CN102214451A

CN102214451A - 一种基于光波长带通滤波器的数字光处理显示系统

Info

Publication number: CN102214451A
Application number: CN2011101557019A
Authority: CN
Inventors: 李庆利; 刘一淸; 田应洪; 李小进; 王淑仙
Original assignee: East China Normal University
Current assignee: East China Normal University
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2031-06-10
Also published as: CN102214451B

Abstract

本发明公开了一种基于光波长带通滤波器的数字光处理显示系统，该显示系统包括光源控制器、白光光源、积分柱、会聚透镜、光阑、光波长带通滤波器、匀光管、中继透镜组、数字微镜器件、数字微镜控制器、变焦透镜组、成像镜头、屏幕、光波长带通滤波器控制单元、温度传感器、风扇、显示控制处理单元、数字多媒体处理单元、无线传输单元、读卡器单元、外存储器、USB接口、音视频接口、音频功放、扬声器、封闭机壳。本发明能够通过光波长带通滤波器在不同时间输出不同波长的光，再经过数字微镜器件的反射，最后在屏幕上显示出不同颜色和亮度的图像，从而实现了不需要色轮的数字光处理显示系统。

Description

一种基于光波长带通滤波器的数字光处理显示系统

技术领域

本发明涉及一种数字光处理显示装置，特别是一种基于光波长带通滤波器的数字光处理显示系统，用于全彩色图像显示技术领域。

背景技术

数字光处理是指先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来的一项技术。它是基于TI（美国德州仪器）公司开发的数字微镜元件DMD（Digital Micromirror Device）来完成可视数字信息显示的技术。数字微镜器件是一种基于半导体制造技术、由高速数字式光反射开关阵列组成的器件。数字微镜阵列采用微电子机械原理，利用铝溅射工艺，在半导体硅片上生成方形微镜面。数字微镜元件的成像靠微镜转动完成，每一个像素上都有一个可转动的微镜，微镜不同的位置对应不同的出射角度。每一个微镜相当于一个光开关，根据需要控制微镜开、关状态，实现图像显示。数字光处理显示技术就是应用数字微镜元件作为关键元件来实现数字光学处理的过程。其原理是将光源藉由一个积分器将光均匀化后，通过一个有色彩三原色的色轮，将光分成R(红)、G(绿)、B(蓝)三种颜色（这里指的是基本色轮配置，当然还可以增加其它辅助色彩，如白色、黄色、紫色等），再将这些色彩经由透镜成像在数字微镜器件表面上。以同步信号的方法，利用偏转数字微型镜片的电信号，将连续光调制为灰阶，配合R、G、B三种颜色而将色彩表现出来，最后经过镜头投影成像。

这种基于色轮的数字光处理显示技术存在以下几个缺点：一是色轮是一个机械部件，在显示过程中需要高速旋转，这就使得系统内存在机械运动，当色轮转速不够高时，将使得显示时出现“彩虹效应”，具体表现是色彩被简单地分离出明显的红、绿和蓝三种单色，看起来像彩虹一样，这是由于用一个旋转色轮来调制图像色彩而产生的，同时因为有些人的视觉系统特别灵敏，能察觉出一种彩色转换到另一种彩色的过程，而不是像大多数人那样靠视觉暂留现象把几种单色混合成新的色彩，除了某些人能把色彩分离出来，还有些人可能因为色彩的迅速变化，而产生眼睛胀痛和头痛的情况；二是控制色轮机械旋转时序和数字显像时序配合要求严格，控制相对复杂；三是所显示图像的颜色是靠色轮的三个固定的红、绿、蓝图像叠加而成，或者是增加其它辅助色彩，如白色、黄色、紫色等合成，这种方法显示的不是真彩色图像。

发明内容

本发明的目的是针对现有数字光处理显示系统中存在的不足而设计的一种基于光波长带通滤波器的数字光处理显示系统。该数字光处理显示系统使用光波长带通滤波器取代传统系统中的色轮，避免了色轮旋转的机械运动和复杂的控制时序，而是通过对系统光源发出的白光进行带通滤波获得相应颜色的光直接连续地投射到数字微镜器件表面，实现了不需要使用色轮的数字光处理显示系统，该系统只需要一个数字微镜芯片就可以实现真彩色图像的显示。其显像方法包括两种方式：

