DK151437B - System til at bringe et billede i register - Google Patents

Description

151437 i

Opfindelsen angår et system til at bringe mindst ét projiceret billede i register med en referenceposition, og omfattende mindst ét bi 1 ledprojektionsapparat til billedprojektion på en skærm, mindst ét til det på-5 gældende projektionsapparat knyttet følerarrangement, der afføler placeringen af et tilhørende registermønster i det projicerede billede og i afhængighed heraf frembringer detektionssignaler, mindst én behandlingskobling, der får tilført detektionssigalerne og er ind-10 rettet til at afgive positioneringssignaler til det pågældende projektionsapparat.

I visse systemer skal et billede, der projiceres på en skærm bringes i register, eksempelvis i forhold til et referencepunkt eller til et andet billede eller 15 andre billeder, der projiceres på den samme skærm. Når billeder fra f.eks. to katodestrålerør med hver sin farve, skal projiceres på én og samme skærm til dannelse af ét billede med farvekombinationen for de to kato-destrålerør-bilieder, kan der stilles meget strenge 20 krav med hensyn til register mellem de to billeder på skærmen, når man ønsker at undgå dannelse af farvein-terferens. Kravet til bi 1 ledregister kan være, at der er register indenfor ét billedelement. I visse systemer, hvor en høj opløsning er nødvendig, kan kravet til bil-25 ledregister være indenfor en fjerdedel af et billedelement. For et ca. 10 cm langt katodestrålerør-biIlede med 1000 billedelementer i den pågældende akseretning, kan der være krav om bi 1 ledregister indenfor en tusinddel tomme, dvs. 0,025 mm.

30 Da bi 1 ledregisteret påvirkes af komponentdrift på grund af varme, opvarmningstid, ældning, brug, osv., måtte man i den kendte teknik gøre brug af indviklede udformninger af de elektriske, optiske og mekaniske komponenter for at opnå stabilitet i relation til disse 35 faktorer. Den kendte teknik kompenserer dog ikke for 2 151437 komponentdrift og der er behov for hyppige genjusteringer til opnåelse af register. Der kan i så henseende henvises til US patentskrift 4.085.425. En anden teknik går ud på at anvende termostatstyrede varmelegemer for 5 at bringe alle komponenter på en given temperatur større end omgivelsestemperaturen. Denne teknik giver dog ikke den fornødne registernøjagtighed, og varmen har en ugunstig virkning på komponentpålideligheden.

Opfindelsen tager sigte på at overvinde sådanne 10 vanskeligheder ved, at give anvisning på et system, der er enklere og mere præcis end den kendte teknik, og som opretholder bi 1 ledregister over et bredt område af dr iftsforhold, er relativt ufølsomt overfor store temperaturvariationer, og som kompenserer for andre faktorer, 15 såsom de lokale lysforhold, der kan have tendens til at forårsage tab af bi 1 ledregister.

Med henblik herpå er et system ifølge opfindelsen ejendommeligt ved, at følerarrangementet omfatter tre fotodetektorer i indbyrdes retvinkelforhold, hvor-20 af den ved toppen af retvinklen beliggende fotodetektor udgør reference-fotodetektor, medens de to andre fotodetektorer udgør retningsgivende fotodetektorer, at hver detektor er indrettet til ved afføling af belysning i registermønsteret at afgive et tilsvarende detektions-25 signal, og at behandlingskoblingen er indrettet til at sammenligne detektionssignalerne fra de to retningsgivende fotodetektorer med detektionssignalet fra reference-fotodetektoren og på basis heraf at frembringe to differenssignaler, der danner positioneringssigna-30 lerne.

Et således udformet system er væsentlig enklere fordi det kun kræver ét enkelt følerarrangement med tre fotodetektorer pr. billede, idet fotodetektorernes indbyrdes placering i retvinkelforhold med det samme giver 35 mulighed for afføling af en eventuel bi 1 ledforskydning 3 151437 i retvinklens to retninger, medens brugen af differenssignaler automatisk sikrer kompensering for temperaturdrift og for eventuelle udefra kommende variationer i indfaldende lys på fotodetektorerne.

