CN101582220A - 用于具有多个激光器的显示系统的控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于激光显示中的维持色彩平衡的控制装置和控制方法。本发明通过在三基色激光器中选定功率基准，利用该功率基准计算出其它激光器的所需功率，从而确定色彩平衡各激光器所需的功率。然后利用功率－电流对应关系实现所需功率与所需电流之间的换算，将对功率的控制转化成对电流的控制，并且利用反馈回路实时监测各激光器的实际输出功率，最终通过对输出电流的精确控制实现各激光器输出功率的精确控制，从而维持激光显示的色彩平衡。

Description

用于具有多个激光器的显示系统的控制装置和控制方法

技术领域

本发明主要涉及激光显示领域，具体涉及一种用于具有多个激光器的显示系统的控制装置和控制方法。

背景技术

激光显示以红、绿、蓝(RGB)三基色激光器作为光源，可以最真实地再现客观世界丰富、艳丽的色彩，提供更具震撼力的表现效果。激光显示色域覆盖率高达90％，而传统显示设备只能再现人眼所见颜色的30％，另外激光光源寿命可长达10000小时以上，是传统显示光源(例如氙灯)寿命的几十倍，具有显著的产业化优势。

激光显示采用的三基色激光器通常采用全固态激光器和半导体激光器，输出的RGB激光按一定的功率配比实现色彩平衡。根据所需要的色彩平衡，需要控制各激光器的输出功率的比值。所谓的色彩平衡即达到某一白平衡所需的RGB激光功率配比的状态。而且在实现色彩平衡时，由于各激光器可能由于各种原因偏离所需功率，还需要实时监控各激光器的输出功率，使其维持在色彩平衡的所需功率，另外当用户需要改变色彩平衡时，现有技术中也没有能够自动调节各激光器的输出功率从而达到新的色彩平衡的控制装置和方法。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于具有多个激光器的显示系统的控制装置和控制方法。

一方面，本发明提供一种用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，包括，

反馈回路，用于产生表征所述激光器的实际功率的信息；

控制器，用于获取所述表征实际功率的信息，并计算各个激光器的所需功率，控制各激光器使其实际功率等于所述所需功率。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述反馈回路包括，

光电探测器，用于产生表征各激光器的实际功率的信号；

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器包括，

色彩平衡逻辑运算单元，用于确定各激光器的功率基准，并根据所述功率基准计算各个激光器的所需功率；

功率计算单元，用于根据所述反馈回路返回的信息计算各激光器的实际功率；

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器还包括功率-电流转换单元，用于将各激光器的所述所需功率转换成各激光器的所需电流。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器还包括电流限制单元，用于检验计算所得的所述各激光器的所述所需电流是否大于相应激光器的最大电流。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器还包括输出控制单元，用于控制各激光器的驱动电流，使其等于各激光器的所述所需电流。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中色彩平衡逻辑运算单元还用于将各个激光器的所述所需功率与所述实际功率进行比较，并调整所述驱动电流使得所述实际功率等于所述所需功率。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，所述功率-电流转换单元中的功率电流对应关系能够根据实际功率与驱动电流之间的关系实时更新。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器还包括存储单元，用于存储预先设定好的基本维持色彩平衡的各激光器的预设功率值、各激光器的功率与电流的对应关系以及各激光器的最大电流值。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述激光器为三基色激光器。

另一方面，本发明提供一种上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置的三基色激光器显示系统。

另一方面，一种用于具有多个激光器的显示系统的控制方法，包括以下步骤：

1)产生表征所述激光器的实际功率的信息；

2)获取所述表征各激光器实际功率的信息；

3)计算各个激光器的所需功率；

4)控制各激光器使其实际功率等于所述所需功率。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置的控制方法，所述步骤1)包括

1.1)产生表征所述各激光器的实际功率的信号；

1.2)将所述表征各激光器实际功率的信号返回所述控制器。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制方法，所述步骤3)包括

