CN100576925C - 调整白平衡的图像投影设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种考虑从发光二极管发射的光的等级来调整白平衡的图像投影设备及其白平衡调整方法。所述图像投影设备包括用于顺序地发射由红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光的光源单元。图像产生单元使用从所述光源单元顺序地发射的光来产生图像并且投影所述图像。驱动单元驱动所述光源单元和所述图像产生单元。光传感器测量由所述红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光的等级。控制器基于由所述光传感器测量的光的等级来控制所述驱动单元的驱动操作以调整从所述图像产生单元投影的图像的白平衡。

Description

调整白平衡的图像投影设备及其方法
技术领域
本发明涉及一种图像投影设备及其白平衡调整方法。更具体地讲，本发明涉及一种使用发光二极管作为光源的图像投影设备及其白平衡调整方法。
背景技术
图像投影设备接收图像信号，形成对应于图像信号的图像，并且将图像投影到屏幕上。这种图像投影设备称作“投影仪”。图像投影设备通常采用以下图像形成过程。从白灯发出的白光穿过色轮。色轮将白光按顺序滤成红(R)光、绿(G)光和蓝(B)光。R光、G光和B光通过数字微镜装置(DMD)被调制成对应的图像。
然而，白灯的缺点是大体积和高功耗。因此，如果图像投影设备使用白灯作为光源，则图像投影设备的体积变大而且功耗增加。如果在使用电池作为电源的便携式图像投影设备中使用白灯作为光源，则这些将变成更加严重的问题。
为了解决这个问题，使用三色(红、绿和蓝)发光二极管(LED)作为光源的图像投影设备已经被建议。
然而，当LED被长时间驱动时，LED的温度升高，这导致从LED发出的光的等级降低。由温度的增加导致的光等级的降低程度取决于LED的种类和LED的厂商。因此，当使用LED作为光源的图像投影设备被长时间使用时，来自LED的光的等级的下降变得不可接受。结果，R光、G光和B光的量的下降变得不可接受。
光量的不可接受的下降导致提供给用户的图像的图像恶化，同时还需要调整白平衡。因此，需要一种改进的图像投影设备及其对应的方法，用于考虑从LED发射的光的等级来调整白平衡。
发明内容
为了解决至少上述的现有技术中的问题并提供其它优点，研究本发明。因此，本发明的一方面在于提供一种考虑从光源反射的光的等级来调整白平衡以防止图像恶化的图像投影设备及其白平衡调整方法。
为了实现以上方面，提供了一种图像投影设备，所述图像投影设备包括用于顺序地发射由红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光的光源单元。图像产生单元使用从所述光源单元顺序地发射的光来产生图像并且投影所述图像。驱动单元驱动所述光源单元和所述图像产生单元。光传感器测量由所述红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光的等级。控制器基于由所述光传感器测量的光的等级来控制所述驱动单元的驱动操作以调整从所述图像产生单元投影的图像的白平衡。
最好但不必须，所述驱动单元包括：光源驱动单元，用于对所述光源单元的各个红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生并提供驱动脉冲，从而驱动所述光源单元。所述控制器基于由所述光传感器测量的光的等级对所述各个红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件确定驱动脉冲的电平，并且根据所述确定的脉冲电平来控制所述光源驱动单元产生驱动脉冲。
最好但不必须，所述驱动单元包括：光源驱动单元，用于对所述各个红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生并提供驱动脉冲，从而驱动所述光源单元。所述控制器基于由所述光传感器测量的光的等级来对所述各个红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件确定驱动脉冲的脉冲宽度和开始时间，并且根据所述确定的脉冲宽度和开始时间来控制所述光源驱动单元产生驱动脉冲。