5 I det viste tilfælde, hvor projektionsapparatet omfatter et katodestrålerør med et strålecentrerings/af-bøjningsarrangement til positionering af billedet på katodestrå lerøret i afhængighed af positioneringssignalerne, kan systemet yderligere være ejendommeligt ved, at 10 behandlingskoblingen omfatter en normeringskreds, der omdanner differenssignalerne til normerede positioneringssignaler og fører disse signaler til strålecentre-ri ngs/afbøjni ngsarrangementet.

Denne hensigtsmæssige løsning giver mulighed for 15 direkte at foretage styring på strålecentrerings/afbøj-ningsarrangementet under ved normering foretaget, passende hensyntagen til selve katodestrålerørets karakteristika.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende un-20 der henvisning til den skematiske tegning, hvor der for de samme bestanddele er anvendt de samme henvisningsbetegnelser, og hvor fig. 1 er et funktionsblokdiagram over et system til at bringe et billede i register i overensstemmelse 25 med opfindelsen, fig. 2 et arrangement med tre fotodetektorer og et indfaldende register-mønster, fig. 3 et perspektivisk delbillede af en fotodetektorcelle i det i fig. 2 viste arrangement, 30 fig. 4 et diagram over en kobling til frembrin gelse af differenssignal til brug i systemet ifølge opfindelsen, og fig. 5 et diagram over en topolet strømkilde til brug i opfindelsen.

35 Fig. 1 viser et funktionsblokdiagram over et sy stem til i overensstemmelse med opfindelsen at bringe et 4 151437 billede i register. I den i fig. 1 viste udførelsesform projiceres billederne fra to katodestrå 1erør 10 og 12 på en fælles skærm 16 ved hjælp af et ved blokken 14 vist arrangement med lysventil med flydende krystal 5 (liquid crystal light valve=LCLV) og linse. Dette arrangement 14 med ventil og linse er af i og for sig kendt art, og skal derfor ikke beskrives nærmere her. Vedrørende et sådant arrangement, kan der henvises til US-pa-tentskrift nr. 4,127,322. I den i fig. 1 viste udførel-10 sesform har billedet fra det ene katodestrålerør 10 grøn farve, og billedet fra det andet katodestrålerør 12 rød farve, idet kombinationen af de to billeder danner det ønskede billede. Man ønsker at projicere de to farveforskel 1 ige billeder fra de to rør 10 og 12 på 15 fællesskærmen 16. For at undgå farveinterferens, opnå et klart billede på skærmen 16 og drage fordel af far-veblandingen af det røde billede og det grønne billede, kræves der nøjagtigt register for de to billeder på skærmen 16.

20 Register for de to billeder fra de to rør 10 og 12 opnås i fig. 1, hvor der på skærmen 16 er monteret to detektorenheder 18 og 20, nemlig én detektor for hvert billede fra katodestrålerørene. Disse detektorenheder er i hovedsagen funktionsmæssigt identiske. I en 25 udførelsesform for en detektorenhed til brug i opfindelsen omfatter detektorenheden 18, tre fotodetektorer 22, 24 og 26 i indbyrdes retvinkelforhold. Dette ar rangement er vist skematisk i fig. 2. I denne udførelsesform danner den fotodetektor, der befinder sig ved 30 toppen af retvinklen reference-fotodetektoren 24, og de to andre fotodetektorer befinder sig i ens afstande fra reference-fotodetektoren, på de to sider af retvinklen. I fig. 2 er fotodetektoren 22 anbragt oven over fotodetektoren 24 og kaldes den vertikale fotodetek-35 tor. Fotodetektoren 26 er anbragt til venstre for re- 5 151437 ference-fotodetektoren 24 og kaldes den horisontale fotodetektor. De to fotodetektorer 22 og 26 sammenlignes med reference-fotodetektoren 24. Billedet fra katodestrålerøret indbefatter et register-mønster, der 5 har en given position i forhold til resten af billedet, og som på skærmen projiceres fra det tilhørende katode-strålerør, nemlig røret 10 i det foreliggende tilfælde. Da der er et fast forhold mellem positionen af register-mønsteret og positionen af katodestrålerør-bi11e-10 det, kender man beliggenheden af katodestrålerør-bille-det, hvis man lokaliserer register-mønsteret.

