鸿石“光电”科普系列,由一个小问题开始,每篇讲清一个原理。本期,我们从画面中的白色“HS”说起:红、绿、蓝三路光已经合到一起,为什么字母的轮廓还需要精细对准?

在三色合光MicroLED光机中,要显示出白色“HS”字样,需要三块微显示屏(panel)共同完成。红、绿、蓝三块屏分别提供各自颜色的“HS”图像。当三路图像准确叠合,并保持合适的光强比例,我们就能看到轮廓清晰的白色“HS”。如果其中一路稍微偏开,原本整齐的边缘,就可能露出彩色的轮廓。
合到一路还要对到一处
上一篇,我们讲了合光棱镜如何让三路光走向共同的出口。但共用一条输出光路,并不意味着三路图像中的每个位置都会自动对齐。
三块屏分布在棱镜的不同侧面,实体像素并不处在同一个位置。需要对准的,是对应像素经过光学系统后形成的图像位置。构成字母笔画的红、绿、蓝对应像素,要在最终画面的相应位置叠合,才能共同勾勒出清晰的轮廓。
以640×480分辨率为例,每块屏有307,200个像素,约30.7万个。我们从中选取一个画面位置,看看三色图像怎样对准。
为便于比较,在参考画面中,X、Y 分别表示列和行,相邻像素中心之间的距离记为 1,参考平面记作 Z=0。第 417 列、第 257 行的位置,就可以表示为(417,257,0)。三块屏上负责呈现这一画面位置的像素,经过光学系统后,需要在规定的精度范围内对齐。这里的坐标表示图像位置,并非三块屏的实体安装坐标。
假设绿色和蓝色图像位于(417,257,0),红色图像位于(417.3,257,0),红色就沿横向偏开了0.3个像素间距。若本例以0.3个像素间距作为对准要求,三路对应像素图像的相对位置偏差,就需要控制在这个范围内。前后方向的对焦,则需要另行检查
这里调整的是微显示屏整体的位置与角度。选取一个像素,是为了观察图像的对应关系,并不是把屏上的像素逐个挪动。


一个点对齐还不够
假如红色“HS”相对另外两路图像略有旋转,即使某个对应点已经重合,字母其他位置仍可能出现错位。因此,对准需要检查画面的不同区域,不能只看一个点。
此外,微显示屏沿光路方向的位置和倾斜,也会影响成像清晰度。对准需要兼顾画面不同区域,让三个通道的图像在位置、方向和清晰度上相互匹配。
点亮之后根据图像调整
主动对准,英文称为Active Alignment,简称AA,就是利用实际成像结果来指导装配调整。
在典型的主动对准过程中,先点亮微显示屏上的测试图案,通过成像检测系统采集实际输出的图像,再根据测得的偏差,微调屏的位置与角度,并反复检测,直到达到设定的对准要求。
“主动”的含义就在这里:让实际成像结果参与调整。机械定位提供装配基础,点亮后的图像反馈,则帮助判断光学系统是否达到对准要求。完成调整后,还需要固定微显示屏并复测,确认固定后的对准状态仍符合要求。
对我们而言,主动对准是把光学设计落实为实际画质的重要环节。它需要根据真实图像判断偏差,协调三路成像,并在固定后再次确认。开头那组白色“HS”的笔画与边缘,正是观察这些调整效果的直观位置。