角鏡的角速度(轉(zhuǎn)速)，很容易適應(yīng)具有不同垂直掃描速率(幀頻)的視頻標(biāo)準(zhǔn)。因此，提高多角鏡的角速度可以加速場頻和幀頻。
本發(fā)明提供了功率效率高、性能好、適于單價(jià)低的大量生產(chǎn)過程的、與多種視頻標(biāo)準(zhǔn)兼容的圖象投影系統(tǒng)。
本發(fā)明的其它目的、特點(diǎn)、和優(yōu)點(diǎn)，將從下列優(yōu)選實(shí)施例的描述了解到，這些描述應(yīng)參考有關(guān)附圖閱讀。
附圖的簡要描述

圖1是說明本發(fā)明彩色圖象投影系統(tǒng)的方框圖；圖2A是說明傳統(tǒng)單一光束(N＝1)成像系統(tǒng)的逐行光柵掃描；圖2B說明本發(fā)明彩色圖象投影系統(tǒng)的逐刈光柵掃描；圖3A為說明利用具有漸進(jìn)傾斜相鄰面的多角鏡投影第一個N行刈的透視圖；圖3B為說明利用具有漸進(jìn)傾斜相鄰面的多角鏡投影第二個N行刈的透視圖；圖4為圖1中光掃描/投影系統(tǒng)的第一可替換的實(shí)施例的方框圖；圖5為圖1中光掃描/投影系統(tǒng)的第二可替換的實(shí)施例的方框圖；圖6A為本發(fā)明的基色線性激光陣源透視圖；圖6B為圖6A中以線6B-6B所示區(qū)的放大了的圖；圖6C為圖6A中以線6C-6C所示區(qū)放大了的圖；圖7A示出圖1中白光激光陣源實(shí)施例的頂視平面圖；圖7B為圖7A中白光激光陣源的前視平面圖；圖7C為圖7B中以線7C-7C所示區(qū)的放大了的圖，它示出集成光電組件的線性陣；圖8A～8D為詳述圖1中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的本發(fā)明圖象投影系統(tǒng)的圖；圖9為說明利用圖象尺寸再生組件把一圖象幀變換成具有相同寬高比但有較高分辨率的另一圖象幀的圖；圖10A規(guī)定用來顯示HDTVSMPTE 240M(1125)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)；圖10B規(guī)定用來顯示已提出的HDTV1050 NBC標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)；圖10C規(guī)定用來顯示NTSCRS-170A標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)；圖10D規(guī)定用來顯示VGA(單色/彩色)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)；圖11為說明根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的脈寬調(diào)制方法的定時(shí)圖；圖12為更詳細(xì)地說明圖1中光掃描/投影系統(tǒng)的一個實(shí)施例的透視原理性布局；圖13為更詳細(xì)地說明圖1中光掃描/投影系統(tǒng)的第二個實(shí)施例的透視原理性布局。
本發(fā)明的詳細(xì)描述參看圖1，示出了彩色圖象投影系統(tǒng)10。彩色圖象投影系統(tǒng)10包括白光線性陣源100；用來把輸入圖象或圖象數(shù)據(jù)格式化成為適當(dāng)形式，以調(diào)制白光線性激光陣源100的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)200；用來使白光線性激光陣源100的輸出光束掃描和投影到投影屏幕400上的光掃描/投影系統(tǒng)300。還可以使白光線性激光陣源100的輸出光束投影到其它光接收器上或其它光接收器內(nèi)，例如眼睛、紙、感光底片或其它感光材料。
白光線性激光陣源100產(chǎn)生多(N)條平行傳播的白光小光束102。通過把三種基色線性陣源(紅線性陣104、綠線性陣106、藍(lán)線性陣108)中每一種的N條平行傳播的輸出小光束在空間組合起來，構(gòu)成分開的每一條小光束。接著，利用組合光學(xué)裝置116，分別把三種基色線性陣源104、106、和108的平行傳播線性輸出的N條單色小光束110、112、和114中的每一條光束逐個元素地組合成為N條平行傳播的白光小光束的線性陣102?！鞍坠庑」馐边@個術(shù)語不僅包括按其字面意義顯示為白光，而且，包括通過改變紅、綠、藍(lán)光的組合所產(chǎn)生的彩色。小光束的條數(shù)N在2與2的任一整次冪(包括2次冪)之間。
正如這里進(jìn)一步詳述的那樣，利用光掃描/投影系統(tǒng)300，使N條平行傳播輸出小光束102的線性陣反射和折射，以橫跨投影屏幕400同時(shí)掃描出N行(一刈)，并使M個相繼刈沿著投影屏幕400掃描，形成光柵。這樣，與圖2所示傳統(tǒng)單光束CRT中逐行掃描光柵相反，彩色圖象投影系統(tǒng)10，如圖3所示跨過投影屏幕400同時(shí)掃描N行(1刈)。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)200把輸入電視或圖形信號201(在下文，集中稱為“視頻”)重新格式化成刈，刈的總合制成充滿像素的一個屏幕。三種基色線性陣源104、106、和108的每一組可獨(dú)立尋址的小光束110、112和114是分別調(diào)制的，因而使得白光線性陣源的已組合N條白光小光束通過以逐刈、逐幀地照亮的像素充滿投影屏幕400重新制成輸入圖象。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)200包括視頻輸入變換器202，該變換器202把公共類型的圖象信號(例如，復(fù)合視頻、模擬RGB、或者，計(jì)算機(jī)圖形)變換成為數(shù)字的紅、綠、藍(lán)(RGB)數(shù)據(jù)。正如在這里參看圖8A進(jìn)一步詳述的那樣，用來執(zhí)行這些變換的芯片組可從加利福尼亞州，森尼維爾市，飛利浦半導(dǎo)體公司西格奈梯克斯分部買到。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，利用由微處理器構(gòu)成的控制器204連同存儲器206，通過總線208來控制視頻輸入變換器202。這樣，視頻信號的解碼和格式化在微處理器控制下進(jìn)行。總線208允許已解碼的定時(shí)信息(例如取樣時(shí)鐘(水平同步))和幀基準(zhǔn)傳送到彩色圖象投影系統(tǒng)10的其它部分中去。此外，可以利用總線208把控制信息送到外部計(jì)算機(jī)或控制器、以及圖象投影系統(tǒng)10上，或者在這些裝置之間傳送。例如，可以利用連接到總線208上的外部主計(jì)算機(jī)來控制色調(diào)、色飽和度、色濃度和其它復(fù)合NTSC的屬性。
視頻輸入變換器202提供數(shù)字式紅數(shù)據(jù)流210、數(shù)字式綠數(shù)據(jù)流212、和數(shù)字式藍(lán)數(shù)據(jù)流214。數(shù)據(jù)流110、212、和214中的每一個都是8比特寬的一系列像素流，對每一種彩色數(shù)據(jù)流提供的灰度級為28＝256級。每一種數(shù)據(jù)流有一種逐行充滿一幀的光柵格式。因?yàn)椴噬珗D象投影系統(tǒng)10用1刈或幾刈充滿一幀，所以，需要把單一串行像素流重新格式化成為多個(例如，N個)串行像素流，即，按白光線性陣源100的N條輸出小光束中每一條小光束一個串行像素流。換句話說，需要把數(shù)字式數(shù)據(jù)流210、212、和214從如圖2A所示的單一光束掃描光柵格式，變換成如圖3B所示的N條光束掃描光柵格式。因?yàn)镹可以相當(dāng)大，例如，64、128、或者更大，所以最好是對于N行像素流中的每一行把灰度級像素信息的8比特并行通路復(fù)用起來。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，利用一組數(shù)字式處理器216、218、和220，把8比特灰度級像素信息變換成復(fù)用形式。例如，利用數(shù)字式處理器216，對數(shù)字式紅數(shù)據(jù)210的串行順序像素流(8比特寬表示一刈中按從1到N順序的全部第1個像素，緊接著是該刈的全部第二個像素，等等)進(jìn)行處理，使之呈現(xiàn)為單一的復(fù)用像素流。同樣地，利用數(shù)字式處理器218和數(shù)字式處理器220分別對數(shù)字式綠數(shù)據(jù)212和藍(lán)數(shù)據(jù)214的串行順序像素流進(jìn)行處理。
數(shù)字式處理器216、218、和220還用來把數(shù)據(jù)從所選的視頻標(biāo)準(zhǔn)(例如，分辨率、寬高比)變換成彩色圖象投影系統(tǒng)10的標(biāo)準(zhǔn)，正如在這里特別是參看圖8A～10D進(jìn)一步詳述的那樣。然而，當(dāng)顯示的圖象格式匹配或相應(yīng)于圖象投影系統(tǒng)10預(yù)選的圖象格式時(shí)，圖象投影系統(tǒng)10不進(jìn)行這樣的數(shù)據(jù)變換也能夠使用。
