專利名稱：棱錐形誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ê脱b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法，該方法用于棱錐形的誤差補(bǔ)償，當(dāng)用于偏轉(zhuǎn)光束的旋轉(zhuǎn)采光多棱鏡的各個(gè)棱面或其中某個(gè)棱面出現(xiàn)傾角誤差時(shí)，通過(guò)對(duì)有關(guān)的棱面所反射的光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)校正，以便得到一個(gè)與傾角誤差偏轉(zhuǎn)方向相反的校正角。此外，本發(fā)明還涉及適于實(shí)施該方法的裝置，它包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)采光多棱鏡，通過(guò)該多棱鏡的棱面偏轉(zhuǎn)光束；它還包括一個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置，當(dāng)棱面產(chǎn)生傾角誤差時(shí)進(jìn)行光束的偏轉(zhuǎn)角的校正，以便得到一個(gè)與傾角誤差偏轉(zhuǎn)方向相反的校正角，以及包括一個(gè)控制裝置，用于控制該偏轉(zhuǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)校正工作。
在關(guān)于激光或視頻投影系統(tǒng)的出版物中，一般光束由鏡子偏轉(zhuǎn)，或者利用回轉(zhuǎn)鏡和旋轉(zhuǎn)多棱鏡。
一個(gè)旋轉(zhuǎn)多棱鏡能十分快速地偏轉(zhuǎn)，正如激光書(shū)刊所述的；還可逐行產(chǎn)生視頻圖像所需的偏轉(zhuǎn)。多棱鏡在與旋轉(zhuǎn)軸等距的圓周方向上有多個(gè)棱面，偏轉(zhuǎn)光束相繼射到各個(gè)棱面上。通過(guò)每個(gè)棱面對(duì)光束產(chǎn)生的不同的偏轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)幀掃描。多棱鏡轉(zhuǎn)過(guò)幾個(gè)棱面便提供幾行行掃描。棱面的旋轉(zhuǎn)速度和數(shù)量決定了偏轉(zhuǎn)周期。入射光線的角度和棱面的大小確定了掃描的角度范圍。
多棱鏡在制造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生誤差。這種誤差稱為棱錐形誤差即多棱鏡的任意一個(gè)棱面相對(duì)于其轉(zhuǎn)軸存在平行度偏差。這種誤差一般從棱面到棱面是變化的，從而使后一個(gè)棱面所反射的光束與前一個(gè)棱面所反射的光束之間存在垂直于行掃描方向的角度偏差。這種棱錐形誤差會(huì)導(dǎo)致視頻投影系統(tǒng)的行與行之間的距離不一樣。于是，該行間距離誤差具有按多棱轉(zhuǎn)鏡的棱面數(shù)為循環(huán)周期的特性，從而使觀看者能在視頻投影系統(tǒng)的圖面上看到清晰的帶狀結(jié)構(gòu)。
由Hilsbusch出版社于1990年出版的署名為WernerHülsbusch的“印刷工業(yè)中的激光”一書(shū)中的第227頁(yè)介紹了兩種方法用于補(bǔ)償棱錐形誤差所產(chǎn)生的色素偏轉(zhuǎn)，這兩種方法都是采用偏轉(zhuǎn)校正的方法實(shí)現(xiàn)校正補(bǔ)償?shù)摹?br> 在第一種偏轉(zhuǎn)校正方法中，采用了一種經(jīng)專門(mén)研磨的透鏡，在透鏡的前面裝有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的多棱鏡，為了制造這種透鏡，必須測(cè)量每個(gè)多棱鏡，并且用于校正棱鏡形誤差的該透鏡必須經(jīng)過(guò)專門(mén)的研磨。因此這種方法成本過(guò)高，很難批量生產(chǎn)。
在第二種偏轉(zhuǎn)校正方法中，采用了一種聲光學(xué)原理的偏轉(zhuǎn)裝置。這種偏轉(zhuǎn)裝置用于調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)校正的角度，該角度是由一個(gè)校正信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的。這些校正信號(hào)與每個(gè)棱面的傾角誤差有關(guān)，它們?cè)谥圃烀總€(gè)多棱鏡時(shí)分別測(cè)出，并且存入校正信號(hào)發(fā)生器內(nèi)。利用這種專門(mén)的裝置對(duì)于每個(gè)棱面的位置可得到一個(gè)信號(hào)，并且與當(dāng)前的棱面同步地讀出所存入的校正信號(hào)值。
這兩種方法的缺點(diǎn)是必需采用與多棱鏡相匹配的用于補(bǔ)償棱錐形誤差的裝置，即通過(guò)一個(gè)專門(mén)研磨的鏡子或存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)記錄實(shí)現(xiàn)匹配。這給批量生產(chǎn)造成很大的困難，并且必須測(cè)量每個(gè)棱面的數(shù)據(jù)。第二種方法還要求使用一種專門(mén)的設(shè)備，以便使當(dāng)前的棱面與相應(yīng)的校正值保持同步。
本發(fā)明的目的是，提供一種校正棱錐形誤差的方法，它比現(xiàn)有的方法大大簡(jiǎn)化，并且可獲得改善的誤差補(bǔ)償性能。
這個(gè)目的是通過(guò)這樣一種方法實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)棱面經(jīng)過(guò)一個(gè)量測(cè)點(diǎn)時(shí)，棱面的方位被測(cè)出，當(dāng)出現(xiàn)傾角誤差時(shí)，它的角度被測(cè)定，于是偏轉(zhuǎn)校正的校正角以雙倍的參數(shù)被調(diào)整。
本發(fā)明采用的直接測(cè)量棱面的取向的方法是有益的，可有助于多棱鏡的批量生產(chǎn)，并且不受不同的傾角誤差的影響。另外也易于維護(hù)，因?yàn)閷?duì)于更換多棱鏡或驅(qū)動(dòng)多棱鏡的電機(jī)不需進(jìn)行專門(mén)調(diào)整。而機(jī)械上發(fā)生的變化，例如軸承磨損導(dǎo)致的擺動(dòng)，由于熱膨脹或外界撞擊的作用而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)軸的偏移等隨著直接測(cè)量而得到平衡補(bǔ)償。本發(fā)明的方法通過(guò)排除誤差存在的可能性，可獲得棱錐形誤差如同完全補(bǔ)償?shù)牧己眯Ч?br> 本發(fā)明的方法在技術(shù)上投入很少，既不需要復(fù)雜磨削的與多棱鏡旋轉(zhuǎn)的透鏡，也不需要增加電子電路，當(dāng)在同一棱面進(jìn)行測(cè)量時(shí)，最重要的是使數(shù)據(jù)記錄中的校正值與這個(gè)偏轉(zhuǎn)棱面相同步，該棱面也偏轉(zhuǎn)光束。
在本發(fā)明的方法中，可以采用多種方式確定傾角誤差，例如電機(jī)械式或電子式，可相對(duì)一個(gè)電極進(jìn)行棱面的電容量測(cè)量，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，傾角誤差的角度可在測(cè)量點(diǎn)上光學(xué)測(cè)定，這種方法優(yōu)于其它測(cè)量方法之處在于不考慮校準(zhǔn)精度和其它系統(tǒng)誤差，因?yàn)樵跍y(cè)量中所用的光所受到的干擾以相同的方式作用到偏轉(zhuǎn)的光束上，并且通過(guò)偏轉(zhuǎn)校正基本得到補(bǔ)償。