最好但不必须，所述驱动单元包括：图像产生驱动单元，用于产生反射角度调整信号并且将所述反射角度调整信号提供给所述图像产生单元使得所述图像产生单元产生并投影图像，其中，所述反射角度调整信号用于对每个像素调整对于从所述光源单元顺序进入所述图像产生单元的光的反射角度。所述控制器基于由所述光传感器测量的光的等级来确定所述反射角度调整信号的电平，并且根据所述确定的反射角度调整信号的电平来控制所述图像产生驱动单元产生反射角度调整信号。
根据本发明的示例性实施例，提供了一种调整图像投影设备的白平衡的方法，所述设备包括：光源单元，用于顺序发射由红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光；和图像产生单元，用于使用从所述光源单元顺序发射的光来产生图像并投影图像，所述方法包括：a)测量由所述红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光的等级；和b)基于所述测量的光的等级来控制所述光源单元和所述图像产生单元之一的驱动操作以调整从所述图像产生单元投影的图像的白平衡。
最好但不必须，步骤b)包括：基于由所述光传感器测量的光的等级来对所述红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件确定驱动脉冲的电平；和根据所述确定的驱动脉冲电平将驱动脉冲提供给所述光源单元，并且驱动所述光源单元以调整从所述图像产生单元投影的图像的白平衡。
最好但不必须，步骤b)包括：基于由所述光传感器测量的光的等级来分别对所述红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件确定驱动脉冲的脉冲宽度和开始时间；和根据所述确定的脉冲宽度和开始时间将驱动脉冲提供给所述光源单元，并且驱动所述光源单元使得从所述图像产生单元投影的图像的白平衡被调整。
最好但不必须，步骤b)包括：基于测量的光的等级来确定反射角度调整信号的电平，其中，所述反射角度调整信号用于对每个像素调整对于从所述光源单元顺序进入所述图像产生单元的光的反射角度；和根据所述确定的信号电平将反射角度调整信号提供给所述图像产生单元，并且使得所述图像产生单元产生并投影图像，从而从所述图像产生单元投影的图像的白平衡被调整。
附图说明
通过对照附图来更加详细描述本发明的示例性实施例，本发明的以上方面和其它优点将变得更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明示例性实施例的图像投影设备的框图，该图像投影设备考虑从发光二极管(LED)发射的光的等级来调整白平衡；
图2A是示出根据本发明示例性实施例的考虑从LED发射的光的等级来调整白平衡的方法的流程图；
图2B是示出根据本发明另一示例性实施例的考虑从LED发射的光的等级来调整白平衡的方法的流程图；
图2C是示出根据本发明另一示例性实施例的考虑从LED发射的光的等级来调整白平衡的方法的流程图；
图3A到图3C是示出根据本发明示例性实施例的LED驱动脉冲的波形的示图；
图4是示出根据本发明示例性实施例的由多个LED实现的光源单元的示图；和
在所有的附图中，相同的附图标记应该被理解为表示同一部件、特征和结构。
具体实施方式
以下，将对照附图来更加详细地描述本发明的示例性实施例。
图1是示出根据本发明示例性实施例的图像投影设备的框图。该根据本发明示例性实施例的图像投影设备使用三色发光二极管(LED)即红(R)-LED、绿(G)-LED和蓝(B)-LED作为光源。该根据本发明示例性实施例的图像投影设备对投影的图像调整白平衡时考虑从LED发射的光的等级。在图1中，实线表示诸如驱动信号和控制信号的电信号的通道，虚线表示光束的通道。
对照图1，该图像投影设备包括：光源单元110、驱动单元120、控制器130、红-蓝准直透镜(RB-CL)140-RB、绿准直透镜(G-CL)140-G、滤光器150、中继透镜160、反射镜170、图像产生单元180、投影透镜190和光传感器195。