接著，利用來自數(shù)字式處理器216的已復(fù)用紅像素流222去調(diào)制紅線性陣源104的相應(yīng)可單獨(dú)尋址的輸出小光束。同樣地，分別利用綠和藍(lán)的已復(fù)用像素流224和226去調(diào)制綠和藍(lán)線性陣源106和108的相應(yīng)輸出小光束。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，對于紅分量，利用脈寬調(diào)制器(PWM)228執(zhí)行這樣的調(diào)制。參考圖10進(jìn)一步詳述了脈寬調(diào)制器228及其優(yōu)點(diǎn)。同樣地，脈寬調(diào)制器230對綠分量操作，同時(shí)，脈寬調(diào)制器232對藍(lán)分量操作。
在以一組N-像素流234、236、和238調(diào)制了白光線性陣源100以后，所出現(xiàn)的N條平行傳播的已調(diào)白光小光束的線性陣102是已經(jīng)過了光學(xué)處理的，通過光掃描/投影系統(tǒng)300即可在屏幕400上產(chǎn)生具有一刈或幾刈的光柵掃描。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，光掃描/投影系統(tǒng)300包括反射鏡302，反射鏡302與檢流計(jì)304、旋轉(zhuǎn)的規(guī)則多角鏡306構(gòu)成整體，306由馬達(dá)308驅(qū)動。檢流計(jì)304和馬達(dá)308的每一個都由光柵發(fā)生器伺服機(jī)構(gòu)310控制。旋轉(zhuǎn)的規(guī)則多角鏡306至少有M個面，M是為了產(chǎn)生整個圖象幀所需的刈數(shù)。更詳細(xì)地說，從第1個面開始，一組N條平行的小光束102射到反射鏡302上。小光束102被反射鏡302反射，又被多角鏡306反射，然后，被一組投影光學(xué)裝置312折射，由此從圖象幀的左上角開始橫跨過屏幕400掃出第1刈。這個實(shí)施例利用一個直徑約為3英寸的9面規(guī)則多角鏡。這樣構(gòu)成的多角掃描效率為0.675。垂直掃描效率由檢流計(jì)的運(yùn)行能力(performance capability)和一場周期內(nèi)的無效面數(shù)來設(shè)定。無效面用來允許檢流計(jì)在新的一場開始以前返回。檢流計(jì)適當(dāng)?shù)膾呙栊蕿?0％的范圍(低于80％)。因此，在一個掃描周期內(nèi)至少需要3個無效面，檢流計(jì)相應(yīng)的掃描效率為0.727 。最后的總掃描效率為0.49(0.675與0.727之積)；當(dāng)傳輸為0.6時(shí)，這一系統(tǒng)的通過效率將小于0.294(0.6與0.49之積)。場頻為60Hz時(shí)，為了產(chǎn)生8刈的場，9面/3英寸多角系統(tǒng)的垂直掃描效率為72.7％時(shí)，轉(zhuǎn)速需要4400轉(zhuǎn)/分。
凈結(jié)果是，128個單元的激光器每個激光二極管陣的總功率為3.4瓦(每個單元為26.6mw)時(shí)，在屏幕上提供的功率為3瓦(3、3.4、與0.294之積)。
本發(fā)明的一個重要特點(diǎn)為，利用有傾斜角的各個面來提供垂直光柵掃描。傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)一般采用用來水平掃描的旋轉(zhuǎn)規(guī)則多角鏡(全部面的表面法線都垂直于旋轉(zhuǎn)軸)，第二個旋轉(zhuǎn)鏡(一般為檢流計(jì))使光束沿著屏幕垂直地形成光柵。這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。
在圖1所示光掃描/投影系統(tǒng)300的另一優(yōu)選實(shí)施例中，采用帶有與其構(gòu)成整體的反射鏡302的檢流計(jì)304與旋轉(zhuǎn)的不規(guī)則多角鏡306合作。
正如圖3A和3B所詳述的那樣，第二個面的表面法線相對于第一個角的表面法線傾斜了，由此，沿著屏幕垂直地轉(zhuǎn)換了第二刈掃描的位置，使得第一刈掃描的最下一水平行靠近第二刈掃描的最上一水平行。每一個相繼面的表面對前一個面同樣地傾斜，使相繼刈掃描沿著屏幕垂直地形成光柵，一直到掃出M個刈，填滿整幀圖象，于是，第一面又開始產(chǎn)生下一幀?？赡苁褂枚嘟晴R306的一個或幾個面(超過M個)以適應(yīng)視頻信號201中所包括垂直消隱期間內(nèi)的任何信號。
然而，對于每一個圖象幀，旋轉(zhuǎn)的不規(guī)則多角鏡306獨(dú)自只產(chǎn)生M個連接的刈掃描。檢流計(jì)304及與其構(gòu)成整體的反射鏡302提供隔行的刈，由此，顯示隔行的視頻信號。檢流計(jì)304使反射鏡302的角度產(chǎn)生少量偏移，由此來偏置相繼的各場。例如，在2∶1隔行時(shí)，該偏移相當(dāng)于半行間隔。在2∶1隔行系統(tǒng)中，通過人眼把“幾場”構(gòu)成整體來形成圖象幀，此處，場頻為幀頻的兩倍。
在本發(fā)明的這個優(yōu)選實(shí)施例中，如圖1所示，采用18°掃描，以使不規(guī)則多角鏡各個面錐形傾斜所產(chǎn)生的刈失配誤差為最小。對于寬高比為1.8∶1的8刈18°掃描，額定的刈失配誤差約為行節(jié)距的 。為了限定錐形傾斜加工誤差的影響使之小于行節(jié)距的 ，要求容限嚴(yán)于±3弧秒。還要求多角鏡抖晃和面到面定時(shí)的動態(tài)誤差精度約為±1弧秒，以便可以忽略其對光柵損傷的產(chǎn)生作用。刈失配和錐形誤差提供的峰-峰誤差為行節(jié)距的 一個8刈的場需要帶8的倍數(shù)個面的不規(guī)則多角鏡。水平掃描為18°、直徑約為2英寸的一個8個面的多角鏡，其掃描效率為0.2。為使掃描效率倍增到0.4，用一個16個面的多角鏡，其直徑約為6英寸。直徑這樣增大使得鏡的質(zhì)量增大約50％。
本發(fā)明圖象投影系統(tǒng)10的一個重要特點(diǎn)包括同時(shí)掃描圖象幀的N個像素行。這種方法大大降低了在給定幀頻下全面照射圖象幀時(shí)多角鏡306所需的角速度。利用多角鏡的每一個面逐刈地而不是逐行地進(jìn)行掃描。這使面數(shù)與角速度之積降低一個系數(shù)，與N＝1的系統(tǒng)相對比，該系數(shù)等于刈中的行數(shù)N。例如，如果一次掃描具有128行的一刈，則為了產(chǎn)生1280行的圖象幀，需要采用一個10個面的多角鏡306。然而，如果需要，為了產(chǎn)生行數(shù)等于鏡306上相繼有傾斜角的反射面面數(shù)的幀，就可以采用連同N＝1的白光源一起的多角鏡302，而不需要分開的垂直偏轉(zhuǎn)鏡。
通過改變多角鏡306的角速度，很容易適應(yīng)具有不同垂直掃描速率或幀頻的視頻標(biāo)準(zhǔn)。這種方法提供優(yōu)于磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的極大優(yōu)點(diǎn)，在磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，掃描速度的改變要求配置不同的偏轉(zhuǎn)線圈繞組，還要補(bǔ)償偏轉(zhuǎn)線圈電感的最終變化。光柵發(fā)生器伺服機(jī)構(gòu)310從總線208得到定時(shí)信號，并確保在與光柵掃描同步下，鏡306以所需速率旋轉(zhuǎn)，反射鏡302以所需速率偏轉(zhuǎn)。
下面，參看圖4，示出了圖1中光掃描/投影系統(tǒng)300的第一個替換的實(shí)施例500。特別是，對于所需幀要投影的行數(shù)等于N時(shí)，檢流計(jì)304及與其構(gòu)成整體的鏡302簡單地反射N行白光，從而橫跨過屏幕400掃描N行。除非要求隔行，在這個實(shí)施例中不需要垂直光柵掃描。這種結(jié)構(gòu)使馬達(dá)308和旋轉(zhuǎn)多角鏡306形成的噪聲、震動、和熱量顯著減少。此外，排除了唯一由多角鏡306引起的失配誤差。
下面，參看圖5，示出了圖1中光掃描/投影系統(tǒng)300的第二個另一種實(shí)施例600。在第二個替換的實(shí)施例600中，多角鏡602由反光鏡構(gòu)成，其每一個面的表面平行于鏡602的旋轉(zhuǎn)軸，與圖4中所用鏡502相反。
在圖5所示實(shí)施例中，要作為一幀投影的所需行數(shù)等于N，不要求隔行，不需要垂直光柵掃描設(shè)備。然而，如果一幀中所需掃描行數(shù)小于N，則鏡602將協(xié)同用于垂直檢測的檢流計(jì)(未示出)提供一幀所需的掃描行數(shù)。