Som det funktionsmæssigt fremgår af fig. 1, projiceres billederne og/eller register-mønstrene fra rørene 10 og 12 på skærmen 16. Detektorenheden 18, 15 der er tilordnet katodestrålerøret 10 afføler belysningen i det på skærmen indfaldende, tilsvarende register-mønster. Fotodetektorerne i detektorenheden frembringer strømme, der er proportionale med den lysmængde, der detekteres i det aktive område af fotodetektoren.

20 Fig. 2 viser en detektorenhed 18, der kan an vendes i fig. 1 med et indfaldende register-mønster 28.

Som det fremgår af fig. 2 falder register-mønsteret 28 mere på den horisontale fotodetektor 26 end på reference-fotodetektoren 24 og den vertikale fotodetektor 25 22, men falder ligeligt ind på reference-fotodetektoren 24 og den vertikale fotodetektor 22. I den efterfølgende beskrivelse antages det, at fotodetektorerne er identiske, dvs. at de med den samme indfaldende lysmængde frembringer den samme fotostrøm. I den i fig. 2 viste 30 opstilling, vil hver fotodetektor under det indfaldende register-mønster 28 frembringe en fotostrøm, men den horisontale fotodetektor 26 afgiver mere strøm end hver af de to andre fotodetektorer 22 og 24. Ved sammenligning af strømmene fra den horisontale fotode-35 tektor 26 og den vertikale fotodetektor 22 hver for 6 151437 sig med strømmen fra reference-fotodetektoren 24 frembringes der to differenssignaler. I den i fig. 2 viste situation, vil den horisontale fotodetektor 26 afgive en større strøm end reference-fotodetektoren 24, hvil-5 ket angiver, at register-mønsteret 28 er forskudt til venstre i horisontal retning. Den vertikale fotodetektor 22 afgiver en strøm lig med strømmen fra reference-fotodetektoren 24, hvilket angiver, at register-mønsteret 28 er i register i vertikal retning. Hvis alle 10 strømme har samme værdi betyder dette, at register-mønsteret falder ligeligt ind på fotodetektorerne. I så fald falder det geometriske tyngdepunkt i register-mønsteret sammen med det geometriske tyngdepunkt i fotodetektorarrangementet . På denne måde kan man med det i 15 fig. 2 viste arrangement med tre fotodetektorer bestemme positionen af et register-mønster i en hvilken som helst retning i forhold til referencepositionen.

Med henblik på frembringelse af et differenssignal, når register-mønsteret i den ovenfor beskrevne ud-20 førelsesform er forskudt fra centerpositionen, sammenlignes fotostrømmen fra den horisontale fotodetektor 26 med fotostrømmen fra reference-fotodetektoren 24, og fotostrømmen fra den vertikale fotodetektor 22 sammenlignes med fotostrømmen fra reference-fotodetektoren 25 24. Dette foregår i kredse ved blokkene 30 og 32 i funktionsblokdiagrammet i fig. 1. Ved sammenligningerne frembringes der differenssignaler, der har en polaritet, som angiver i hvilken retning register-mønsteret er forskudt, og en amplitude der angiver, hvor meget register-30 mønsteret er forskudt fra centerpositionen. Disse differenssignaler normeres derefter inden de anvendes til repositionering af billedet fra det bi 1 ledproducerende apparat, der i fig. 1 er et katodestrålerør. I fig. 1 kan differenssignalerne således normeres indenfor et gi-35 vet strømværdiområde inden strømmene påtrykkes katodest rå lerørets eentrerings/afbøjningsspoler.

7 151437

Hvis man funktionsmæssigt kombinerer fig. 2 og fig. 1, er der tre signallinier mellem detektorenheden 18 og blokken 30, nemlig én linie for hver fotodetektor henholdsvis 22, 24 og 26. I blokken 30 fore- 5 går de før omtalte sammenligninger mellem strømmene og der frembringes differenssignaler og der foregår en omdannelse af disse differenssignaler til normerede positionsjusteringsstrømme med en strøm for hver fotostrøm-sammenligning. Disse strømme tilføres ortogonale centre-10 rings/afbøjningsspoler på katodestrå 1erøret 10 og en repositionering af kombinationen af billede og registermønster finder sted.