3.1)确定所述多个激光器的功率基准；

3.2)根据所述功率基准计算各激光器的所需功率。

上述的用于具有多个激光器的显示系统的控制方法，步骤4)，包括下面的步骤：

4.1)根据功率-电流对应关系将各激光器的所述所需功率转换成各激光器的所需电流。

4.2)检验计算所得的所述各激光器的所述所需电流是否大于相应激光器的最大电流，若存在其所需电流大于最大电流的激光器，则返回步骤3)。

4.3)控制各激光器的驱动电流，使其等于各激光器的所述所需电流。

4.4)将各个激光器的所述所需功率与所述实际功率进行比较；

4.5)调整所述驱动电流使得所述实际功率等于所述所需功率。

4.6)根据实际功率与驱动电流之间的关系更新功率-电流对应关系。本发明采用上述技术方案具有如下有益效果：

由于激光显示领域的多基色激光器通常采用全固态激光器和半导体激光器，而用在显示领域的全固态激光器通常是半导体泵浦的全固态激光器，由半导体自身的性质决定，半导体激光器和半导体泵浦的全固态激光器的输出功率随电流比随电压变化缓慢，因此由控制器控制电流源的输出电流，进而控制输送给半导体激光器或半导体泵浦的全固态激光器的半导体泵浦源的电流，可以实现对多基色激光器的激光输出功率的精确调节，从而更容易、更准确地达到预设的色彩平衡；

本发明的多个激光器的显示系统的控制系统和方法可以实时调节多个激光器的输出功率，使其满足设定的色彩平衡，并且当用户因需要改变设定的色彩平衡时，该控制系统和方法也能够重新调节多个激光器的输出功率，达到新的色彩平衡；

本发明的控制系统和方法在调节多个激光器的输出功率的过程中，首先进行粗调，粗调过程中将需要加在激光器上的电流与激光器能够承受的最大电流进行比较，起到了保护激光器的作用；接着进行微调，微调过程是考虑到由于激光器的功率-电流关系可能发生了变化，这时在粗调过程中通过变化前的功率-电流关系计算得到的所需电流加在激光器上后，激光器的实际输出功率与所需的光功率不相等，因此微调过程通过反馈回路测得激光器的实际输出功率，并进行近一步的精细调节，以使各个激光器的输出功率达到所需的光功率，然后更新存储在功率-电流转换单元中存储的各激光器的功率-电流对应关系，达到了进一步完善系统的目的。

附图说明

图1是半导体泵浦的全固态激光器的激光输出功率与电压的关系图；

图2是半导体泵浦的全固态激光器的激光输出功率与电流的关系图；

图3是本发明的带有一种反馈回路的维持色彩平衡控制装置的示意图；

图4是本发明的维持色彩平衡控制装置中控制器的示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的控制方法的流程图。

具体实施方式

图1是半导体泵浦的全固态激光器的激光输出功率与电压的关系图，图2是半导体泵浦的全固态激光器的激光输出功率与电流的关系图。通过对比，可以看出半导体泵浦的全固态激光器的输出功率随电流变化比随电压的变化缓慢。所以，本发明中采用直接控制电流的方式来实现对激光器输出功率的控制，从而更容易实现激光功率的准确控制。由于半导体激光器的功率电压对应关系和功率电流对应关系与半导体泵浦的全固态激光器类似，所以本发明的控制装置和方法同样适用于半导体激光器。

如图3、4所示，本发明的维持激光显示中的色彩平衡的控制装置包括：控制器C，三基色激光光源(在本实施例中为红光激光器L1、绿光激光器L2和蓝光激光器L3，且其均为半导体泵浦的全固态激光器)，红光激光器L1、绿光激光器L2和蓝光激光器L3各自独立的电流源E1、E2和E3，分光器件M1、M2和M3(各分光器件均可以一定比率反射对应激光器所发出的激光，例如1％、2％或5％)，光电探测器D1、D2和D3，放大器A1、A2和A3。其中，控制器C包括色彩平衡逻辑运算单元、存储单元、电流限制单元、功率-电流转换单元、红光功率计算单元、绿光功率计算单元、蓝光功率计算单元、红光输出控制单元、绿光输出控制单元、蓝光输出控制单元。

本发明的控制装置对色彩平衡的控制是通过下面方式实现的：

1.如图5所示，首先，系统启动时，要对系统进行初始化。在本发明的控制器C的存储单元内存储有预先设定好的基本维持色彩平衡的各激光器的预设功率值、各激光器的功率与电流的对应关系(以下称为功率-电流对应关系)以及各激光器的最大电流值。控制装置开始工作时，色彩平衡逻辑运算单元先从存储单元读取上述数据，并将各激光器的最大电流值输送至电流限制单元，将功率-电流对应关系输送至功率-电流转换单元从而实现初始化。