這樣，除了利用檢流計(jì)304與反射鏡302的組合來提供垂直偏轉(zhuǎn)而不只是提供隔行，以及由于多角鏡各個面彼此并無相對傾斜，所以多角鏡306只提供水平偏轉(zhuǎn)以外，這第三個可替換的實(shí)施例將作為圖1中光掃描/投影系統(tǒng)300而出現(xiàn)。與N＝1的系統(tǒng)相比，這第三個可替換的實(shí)施例光掃描/投影系統(tǒng)中鏡602的角速度降低了一個系數(shù)N。
白光激光線性陣源圖6A、6B、和6C詳細(xì)示出圖1中的紅激光陣104。除了從陣104所發(fā)射光的頻率以外，可以把陣104用作綠激光陣106和藍(lán)激光陣103。排成一直線安裝到基本襯底700上的有1.可單獨(dú)尋址的條形半導(dǎo)體二極管的單塊線性陣702；2.微光透鏡的線性陣704；3.構(gòu)成整體的光電調(diào)制器的線性陣706；4.微光透鏡的線性陣708；5.非線性諧波變換器的線性陣710；以及，6.輸出小光束平行校正的微光透鏡的線性陣712。單塊線性陣702包括一組N(例如，64、128…)個可單獨(dú)尋址的半導(dǎo)體條形激光二極管714。基本襯底700為激光二極管702、透鏡704、調(diào)制器706、透鏡708、諧波變換器710、和微光透鏡712提供機(jī)械支持和對準(zhǔn)。
在紅激光陣104的第一個優(yōu)選實(shí)施例中，半導(dǎo)體條形激光二極管714的單塊陣是由AlGaInP四元III-V半導(dǎo)體材料系統(tǒng)生長而成的，直接發(fā)射所需的紅色輻射線。在這個實(shí)施例中，通過直接調(diào)制每一個二極管的驅(qū)動電流，把調(diào)制加到每一個條形二極管的輸出激光光束上。接著，利用微光透鏡712對來自線性陣704的每一個半導(dǎo)體條形激光二極管的已調(diào)輻射線直接進(jìn)行平行校正，以形成紅基色陣源的紅輸出小光束的線性陣。在這個優(yōu)選實(shí)施例中，把微光透鏡704、調(diào)制器706、光電微光透鏡708、和諧波變換器710省略掉。
在紅激光陣104的第二個優(yōu)選實(shí)施例中，通過使來自AlGaInP紅條形二極管714線性陣的輻射線通過光電調(diào)制器706的線性陣，對該輻射線進(jìn)行調(diào)制；并且，利用線性透鏡陣712對輸出小光束的已調(diào)線性陣直接進(jìn)行平行校正。正如第一個優(yōu)選實(shí)施例中那樣，把微光透鏡708和諧波變換器710省略掉。
在紅激光陣104的第三個優(yōu)選實(shí)施例中，半導(dǎo)體條形激光二極管702的單塊陣是由InGaAsP四元(或InGaAs、三元InGaAs的)III-V半導(dǎo)體材料系統(tǒng)生長而成的，以所需紅(綠、藍(lán))基色波長的2倍發(fā)光，例如對紅色，為紅外波長1300nm(對綠色，為1040nm；對藍(lán)色，為960nm)。在這個實(shí)施例中，通過直接調(diào)制每一個二極管714的二極管驅(qū)動電路，把調(diào)制加到每一個條形二極管的輸出上。接著，通過微光耦合透鏡708的線性陣把來自每一個半導(dǎo)體條形激光二極管的已調(diào)輻射線直接耦合到條形非線性諧波變換器的線性陣710上。對紅、綠、和藍(lán)基色陣源來說，條形非線性諧波變換器的線性陣包括例如從LiNbO3、LiTaO3、KTP、KNbO3材料系統(tǒng)生長而成的準(zhǔn)相位匹配波導(dǎo)。接著，利用線性透鏡陣712對來自非線性變換器陣的紅(綠、藍(lán))已調(diào)輸出小光束進(jìn)行平行校正。
在第三個優(yōu)選實(shí)施例的變型，即第四個優(yōu)選實(shí)施例中，通過使來自半導(dǎo)體條形激光二極管陣714的紅外輻射線在通過條形非線性諧波變換器的集成線性陣710、和輸出平行校正透鏡的線性陣712以前，先通過光電調(diào)制器的線性陣706，以便實(shí)現(xiàn)對該紅外輻射線的調(diào)制。光電調(diào)制器的線性陣706包括例如由LiTaO3、LiNbO3、KTP材料系統(tǒng)生長而成的N個Mach-Zehnder干涉儀。圖6B更詳細(xì)地示出其后分別跟隨著非線性諧波變換器720、722、和724的一組集成的光電調(diào)制器714、716、和718。雖然圖6A中未示出，但是，每一個激光二極管702有一個光電諧波變換器。
下面，參看圖6C，當(dāng)通過改變流入每一個激光二極管702的電流直接調(diào)制這樣的二極管時(shí)，不需要光電調(diào)制器706。作為替代，可采用諧波變換器710，正如圖6C中詳細(xì)示出的那樣。特別是，這些變換器710包括非集成陣。
下面，參看圖7A、7B、和7C，更詳細(xì)地示出了圖1中白光線性陣源100的一個優(yōu)選實(shí)施例。其中分別示出了紅、綠、藍(lán)激光線性陣104、106、和108以及與光組合鏡804、806、和808一起安裝到底板800上，該底板是輕質(zhì)材料，例如鋁或鎂的鑄件。底板800被用作為激光陣104、106、和108的散熱器。底板800還提供用來把陣104、106、和108在底板800上對準(zhǔn)的基準(zhǔn)。光組合器802包括反射鏡804和一對分色鏡806、和808。光組合器802把來自每一個線性陣104、106、和108的相應(yīng)1～N條已平行校正的小光束110、112、和114組合成N條平行傳播的已平行校正的白光小光束的單一線性陣102。三種基色線性陣源104、106、和108中的每一個作為一個集成線性陣子組件制造出來，如圖7A、7B、7C、和7D所示。
下面，參看圖7B，這里示出圖1中白光激光陣源100的前視圖。圖7C示出一組電光調(diào)制器(Mach-Zehnder干涉儀型)810、812、和814與分別有關(guān)的集成諧波變換器816、818、和820的組合。
圖7C相應(yīng)于圖6B。
下面，參看圖7D，示出了圖6A中諧波變換器710的端視圖。
圖7D相應(yīng)于圖6C。
參看圖8C，進(jìn)一步描述白光線性陣的第二優(yōu)選實(shí)施例。
數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)圖8A、8B、8C、和8D示出在圖象投影系統(tǒng)10中圖1的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)200的整體數(shù)據(jù)流程和基本光柵的產(chǎn)生。視頻信號201進(jìn)入視頻輸入變換器202，不論信號是標(biāo)準(zhǔn)NTSC、RGB分量、還是VGA計(jì)算機(jī)，在所有情況下，都把信號變換成8比特?cái)?shù)字式RGB視頻，作為三個分開的數(shù)據(jù)流。視頻輸入變換器202包括模-數(shù)變換器900、鎖相環(huán)902、和復(fù)合分量解碼器904。這樣的視頻變換器在先有技術(shù)中是熟知的，用市售的芯片組就可以構(gòu)成。特別是，利用飛利普半導(dǎo)體公司的TDA 8708模-數(shù)變換器與同一公司的SAA7191亮度、色度處理器/同步和時(shí)鐘處理器，和飛利普SAA7191時(shí)鐘發(fā)生器電路，把模擬復(fù)合視頻信號分離成數(shù)字式亮度、色度、水平、和垂直信號。TRW TMC 2272數(shù)字式色空間變換器/校正器變換這些數(shù)字式信號，并提供出分開的紅、綠、藍(lán)數(shù)字式輸出。下面，參看圖8A和8B二者，然后，把紅、綠、藍(lán)送入存儲器906，存儲器906用作水平時(shí)基校正，還用作在圖象變焦(zoom)方式下工作時(shí)的尺寸再生處理器所需的輸入存儲器(僅需幾行)。根據(jù)要求把已穩(wěn)定化的紅、綠、和藍(lán)數(shù)據(jù)從一組存儲器908、910、和912中讀出，送入用于數(shù)據(jù)分辨率變換的圖象尺寸再生處理器914，以便與白光激光陣源100和光掃描/投影系統(tǒng)300的固定分辨率匹配。圖象尺寸再生處理器914包括一組分別用于紅、綠、和藍(lán)分量的處理器916、918和920。