I den i fig.l viste udførelsesform, hvor to separate billeder fra to separate katodestrålerør skal brin-15 ges i register på fællesskærmen 16, er en detektorenhed tilordnet hver sit katodestrålerør. Disse detektorenheder er anbragt i given indbyrdes position på skærmen, således at billederne fra katodestrålerørene er i register med hinanden, når de geometriske tyngdepunkter 20 på deres register-mønster hver for sig er i register med de geometriske tyngdepunkter for de tilhørende detektorenheder. På denne måde vil justeringer for hvert katodestrålerør finde sted gennem den tilhørende billedregis-ter-kobling til repositionering af billedet.

25 Ved hjælp af et register-mønster og en detektor enhed for hvert katodestrålerør, vil billederne automatisk holdes i register på fællesskærmen 16. Registergen juster i nger foregår automatisk og kontinuert. Temperaturvariationer, der normalt forårsager drift, eksem-30 pelvis under systemopvarmning, kompenseres for, eftersom positionen af register-mønsteret og dermed af billedet vedvarende genjusteres, hvis den forskydes fra referencepositionen. Ved vedvarende projicering af registermønstrene med de tilhørende billeder, vil billederne 35 konstant være i register, eftersom systemet vedvarende 151437 β foretager den fornødne genjustering af positionerne af billederne fra katodestrålerørene.

En fotodetektorstruktur som vist i fig. 3 er anvendelig i opfindelsen. Fotodetektoren 34 er anbragt i 5 en celle 36, der har uigennemskinnelige sider og en u-igennemskinnelig bund og en gennemskinnelig overside 38, der typisk består af diffunderende materiale, og som er placeret mellem fotodetektoren og den belysning, der skal detekteres. Som diffusionsmateriale, kan man 10 anvende en polyesterfilm såsom LDF6503TR fra 3M Company. Diffusionsmaterialet spreder det indfaldende lys med henblik på opnåelse af et bredere og jævnere detektions-område for fotodetektorerne.

Den i fig. 3 viste celle har firkantform, men der 15 kan anvendes andre former. Cellevæggene har en sådan højde, at en direkte belysning fra register-mønsteret rammer fotodetektoren, medens udefra kommende lys eksempelvis ovenfra kommende lys i rummet i det mindste delvis afvises. Det har vist sig, at signal/støj-forholdet 20 kan forbedres, når inderf1aderne i cellen gøres ikke-re-flekterende med henblik på absorption af udefra kommende lys, der træder skråt ind i cellen.

Et kvadratisk register-mønster som vist i fig. 2 er anvendeligt i opfindelsen. Det har vist sig, at et 25 register-mønster på ti horisontale billedelementer og ti vertikale linier er anvendeligt. Dette fører til et register-mønster med ti billedelementer gange ti billedelementer. Der kan anvendes andre mønstre og frembringelsen af register- eller testmønstre med et katodestrå-30 lerør er velkendt teknik som ikke skal beskrives nærmere her. Den relative størrelse af register-mønsteret og det aktive detektionsområde på detektorenheden bør være af en sådan art, at en bevægelse af register-mønsteret kan detekteres. Et register-mønster, der er noget mindre end 35 det aktive område på detektorenheden er nødvendigt for 9 151437 at undgå den situation, hvor register-mønsteret har bevæget sig ud af register, men denne bevægelse kan ikke detekteres af fotodetektorerne. Det har vist sig, at man kan undgå denne situation med et register-mønster med 5 sidelængde tilnærmelsesvis lig med afstanden fra centret i reference-fotodetektoren til centret i en af de andre fotodetektorer. Dette er vist i fig. 2, hvor der er anvendt et kvadratisk register-mønster 28 med sidelængde lig med afstanden mellem centrene i henholdsvis den ver-10 tikale fotodetektor 22 og reference-fotodetektoren 24.

Når størrelsen af register-mønsteret er fastlagt, eksempelvis ti horisontale billedelementer og ti vertikale linier, kan der være behov for justering af stør-15 reisen af det aktive detektionsområde på detektorenheden afhængigt af register-mønsterets størrelse på skærmen.