光源单元110按顺序产生并发射红光、绿光和蓝光。如果按照全国电视系统委员会(NTSC)制式来驱动图像投影设备，则光源单元110在第一个1/180秒(帧周期的1/3)发射R光，在第二个1/180秒发射G光，在第三个1/180秒发射B光，然后，再次在1/180秒发射R光。如果按照逐行倒相(PAL)制式来驱动图像投影设备，则光源单元110按顺序在每个1/150秒发射R光、G光和B光。
光源单元110包括：RB-面板112-RB、R-LED 114-R、B-LED 114-B、G-面板112-G和G-LED114-G。
R-LED 114-R和B-LED 114-B安装在RB-面板112-RB上，它们分别产生并发射R光和B光。R-LED 114-R和B-LED 114-B分别由R驱动脉冲和B驱动脉冲驱动，该R驱动脉冲和B驱动脉冲由光源驱动单元122产生，以下将更加详细描述该光源驱动单元122，并且通过设置在RB-面板112-RB中的连接器(未示出)来被发送。
G-LED 114-G安装在G面板112-G上并产生和发射G光。该G-LED 114-G由G驱动脉冲驱动，该G驱动脉冲由光源驱动单元122产生并且通过设置在G面板112-G上的连接器(未示出)被发送。
从R-LED 114-R或B-LED 114-B发射的R光或B光由RB-CL 140-RB会聚然后穿过滤光器150。然后，R光或B光通过中继透镜160和反射镜170入射在图像产生单元180上。
图像产生单元180由图像产生驱动单元124驱动，以下将描述该图像产生驱动单元124。图像产生单元180调整顺序进入的R光、B光和G光以产生图像。图像产生单元180将图像投影到屏幕上。即，图像产生单元180对于每个像素调整对于顺序进入的R光、B光和G光的反射角度来产生图像。图像产生单元180由数字微镜装置(DMD)实现。图像通过投影透镜190从图像产生单元180投影到屏幕S上。
驱动单元120驱动光源单元110和图像产生单元180，并且包括光源驱动单元122和图像产生驱动单元124。
光源驱动单元122产生R驱动脉冲、G驱动脉冲和B驱动脉冲来分别驱动R-LED 114-R、G-LED 114-G和B-LED 114-B，并且将产生的驱动脉冲提供给对应的LED，从而按顺序驱动LED。
图像产生驱动单元124产生反射角度调整信号，该反射角度调整信号用于对于每个像素调整对于顺序进入图像产生单元180的光的反射角度，并且将产生的反射角度调整信号提供给图像产生单元180，从而图像产生单元180产生并投影图像。
光传感器195测量从光源单元110顺序发射的R光、G光和B光的量值，并且将测量结果发送到控制器130。即，光传感器195测量从R-LED 114-R发射的光的等级(以下称作“R光等级”)、从G-LED 114-G发射的光的等级(以下称作“G光等级”)和从B-LED 114-B发射的光的等级(以下称作“B光等级”)。
控制器130控制光源驱动单元122和图像产生驱动单元124来调整从图像产生单元180投影的图像的白平衡。控制器130考虑测量的光等级来更加适当地调整白平衡。
以下，将对照图2A来描述根据本发明示例性实施例的图像投影设备的白平衡调整方法。图2A是示出考虑从LED发射的光的等级来调整白平衡的方法的流程图。
对照图2A，在步骤S210中，通过光传感器195来测量从LED发出的光的等级。更具体地讲，光传感器195顺序地测量R光等级、G光等级和B光等级，然后将测量结果发送到控制器130。
然后，在步骤S220中，控制器130基于测量的光等级来对各个LED确定驱动脉冲的电平。即，控制器130基于测量的光等级来确定R光驱动脉冲的电平(以下称作“R驱动脉冲电平”)、G光驱动脉冲的电平(以下称作“G驱动脉冲电平”)、B光驱动脉冲的电平(以下称作“B驱动脉冲电平”)。
更具体地讲，如果某光等级下降到参考光等级(100％)之下，则控制器确定R驱动脉冲电平、G驱动脉冲电平和B驱动脉冲电平以将该光等级升高到100％。即，对光等级下降最多的LED确定为驱动脉冲电平要升高最多，对光等级下降最少的LED确定为驱动脉冲电平要升高最少。