2.由于此时反馈系统尚未开始工作，控制器通过功率-电流转换单元直接将各激光器的功率预设值转换成预设电流值并分别以表征电流值的信号形式输出到红光输出控制单元、绿光输出控制单元和蓝光输出控制单元。

3.各输出控制单元根据所接收到的表征电流值的信号控制相应激光器的电流源E1、E2、E3，使得电流源E1、E2、E3分别输出相应的电流。电流源E1、E2、E3输出的电流分别输送到与其电连接的红光激光器L1、绿光激光器L2和蓝光激光器L3，使得各激光器工作在各自的电流值下。但在实际应用中，根据输出控制单元所接收到的信号而输出的电流值并不一定能完全满足色彩平衡的要求，维持色彩平衡是一个动态的过程，需要利用反馈来不断的进行调节，并且当用户需要改变色彩平衡时，例如要从D65的白平衡变成D93的白平衡，需要重新调节输送给各个激光器的预设电流值，以达到用户设定的新的色彩平衡。

4.一种反馈回路如图3所示，利用分光器件M1、M2、M3分别将L1、L2、L3产生的激光的一定比例分别朝向光电探测器D1、D2和D3反射。光电探测器D1、D2和D3将各自所探测到的光信号转换成相应的电信号，并将各自的电信号分别输出至放大器A1、A2、A3放大。经放大器A1、A2、A3放大后的信号分别输入至红光功率计算单元、绿光功率计算单元、蓝光功率计算单元，红光功率计算单元、绿光功率计算单元、蓝光功率计算单元根据分光器件M1、M2、M3的分光比例计算出激光器L1、L2、L3的实际输出功率P_R、P_G和P_B，再将计算所得的各激光器的实际输出功率P_R、P_G和P_B返回至色彩平衡逻辑运算单元。

5.色彩平衡逻辑运算单元内储存有多个色彩平衡所需要的红绿蓝光的功率比值，用户可以随时改变并选择一种色彩平衡，假设对应这种色彩平衡所需要的红绿蓝功率比值为X∶Y∶Z，例如本实施例中D65的白平衡达到色彩平衡所需的红、绿、蓝三色光功率比值约为1∶0.8∶0.6。色彩平衡逻辑运算单元将功率计算单元所返回的实际功率值同该比值进行比较，若比值吻合则说明实现色彩平衡；若比值不吻合则需要进行调整。

6.调整的方式可以分成粗调和微调两部分，如图5中的虚线框所示，具体过程为：首先进行粗调，以红绿蓝激光器中任一选为基准，选择颜色的方法由预先设定，即一经设定，则基准的选择方式就固定了。例如指定红光激光器的功率为基准，即认为P_R为其所需功率P_RN，然后通过P_R计算其余两个激光器的所需功率值P_GN＝P_R*(Y/X)，P_BN＝P_R*(Z/X)；然后将各个激光器的所需功率值通过功率-电流转换单元转化成各自的所需电流值I_RN，I_GN，I_BN，接下来，将计算所得的各激光器的所需电流值利用电流限制单元将其同预存的各激光器的最大电流值进行比较；本例中先将绿光激光器的所需电流值I_GN与其最大值I_GM比较，若I_GN不大于I_GM，则判断I_BN是否大于I_BM，若I_BN不大于I_BM则调整绿蓝激光器的输出电流I_G和I_B使其分别等于I_GN和I_BN。在上面将绿光激光器的电流所需值I_GN与其最大值I_GM比较时，若I_GN大于I_GM则以绿光激光器的实际输出功率为基准，即认为绿光激光器的输出功率就是绿光的所需功率，然后重新计算其它激光器的输出功率的所需值以及相应计算出其它激光器的所需电流I_RN’，I_BN’；接下来利用电流限制单元比较I_BN’和I_BM，若I_BN’不大于I_BM则调节红蓝激光器的驱动电流I_R和I_B使其分别等于I_RN’和I_BN’；在上面对I_BN’和I_BM进行比较时，若I_BN’大于I_BM，则以蓝光激光器的功率为基准重新计算其它激光器的所需功率值以及相应计算出其它激光器的所需电流I_RN”，I_GN”，然后按照上面类似的方式，调节红绿激光器的驱动电流I_R和I_G使其分别等于I_RN”和I_GN”；在上面判断中，若I_GN不大于I_GM，并且I_BN大于I_BM时也要以蓝光激光器的输出功率为基准重新计算其它激光器的所需功率值以及相应计算出其它激光器的所需电流I_RN”，I_GN”，按照上面类似的方式，调节红绿激光器的驱动电流I_R和I_G使其分别等于I_RN”和I_GN”。