在尺寸再生和重新變換以后，把紅、綠、和藍(lán)視頻分量輸入到存儲器存儲體922中，在這里重新光柵化成為128行的刈。存儲器存儲體922包括一組分開的刈存儲體924、926、和928，分別用于紅、綠、和藍(lán)視頻分量。下面，參看圖8B和8C二者，在重新光柵化以后，以并行復(fù)用格式從存儲器存儲體922把備組掃描行數(shù)據(jù)(刈)讀出，并提供到脈沖調(diào)制器IC存儲體930，以形成表示視頻強(qiáng)度的脈寬調(diào)制信號。把表示RGB分量亮度的每一個二進(jìn)制脈沖信號沿著掃描行加到激光器上。脈沖調(diào)制器IC存儲體930包括ROM存儲器，該ROM存儲器存儲著用以把每個8比特流變換成相應(yīng)激光器強(qiáng)度的數(shù)據(jù)。脈沖調(diào)制器IC存儲體930包括一組4個脈寬調(diào)制器932、934、936、和938，用于紅視頻分量；一組4個脈寬調(diào)制器940、942、944和948，用于綠視頻分量；一組4個脈寬調(diào)制器950、952、954、和956，用于藍(lán)視頻分量。因?yàn)閷o定的功率輸入而言，每一個激光二極管可以有不同的輸出，所以，可以修改ROM以使得每一個激光二極管在預(yù)定的強(qiáng)度范圍內(nèi)工作。多角鏡30和平面鏡958分別提供每個刈的水平偏轉(zhuǎn)和垂直偏轉(zhuǎn)。
同步定時(shí)分析存在著由各種輸入組件所產(chǎn)生、并且傳送到圖象投影系統(tǒng)10來的其它標(biāo)準(zhǔn)信號。它們是由水平同步得出的取樣時(shí)鐘和被稱為FREF(幀基準(zhǔn))的信號。信號FREF一般是第一場中第一行內(nèi)有效視頻第一個像素上的有效下降沿。其它全部同步信號可以從這一邊沿得出，這其中包括水平同步、垂直同步、消隱、和色度場基準(zhǔn)。
系統(tǒng)控制總線960是雙向計(jì)算機(jī)總線接口，它允許要在系統(tǒng)控制微處理器962與圖象投影系統(tǒng)10的各子系統(tǒng)之間傳送的控制和建立優(yōu)先數(shù)據(jù)的傳送。特別是，系統(tǒng)控制微處理器962響應(yīng)于來自輸入設(shè)備(例如，外部計(jì)算機(jī))的中斷；讀出相應(yīng)的輸入值；把它存儲到RAM964中；校驗(yàn)ROM966中的有關(guān)為正確地執(zhí)行那些輸入值改變時(shí)所需的全部正確目標(biāo)的信息；然后，按順序?qū)θ磕繕?biāo)執(zhí)行寫功能。
系統(tǒng)定時(shí)發(fā)生器968產(chǎn)生圖象投影系統(tǒng)10所需的全部同步信號，以用于數(shù)據(jù)交換、全部子系統(tǒng)間的視頻數(shù)據(jù)同步、相位鎖定、復(fù)用信號的編碼和解碼、以及直接調(diào)制子像素的高速時(shí)鐘基準(zhǔn)。
系統(tǒng)控制總線更詳細(xì)地說，系統(tǒng)控制總線960是雙向的計(jì)算機(jī)總線接口。以NTSC視頻信號為例，圖象投影系統(tǒng)10必須能夠以與通常用戶為了得到從其愛好上認(rèn)為是“好看”的圖象而調(diào)節(jié)家用CRT視頻監(jiān)視器時(shí)所采用相同的方法去控制色調(diào)、色飽和度、亮度、和對比度的大小。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，相應(yīng)于色調(diào)、色飽和度、亮度和對比度規(guī)定大小的那些值全部可以是存儲在ROM/RAM961中、并允許操作者從外部或者從圖象投影系統(tǒng)10的前面板上建立的預(yù)置值。用戶提供的信息通過系統(tǒng)經(jīng)由控制總線960傳送到適當(dāng)?shù)淖酉到y(tǒng)。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，圖象投影系統(tǒng)10的全部子系統(tǒng)具有特性相同的總線接口，所以，任意插入時(shí)都能發(fā)送和接收同一類型的數(shù)據(jù)。每一個子系統(tǒng)具有唯一的目標(biāo)地址，所以，用戶可從遙控或者從投影機(jī)的前面板選擇任一子系統(tǒng)作為源。系統(tǒng)控制總線960是操作信息總線，它連接到圖象投影系統(tǒng)10的不同部分之間，還連接到外部主計(jì)算機(jī)上。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，主計(jì)算機(jī)為IBM AT型的，具有串行I/D(RS-232)端口。
視頻輸入變換器NTSC RS-170A下面，參看視頻輸入變換器202，NTSC RS-170A是廣播到美國各家庭的、或者是來自VHS磁帶錄像機(jī)或視盤插放機(jī)的輸出信號。如圖10C所規(guī)定的那樣，NTSC視頻的重要規(guī)格是寬高比為4∶3，這不是寬屏幕的寬高比。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，對于高質(zhì)量顯示，把NTSC隔行視頻信號數(shù)字化，成為1行的分辨率為768個像素，有效的垂直行數(shù)在480與484之間。色度信號與亮度信號分開解碼，且色度信號的分辨度較低。因?yàn)樵谝褦?shù)字化視頻信號中具有公知的人工產(chǎn)物，所以，為了改善大投影圖象的圖象質(zhì)量，可以利用在先有技術(shù)中公知的數(shù)字式圖象增強(qiáng)技術(shù)?；蛘?，可以把數(shù)字式信號直接提供到復(fù)合/分量解碼器904上。在這樣的情況下，圖象投影系統(tǒng)10的全部信號通路都是數(shù)字式的。
下面，參看視頻輸入變換器202，用于NTSC廣播信號的典型視頻解碼器具有接受復(fù)合信號的輸入端，復(fù)合信號包括已編碼的彩色和亮度信息。以及同步信號。在解碼以前，首先分開出復(fù)合模擬信號中的同步信號，利用行同步信號合成取樣時(shí)鐘，當(dāng)它每行出現(xiàn)一次作為鎖相環(huán)902的基準(zhǔn)脈沖。接著，利用模-數(shù)變換器900把復(fù)合視頻(亮度和色度)數(shù)字化，利用復(fù)合/分量解碼器904以數(shù)字方式執(zhí)行殼-色分離。數(shù)字解碼比當(dāng)前用戶電視接收機(jī)中用的模擬解碼器“干凈”得多。利用模擬方法時(shí)，使用濾波器從復(fù)合信號分離出色度分量。這種模擬濾波器將引入失真，并且降低了整個信號的帶寬。把從復(fù)合數(shù)字信號解碼的亮度和色度取樣加到數(shù)字矩陣(例如，TRW TMC 2272數(shù)字色空間變換校正器)上，以獲得RGB色空間信號。視頻信號以RGB形式通過圖象投影系統(tǒng)10。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，把NTSC模擬復(fù)合視頻信號提供給視頻輸入變換器202，通過視頻輸入變換器202的輸出，以RGB色空間信號的形式把圖象數(shù)據(jù)加到圖象投影系統(tǒng)10的子系統(tǒng)上。RGB是一種等亮色分辨率的格式，這意味著，從帶寬考慮，亮度的變化和色度的變化二者能夠以同一速率出現(xiàn)。NTSC模擬復(fù)合信號具有亮度(Y)和色差信號(U和V)，然而，NTSC不是等分辨率格式的。亮度(Y)一般具有4MHz分辨率，而色差信號(U、V)一般分別具有1.5MHz和約0.5MHz分辨率。這樣，NTSC通過傳送較少的彩色信息節(jié)省了帶寬。然而，在圖形和高分辨率文本形式下，視頻是完全等分辨率的。在視頻輸入變換器202中，把亮度和色差信號變換成RGB，以便更易于顯示等分辨率的視頻源。
1050/29.9和HDTV 1125/30下面，參看圖8A～8D、10A和10B，描述視頻輸入變換器202的第二個優(yōu)選實(shí)施例。配置視頻輸入變換器202的第二個優(yōu)選實(shí)施例來處理HDTV視頻信號，例如，圖10B詳述的NBC建議的標(biāo)準(zhǔn)1050 2∶1和圖10A詳述的1125 SMPTE 240M標(biāo)準(zhǔn)。遵循這些標(biāo)準(zhǔn)之一的視頻信號已為RGB形式，一般是在三條分開的電纜上。這樣，模-數(shù)變換器900包括3個分開的模-數(shù)變換器。通過利用分開的模-數(shù)變換器，使交叉混雜為最小。這就導(dǎo)致了形成三條通路，R、G、B每一種均為8比特。對于所有的標(biāo)準(zhǔn)，都采用了與NTSC信號相同的方法來產(chǎn)生同步和時(shí)鐘信號。
一般，HDTV標(biāo)準(zhǔn)信號分開地傳送H和V，有時(shí)，則是復(fù)合的；并且，經(jīng)常是在分開的導(dǎo)線上進(jìn)行傳送。圖10A的HDTV標(biāo)準(zhǔn)采用“三級同步”。雖然難于檢波，而且易受噪聲干擾；然而正如在先有技術(shù)中所熟知的那樣，這是兩級類型的標(biāo)準(zhǔn)，在正常情況下，它易于被解碼。
與視頻輸入變換器202的第一個優(yōu)選實(shí)施例相反，第二個優(yōu)選實(shí)施例(用于HDTV)實(shí)際上比較簡單，因?yàn)楦鞣至刻幱诜珠_的形式下，而且，模-數(shù)變換器只是需要以較高的時(shí)鐘頻率運(yùn)行。鎖相環(huán)902確保了取樣時(shí)鐘以較高的時(shí)鐘頻率運(yùn)行。