本發(fā)明的方法中通過(guò)多棱鏡根據(jù)光束的偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)校正。要避免光束由于偏轉(zhuǎn)落到一個(gè)棱面的不同區(qū)域，這會(huì)在棱面存在彎曲的情況下導(dǎo)致產(chǎn)生額外的誤差。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，轉(zhuǎn)到測(cè)量點(diǎn)處待測(cè)的棱面沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向位于實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的棱面之前，于是作為測(cè)量結(jié)果得到的可調(diào)參數(shù)可用于調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)誤差，這個(gè)可調(diào)參數(shù)是一個(gè)電壓或一個(gè)電流，并且得到一個(gè)時(shí)間上的延遲，它是多棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)該棱面從測(cè)量點(diǎn)到由多棱鏡實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。于是在其他棱面上的測(cè)量就如同作用在光束偏轉(zhuǎn)的棱面上。這樣作的益處在于這種測(cè)量能夠幾乎不受偏轉(zhuǎn)棱面上的灰塵造成的漫射光的影響。于是使測(cè)量準(zhǔn)確性和與之相關(guān)的棱錐形誤差補(bǔ)償?shù)木_度得以提高。而且通過(guò)在實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的地點(diǎn)之前測(cè)量及在本方法中采用延滯差的電路可有利于實(shí)現(xiàn)平衡。
本發(fā)明還涉及一種實(shí)現(xiàn)上述方法的設(shè)備，具有一受光的轉(zhuǎn)動(dòng)的多棱鏡，用于通過(guò)其上的棱面實(shí)現(xiàn)光束的偏轉(zhuǎn)；和偏轉(zhuǎn)裝置，用于當(dāng)出現(xiàn)棱面的傾角誤差時(shí)對(duì)光束進(jìn)行偏轉(zhuǎn)校正，所得到的偏轉(zhuǎn)角取與傾角誤差相反的方向；還包括控制裝置，用于控制該偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)校正。
本發(fā)明包括一測(cè)量裝置，它能測(cè)知轉(zhuǎn)過(guò)一測(cè)量點(diǎn)上的棱面的取向，當(dāng)出現(xiàn)傾角誤差時(shí)能確定其角度，并且由此得到該控制裝置的輸入信號(hào)，從而以雙倍于由傾角誤差所確定的角度的參量實(shí)現(xiàn)該偏轉(zhuǎn)校正。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的一實(shí)施例，具有一函數(shù)發(fā)生器，它產(chǎn)生一用于光束偏轉(zhuǎn)的代表一預(yù)定角度的電輸出參量；和一求出合參量的加法電路，在該加法器內(nèi)一個(gè)用于調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)校正的可調(diào)參量累加為函數(shù)發(fā)生器的電輸出參數(shù)，之后合參數(shù)提供到偏轉(zhuǎn)設(shè)備。人們利用加法電路可使偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)確定量的偏轉(zhuǎn)角度，此確定量可由函數(shù)發(fā)生器預(yù)先給定，這種配置的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)視頻圖象投影采用行掃描方式時(shí)，利用同樣的偏轉(zhuǎn)裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)棱錐形誤差補(bǔ)償；而且也能實(shí)現(xiàn)圖象掃描。于是人們?cè)谶@樣一套視頻投影系統(tǒng)中可節(jié)省一套偏轉(zhuǎn)裝置，包括電路和控制器。在這種視頻投影系統(tǒng)中，函數(shù)發(fā)生器為均勻的圖象掃描提供一鋸齒形的輸出變量。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，偏轉(zhuǎn)設(shè)備包括一具有電氣可調(diào)的回轉(zhuǎn)角度的回轉(zhuǎn)鏡和一控制用驅(qū)動(dòng)電路。相對(duì)于聲光轉(zhuǎn)換，該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)回轉(zhuǎn)鏡可實(shí)現(xiàn)較大的偏轉(zhuǎn)角，而且很容易實(shí)現(xiàn)，通過(guò)同一回轉(zhuǎn)鏡既可在視頻投影系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)圖象掃描的偏轉(zhuǎn)，也能完成棱錐形誤差補(bǔ)償所要求的偏轉(zhuǎn)校正。這種回轉(zhuǎn)鏡在商場(chǎng)可購(gòu)到，而且也能與專門(mén)與鏡體相配套的驅(qū)動(dòng)電路一起訂購(gòu)，該驅(qū)動(dòng)電路可調(diào)節(jié)受控的角度或根據(jù)額定值/實(shí)際值比較將回轉(zhuǎn)角度限定在可調(diào)范圍內(nèi)的精確位置上。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)調(diào)節(jié)器或包含一調(diào)節(jié)器時(shí)，該調(diào)節(jié)器不僅提供正比例的調(diào)節(jié)比，并且同時(shí)將回轉(zhuǎn)鏡的慣性量也考慮在調(diào)節(jié)特性之內(nèi)。因此在本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例中，該驅(qū)動(dòng)電路具有一PID調(diào)節(jié)器，它取額定值為輸入?yún)⒘?，并根?jù)它進(jìn)行回轉(zhuǎn)鏡的調(diào)節(jié)，因此I和D調(diào)節(jié)器件的時(shí)間常數(shù)應(yīng)與回轉(zhuǎn)鏡的機(jī)械慣性相匹配。一個(gè)這樣的調(diào)節(jié)器應(yīng)能在角度快速變化時(shí)，給鏡體以很大的加速度，或當(dāng)鏡體在由額定值預(yù)定的位置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，提早停止角度變換，由此減小調(diào)節(jié)延遲時(shí)可能出現(xiàn)的回轉(zhuǎn)鏡機(jī)械慣性效應(yīng)。此外這種調(diào)節(jié)器在由于控制有時(shí)產(chǎn)生不希望的回轉(zhuǎn)鏡擺動(dòng)時(shí)能起到抑制作用。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的又一實(shí)施例，回轉(zhuǎn)鏡和其控制電路具有一頻率限額，它至少為行頻率的兩倍。