7.然后进行微调，即由反馈回路实时返回表征红光、绿光和蓝光的实际功率P_R、P_G和P_B的信息，由各功率计算单元计算出各激光器的实际功率值P_R、P_G和P_B，并将各个激光器的实际功率P_R、P_G和P_B分别与P_RN、P_GN和P_BN进行比较，若三个激光器的实际功率与各自所需功率均相等则无需继续调节，达到色彩平衡。若激光器的实际功率与所需值不相等，则需要利用相应的输出控制单元控制相应的激光器的电流，使得各激光器的实际输出功率值逐渐接近所需值，在实际调整激光器的电流之前，首先判断各个激光器调整后的电流值(即根据程序计算得到的各个激光器预计将要调整到的电流值，例如，可以根据所需功率与实际功率的差值乘以特定参数来确定调整量，并相应确定调整后电流，具体调整方式可根据不同激光器的性质来确定)是否均不大于对应激光器的最大电流，如果满足上述条件，则实际调节各个激光器的电流，同时更新功率-电流转换单元中存储的各个激光器的功率-电流对应关系；否则，返回到粗调的最开始步骤，重新确定功率基准计算各激光器所需功率。这里以红光为例进行说明，如果P_R小于P_RN，则需要利用红光输出控制单元逐渐增大I_R，使得P_R逐渐趋近于P_RN直至两者相等，在增大I_R之前首先判断当前的I_R是否已经大于或等于红光激光器的最大电流I_RM，如果I_R大于或等于I_RM，则返回到粗调的最开始过程，以红光的现在的输出功率为功率基准，计算其余两个激光器的所需功率。

上述调整方式的粗调过程中，将所需的电流与激光器能够承受的最大电流进行比较，对激光器起到了保护的作用；而微调过程的设置是考虑到：如果因激光器器件老化等原因导致激光器的功率-电流关系发生变化，这时在粗调过程中通过变化前的功率-电流关系计算得到的所需电流加在激光器上后，激光器的实际输出功率与所需的光功率不相等，因此微调过程通过反馈回路测量激光器的实际输出功率，并控制激光器的电流使得激光器的实际输出功率与所需光功率相等，然后更新存储在功率-电流转换单元中存储的各激光器的功率-电流对应关系，达到了进一步完善系统的目的。

这样当用户因需要改变设定的色彩平衡时，该控制系统和方法通过粗调和微调能够精确调节多个激光器的输出功率，达到新的色彩平衡；

虽然本实施例中采用了单独的存储单元用于存储预设的各激光器的功率值和各激光器的功率-电流对应关系以及各激光器的最大电流值，但实际应用中，存储单元往往集成在色彩平衡逻辑运算单元中，或者还可以通过外部信号输入存储单元储存的信息。此外，电流限制单元和功率-电流转换单元都可以集成在输出控制单元或色彩平衡逻辑运算单元中。虽然本实施例中色彩平衡所需的各激光器的功率比值存储在色彩平衡逻辑运算单元中，但是还可以采用其它方式，例如还可以通过外部信号来输入为了维持色彩平衡各激光器的所需功率的比值。

本实施例中所述的所需功率与实际功率相等，并不一定是绝对意义上的相等，也可以根据具体需要设定在差别小于特定值时(例如10^-6W)认为二者相等。类似的，对于电流的比较也可以因具体情况而设定。

虽然本发明的实施例中红光激光器、蓝光激光器和绿光激光器均采用半导体泵浦的全固态激光器，但同时也可应用于半导体激光器的情况，而且本发明的控制装置和方法可以用于采用输出功率与驱动电流具有一定对应关系的任何类型的激光器的激光显示系统中。本发明的控制装置和方法主要用于三基色激光显示系统，但却不限于此，其还可以用于可能存在的其他多基色激光显示系统。虽然，本发明的实施例中，每个激光器均具有各自的输出控制单元和功率计算单元，但实际上，各输出控制单元可以集成一体，各功率计算单元也可以集成一体。