Hvis billedet og det tilhørende register-mønster projiceres på en bred skærm og forstørres til at fylde denne skærm, kan der være behov for at forøge center-t i 1-cen-20 ter-afstandene mellem reference-fotodetektoren og de to andre fotodetektorer med henblik på opretholdelse af det relative størrelsesforhold mellem register-mønsteret og det aktive detektionsområde på detektorenheden. Hvis register-mønsteret er mindre, f.eks. projiceret på en lil-25 le skærm, kan der være behov for sammentrækning af det aktive detektionsområde på detektorenheden.

Fig. 4 viser en i opfindelsen anvendelig kobling til frembringelse af differenssignal. Som vist sammenlignes fotostrømmene fra de tre fotodetektorer 22, 24 30 og 26 i to operat ionsforstærkere 46 og 48 med henblik på frembringelse af differenssignaler 50 og 52.

Et signal fra reference-fotodetektoren 24 tilføres polaritetsmæssigt ens indgange til begge operationsforstærkere 46 og 48. Den anden indgang med modsat po-35 laritet på operationsforstærkeren 46 får tilført sig- 10 151437 nalet fra den horisontale fotodetektor 26, medens den anden Indgang med modsat polaritet på den anden operationsforstærker 48 får tilført signalet fra den vei— tikale fotodetektor 22. Til integration og forstærk-5 ning anvendes der tilbagekoblingskondensatorer 54 (lpF) og tilbagekoblingsmodstande 56 (10 Mfi). Udgan gene på operationsforstærkerne 46 og 48 afgiver forstærkede og integrerede differenssignaler 50 og 52.

Medens man indtil nu antog, at fotodetektorerne 10 var ens, sker dette sjældent i praksis. Derfor indbefatter den i fig. 4 viste kobling de elementer der tager højde for dette problem. Når et register-mønster er i register på detektorenheden, justeres den i fig. 4 viste kobling således, at differenssignalerne 50 og 52 er 15 på nulværdien. Til dette formål anvendes der variable modstande 58 (0-25 kC). Når billedet er i register, justeres de variable modstande 58, indtil differens-signalerne 50 og 52 har nulværdien. Denne kompenseringsteknik annullerer forskellene mellem fotodetekto-20 rerne og mellem andre komponenter i koblingen. Denne kompenseringsteknik kompenserer også for det udefra kommende lys, der rammer fotodetektorerne.

Modstanden 98 har en værdi på 91 kfl, modstanden 100 en værdi på 100 kC. Jævnstrømsforsyningen 104 er 25 på +15V og jævnstrømsforsyningen 106 er på -15V.

Fotodetektorerne i den i fig. 4 viste kobling kan være af typen MRD 711 fra Motorola Inc., Phoenix, Arizo na. Operationsforstærkerne kan være af typen LM 741 fra National Semiconductor Corp., Santa Clara, California.

30 I stedet for fotodetektorerne 22, 24 og 26 som vist i fig. 4, kan der anvendes et andet fotodetektorarrangement. En positionsaffølende fotodetektor af typen SC fra United Detector Technology, Culver City, California afgiver X- og Y-aksepositioner ud fra et referencepunkt i 35 detektoren.

11 151437 I den udførelsesform, hvor differenssignalerne ikke direkte kan anvendes, eksempelvis i den i fig. 1 viste udførelsesform med katodestrålerør, foretages der normering af disse signaler. Til normering af differens-5 signalerne 50 og 52 til en bipolær strøm, kan man anvende den i fig. 5 viste kreds 63. Den bipolære strømkilde 63 afgiver ud fra en indgangsspænding på ± 10V, en strøm på ± 20 mA til en centrering/afbøjnings-spole 60 på katodestrålerøret med henblik på reposi-10 tionering af billedet på dette rør.