補(bǔ)償棱錐形誤差的調(diào)節(jié)精確性還取決于誤差補(bǔ)償所用偏轉(zhuǎn)設(shè)備的時(shí)間特性曲線。在一視頻投影系統(tǒng)中，若采用PAL制式，掃描一行需時(shí)64μs，在常用的HDTV制式中，掃描一行需時(shí)32μs，在調(diào)節(jié)時(shí)，為使由回轉(zhuǎn)鏡的機(jī)械特性產(chǎn)生的阻尼盡可能弱化，應(yīng)使調(diào)節(jié)器和回轉(zhuǎn)鏡的頻率限額和諧振頻率盡可能高些。例如采用HDTV制式時(shí)，當(dāng)頻率限額約為30KHz時(shí)，出現(xiàn)第一諧波需重調(diào)節(jié)，因此在HDTV制式的頻率限額約為30KHz的情況下，要為棱錐形誤差提供大得多的微調(diào)時(shí)間。在60KHz的更高頻率的情況下，還要考慮調(diào)節(jié)二次諧波的問(wèn)題，這提供了一個(gè)精調(diào)的可能性。一般來(lái)說(shuō)，回轉(zhuǎn)鏡的頻率限額與控制它的電子電路不要選得太高，以使用于二次偏轉(zhuǎn)的技術(shù)投入保持在低水平。因此雙倍的行頻率可用作本發(fā)明設(shè)備所采用的定向參量。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量裝置包括一發(fā)射測(cè)量光束的激光器，它使測(cè)量光束在測(cè)量點(diǎn)處由每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)測(cè)量點(diǎn)的棱面反射。激光器適用于進(jìn)行精確的光學(xué)量測(cè)，因?yàn)樗馨l(fā)射極為平行的光束。激光器可選用功率為約100mW的小氦氖激光器或小型二極管激光器，它們均可在市場(chǎng)上以合理的價(jià)格買(mǎi)到。
根據(jù)本發(fā)明裝置的另一實(shí)施例，光敏位置檢測(cè)器是這樣布置的，它至少暫時(shí)接收由轉(zhuǎn)過(guò)的棱面所反射的測(cè)量光束，并產(chǎn)生兩個(gè)電壓，這兩個(gè)電壓之差作為棱面傾角的函數(shù)。這種位置檢測(cè)器由一個(gè)或多個(gè)光電二極管構(gòu)成，它們沿一確定的平面延伸。從它們的端部引出電壓，其值取決于光束命中的位置，在照射位置和一端之間的區(qū)域構(gòu)成隨位置變化的穩(wěn)流電阻，因此連接點(diǎn)與下面的電子電路電壓的相應(yīng)匹配可得到衰減，由此可確定光束命中點(diǎn)。如果光束打中這個(gè)位置檢測(cè)器的中部，通常兩端電壓相對(duì)于檢測(cè)器中點(diǎn)是同樣大的，即它們之差為0。當(dāng)中點(diǎn)偏移時(shí)，一端電壓高于另一端電壓。因此電壓差是光束命中點(diǎn)從光敏位置檢測(cè)器中點(diǎn)偏轉(zhuǎn)的函數(shù)。根據(jù)位置檢測(cè)器的平面覆蓋的立體角，由轉(zhuǎn)動(dòng)的棱面經(jīng)過(guò)時(shí)反射的光束暫時(shí)地打中其上。將這兩個(gè)電壓或它們之差值存儲(chǔ)起來(lái)，以備后面校正用，這在下面還將說(shuō)明。
本發(fā)明的測(cè)量裝置只需很小的投入，它由市面上易于買(mǎi)到的器件構(gòu)成，只要滿足激光器，光敏位置檢測(cè)器和多棱鏡的幾何空間布置關(guān)系，并且具有高的測(cè)量棱面傾角的精確度即可。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的又一個(gè)實(shí)施例，發(fā)射測(cè)量光束的激光器是這樣布置的，它處于垂直于多棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸的平面上，由它發(fā)射的測(cè)量光束命中棱面上的點(diǎn)并具有從零到相應(yīng)于多棱鏡半徑的不同的反射角度。這樣為高精度測(cè)量棱面傾角提供了方便，因?yàn)樵谳^大的反射角的情況下，作用到位置檢測(cè)器上的激光束的可能的漫射光部分被大大減少，另外測(cè)量光束打到垂直于旋轉(zhuǎn)軸平面上，則由位置檢測(cè)器獲得的電壓是傾角誤差的簡(jiǎn)單函數(shù)，于是可省略進(jìn)行復(fù)雜變換的電子電路。這個(gè)取決于校正角的電壓函數(shù)是根據(jù)預(yù)先確定的傾角誤差角度而對(duì)稱變化的，因而在后續(xù)的電子電路中對(duì)于傾角誤差的處理沒(méi)有正負(fù)不同之分。
光敏位置檢測(cè)器相對(duì)于多棱鏡和激光器是這樣布置的，使得在位置檢測(cè)器上產(chǎn)生一個(gè)電壓差為零的點(diǎn)，而且由激光器發(fā)射的激光測(cè)量光束在一棱面上反射后的反射角范圍在90°±10°之間，這樣提供了測(cè)量棱面傾角的高的精度，因?yàn)橛捎诨覊m造成的漫射光受到上述90°角的限制，只有很弱的散光強(qiáng)度落到位置檢測(cè)器上。而且測(cè)量結(jié)果的再現(xiàn)性隨時(shí)間得到改善，也就是說(shuō)灰塵造成的散射能隨時(shí)間變化。
激光器的測(cè)量光束的直徑最好取為被多棱鏡偏轉(zhuǎn)的光束的偏轉(zhuǎn)棱面聚焦的1.5倍和0.5倍。測(cè)量光束和由多棱鏡偏轉(zhuǎn)的光束均占據(jù)棱面上的大約相同的棱面區(qū)域，因此如果存在與棱錐形誤差同樣作用的偏轉(zhuǎn)誤差，例如在磨削多棱鏡時(shí)出現(xiàn)的拱形，則使這種誤差的影響降至最小，因此改善了圖象成幀的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，激光器所發(fā)射的測(cè)量光束的中心命中一棱面點(diǎn)上，該點(diǎn)位于棱面的平面范圍內(nèi)，接著仍在同一點(diǎn)上反射偏轉(zhuǎn)光束。于是可以肯定，實(shí)際上所測(cè)的棱面與實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)操作的棱面是同一個(gè)，于是那些不平整的棱面、例如由于磨削而產(chǎn)生的拱形面導(dǎo)致的誤差可同樣得到補(bǔ)償。
根據(jù)一實(shí)施例，激光器是這樣布置的，使各與測(cè)量點(diǎn)重合的棱面與偏轉(zhuǎn)光束的棱面沿旋轉(zhuǎn)方向超前90°±45°的角度，并且在控制器中加一延時(shí)電路，它在該棱面所要求的大致相同的時(shí)間后輸出可調(diào)參數(shù)，這個(gè)時(shí)間指多棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)從測(cè)量點(diǎn)到達(dá)初始光束命中點(diǎn)的時(shí)間。這樣從待偏轉(zhuǎn)光射到測(cè)量裝置上的漫射光很少，保證了高測(cè)量精度，并且允許使用小功率激光器。