通過配置視頻輸入變換器202的第三個優(yōu)選實(shí)施例來處理VGA計(jì)算機(jī)的圖形信號。一般把VGA圖形信息以查尋表方式存儲在計(jì)算機(jī)中的顯示卡上的RAM內(nèi)。這意味著，在計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字信號總線上，把8～16個比特、最多24個比特用作RAM中的位置地址。用幾百萬種彩色可能性中的任意一種把RAM中的地址編程，但是，一次只有某一有限個數(shù)的地址可用。在圖形中使用了這種方案，以允許使用彩色調(diào)色板(color palette)的任一組。
在特定的彩色“調(diào)色板”內(nèi)給定了數(shù)量限定的可用的彩色可能性，所以必須仔細(xì)選擇裝入存儲器中的彩色，以避免看上去不自然的顯示。如果以模擬的VGA作為到視頻變換器202的輸入，就需要把以前是數(shù)字式的信號(數(shù)據(jù))重新數(shù)字化，這就使得原始的數(shù)字式信號劣化。因此，在視頻輸入變換器202的第三個優(yōu)選實(shí)施例中，把來自計(jì)算機(jī)中VGA特性的總線連接器的比特流用作為一個干凈的源。采用這樣的信號作為查尋表的地址(這可能與一般在VGA卡上看到的彩色表數(shù)據(jù)相反)就直接以數(shù)字形式提供了RGB，并且與圖象投影系統(tǒng)10所利用的RGB格式兼容。
更詳細(xì)地說，把與計(jì)算機(jī)中VGA卡內(nèi)相同數(shù)值的查尋表裝入。為了從計(jì)算機(jī)向圖象投影系統(tǒng)10下行裝入(download)彩色表數(shù)據(jù)，與軟件接口程序一起使用了VGA特性的總線連接器和計(jì)算機(jī)的串行接口連接器。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，把一條帶有一對用于串行輸出的D9型連接器的標(biāo)準(zhǔn)電纜連接到圖象投影系統(tǒng)10中帶有VGA接口卡的AT型計(jì)算機(jī)上。這將在連接到計(jì)算機(jī)上的顯示器和圖象投影系統(tǒng)10的屏幕400上產(chǎn)生相同的彩色。時(shí)鐘、水平和垂直推動(同步)信號直接以數(shù)字形式產(chǎn)生在VGA特性的連接器上。利用這些信號產(chǎn)生輸入時(shí)鐘信號和FREF。
時(shí)基校正存儲器為了促進(jìn)精確地顯示起源于視頻磁帶或其它視頻源的視頻信號，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例采用了時(shí)基校正。這種信號的特定再生系統(tǒng)使信號的時(shí)基發(fā)生變化，這是因?yàn)楫?dāng)磁帶跨過磁頭移動時(shí)所產(chǎn)生的再生視頻信號有跳動，還因?yàn)閹儆猩倭康淖儎?。而且，磁頭并不完全圓滑，使磁帶產(chǎn)生不均勻的拉伸，由此，在每一行中引起了少量的位移。甚至在單一行期間內(nèi)，帶速的變動也會大到對視頻信號的色度和亮度特性足以產(chǎn)生不利的影響。在家用電視接收機(jī)中，把偏轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)成可對大于顯像管的尺寸的視頻光柵進(jìn)行過掃描。結(jié)果是，實(shí)際上用戶不再看到圖象的鋸齒形邊緣。圖象的某一部分實(shí)際上由于塑料擋板而被隱藏在屏幕之外。如果各水平行有少量的位移，鋸齒形的邊緣就被隱藏起來了。這種位移劣化了整個圖象和垂直分辨率，并使彩色信號不正確地解碼。然而，大多數(shù)電視觀眾對這種逼真度問題并不注意。
然而，在顯示大圖象的投影機(jī)中，各水平行的這種的少量位移就比較顯眼了。例如，為了在巨大的矩形屏幕上顯示整個圖象，不能使光柵過掃描。相反地，要把圖象在水平方向上重新對齊?，F(xiàn)代電視機(jī)采用稱為“快速水平AFC”的電路，一般為0.5毫秒(與舊機(jī)型中的5～7毫秒相比較)。在水平振蕩器鎖相環(huán)中采用較短的時(shí)間常數(shù)，它允許掃描系統(tǒng)“瞬時(shí)地”校正水平定時(shí)中的少量變化，所以，能夠部分地校正鋸齒形邊緣。然而，這樣的技術(shù)對機(jī)電掃描系統(tǒng)(它與電磁掃描相反)是沒有用的，因?yàn)闄C(jī)電掃描系統(tǒng)具有這種校正難于改變的質(zhì)量。
一種類似的擾亂時(shí)基的處理經(jīng)常被用來作為針對未授權(quán)的用戶進(jìn)行VCR記錄的拷貝防護(hù)方法。VCR中的磁頭鼓非常像掃描多角鏡。包含了拷貝防護(hù)的視頻記錄經(jīng)常以少量的水平和垂直跳動進(jìn)行預(yù)失真，電視接收機(jī)的同步掃描電路能夠快速跟蹤這種誤差，但是，VCR磁頭鼓跟蹤不了。因此，把視頻時(shí)基校正器用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
下面，參看圖813進(jìn)一步詳細(xì)描述時(shí)基校正器和緩沖存儲器906。時(shí)基校正器和緩沖存儲器906取樣少量的掃描行，將其與控制信息一起讀入存儲器。時(shí)基校正器和緩沖存儲器906中所包括的數(shù)字邏輯確定水平同步已偏離了由內(nèi)部水平同步合成的標(biāo)準(zhǔn)，并且，響應(yīng)了時(shí)基校正器部分，把這些行重新作少量移動，使得它們又全部對齊。接著，完全同步地讀出緩沖存儲部分中的這些行，用于顯示出理想的光柵。
圖象尺寸再生本發(fā)明圖象投影系統(tǒng)10可顯示各種圖象格式。這使掃描電子電路增加了大量的負(fù)擔(dān)，因?yàn)槊恳恍械南袼貍€數(shù)不同，行數(shù)不同，回掃消隱時(shí)間不同。要想顯示由預(yù)定的激光源所限定的全部光柵格式是不實(shí)際的。切斷激光源的不同組合得到全亮的光柵，就會引起不均勻的行間隔?？偸谴嬖谥鈷呙柘到y(tǒng)所適應(yīng)不了的、幾倍的頻率和/或掃描行。
為了解決這一問題，本發(fā)明圖象投影系統(tǒng)采用圖象尺寸再生處理器916，把每一行不同的像素個數(shù)和不同的掃描行數(shù)變換成公共的分辨率。正如圖9中圖示的那樣，利用這種方法能夠使圖象投影系統(tǒng)10對于預(yù)定的圖象尺寸最佳化。此外，本發(fā)明中所使用的變換方法可以校正具有不同寬高比的圖象。如果配置一個光掃描投影系統(tǒng)來產(chǎn)生特定的寬高比(對于電視，一般在16∶9～4∶3之間)，就需要根據(jù)為了得到寬高比正確的光柵需要在水平方向上把圖象收縮還是把圖象放大而進(jìn)行在水平方向上的附加操作。
更詳細(xì)地說，圖象尺寸再生處理器914執(zhí)行兩種圖象分辨率的變換，一種用于分辨率匹配，另一種用于寬高比校正。
圖象尺寸再生處理器914接受按每行任意像素個數(shù)和任意行數(shù)的圖象輸入，并且，執(zhí)行數(shù)字域中的內(nèi)插功能，由此，產(chǎn)生出在每一行有或多或少個像素和每一幀有或多或少個行。根據(jù)在陣內(nèi)所帶有固定個數(shù)的激光器和帶有固定面數(shù)的鏡，把圖象輸入變換成公共格式，以用于產(chǎn)生掃描/顯示。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，圖象尺寸再生處理器914把全部輸入變換成1280個像素×1280行的公共格式，這是基于每個激光陣中有128個激光二極管。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，圖象尺寸再生處理器914在水平和垂直兩者的任一方向上獨(dú)立地執(zhí)行水平的和/或垂直的、分?jǐn)?shù)重新?lián)Q算?？梢园讶我粓D象信號匹配于固定的1280×1280格式。在操作中，利用復(fù)雜的內(nèi)插和可變帶寬濾波器的算法實(shí)時(shí)地、高速地執(zhí)行圖象數(shù)據(jù)的尺寸再生。
圖象尺寸再生處理器914接受來自系統(tǒng)控制總線960的控制，該總線就是在對視頻輸入變換器202和圖象投影系統(tǒng)10進(jìn)行描述的同一總線。圖象尺寸再生處理器914根據(jù)所要求的尺寸再生系數(shù)裝入行和像素的參數(shù)，該系數(shù)是從包括著相應(yīng)于每一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值的內(nèi)部表得到的。這形成了正確的寬高比以及正確的行數(shù)和每一行的像素?cái)?shù)。James H.Arbeiter在1992年9月29日～10月2日于馬薩諸塞州波士頓Hynes會議中心舉行的國際電子圖象會議上發(fā)表的題為“Video Resizing-how to make bigger/smaller image the best it can be！(如何制作更大/更小的圖象，“視頻尺寸再生”可能是最好的方法)”的論文中，公開了適用于本發(fā)明有關(guān)實(shí)施例的圖象尺寸再生技術(shù)，這篇論文在這里引為參考。