如果完成驱动脉冲电平的确定，则在步骤S230中，光源驱动单元122根据确定的驱动脉冲电平产生驱动脉冲，并且将驱动脉冲提供给对应的LED。
图3A分别示出当驱动操作开始时由光源驱动单元122产生的R驱动脉冲、G驱动脉冲和B驱动脉冲，此时R光等级、G光等级和B光等级为100％。图3B示出在预定驱动操作以后由光源驱动单元122产生的R驱动脉冲、G驱动脉冲和B驱动脉冲，此时R光等级为92％、G光等级为97％，B光等级为99％。如图3A所示，由于100％的R光等级、G光等级和B光等级被提供，所以R驱动脉冲、G驱动脉冲和B驱动脉冲具有相同的参考脉冲电平PL0。
另一方面，如图3B所示，由于R光等级从100％下降到92％下降最多，所以R驱动脉冲的脉冲电平要升高的最多，从PL0升高到PL0+PL3。由于B光等级从100％下降到99％下降最少，所以B驱动脉冲的脉冲电平要升高的最少，从PL0升高到PL0+PL1。因此，PL3＞PL2＞PL1。
如果R光等级、G光等级和B光等级分别从100％下降到92％、97％和99％，则LED由如图3B所示的驱动脉冲驱动，从而使得R光等级、G光等级和B光等级达到100％。结果，入射到图像产生单元180上的R光、G光和B光具有相同的光量，从而使得能够调整从图像产生单元180产生并投影的图像的白平衡。
以下，将对照图2B来描述根据本发明另一示例性实施例的图像投影设备的白平衡调整方法。图2B是示出根据本发明另一示例性实施例的考虑从LED发射的光的等级来调整白平衡的方法的流程图。
对照图2B，在步骤S310中，通过光传感器195测量从LED发射的光的等级。
然后，在步骤S320中，控制器130基于测量的光等级对各个LED确定驱动脉冲的脉冲宽度和开始时间。更具体地讲，控制器130基于测量的R光等级来确定R驱动脉冲的脉冲宽度和开始时间，基于测量的G光等级来确定G驱动脉冲的脉冲宽度和开始时间，基于测量的B光等级来确定B驱动脉冲的脉冲宽度和开始时间。
如果某LED的光等级下降最多，则对该LED的驱动脉冲确定为脉冲宽度最长。如果某LED的光等级下降最少，则对该LED的驱动脉冲确定为脉冲宽度最短。
确定各个驱动脉冲的开始时间，使得不同脉冲宽度的驱动脉冲在时间上彼此不重叠。
如果完成确定脉冲宽度和开始时间，则在步骤S330中，光源驱动单元122根据确定的脉冲宽度和开始时间产生驱动脉冲，然后将它们提供给对应的LED。
图3A分别示出当驱动操作开始时由光源驱动单元122产生的R驱动脉冲、G驱动脉冲和B驱动脉冲，此时R光等级、G光等级和B光等级为100％。图3C示出在预定操作以后由光源驱动单元122产生的R驱动脉冲、G驱动脉冲和B驱动脉冲，此时R光等级为92％，G光等级为97％，B光等级为99％。在图3A的情况下，由于提供了100％的R光等级、G光等级和B光等级，所以R驱动脉冲、G驱动脉冲和B驱动脉冲具有相同的参考脉冲宽度PW0。
另一方面，在图3C的情况下，由于R光等级小于G光等级，G光等级小于B光等级(92％＜97％＜99％)，所以R驱动脉冲宽度大于G驱动脉冲宽度，G驱动脉冲宽度大于B驱动脉冲宽度(PW3＞PW2＞PW1)。另外，各个驱动脉冲的开始时间改变，使得具有不同脉冲宽度的R驱动脉冲、G驱动脉冲和B驱动脉冲在时间上不彼此重叠。
在92％的R光等级、97％的G光等级和99％的B光等级的情况下，当LED由如图3C所示的驱动脉冲驱动时，光等级相对低的R-LED 114-R的发光时间被延长，而光等级相对高的B-LED 114-B的发光时间被缩短。结果，入射在图像产生单元180上的R光、G光和B光具有相同的光量，从而从图像产生单元180产生并投影的图像的白平衡能够被调整。
以下，现在将对照图2C描述根据本发明另一实施例的图像投影设备的白平衡调整方法。图2C是示出根据本发明另一示例性实施例的考虑从LED发射的光的等级来调整白平衡的方法的流程图。
对照图2C，在步骤S410中，通过光传感器195测量从LED发射的光的等级。