延時(shí)電路最好具有一條帶固定延遲時(shí)間的延時(shí)線。這種延時(shí)線例如是在彩色電視技術(shù)領(lǐng)域(PAL和SECAM)中使用的，能在信號(hào)傳輸中補(bǔ)償相移。目前市面的不少這種產(chǎn)品價(jià)格合理，性能良好。特別適合采用超聲波延時(shí)線，這種線允許的延時(shí)范圍可從幾微秒到幾毫秒，這符合視頻投影系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)的棱面從測(cè)量點(diǎn)到初始激光束應(yīng)偏轉(zhuǎn)地點(diǎn)的延時(shí)時(shí)間的要求。延時(shí)電路最好包括一允許改變延時(shí)時(shí)間的數(shù)字式電路，它能有利于更好的同步性。這樣一個(gè)數(shù)字式延時(shí)電路可采用標(biāo)準(zhǔn)電路。從測(cè)量裝置和控制電路所獲得的可調(diào)系數(shù)用于提供到偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過(guò)一滑閥式調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)延時(shí)，之后該可調(diào)參數(shù)經(jīng)過(guò)一數(shù)—模轉(zhuǎn)換器又變回一模擬值。類(lèi)似地人們可以采用一個(gè)FIFO(先入先出)寄存器實(shí)現(xiàn)數(shù)字式的延時(shí)。所有這些電路可采用現(xiàn)有的電子電路，特別是市場(chǎng)上通用的集成電路實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的一個(gè)推薦實(shí)施例中，所述延時(shí)本身數(shù)字式變換，為此采用一采樣—保持電路，當(dāng)收到輸入傳遞信號(hào)時(shí)，將在時(shí)間上先后產(chǎn)生的可調(diào)參數(shù)存入多個(gè)存儲(chǔ)單元中，并且當(dāng)收到輸出傳遞信號(hào)時(shí)，從該電路輸出已存入的用于光學(xué)校正傾角誤差所需的可調(diào)參數(shù)，而輸出的參數(shù)相應(yīng)于輸入傳遞信號(hào)而言，借助一數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)延時(shí)，于是與前述數(shù)字電路相比，這種電路所需技術(shù)投入要少得多。采用一保持電路一般裝有電容器組，電容器的電壓經(jīng)過(guò)一定時(shí)間保持，并且當(dāng)輸入傳遞信號(hào)連接用于電容充電的輸入側(cè)可調(diào)參數(shù)時(shí)，電容器被充電。當(dāng)收到輸出傳遞信號(hào)時(shí)，每個(gè)作存儲(chǔ)單元用的電容器通過(guò)邏輯電路與輸出端接通。從輸入傳遞信號(hào)到輸出傳遞信號(hào)的延時(shí)仍通過(guò)一電路實(shí)現(xiàn)，但這里該可調(diào)參數(shù)不再進(jìn)行數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換。
這種數(shù)字式延時(shí)電路需要控制存儲(chǔ)器和輸出的時(shí)鐘脈沖。根據(jù)本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例，它包括一時(shí)鐘發(fā)生電路，產(chǎn)生數(shù)字式延時(shí)所用的時(shí)鐘脈沖，它根據(jù)光敏位置檢測(cè)器的兩個(gè)電壓的合電壓產(chǎn)生，其中兩個(gè)電壓的差是傾角誤差的函數(shù)。如果位置檢測(cè)器較窄，即只允許在一定的旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)使反射的測(cè)量光束能擊中該檢測(cè)器，于是可用它來(lái)產(chǎn)生一信號(hào)，顯示出某一確定棱面處于一確定的角度位置，將此測(cè)量結(jié)果以時(shí)鐘脈沖形式實(shí)現(xiàn)延時(shí)，達(dá)到同步化。采用光敏位置檢測(cè)器的電壓之和作為這個(gè)信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)在于這樣的信號(hào)實(shí)際上與棱面的傾角誤差無(wú)關(guān)，只表示在測(cè)量點(diǎn)上經(jīng)過(guò)的棱面的時(shí)間特性曲線。因此對(duì)于實(shí)現(xiàn)鏡體延時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的同步性，只需投入很小的有限的電子設(shè)備成本。
要得到更好的時(shí)間特性曲線和精確的時(shí)間控制，在直接使用時(shí)鐘脈沖時(shí)，需要不同的脈沖參量，或?qū)⑸⑸涔饧右砸种?，因此在一限定的范圍?nèi)的延時(shí)是不精確的。因此本發(fā)明的時(shí)鐘發(fā)生電路采用一脈沖發(fā)生電路，其中具有比較器或施密特觸發(fā)器。使用比較器和施密特觸發(fā)器產(chǎn)生的矩形脈沖具有陡降的波緣，因此顯著提高了延時(shí)精度和數(shù)字式電子電路的精度。一個(gè)比較器與施密特觸發(fā)器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)改變比較值可調(diào)節(jié)所述波緣，使電子電路與位置檢測(cè)器的位置相匹配，以便很好地補(bǔ)償機(jī)械結(jié)構(gòu)上的誤差。
下面參照附圖從原理上進(jìn)一步描述本發(fā)明。附圖為

圖1是視頻投影系統(tǒng)的原理圖，利用一個(gè)多棱鏡實(shí)現(xiàn)一個(gè)行偏轉(zhuǎn)，其中采用本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)棱錐形誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?；圖2是圖1的本發(fā)明裝置的控制電路；圖3是圖2的控制電路的信號(hào)波形圖，用于說(shuō)明本發(fā)明的方法。
下面以一個(gè)視頻投影系統(tǒng)為例說(shuō)明本發(fā)明的方法和本發(fā)明的裝置。這個(gè)用于棱錐形誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ部梢酝耆嗤姆绞綉?yīng)用到其它技術(shù)領(lǐng)域。例如，用于回線示波器或激光打印技術(shù)。
在圖1中，原理性地給出一個(gè)視頻投影系統(tǒng)，一個(gè)視頻圖像借助于一個(gè)夫累內(nèi)爾透鏡2和一個(gè)光學(xué)鏡組3投影到成像面1上，這個(gè)圖象由多個(gè)象素共同組成，它們的密度(彩色視頻圖象時(shí)還有顏色)是由根據(jù)密度(以及根據(jù)顏色值)調(diào)節(jié)的光源4所產(chǎn)生的，圖1只簡(jiǎn)單地給出一個(gè)整體裝置概貌，也可總的包括用于調(diào)整密度或顏色的激光液晶顯示器和調(diào)制器。
光源4產(chǎn)生光束5，該光束通過(guò)一個(gè)偏轉(zhuǎn)裝置6逐幀和逐行掃描。為了實(shí)現(xiàn)逐行掃描，在偏轉(zhuǎn)裝置6內(nèi)裝有一個(gè)圍繞旋轉(zhuǎn)軸7轉(zhuǎn)動(dòng)的多棱鏡8，它使光束5實(shí)現(xiàn)逐行偏轉(zhuǎn)。已偏轉(zhuǎn)的光束打到一圍繞回轉(zhuǎn)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)鏡10上，該回轉(zhuǎn)鏡實(shí)現(xiàn)垂直于逐行偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)。圖1中，在夫累內(nèi)爾透鏡2上標(biāo)有一個(gè)平面坐標(biāo)系x和y，其中坐標(biāo)x方向表示逐行偏轉(zhuǎn)，坐標(biāo)y方向表示垂直的逐幀偏轉(zhuǎn)。