有著各種垂直頻率的視頻信號。對于NTSC和建議的1050HD標(biāo)準(zhǔn)，為59.5；還有1125/60，這實(shí)際上是1125/30，因?yàn)槠鋷l為30Hz；對于VGA計(jì)算機(jī)圖形，垂直頻率可在40～70Hz之間變化。
對于圖象投影系統(tǒng)10，為了適應(yīng)各種垂直掃描速率，使多角鏡馬達(dá)以不同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并通過平面鏡的偏轉(zhuǎn)使該平面鏡提供與輸入視頻信號頻率相同的垂直偏轉(zhuǎn)。無論顯示什么樣的圖象信號，掃描光學(xué)系統(tǒng)保持為同一的，因?yàn)閿?shù)據(jù)量總是同一的，把輸入尺寸再生為固定的掃描分辨率，不同的只是數(shù)據(jù)的速率。不同的垂直掃描頻率，涉及是較快還是較慢掃出的一個整場或一個整幀?？梢哉J(rèn)為，是屏幕上給出同樣的光柵，只是基于垂直頻率(它是場頻或幀頻的修正值)掃出得快一點(diǎn)或者慢一點(diǎn)。
與多角鏡驅(qū)動馬達(dá)及垂直偏轉(zhuǎn)檢流計(jì)的可變速度有關(guān)的圖象尺寸-再生過程及與其有關(guān)的控制電子電路310，提供了處理輸入到圖象投影系統(tǒng)10上任一圖象格式的方法?？梢园讶克鑵?shù)預(yù)編碼到ROM表中，以解除系統(tǒng)為了得到這些參數(shù)而必須進(jìn)行必要計(jì)算的負(fù)擔(dān)。
刈存儲器的存儲體在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過并行掃出很多行，得到了足夠的亮度。
因?yàn)楫?dāng)前的全部視頻標(biāo)準(zhǔn)都是CRT光柵格式的，這意味著這是對往返掃描的單一光束為單一數(shù)據(jù)流；本發(fā)明包括從單一光束輸入格式變換成為由多條激光光束同時(shí)掃出的光柵掃描方法。
根據(jù)本發(fā)明，把需要并行掃描的全部行存儲在存儲器924、926、928中，并且讀出，以產(chǎn)生并行掃描的行。首先，以存儲器中讀出全部這些行的第一個像素，然后，讀出全部這些行的第二個像素等等，讀出的速度為 ，此處，N＝并行行的行數(shù)。全部激光二極管同時(shí)起作用。用來執(zhí)行這一功能的一種優(yōu)選方法是利用兩個存儲器。第一個存儲器存儲一組N行，而第二個存儲器并行地輸出一組N行。這兩個存儲器往返轉(zhuǎn)換地工作。把視頻讀入某一存儲器時(shí)，其地址順序遞增；輸出時(shí)，以并行方式把視頻讀出。
采用128個比特的通路送出存儲器，這幾乎是不實(shí)際的。緩解這一問題的方法是以不同的次序從存儲器中讀出，這意味著，對N行讀出N個像素；然后，讀出N＋1行的N個像素。這稱為復(fù)用格式，數(shù)據(jù)順序地出現(xiàn)在單一條線上；而且，序列的次序是已知的，并在此目標(biāo)上解碼。因?yàn)閿?shù)據(jù)緩慢地送出N次，所以，在同樣的時(shí)間長短內(nèi)，可以讀出N個像素，然后，把每一個像素表示為全部并行源上的第一個像素。進(jìn)入某一個存儲器的數(shù)據(jù)率與送出的數(shù)據(jù)率相同。如果我們有不同的數(shù)據(jù)率，存儲器就可能溢出或耗盡。
脈寬調(diào)制器在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，圖像投影系統(tǒng)10采用并行掃出128行。每一個像素有三個(紅、綠、藍(lán))二極管，形成總計(jì)384個有效視頻通道。這些通道作為384個等效(復(fù)用)的數(shù)據(jù)流起源于掃描變換幀存儲器924、926、和928。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，每一個通道采用8比特的等效分辨率。為了驅(qū)動激光二極管對每128掃描行的每一行再生隨時(shí)間變化的像素幅度(和彩色)，把每一個數(shù)字信號變換成模擬信號。384個數(shù)-模變換器在任何系統(tǒng)中都是數(shù)量極大的器件了，需要大型PC板，冗長乏味的校準(zhǔn)，有足夠功率和帶寬的線性化驅(qū)動電子電路。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例采用脈寬調(diào)制，以隨時(shí)間變化的脈沖串(占空比)對每一個激光器提供全功率電流源，使得在該像素時(shí)間內(nèi)傳送給任一二極管的平均功率相應(yīng)于以規(guī)定幅度的光強(qiáng)來照射該二極管。如圖11所示，這將是D/A變換器對給定的8比特值產(chǎn)生的同一精度的幅度，實(shí)際上，這就是對于給定像素的視頻R、G、B強(qiáng)度。由于一些原因，這是有利的。開關(guān)方式的電子電路不需要A/D變換器、高度濾波的電源、線性化的驅(qū)動電子電路、以及高成本的建立和校準(zhǔn)。開關(guān)方式邏輯的損耗功率小于其模擬方式的對應(yīng)設(shè)備，因?yàn)檩敵鼍w管本身是完全導(dǎo)通或者是完全截止，所以幾乎不損耗功率。雖然圖11示出的是用來產(chǎn)生特定強(qiáng)度電平的脈沖的特定例子，但是，利用不同的個數(shù)、每一個脈沖的定時(shí)和幅度，可以在預(yù)定的期間內(nèi)給每一個激光二極管傳送預(yù)定大小的能量，由此而建立這種激光二極管輸出的(覺察到的)強(qiáng)度?；蛘?，這種脈沖可以驅(qū)動Mach-Zehnder干涉儀調(diào)制器以控制每一條光束的強(qiáng)度。
開關(guān)方式的脈碼調(diào)制(PCM)一般不用于數(shù)字視頻系統(tǒng)。其理由是，對于8比特分辨率(256個強(qiáng)度極)和4MHz視頻帶寬來說，切換速度必須極快。例如，如果像素需要的是最小強(qiáng)度或者是全強(qiáng)度(256極)時(shí)亮度的 ，并且如果響應(yīng)是線性的，適當(dāng)?shù)募俣赡苁切枰@樣的脈沖它在整個像素期間的 內(nèi)是全導(dǎo)通的。這要求，時(shí)鐘頻率高到用來把輸入視頻數(shù)據(jù)流數(shù)字化的像素時(shí)鐘頻率的256倍。對于這種應(yīng)用來說，大多數(shù)驅(qū)動器開關(guān)不可能這樣快，成為低速率的限制原因。此外，產(chǎn)生這樣快速脈沖串的數(shù)字邏輯，在任何現(xiàn)存或在成本上現(xiàn)實(shí)的情況中都是不存在的。
然而，本發(fā)明圖像投影系統(tǒng)10掃描出的是放慢的行的視頻的各刈(Swathes of line-slowed-down video)。在128刈的情況下，行時(shí)間變長到128倍。開關(guān)速度幾乎以 的系數(shù)而降低，這已在一般CMOS型IC邏輯的工作范圍內(nèi)。對于使用開關(guān)驅(qū)動器來說，這個范圍是很適當(dāng)?shù)?。對于脈寬調(diào)制，若干個脈沖的持續(xù)時(shí)間所形成光能量的大小正比于每一個視頻取樣(像素)的幅度。
為了實(shí)現(xiàn)大多數(shù)觀眾可以接受的性能，需要在一個像素時(shí)間內(nèi)具有對于產(chǎn)生最小強(qiáng)度值以便有好的再生圖像質(zhì)量來說是綽綽有余的通-斷周期。因?yàn)閳D像投影系統(tǒng)10具有這樣大的顯示器和優(yōu)異的光束/光學(xué)裝置，人眼對質(zhì)度等級的分辨率非常敏感，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中采用了256個灰度等級而不是圖11所示的128個等級。所用調(diào)制將在任何取樣瞬間基于8比特強(qiáng)度碼產(chǎn)生特定的脈沖持續(xù)時(shí)間，以便產(chǎn)生基帶信號的幅度值。對于任何模擬信號，脈寬調(diào)制(PWM)在兩個極限值(0強(qiáng)度與全強(qiáng)度)之間線性地變化。最寬脈沖累計(jì)的時(shí)間表示傳送的最大能量，最窄脈沖累計(jì)的時(shí)間表示最小能量或最小強(qiáng)度。
脈沖持續(xù)時(shí)間作為圖像信號幅度的函數(shù)而變化，人眼具有把已調(diào)光脈沖積分成平均覺察值的能力，然而，利用積分器平滑開關(guān)輸出中所固有的陡峭階躍以產(chǎn)生更大的平均值可能是合乎理想的。或者，采用更精密的脈沖階躍增量可以排除對后置濾波器的需要。這種方案所需的元件少于模擬積分器。還有，脈沖調(diào)制方案可以在很寬的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行換算，而模擬元件一般只規(guī)定在一種取樣頻率。