虽然本发明中采用的一种反馈回路为分光器件将各个激光器的输出激光分出一部分用于光电探测从而获得激光器的输出功率信息的方式，但是本领域技术人员应该能够理解，反馈回路不只局限于此种方式，只要能够获取激光输出功率信息的其他反馈回路均可以应用到本发明中，例如在激光器的输出激光向光纤内耦合的同时，借助对光纤后端面散射的激光进行探测，计算激光器的实际输出功率。

另外，虽然本发明中首先以红光为基准进行逻辑运算，判断绿蓝光激光器的驱动电流是否超过各自的电流最大值，然后再以绿光为基准来判断，但是实际上这个顺序并不是固定的，可以根据需要随意设置。

尽管本发明参照上面的优选实施例做了具体描述，然而，本领域的技术人员应该理解，在本发明基础上进行的任何修改或者同等替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (15)

1.一种用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，包括，反馈回路，用于产生表征所述激光器的实际功率的信息；控制器，用于获取所述表征实际功率的信息，并计算各个激光器的所需功率，控制各激光器使其实际功率等于所述所需功率。

2.如权利要求1所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述反馈回路包括，

光电探测器，用于产生表征各激光器的实际功率的信号；

3.如权利要求1或2所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器包括，

色彩平衡逻辑运算单元，用于确定各激光器的功率基准，并根据所述功率基准计算各个激光器的所需功率；

功率计算单元，用于根据所述反馈回路返回的信息计算各激光器的实际功率。

4.如权利要求1至3之一所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器还包括功率-电流转换单元，用于将各激光器的所述所需功率转换成各激光器的所需电流。

5.如权利要求4所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器还包括电流限制单元，用于检验计算所得的所述各激光器的所述所需电流是否大于相应激光器的最大电流。

6.如权利要求4或5所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器还包括输出控制单元，用于控制各激光器的驱动电流，使其等于各激光器的所述所需电流。

7.如权利要求4至6之一所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中色彩平衡逻辑运算单元还用于将各个激光器的所述所需功率与所述实际功率进行比较，并调整所述驱动电流使得所述实际功率等于所述所需功率。

8.如权利要求4至7之一所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，所述功率-电流转换单元中的功率-电流对应关系能够根据实际功率与驱动电流之间的关系实时更新。

9.如权利要求1-8之一所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述控制器还包括存储单元，用于存储预先设定好的基本维持色彩平衡的各激光器的预设功率值、各激光器的功率与电流的对应关系以及各激光器的最大电流值。

10.如权利要求1-9之一所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置，其中所述激光器为三基色激光器。

11.一种采用如权利要求1-10之一所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置的三基色激光器显示系统。

12.一种用于具有多个激光器的显示系统的控制方法，包括以下步骤

1)产生表征所述激光器的实际功率的信息；

2)获取所述表征各激光器实际功率的信息；

3)计算各个激光器的所需功率；

4)控制各激光器使其实际功率等于所述所需功率。

13.如权利要求12所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制装置的控制方法，所述步骤1)包括

1.1)产生表征所述各激光器的实际功率的信号；

1.2)将所述表征各激光器实际功率的信号返回所述控制器。

14.如权利要求12或13所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制方法，所述步骤3)包括

3.1)确定所述多个激光器的功率基准；

3.2)根据所述功率基准计算各激光器的所需功率。

15.如权利要求12-14之一所述的用于具有多个激光器的显示系统的控制方法，步骤4)包括下面的步骤：

4.1)根据功率-电流对应关系将各激光器的所述所需功率转换成各激光器的所需电流。

4.2)检验计算所得的所述各激光器的所述所需电流是否大于相应激光器的最大电流，若存在其所需电流大于最大电流的激光器，则返回步骤3)。

4.3)控制各激光器的驱动电流，使其等于各激光器的所述所需电流。

4.4)将各个激光器的所述所需功率与所述实际功率进行比较；

4.5)调整所述驱动电流使得所述实际功率等于所述所需功率。

4.6)根据实际功率与驱动电流之间的关系更新功率-电流对应关系。

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