多棱鏡8的圓周上在每個(gè)多棱面上具有一個(gè)棱面11，它由一平面鏡構(gòu)成。在圖1的實(shí)施例中，多棱鏡8具有23個(gè)棱面11，在電視制式HDTV的情況下，它具有1000轉(zhuǎn)/秒左右的轉(zhuǎn)數(shù)，而在標(biāo)準(zhǔn)電視制式(PAL/SECAM)的情況下，它具有500轉(zhuǎn)/秒的轉(zhuǎn)數(shù)。因此偏轉(zhuǎn)光束5的棱面12的掃描具有由不同的制式標(biāo)準(zhǔn)確定的行掃描頻率。通過(guò)在一個(gè)行周期內(nèi)每個(gè)棱面12相對(duì)于光束5的交替傾斜，將在x方向上產(chǎn)生一個(gè)被偏轉(zhuǎn)的圖面。
多棱鏡8一般具有在制造過(guò)程中不可避免的誤差，其中在偏轉(zhuǎn)裝置6中嚴(yán)重起干擾作用的光學(xué)誤差稱為棱錐形誤差，它在多棱鏡8的任一棱面11的平面和其轉(zhuǎn)軸之間使精確的平行光出現(xiàn)偏差。這一誤差通常從棱面到棱面是變化的。它使一個(gè)視頻投影中的圖象的行與行的間距不均勻，并且使觀看者清楚地看到條帶狀圖象結(jié)構(gòu)。
這種條帶結(jié)構(gòu)在圖1的方案中沿y方向延伸，并由此得到補(bǔ)償，起y方向偏轉(zhuǎn)作用的回轉(zhuǎn)鏡10與控制逐幀偏轉(zhuǎn)的信號(hào)共同作用，還包括一個(gè)與棱錐形誤差起相反作用的可調(diào)參數(shù)。
這個(gè)可調(diào)參數(shù)可由測(cè)量裝置13獲得，測(cè)量裝置在某一確定的測(cè)量點(diǎn)15處測(cè)出待測(cè)棱面16的傾角誤差。從該測(cè)出的值獲得可調(diào)參數(shù)，該參數(shù)在電子電路中控制執(zhí)行回轉(zhuǎn)鏡10的偏轉(zhuǎn)校正操作，從而補(bǔ)償逐幀掃描時(shí)產(chǎn)生的棱錐形誤差。
為了實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)校正，回轉(zhuǎn)鏡10的附加偏轉(zhuǎn)角應(yīng)調(diào)節(jié)為傾角誤差的適中的角的兩倍，因?yàn)樵搩A角誤差雙重作用到光束5上，即入射角和反射角。
假如被測(cè)棱面16與偏轉(zhuǎn)的棱面12為同一棱面，則可調(diào)參數(shù)直接用于控制回轉(zhuǎn)鏡10。最好選擇被測(cè)棱面16的位置不同于偏轉(zhuǎn)棱面12，這樣可使來(lái)自光源4的漫射光或光束5路徑上的灰塵盡可能少地干擾測(cè)量裝置13。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量和偏轉(zhuǎn)校正的同步，由測(cè)量裝置13獲得的可調(diào)參數(shù)將測(cè)量的輸出信號(hào)加以延時(shí)，這個(gè)可調(diào)參數(shù)用于補(bǔ)償回轉(zhuǎn)鏡10上的棱錐形誤差。圖1中，被測(cè)棱面16的位置與偏轉(zhuǎn)棱面12的位置之間存在一夾角α，當(dāng)α角在90°±45°范圍內(nèi)時(shí)，只需以最少的電子設(shè)備投入實(shí)現(xiàn)信號(hào)延時(shí)，同時(shí)能將漫射光降至最小程度。
在視頻投影設(shè)備運(yùn)行中通過(guò)回轉(zhuǎn)鏡10測(cè)量棱面傾角和偏差校正量，不只補(bǔ)償了生產(chǎn)中由于磨削而帶來(lái)的不同的平面傾斜問(wèn)題，而且能補(bǔ)償由于磨損、投影系統(tǒng)內(nèi)的熱膨脹或從其他設(shè)備傳遞過(guò)來(lái)的作用到視頻投影系統(tǒng)上的撞擊或擺動(dòng)造成的旋轉(zhuǎn)軸7的移位問(wèn)題。
測(cè)量裝置13包括以下確定棱面16的傾角的基本元件激光器17和光敏位置檢測(cè)器18。激光器17可以采用半導(dǎo)體激光器或一個(gè)小型氦-氖激光器，因?yàn)闇y(cè)量平面傾角不需要很大的功率。
激光器17發(fā)射出測(cè)量光束19，命中位于棱面16上的測(cè)量點(diǎn)15上，具有一定的旋轉(zhuǎn)角的棱面16將該光束反射，反射的測(cè)量光束20打到光敏位置檢測(cè)器18上。從幾何學(xué)上應(yīng)如此選擇，取測(cè)量光束19的入射方向和反射光束20之間的夾角β為90°±10°，這樣可減小由于測(cè)量光束19的散光所造成的測(cè)量誤差。
目前可供選用的光敏位置檢測(cè)器18可例如使用UDT儀器，1215/研究場(chǎng)，Orlando，F(xiàn)lorida 2826等產(chǎn)品。它們所依據(jù)的原理是應(yīng)用不同的穩(wěn)流電阻控制光束產(chǎn)生光電壓，該電壓與光束命中點(diǎn)有關(guān)。兩個(gè)電壓U1，U2通過(guò)以作為基準(zhǔn)點(diǎn)的中性點(diǎn)23相對(duì)的兩個(gè)接頭21、22分接引出。電壓差U1-U2與光束20到中性點(diǎn)23的擊中點(diǎn)的距離成正比。
圖1中畫(huà)出三條反射的測(cè)量光束20，其中中間的一條命中光敏位置檢測(cè)器18的中性點(diǎn)23，而外側(cè)的兩條與中間這條偏差，且在偏差范圍φ內(nèi)。在偏差范圍φ內(nèi)出現(xiàn)的偏差是多棱鏡8原有(待測(cè)定的)的棱面傾角的兩倍大。
在圖1所示的幾何方案中，角度φ很小，電壓U1和U2的電壓差可直接用作可調(diào)參數(shù)，通過(guò)回轉(zhuǎn)鏡10控制補(bǔ)償多棱鏡8的棱錐形誤差引起的偏差。在另一種方案中，當(dāng)角度φ很大時(shí)，必須將電壓差U1-U2進(jìn)行變換得到一可調(diào)參數(shù)，從該參數(shù)可獲得復(fù)雜的函數(shù)，因此經(jīng)變換后的電壓差U1-U2才能用作回轉(zhuǎn)鏡10的可調(diào)參數(shù)。
從圖1可清楚看出，光敏位置檢測(cè)器18與反射的測(cè)量光束20對(duì)稱布置，該光束是在傾角誤差為零時(shí)由一棱面16反射的，這樣電壓差U1-U2的絕對(duì)值既不受誤差角度正或負(fù)的影響，也與在相同絕對(duì)傾角時(shí)棱面16本身具有的值無(wú)關(guān)。因此確定出控制回轉(zhuǎn)鏡10的可調(diào)參數(shù)所需的成本很低，因?yàn)橛糜诙嗬庹`差平衡的電路可畸變相關(guān)性工作。
在多棱鏡8旋轉(zhuǎn)期間，測(cè)量光束20只是暫時(shí)地命中光敏位置檢測(cè)器18。這意味著，在某一確定時(shí)間內(nèi)正比于電壓差U1-U2的傾角誤差值必須被存儲(chǔ)，從而使回轉(zhuǎn)鏡10的回轉(zhuǎn)角度相對(duì)于一個(gè)視頻圖象的整個(gè)時(shí)間保持不變。存儲(chǔ)所需的接收脈沖可由位置檢測(cè)器18的電壓U1、U2之和獲得，因?yàn)閁1＋U2基本上獨(dú)立于接收地點(diǎn)，該地點(diǎn)指反射的測(cè)量光20擊中位置檢測(cè)器18之處。這表明，多棱鏡8可選擇合適的位置，以便接收到電壓差U1－U2的測(cè)量值。