然后，在步骤S420中，控制器130基于测量的光等级确定反射角度调整信号的电平。该反射角度调整信号用于对每个像素调整顺序进入图像产生单元180的光(R光、G光和B光)的反射角度。更具体地讲，在步骤S420中，控制器130基于测量的光等级分别确定R反射角度调整信号电平、G反射角度调整信号电平和B反射角度调整信号电平。
对光等级下降最多的LED确定为反射角度调整信号电平升高最多，从而使得从图像产生单元180投影到投影透镜190的光的光等级升高最多。另一方面，对光等级下降最少的LED确定为反射角度调整信号电平升高最少，从而使得从图像产生单元180投影到投影透镜190的光的光等级升高最少。
在92％的R光等级、97％的G光等级和99％的B光等级的情况下，R反射角度调整信号的信号电平升高最多，因此，从图像产生单元180投影到投影透镜190的R光的光量增加最多。另一方面，B反射角度调整信号的信号电平升高最少，因此，从图像产生单元180投影到投影透镜190的B光的光等级升高最少。
如果完成确定反射角度调整信号电平，则在步骤S430中，图像产生驱动单元124根据确定的信号电平来产生反射角度调整信号，然后将其提供给图像产生单元180。
如果图像产生单元180由在步骤S430中产生的反射角度调整信号驱动，则对于光等级下降最多的光投影到投影透镜190的光的光量增加最多，而对于光等级下降最少的光投影到投影透镜190的光的光量增加最少。结果，从图像产生单元180产生并投影的图像的白平衡被调整。
到目前为止，LED的光等级由光传感器195测量，考虑测量的光等级来调整白平衡。
对设置在图像投影设备中的光传感器195的位置没有限制。尽管在这个实施例中，如图1所示，光传感器195位于滤光器150和中继透镜160之间，但是光传感器195能够位于投影的光经过的通道的任意位置。例如，光传感器195可以位于中继透镜160和反射镜170之间、位于反射镜170和图像产生单元180之间以及图像产生单元180和投影透镜190之间，或者位于投影透镜190和屏幕S之间。
在这个实施例中，一个R-LED 114-R和一个B-LED 114-B安装在RB面板112-RB上，一个G-LED 114-G安装在G面板112-G上。然而，这不应该理解为是对本发明的限制。安装在面板上的LED的数目没有限制，并且如果特定设计需要，可以提供任何合适数目的LED或面板。
图4示出了两个R-LED 114-R和两个B-LED 114-B安装在RB面板112-RB上，四个G-LED 114-G安装在G面板112-G上。G-LED 114-G的数目是R-LED 114-R或B-LED 114-B数目的两倍，这是因为从G-LED 114-G发射的光的量值要小于从R-LED 114-R或B-LED 114-B发射的光的量值。然而，如果较大光量值的G-LED 114-G被使用，则G-LED 114-G的数目可以与R-LED 114-R或B-LED 114-B的数目相同。
在这个实施例中，LED安装到两个分离的面板上。即，R-LED 114-R和B-LED 114-B安装到RB面板112-RB上，G-LED 114-G安装到G面板112-G上。这是为了便于设计图像投影设备。然而，应该明白，所有的LED可以安装在一个面板上。即，RB面板112-RB和G面板112-G被集成为一个面板，并且R-LED 114-R、B-LED 114-B和G-LED 114-G都被安装到该集成的一个面板上。
可以使用该根据本发明示例性实施例的图像投影设备来实现投影电视。由于这可由本领域技术人员容易地实现，所以对其详细描述被省去。
如上所述，该根据本发明示例性实施例的图像投影设备能够考虑光等级来调整白平衡。因此，即使由于图像投影设备的延长使用导致光等级偏离参考值，投影图像的白平衡也能够被最佳地调整。结果，不存在图像恶化，最佳图像能够被提供给用户。
上述实施例和优点仅仅是示例性的，不应该理解为对本发明的限制。本教述能够被容易地应用到其它类型的设备。另外，本发明的实施例的描述是示例性的，并不限制权利要求书的范围，许多替换、变型和修改对本领域技术人员来讲是清楚的。

Claims (6)

1、一种图像投影设备，包括：
光源单元，用于顺序地发射由红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光；