利用這種脈沖調(diào)制方法縮簡了模擬電子電路和圖像投影系統(tǒng)10中互連引線的數(shù)量。此外，可以把很多PCM單元設(shè)置在單一IC設(shè)備上(一般為32個組件)。
在圖8C所示的實(shí)施例中，利用與圖7A～7D所示實(shí)施例中不同的組合光學(xué)系統(tǒng)把來自紅激光陣104、綠激光陣106和藍(lán)激光陣108的輸出組合起來。特別是，基色的平行光束被反射鏡951反射，第二基色的平行光束被反射鏡953反射，第三基色的平行光束指向組合立方體955，該立方體955的工作是把每一種基色的相應(yīng)平行光組合起來。
光柵的發(fā)生和伺服水平偏轉(zhuǎn)在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，激光刈的水平偏轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)多角鏡306提供。驅(qū)動馬達(dá)3000鎖定到輸入水平推動信號上，該輸入水平推動信號與在刈存儲器存儲體922控制下每一個刈(一組水平行)讀出的起點(diǎn)同步。用于控制系統(tǒng)的光反饋由劃在多角鏡306頂上的直線972提供，該直線972與面的邊緣對準(zhǔn)。每一個面用來反射一個刈。這樣，從那條刻劃線得到的多角鏡的面邊緣信號和輸入水平推動信號用作馬達(dá)伺服鎖相環(huán)970的輸入。雖然圖8D示出共有9個面的多角鏡306，但是，因?yàn)槎嘟晴R只提供水平偏轉(zhuǎn)，所以對系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說，面數(shù)并不是臨界的。特別是，如果用8個刈構(gòu)成1024行的整個光柵，則相應(yīng)地，用8個面構(gòu)成一幀。通過跳過數(shù)量為整數(shù)的面，使垂直消隱時(shí)間(用于使隔行檢流計(jì)復(fù)位的時(shí)間)得到調(diào)節(jié)。
垂直偏轉(zhuǎn)在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，垂直偏轉(zhuǎn)由具有構(gòu)成整體的反射鏡304的檢流計(jì)304提供。在每一個有效幀時(shí)間內(nèi)，反射鏡304以連續(xù)和線性方式運(yùn)動。因?yàn)榉瓷溏R304不能瞬時(shí)地或分立步進(jìn)地運(yùn)動，所以，它在整個有效刈時(shí)間內(nèi)都在運(yùn)動。在一個刈結(jié)束時(shí)并且在水平消隱以后，垂直偏轉(zhuǎn)的大小足夠精確地使第二刈的第一行在第一刈的第128行下面開始。這使光柵傾斜一刈高度的大小，或者，128個掃描行。這種傾斜在把光柵投影到屏幕上以前，用光學(xué)方法去掉。垂直回掃所需時(shí)間的長短估計(jì)為整幀時(shí)間的10％～30％。輸入視頻和圖形源的同步消隱時(shí)間將取決于所遵循的顯示標(biāo)準(zhǔn)而改變。在帶有旋轉(zhuǎn)多角鏡306的任一系統(tǒng)內(nèi)，在一幀時(shí)間中總要跳過個別的幾個面，因此，可以建立同步消隱的比率。如果輸入視頻的幀時(shí)間與掃描出來的圖像相同，就可以把數(shù)據(jù)以稍慢或稍快的速率從幀存儲器讀出，以滿足整體的準(zhǔn)則。如前關(guān)于圖1、4和5所描述的那樣，可以利用檢流計(jì)來提供顯示隔行格式的能力。
光學(xué)掃描/投影系統(tǒng)圖12說明圖1中光學(xué)掃描/投影系統(tǒng)300的一個優(yōu)選實(shí)施例1200的原理性布局。這個實(shí)施例1200利用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)多角鏡1202和檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)鏡302，使相繼的刈掃描沿著屏幕垂直地形成光柵。利用預(yù)掃描平行校正器1204、垂直折鏡1206、水平折鏡1208、和1∶1的中繼系統(tǒng)1210，使圖1中自光激光陣源100的輸出映射到旋轉(zhuǎn)多角鏡1202上。投影光學(xué)裝置312把這種映射中繼到投影屏幕400上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)掃描平行校正器1204是一個球面鏡。1∶1中繼1210包括第一同心球面鏡1212和第二球面鏡1214，這兩個鏡是近于同心的。設(shè)計(jì)鏡1212和1214在有限遙遠(yuǎn)中心的范圍內(nèi)工作。中繼系統(tǒng)1210的功能已被顛倒，從而以放大量1從1個光瞳到另一個光瞳使已平行校正的場形成圖像。
下面，參看圖13，示出圖1中光學(xué)掃描/投影系統(tǒng)300的另一實(shí)施例1300。這個實(shí)施例1300與圖12中實(shí)施例1200的區(qū)別在于，以傾斜面旋轉(zhuǎn)多角鏡1302代替圖12中旋轉(zhuǎn)直角多角鏡1202，以固定的折鏡1304代替檢流計(jì)鏡302。在這個實(shí)施例1300中，旋轉(zhuǎn)多角鏡1302的相繼的有傾斜角的各表面控制從圖1中白光激光陣源100輸出的相繼刈的掃描。因?yàn)樾D(zhuǎn)多角鏡1302相繼有傾斜角的表面使相繼刈沿著屏幕400垂直地形成光柵，由此排除了對圖1所示檢流計(jì)鏡302及與其構(gòu)成整體的檢流計(jì)304的需要。
圖13中，來自白光激光陣源100的已平行校正的輸出通過預(yù)掃描平行校正器1301、固定折鏡1304、垂直折鏡1305、極化光束分裂器1306(用于反射)、1/4波長板1308、和水平折鏡1309而指向多角鏡1302。有傾斜角的多角鏡1302掃描10刈128行的陣，由此提供1280行的場。這個掃描場從輸入到多角鏡1302借助于第二次通過1/4波長板1308(為了使極化旋轉(zhuǎn)90°)和透過極化光束分離器1306傳輸而被分裂。f-θ掃描透鏡1310建立一個通過投影透鏡1312顯示在屏幕400上的中間圖像。有傾斜角的多角鏡1302的幾何結(jié)構(gòu)必須加以選擇，以便抵消兩個競爭性的光柵的誤差。由一個面產(chǎn)生的光掃描角必須足夠小，以使刈失配為最?。坏?，光掃描角又必須足夠大，以使由面的錐形角誤差及有傾斜角的多角鏡抖晃效應(yīng)所引起的光柵交叉掃描的位移為最小。
雖然本發(fā)明已描述的很多方面的實(shí)施例是優(yōu)選的，但是，那些熟悉先有技術(shù)的人會了解，由此可以形成很多變型。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
1.一種圖像投影設(shè)備，其特征是包括用來產(chǎn)生多個平行光束的多個基本波長光束源；用來調(diào)制每一條平行光束的裝置；以及用來偏轉(zhuǎn)和投影已調(diào)制平行光束以在圖像接受器上產(chǎn)生像素的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利1中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，其中所述若干基本波長光束源包括固態(tài)激光二極管的線性陣。
3.根據(jù)權(quán)利1中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，其中所述若干基本波長光束源還包括用來產(chǎn)生多條紅光束的紅光線性陣；用來產(chǎn)生多條藍(lán)光束的藍(lán)光線性陣；用來產(chǎn)生多條綠光束的綠光線性陣；以及，用來把紅、綠和藍(lán)光束組合成平行光束的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利3中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，其中所述用來組合的裝置還包括用來反射紅、綠和藍(lán)光束之一的反射鏡；用來反射多條紅、綠和藍(lán)光束之一、并且傳輸已被反射鏡反射的多條光束的第一分色濾色鏡；以及用來反射多條紅、綠和藍(lán)光束之一、并且傳輸已被第一分色濾色鏡反射和傳輸?shù)拿恳欢鄺l光束的第二分色濾色鏡。
5.根據(jù)權(quán)利2中所述的圖像投影設(shè)備，基特征是，其中所述若干基本波長光束源還包括至少一個用來倍增由固態(tài)激光二極管線性陣產(chǎn)生的光束頻率的非線性諧波變換器。