圖2是實(shí)現(xiàn)圖1的實(shí)施例電路圖。在左側(cè)的是光敏位置檢測(cè)器18，標(biāo)以PSD(光敏位置檢測(cè)器)。兩個(gè)電壓U1和U2由邏輯累加器30相加，或由一邏輯減法器31相減，之后產(chǎn)生輸出信號(hào)，與多棱鏡8的旋轉(zhuǎn)同步的總信號(hào)是與該輸出信號(hào)相適配的，其余的信號(hào)與棱面傾角有關(guān)。加法器30輸出的信號(hào)在圖2的實(shí)施例中通過(guò)一脈沖發(fā)生器32產(chǎn)生方波脈沖，該脈沖具有確定的寬度，以達(dá)到盡可能好的同步性。為了改善信號(hào)前緣的狀態(tài)，脈沖發(fā)生器32可帶有一個(gè)施密特觸發(fā)器或一比較電路，比較電路首先應(yīng)改變靈敏度界限，以便人們能補(bǔ)償在制造該設(shè)備中產(chǎn)生的容差。
加法器30和脈沖發(fā)生電路32共同構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生電路33，它的輸出34和34＇提供確定的脈沖形式和確定的時(shí)間間隔，它們用于在圖1的視頻投影系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)同步。輸出端34上的信號(hào)具有一個(gè)波前緣，它與電壓差U1-U2的最大信號(hào)相同步，因此該脈沖波前緣適于存儲(chǔ)電壓差U1-U2，在輸出端34＇上產(chǎn)生的信號(hào)相對(duì)延遲，它的波前緣與行起動(dòng)方式同步。這一延遲時(shí)間由測(cè)量點(diǎn)15的位置獲得。最好使端子34＇和34上信號(hào)之間的延遲時(shí)間保持為變量，這樣可補(bǔ)償制造視頻投影系統(tǒng)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械容差。
為了與其他系統(tǒng)相適配和放大，時(shí)鐘發(fā)生電路33連接到一個(gè)推動(dòng)器35上，推動(dòng)器的輸出用于整個(gè)系統(tǒng)中的行起動(dòng)脈沖。
如前所述，減法器31的輸出端上具有的電壓是棱面16的傾角誤差角的函數(shù)。在圖1所示的小偏轉(zhuǎn)角φ的情況下，該電壓直接正比于棱面16的誤差傾角角度，并且該電壓可經(jīng)簡(jiǎn)單的放大后用作回轉(zhuǎn)鏡10偏轉(zhuǎn)的可調(diào)參數(shù)。而在其他的幾何學(xué)方案中，必須配置一個(gè)控制裝置36，以使減法器31的輸出信號(hào)變換成可調(diào)參數(shù)UST，然后用于調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)鏡10的運(yùn)作。
當(dāng)偏轉(zhuǎn)的棱面12與所測(cè)的棱面16不相同時(shí)，如前面對(duì)圖1的說(shuō)明，需存儲(chǔ)可調(diào)參數(shù)和要求一個(gè)時(shí)間延遲。為此裝有一個(gè)延時(shí)電路37。延時(shí)的時(shí)間必須與棱面11旋轉(zhuǎn)所需時(shí)間相同，即從測(cè)量點(diǎn)15移動(dòng)到光束5發(fā)生偏轉(zhuǎn)的位置所需的時(shí)間。所用的延遲線可使用行掃描延遲用的適用于PAL和SECAM技術(shù)的超聲波延遲線。
圖2示出了延遲電路37的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，該電路可以是數(shù)字式的，也可以是模擬式的。其中一個(gè)基本器件是采樣和保持電路38，它通過(guò)電容器充電可存入模擬電壓值。在圖2中，利用在輸入端39、40、41、42上具有的數(shù)字值選擇出輸入端參數(shù)值存儲(chǔ)用的電容器。為了輸出該存儲(chǔ)值，在采樣和保持電路38的輸出端45上配有各電容器的以線路46、47、48、49的數(shù)字值表示的地址取數(shù)。
當(dāng)在輸入端43上輸入一輸入傳遞信號(hào)時(shí)，在采樣和保持電路38的輸入端具有的可調(diào)參數(shù)被接收到由輸入端39、40、41、42地址選擇出的電容器內(nèi)。類(lèi)似地，當(dāng)輸入端44上輸入一輸出傳遞信號(hào)時(shí)，存在由輸入端46、47、48、49地址選擇出的電容器內(nèi)的電壓從輸出端子45輸出。輸入端39、40、41、42的選址通過(guò)一計(jì)數(shù)器50實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)器根據(jù)輸出端34＇上的時(shí)鐘脈沖按指數(shù)計(jì)數(shù)。根據(jù)計(jì)數(shù)器50所輸出的各數(shù)字值，通過(guò)數(shù)字式累加器51相應(yīng)于在測(cè)量點(diǎn)15和偏轉(zhuǎn)光束的棱面12之間的棱面數(shù)目累加出計(jì)數(shù)狀態(tài)并得出數(shù)字式輸出參數(shù)，用于傳遞存儲(chǔ)電壓到輸出端子45的電容器根據(jù)該輸出參數(shù)選址。輸入傳遞信號(hào)和輸出傳遞信號(hào)如前所述從時(shí)鐘發(fā)生電路33獲得。
根據(jù)脈沖發(fā)生電路31的輸出34＇和34上的相互延遲的信號(hào)波前緣和由數(shù)字式累加器51按計(jì)數(shù)器50的內(nèi)容對(duì)常數(shù)n的相加，使采樣—保持電路38輸出端45上的輸出信號(hào)與n棱面的旋轉(zhuǎn)時(shí)間保持同步。
不校正棱錐形誤差，一個(gè)視頻投影系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)鏡10直接受到一產(chǎn)生逐幀掃描的鋸齒波的函數(shù)發(fā)生器的控制。圖2中的這種函數(shù)發(fā)生器52用于均勻地成幀掃描。它的輸出電壓通過(guò)加法電路53與在輸出端45上的延遲可調(diào)參數(shù)模擬迭加，得到電壓和，該電壓和用于控制回轉(zhuǎn)鏡10。在本實(shí)施例中還提供一驅(qū)動(dòng)控制電路54，它用于調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)角度，其輸入電壓代表調(diào)節(jié)額定電壓值。這種調(diào)節(jié)不只是簡(jiǎn)單的正比例調(diào)節(jié)，而是P-，1-和D特性的綜合調(diào)節(jié)。I組件和D組件最適合于在回轉(zhuǎn)鏡10角度變化時(shí)部分地補(bǔ)償該回轉(zhuǎn)鏡的慣量，當(dāng)額定/實(shí)際偏差比較大時(shí)，將會(huì)有較大的加速，如果實(shí)際值調(diào)節(jié)后接近額定值，該慣量將受到阻尼。I組件和D組件的時(shí)間常數(shù)的取值與回轉(zhuǎn)鏡10的慣量有關(guān)。
如果將驅(qū)動(dòng)電路54和回轉(zhuǎn)鏡10的機(jī)械慣性共同在盡可能高頻的諧波分量的情況下限定到額定值，特別有利于棱錐形誤差的調(diào)節(jié)和補(bǔ)償。因此驅(qū)動(dòng)電路54和回轉(zhuǎn)鏡10的頻率界限在圖1和圖2的實(shí)例中大于60KHz，因此在采用HDTV制式時(shí)需考慮二次諧波。此外，回轉(zhuǎn)鏡10和調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路54共同具有接近60KHz的諧振頻率，該頻率使二次諧波升高，從而對(duì)于機(jī)械慣量的阻尼大部分得以補(bǔ)償。