I den i fig. 5 viste kreds 63 føres et signal, f.eks. differenssignalet 50 fra den i fig. 4 viste kobling, til indgangsmodstanden 62 (3kfl). Det øverste kredsløb 64 i den bipolære strømkilde 63 er en kon- 15 stantstrømki Ide som afgiver en strøm på + 20 mA til punktet 68. Det nederste kredsløb 70 i den bipolære strømkilde 63 trækker strøm fra det samme punkt 68 indenfor strømværdiområdet fra nul til 40 mA under styring fra differenssignalet 50. Herved kan der fra 20 punktet 68 trækkes en strøm i værdiområdet ± 20mA, hvilken strøm over linien 72 føres til eller fra centreri ngs/afbøjningsspolen 60. Zenerdioden 74 er af typen 1N757A og zenerdioden 76 er typen 1N3826A, begge fra National Semiconductor. Transistoren 78 er af 25 typen 2N2905A, transistoren 80 af typen 2N2219A og dioderne 82 af typen 1N4150, alle fra Motorola Inc. Modstandene 84 har en værdi på 100 Ω, modstanden 86 på 470 Ω, modstanden 88 på 3kft, modstanden 90 på 120 fl og modstanden 92 på lkfi. Jævnspændingsforsynin-30 gen 94 er på 30V og jævnspændingsforsyningen 96 på -15V.

I forbindelse med den i fig. 4 viste kobling til frembringelse af differenssignaler, er der behov for to bipolære strømkilder af den i fig. 5 viste art, idet 35 hver strømkilde tilordnes sit differenssignal og forbin-

Claims (4)

151437 des med hver sin af ortogonale centrerings/afbøjnings-spoler. 5

1. System til at bringe mindst ét projiceret billede i register med en referenceposition, og omfattende mindst ét bi 1 ledprojektionsapparat til billedpro-10 jektion på en skærm (16), mindst ét til det pågældende projektionsapparat knyttet følerarrangement (18), der afføler placeringen af et tilhørende registermønster (28) i det projicerede billede og i afhængighed heraf frembringer detektionssignaler, mindst én behandlings-15 kobling, der får tilført detektionssignalerne og er indrettet til at afgive positioneringssignaler til det pågældende projektionsapparat, kendetegnet ved, at følerarrangementet (18) omfatter tre fotodetektorer (22, 24, 26) i indbyrdes retvi nkel forhold, hvoraf den 20 ved toppen af retvinklen beliggende fotodetektor (24) udgør reference-fotodetektor, medens de to andre fotodetektorer (22, 26) udgør retningsgivende fotodetekto rer, at hver detektor er indrettet til ved afføling af belysning i registermønsteret (28) at afgive et t i 1-25 svarende detektionssignal, og at behandlingskoblingen er indrettet til at sammenligne detektionssignalerne fra de to retningsgivende fotodetektorer (22, 26) med detek- tionssignalet fra reference-fotodetektoren (24) og på basis heraf at frembringe to differenssignaler (50, 52), 30 der danner positioneringssignalerne.

2. System ifølge krav 1, og hvor projektions-apparatet omfatter et katodestrålerør (10) med et strå-lecentrerings/afbøjningsarrangement (60) til positionering af billedet på katodestrålerøret (10) i afhængighed 35 af positioneringssignalerne, kendetegnet ved, 151437 at behandlingskoblingen omfatter en normeringskreds (63), der omdanner differenssignalerne (50, 52) til normerede positioneringssignaler og fører disse signaler til strålecentrerings/afbøjningsarrangementet 5 (60).

3. System ifølge krav 2, kendetegnet ved, at normeringskredsen (63) indbefatter en bipolar strømkilde, der normerer differenssignalerne (50, 52) indenfor forudbestemte strømværdiområder med henblik på 10 tilførsel til strålecentrerings/afbøjningsarrangementet (60), hvilken bipolære strømkilde omfatter en strøm-generatorkreds (64), der er koblet til strålecentre-rings/afbøjningsarrangementet (60) og en strømstyrekreds (70), der er koblet til strømgeneratorkredsen (64) 15 og får tilført et differenssignal (50), hvilken strømstyrekreds (70) i afhængighed af differenssignalet (50) bestemmer den mængde strøm, der føres til eller trækkes fra strålecentrerings/afbøjningsarrangementet (60).

4. System ifølge krav 1, kendetegnet 20 ved, at centrum-ti1-centrum-afstanden mellem referencefotodetektoren (24) og den ene henholdsvis den anden retningsgivende fotodetektor (22, 26) i hovedsagen er lig med længden af henholdsvis den ene og den anden af register-mønsterets (28) to ortogonale sider.