图像产生单元，用于使用从所述光源单元顺序地发射的光来产生图像并且投影所述图像；
驱动单元，用于驱动所述光源单元和所述图像产生单元；
光传感器，用于测量由所述红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光的等级；和
控制器，用于基于由所述光传感器测量的光的等级来控制所述驱动单元的驱动操作以调整从所述图像产生单元投影的图像的白平衡，
其中，所述驱动单元包括：图像产生驱动单元，用于产生反射角度调整信号并且将所述反射角度调整信号提供给所述图像产生单元使得所述图像产生单元产生并投影图像，其中，所述反射角度调整信号用于对每个像素调整对于从所述光源单元顺序进入所述图像产生单元的光的反射角度，
其中，所述控制器基于由所述光传感器测量的光的等级来确定所述反射角度调整信号的电平，并且根据所述确定的反射角度调整信号的电平来控制所述图像产生驱动单元产生反射角度调整信号。
2、如权利要求1所述的图像投影设备，其中，所述驱动单元包括：光源驱动单元，用于对所述光源单元的各个红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生并提供驱动脉冲，从而驱动所述光源单元，
其中，所述控制器基于由所述光传感器测量的光的等级对所述各个红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件确定驱动脉冲的电平，并且根据所述确定的脉冲电平来控制所述光源驱动单元产生驱动脉冲。
3、如权利要求1所述的图像投影设备，其中，所述驱动单元包括：光源驱动单元，用于对所述各个红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生并提供驱动脉冲，从而驱动所述光源单元，
其中，所述控制器基于由所述光传感器测量的光的等级来对所述各个红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件确定驱动脉冲的脉冲宽度和开始时间，并且根据所述确定的脉冲宽度和开始时间来控制所述光源驱动单元产生驱动脉冲。
4、一种调整图像投影设备的白平衡的方法，所述设备包括：光源单元，用于顺序发射由红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光；和图像产生单元，用于使用从所述光源单元顺序发射的光来产生图像并投影所述图像，所述方法包括：
a)测量由所述红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件产生的光的等级；和
b)基于所述测量的光的等级来控制所述光源单元和所述图像产生单元之一的驱动操作以调整从所述图像产生单元投影的图像的白平衡，
其中，步骤b)包括：
基于测量的光的等级来确定反射角度调整信号的电平，其中，所述反射角度调整信号用于对每个像素调整对于从所述光源单元顺序进入所述图像产生单元的光的反射角度；和
根据所述确定的信号电平将反射角度调整信号提供给所述图像产生单元，并且使得所述图像产生单元产生并投影图像，从而从所述图像产生单元投影的图像的白平衡被调整。
5、如权利要求4所述的方法，其中，步骤b)包括：
基于由所述光传感器测量的光的等级来对所述红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件确定驱动脉冲的电平；和
根据所述确定的驱动脉冲电平控制光源驱动单元产生驱动脉冲，将驱动脉冲提供给所述光源单元，并且驱动所述光源单元以调整从所述图像产生单元投影的图像的白平衡。
6、如权利要求4所述的方法，其中，步骤b)包括：
基于由所述光传感器测量的光的等级来分别对所述红光发光元件、绿光发光元件和蓝光发光元件确定驱动脉冲的脉冲宽度和开始时间；和
根据所述确定的脉冲宽度和开始时间控制光源驱动单元产生驱动脉冲，将驱动脉冲提供给所述光源单元，并且驱动所述光源单元使得从所述图像产生单元投影的图像的白平衡被调整。
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