圖3表示出不同的信號(hào)曲線，它們所代表的電子電路的作用方式已在圖2中詳細(xì)給出。圖3a是一種鋸齒波形，表示電壓U隨時(shí)間的變化，它是由在視頻投影系統(tǒng)中逐幀掃描所用的函數(shù)發(fā)生器52產(chǎn)生的。圖3b表示由控制裝置36所得到的可調(diào)參數(shù)的時(shí)間特性曲線，這個(gè)可調(diào)參數(shù)指電壓差ΔU。該信號(hào)曲線圍繞零點(diǎn)擺動(dòng)，各信號(hào)的幅值與不同的棱面傾角相對(duì)應(yīng)。圖中顯示出存在兩個(gè)尖峰60，它們應(yīng)表示單個(gè)棱面具有不尋常大的棱面傾角。
圖3c舉例表示數(shù)字累加器51中取n＝5的情況，信號(hào)曲線ΔUv代表采樣和保持電路38輸出端45的輸出信號(hào)曲線。人們可看出，與圖3b的情況相比較，尖峰60的出現(xiàn)是滯后的。從圖3c還可明確看出，由延遲電路37產(chǎn)生一串上下回引的脈沖串，其數(shù)值以模擬信號(hào)暫存在采樣和保持電路38內(nèi)，而輸出信號(hào)被數(shù)字化選址分配。利用這一存儲(chǔ)手段，在一行保持不變的時(shí)間間隔內(nèi)可通過(guò)回轉(zhuǎn)鏡10的偏轉(zhuǎn)補(bǔ)償棱錐形誤差現(xiàn)象，并且視頻圖象的該行可立即投射到承影面1上。
圖3d表示加法器電路51輸出的U＋Uv的信號(hào)曲線。圖3d的曲線顯然是圖3a和圖3c曲線的迭加結(jié)果。這個(gè)信號(hào)包含與視頻圖象的逐幀掃描有關(guān)的電壓，該電壓也作用于棱錐形誤差平衡。
在選擇激光器17時(shí)，首要應(yīng)注意的是它的校準(zhǔn)，該激光器的光對(duì)準(zhǔn)棱面16的平面區(qū)域，這個(gè)區(qū)域同樣也用于偏轉(zhuǎn)光束5。在圖1的實(shí)例中，由激光器17發(fā)出的測(cè)量光束19的直徑為2毫米，完全同光束5一樣。多棱鏡8的厚度為4毫米，根據(jù)這些尺寸可以確定，激光器17在測(cè)量點(diǎn)15上控制一近似于棱面16平面范圍的區(qū)域，這與稍后用于偏轉(zhuǎn)光束5的情況相同。
關(guān)于其他幾何上的尺寸，我們應(yīng)注意到，激光器17的測(cè)量光束19與光束5具有大致相等的直徑，特別是這兩個(gè)光束的直徑之比不應(yīng)大于0.5-1.5。
在圖1的實(shí)例中，多棱鏡8比較窄，于是可以明確，測(cè)量光束19和光束5幾乎命中棱面11上的同樣的平面范圍。在采用加寬的多棱鏡的情況下，人們必須專門(mén)加以校準(zhǔn)。推薦的方案是，當(dāng)利用測(cè)量光束19命中棱面16的一平面范圍時(shí)，用于偏轉(zhuǎn)光束5的棱面正用于逐行掃描操作。
權(quán)利要求
1.一種棱錐形誤差補(bǔ)償方法，這種誤差產(chǎn)生于受光驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的多棱鏡(8)的棱面的傾角誤差，該多棱鏡用于偏轉(zhuǎn)光束(5)，在出現(xiàn)棱面傾角誤差時(shí)，由所遇到的棱面(12)反射的光束(5)的偏轉(zhuǎn)校正，是沿與傾角誤差相反的方向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的，并且具有一校正角度，其特征在于，當(dāng)棱面(16)旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)測(cè)量點(diǎn)(15)時(shí)，測(cè)出該棱面(16)的取向，并且在出現(xiàn)傾角誤差時(shí)，確定其角度，作為用于偏轉(zhuǎn)校正的校正角的雙倍參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，棱面的傾角誤差是在檢測(cè)點(diǎn)(15)上光學(xué)測(cè)定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2之一的方法，其特征在于，光束(5)的偏轉(zhuǎn)校正是在通過(guò)多棱鏡(8)偏轉(zhuǎn)之后實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的方法，其特征在于，各在測(cè)量點(diǎn)上被檢測(cè)的棱面(16)沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向位于棱面(12)之前，后者用于偏轉(zhuǎn)，在測(cè)量點(diǎn)上測(cè)得的結(jié)果是一可調(diào)參數(shù)，即電壓或電流，用于調(diào)節(jié)校正偏轉(zhuǎn)，并且由此得到一時(shí)間延遲，即在多棱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該棱面經(jīng)過(guò)從測(cè)量點(diǎn)(15)到多棱鏡(8)上產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)之點(diǎn)的距離所需的時(shí)間。
5.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-4之一的方法的裝置，包括一個(gè)接收光束并轉(zhuǎn)動(dòng)的多棱鏡(8)，可通過(guò)其上的棱面偏轉(zhuǎn)所接收的光束；一偏轉(zhuǎn)裝置(9、10)，用于當(dāng)棱面存在傾角誤差時(shí)校正光束(5)的偏轉(zhuǎn)，其偏轉(zhuǎn)角沿與傾角誤差相反的方向；還包括一控制器(36)，用于控制該偏轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)校正，其特征在于，還包括一測(cè)量裝置(13)，測(cè)出轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過(guò)一測(cè)量點(diǎn)的各棱面的取向，當(dāng)出現(xiàn)傾角誤差時(shí)測(cè)定其角度，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果在控制器(36)上產(chǎn)生一輸入信號(hào)，由此導(dǎo)出以雙倍參數(shù)實(shí)現(xiàn)由傾角誤差確定的角的偏轉(zhuǎn)校正。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，一函數(shù)發(fā)生器(52)產(chǎn)生一電輸出參數(shù)，用于以一預(yù)定角度偏轉(zhuǎn)光束(5)，并且包括一形成總參量的加法電路(53)，在該電路內(nèi)調(diào)節(jié)校正偏轉(zhuǎn)的可調(diào)參數(shù)迭加成函數(shù)發(fā)生器(52)的電輸出量，然后與總參量共同提供給偏轉(zhuǎn)裝置(9、10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的裝置，其特征在于，偏轉(zhuǎn)裝置(9、10)包括一帶有電氣可調(diào)的回轉(zhuǎn)角度的回轉(zhuǎn)鏡(10)和一控制用驅(qū)動(dòng)電路(54)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)電路(54)具有—PID調(diào)節(jié)器，它根據(jù)一作為額定值的輸入量調(diào)節(jié)該回轉(zhuǎn)角度，從而使I器件和D器件的時(shí)間常數(shù)與回轉(zhuǎn)鏡(10)的機(jī)械慣性量相適配。