6.根據(jù)權(quán)利1中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，其中所述用來調(diào)制每一條平行光束的裝置還包括用來改變由每一個基本波長光束源發(fā)射的能量大小的脈寬調(diào)制器。
7.根據(jù)權(quán)利1中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，其中平行光束的條數(shù)實(shí)質(zhì)上等于橫跨過屏幕而投影的行數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利1中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，還包括用來接受第一格式的信號的裝置，該信號包括圖像數(shù)據(jù)；以及用來把圖像數(shù)據(jù)重新變換成第二格式，以便調(diào)制每一條平行光束的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利1中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，其中所述用來重新變換的裝置包括串并變換器。
10.根據(jù)權(quán)利1中所述的圖像投影設(shè)備，具特征是，其中所述用來偏轉(zhuǎn)和投影的裝置還包括至少一個透鏡；以及至少一個反射鏡。
11.根據(jù)權(quán)利1中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，還包括用來偏轉(zhuǎn)已調(diào)制平行光束的檢流計(jì)。
12.一種圖像投影設(shè)備，其特征是包括用來產(chǎn)生多條平行白光束的多個基色光束源；用來調(diào)制每一條平行白光束的裝置；以及用來相繼地偏轉(zhuǎn)已調(diào)制平行白光束，每次相繼的偏轉(zhuǎn)都使該相繼平行白光束轉(zhuǎn)一個角度，定位到平行于、并且相鄰于以前已偏轉(zhuǎn)的平行白光束。
13.根據(jù)權(quán)利12中所述的圖像投影系統(tǒng)，其特征是還包括用來偏轉(zhuǎn)平行白光束，由此至少在幀內(nèi)提供一個偏置場。
14.一種用來投影圖像的方法，其特征是包括下列步驟提供多條第一基色的平行光束；提供多條第二基色的平行光束；提供多條第三基色的平行光束；調(diào)制多條平行光束中的每一條；把已調(diào)制平行光束組合起來，以形成多條已調(diào)制平行白光束；偏轉(zhuǎn)已調(diào)制平行白光束；以及把已調(diào)制并已偏轉(zhuǎn)的白光束投影到圖像接受器上。
15.根據(jù)權(quán)利14中所述的方法，其特征是，其中圖像接受器包括眼睛。
16.一種圖像投影設(shè)備，其特征是包括用來接受圖像數(shù)據(jù)并產(chǎn)生表示圖像數(shù)據(jù)的數(shù)字紅信號、數(shù)字綠信號、數(shù)字藍(lán)信號和定時(shí)信號的視頻處理裝置；用來產(chǎn)生多條第一基色平行光束的第一激光陣；用來產(chǎn)生多條第二基色平行光束的第二激光陣；用來產(chǎn)生多條第三基色平行光束的第三激光陣；用來把多條第一、第二和第三基色的平行光束組合起來以產(chǎn)生多條平行白光束的裝置；用來響應(yīng)于數(shù)字信號以調(diào)制第一、第二和第三基色每一條光束的強(qiáng)度的裝置；以及用來偏轉(zhuǎn)并橫跨過屏幕投影多條平行白光束的裝置。
17.一種圖像投影設(shè)備，其特征是包括用來接受圖像數(shù)據(jù)并產(chǎn)生表示圖像數(shù)據(jù)的數(shù)字亮度信號和定時(shí)信號的視頻處理裝置；用來產(chǎn)生多條平行光束的激光陣；用來響應(yīng)于亮度信號以調(diào)制每一條光束的強(qiáng)度的裝置；以及用來偏轉(zhuǎn)并把多條平行光束投影到圖像接受器上的裝置。
18.一種用來在屏幕上形成圖像的方法，其特征是包括下列步驟接收表示圖像的圖像數(shù)據(jù)；橫跨過屏幕的第一區(qū)投影第一多條平行光束；橫跨過屏幕的第二區(qū)投影第二多條平行光束；以圖像數(shù)據(jù)調(diào)制第一和第二多條平行光束。
19.一種橫跨過屏幕偏轉(zhuǎn)多條平行光束的方法，其特征是包括下列步驟從第一旋轉(zhuǎn)反射表面反射多條平行光束；以及從第二旋轉(zhuǎn)反射表面反射多條平行光束，該第二旋轉(zhuǎn)反射表面相鄰并傾斜于第一旋轉(zhuǎn)反射表面。
20.一種用來產(chǎn)生多條平行光束的設(shè)備，其特征是包括安裝在底板上用來發(fā)射平行光束的發(fā)光二極管線性陣；安裝在底板上用來對平行光束進(jìn)行平行核正的透鏡。
21.一種用來產(chǎn)生平行白光束的設(shè)備，其特征是包括用來產(chǎn)生第一多條第一基色平行光束的第一個陣；用來產(chǎn)生第二多條第二基色平行光束的第二個陣；用來產(chǎn)生第三多條第三基色平行光束的第三個陣；用來反射第一多條平行光束的反射鏡；用來把第一多條平行光束與第二多條平行光束組合起來的第一分色濾色鏡；以及用來把第三多條平行光束與已組合的多條第一和第二平行光束組合起來的第二分色濾色鏡。
22.一種圖像投影設(shè)備，其特征是包括用來響應(yīng)于表示彩色圖像的視頻信號以輸出紅數(shù)字信號、綠數(shù)字信號和藍(lán)數(shù)字信號的變換裝置；用來校正紅、綠和藍(lán)數(shù)字信號定時(shí)誤差的時(shí)基校正裝置；用來產(chǎn)生表示彩色圖像的各組并行數(shù)據(jù)的串并變換裝置；用來產(chǎn)生多條平行光束的多個基本波長的光束源；用來向應(yīng)于并行數(shù)據(jù)以調(diào)制多條平行光束的調(diào)制裝置；以及用來偏轉(zhuǎn)并投影已調(diào)制平行光束的裝置。
23.根據(jù)權(quán)利22中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是還包括用來把紅、綠和藍(lán)數(shù)字信號從第一格式重新變換成第二格式的圖像尺寸再生裝置。
24.根據(jù)權(quán)利22中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是還包括反射屏。
25.根據(jù)權(quán)利22中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，其中調(diào)制裝置還包括用來產(chǎn)生脈沖的脈寬調(diào)制器，這種脈沖具有的總能量至少相應(yīng)于彩色圖像中一個像素的亮度。
26.根據(jù)權(quán)利22中所述的圖像投影設(shè)備，其特征是，其中調(diào)制裝置還包括至少一個Mack-Zehnder干涉儀。
全文摘要
多用途的、由激光陣構(gòu)成圖像系統(tǒng)的方法和設(shè)備(10)。優(yōu)選實(shí)施例利用三個線性激光陣(104、106、108)。各線性陣以三基色(紅、綠、藍(lán))之一產(chǎn)生多條(N＞1)平行的輸出小光束(110、112、114)。三個線性陣的相應(yīng)輸出小光束1～N各按表示在觀看屏幕(400)上要產(chǎn)生的視頻圖像的特定編碼系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行調(diào)制；各輸出小光束在空間給合起來形成單一白光線性陣源(100)。通過投影/掃描光學(xué)系統(tǒng)使白光源的N條輸出小光束同時(shí)指向并橫跨遠(yuǎn)距離的觀看屏幕(400)水平地掃描，形成N行圖形視頻圖像的一個刈。通過沿觀看屏幕垂直地產(chǎn)生M個靠近的刈，產(chǎn)生MXN行的全圖像。三色線性激光陣可包括由適當(dāng)半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體激光二極管陣，以便直接發(fā)射波長分別相應(yīng)于三色的輻射線。或者，可用發(fā)射二倍于所需三色波長輻射線的半導(dǎo)體激光二極管的陣來形成紅、綠、和藍(lán)的陣，把這些輻射線耦合到產(chǎn)生二次諧波的晶體元件陣上。在本發(fā)明中同時(shí)寫出N＞1(而不象在傳統(tǒng)激光投影系統(tǒng)中N＝1)行的圖形視頻信息，這可顯著改善光投影/圖像形成子系統(tǒng)、視頻亮度和色度編碼電路、和視頻信息處理電子電路的性能。
文檔編號H04N9/31GK1119482SQ94191484
公開日1996年3月27日 申請日期1994年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月3日
發(fā)明者F·C·吉博, R·F·貝斯勒, J·H·阿拜特 申請人:尼托公司