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的裝置，其特征在于，回轉(zhuǎn)鏡(10)和有關(guān)的控制電路(53、54)具有一頻率限值，它至少為行頻率的兩倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9之一的裝置，其特征在于，測(cè)量裝置(13)包括由激光器(17)發(fā)射的測(cè)量光束(19)，它的布置是使測(cè)量光束(19)射到測(cè)量點(diǎn)上，并且由各轉(zhuǎn)過(guò)該測(cè)量點(diǎn)的棱面(16)所反射。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于，安裝有一個(gè)光敏位置檢測(cè)器(18)，它至少部分地接收由轉(zhuǎn)過(guò)的棱面(16)所反射的測(cè)量光束(20)，然后產(chǎn)生兩個(gè)電壓(U1、U2)，兩電壓之差是棱面傾角的函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的裝置，其特征在于，激光器是這樣定向的，測(cè)量光束(19)位于垂直于多棱鏡(8)的旋轉(zhuǎn)軸(7)的平面內(nèi)，并擊中到轉(zhuǎn)過(guò)測(cè)量光束(19)的命中點(diǎn)(15)的棱面上，該棱面處于從零到多棱鏡(8)的半徑之間的不同角度上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的裝置，其特征在于，光敏位置檢測(cè)器(18)相對(duì)于多棱鏡(8)和激光器(17)是這樣布置的，使棱面(16)所反射的測(cè)量光束(20)擊中光敏位置檢測(cè)器的電壓差為0點(diǎn)處，并且該反射光束與由激光器(17)所發(fā)出的測(cè)量光束(19)之間的夾角(β)為90°±10°。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13之一的裝置，其特征在于，由激光器(17)所發(fā)出的光束(19)的直徑是在多棱鏡上偏轉(zhuǎn)的光束(5)的偏轉(zhuǎn)棱面(12)上的聚焦的1.5倍和0.5倍之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14之一的裝置，其特征在于，激光器(17)是這樣布置的，使由它發(fā)出的測(cè)量光束的中心擊中在棱面(16)上的一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)位于棱面(16)的平面范圍內(nèi)，而光束(5)也是在同一平面范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)反射的。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-15之一的裝置，其特征在于，激光器(17)是這樣布置的，使與測(cè)量點(diǎn)(15)所重合的棱面(16)沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向位于反射光束(5)的棱面(12)之前，兩棱面(16、12)之間的夾角為90°±45°，并且在控制裝置(31、36、37、53、54)內(nèi)包括一延遲電路(37)，它輸出一延時(shí)用的可調(diào)參數(shù)，這個(gè)時(shí)間基本上等于多棱鏡(8)從轉(zhuǎn)過(guò)測(cè)量點(diǎn)(15)到發(fā)生光束(5)的偏轉(zhuǎn)的點(diǎn)的棱面(11、12、16)所需的時(shí)間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其特征在于，延遲電路(32)具有一帶固定的延時(shí)時(shí)間的延遲線。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其特征在于，延時(shí)電路(37)包括一數(shù)字電路(50、51、38)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的裝置，其特征在于，當(dāng)收到一個(gè)輸入傳遞信號(hào)(43)時(shí)，采樣和保持電路(38)將按時(shí)間先后順序產(chǎn)生的各可調(diào)參數(shù)存入多個(gè)存儲(chǔ)器內(nèi)，當(dāng)收到一個(gè)輸出傳遞信號(hào)(45)時(shí)，由存儲(chǔ)器取出光學(xué)校正偏斜角度所需的可調(diào)參數(shù)，它相對(duì)于輸入傳遞信號(hào)而言，通過(guò)數(shù)字電路(50、51)產(chǎn)生延遲。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19的裝置，其特征在于，該裝置包括一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生電路(33)，它由光敏位置檢測(cè)器(18)的兩個(gè)電壓的合電壓產(chǎn)生用于數(shù)字延遲(37)的時(shí)鐘脈沖，而兩個(gè)電壓的差是棱面傾角的函數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其特征在于，時(shí)鐘發(fā)生電路(33)還具有一脈沖發(fā)生電路(32)，它是利用比較器或施密特觸發(fā)器構(gòu)成的。
全文摘要
一種對(duì)于棱面誤差傾角的棱錐形誤差予以補(bǔ)償?shù)姆椒?，包括一個(gè)接收光轉(zhuǎn)動(dòng)的多棱鏡(8)，用于偏轉(zhuǎn)光束(5)，當(dāng)一個(gè)棱面出現(xiàn)傾角誤差時(shí)，由所遇到的棱面(12)所反射的光束(5)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)校正，校正角度取自與傾角誤差相反的方向，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的棱面(16)轉(zhuǎn)過(guò)測(cè)量點(diǎn)(15)時(shí)，測(cè)出該棱面的取向，當(dāng)出現(xiàn)傾角誤差時(shí)，測(cè)定其角度，以雙倍的參量調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)校正的校正角。實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，除了接受光的并轉(zhuǎn)動(dòng)的多棱鏡(8)以外，還具有在棱面有傾角誤差時(shí)用于光束(5)的偏轉(zhuǎn)校正的偏轉(zhuǎn)裝置(9、10)和一控制器，用于控制該偏轉(zhuǎn)裝置的工作。一個(gè)測(cè)量裝置(13)可在棱面轉(zhuǎn)過(guò)測(cè)量點(diǎn)(15)時(shí)測(cè)出該棱面(16)的取向，在出現(xiàn)傾角誤差時(shí)確定其角度，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生控制器(36)的輸入信號(hào)。13)短的擴(kuò)散路徑(文檔編號(hào)G02B26/10GK1116892SQ94190978
公開(kāi)日1996年2月14日 申請(qǐng)日期1994年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月23日
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