一种方式是光波长带通滤波器的中心波长只工作于R(红)、G(绿)、B(蓝)三种波长处，即白光经过光波长带通滤波器后，在控制器的控制下每次只允许中心波长为红、绿、蓝三种波长的光中的一种通过，通过时序控制其在一定的时间内分别让三种波长的光通过，最后即可以合成出需要的彩色图像。

另一种方式是不需要进行光的合成，白光经过光波长带通滤波器后，根据要显示的颜色，直接将该颜色对应波长的光滤出，其他波长的光则被截止，最后即可以显示出所需要的真彩色图像。

本发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光波长带通滤波器的数字光处理显示系统，该显示系统包括光源控制器、白光光源、积分柱、会聚透镜、光阑、光波长带通滤波器、匀光管、中继透镜组、数字微镜器件、数字微镜控制器、变焦透镜组、成像镜头、屏幕、光波长带通滤波器控制单元、温度传感器、风扇、显示控制处理单元、数字多媒体处理单元、无线传输单元、读卡器单元、外存储器、USB接口、音视频接口、音频功放、扬声器及封闭机壳。所述白光光源、积分柱、会聚透镜、光阑、光波长带通滤波器、匀光管、中继透镜组、数字微镜器件、变焦透镜组、成像镜头、屏幕依次成光路连接，并由封闭机壳完全封闭，封闭机壳内壁由吸光材料组成，对反射的杂散光完全吸收。其中白光光源控制输入端连接到光源控制器的控制输出端上，光源控制器的控制输入端连接到显示控制处理单元的控制输出端上；光波长带通滤波器的控制输入端连接到光波长带通滤波器控制单元的控制输出端，光波长带通滤波器控制单元的控制输入端连接到显示控制处理单元的控制输出端上；数字微镜控制器的控制输入端连接到显示控制处理单元的控制输出端上；变焦透镜组的控制输入端连接到显示控制处理单元的控制输出端上；温度传感器的信号输出端连接到显示控制处理单元的信号采集输入端上；风扇的控制输入端连接到显示控制处理单元的控制输出端；显示控制处理单元的信号输入端连接到数字多媒体处理单元的数据输出端；无线传输单元的输出端连接到数字多媒体处理单元的数据输入端；读卡器单元的输出端连接到数字多媒体处理单元的数据输入端；外存储器数据输出端连接到数字多媒体处理单元的数据输入端；数字多媒体处理单元设有USB接口和音视频接口单元；数字多媒体处理单元的音频输出端连接到音频功放的输入端，音频功放的输出端连接到扬声器的信号输入端。

本发明包括光路、数据采集处理和控制两部分，其中光路部分：白光光源发出的照明光束先后经过积分柱、会聚透镜、光阑后到达光波长带通滤波器，光波长带通滤波器在光波长带通滤波器控制单元的控制下对白光照明光束进行滤波，只允许选定波长的光透过到达后面的匀光管，经过中继透镜组后单波长光束照射到数字微镜器件表面上，经过数字微镜器件反射的单波长光束经过变焦透镜组和成像镜头后，照射到屏幕上；数据采集处理和控制部分：显示控制处理单元的控制输出端连接到光波长带通滤波器控制单元的控制输入端，控制其工作于选定的波长，只允许指定颜色的光通过；显示控制处理单元的控制输出端连接到数字微镜控制器的控制输入端，根据要在屏幕上不同位置显示不同颜色和亮度的需要，控制数字微镜器件相应微镜的翻转；显示控制处理单元的控制输出端连接到光路部分的变焦透镜组的控制输入端，根据成像屏幕的位置自动进行变焦控制；显示控制处理单元的信号输入端连接有温度传感器，实时测量整个系统工作的环境温度，并根据测量结果控制连接在其控制输出端上的风扇工作进行降温；显示控制处理单元的信号输入端连接到数字多媒体处理单元的数据输出端，可以接收并处理数字多媒体处理单元传输来的图像数据并将其在屏幕上显示出来；数字多媒体处理单元的输入端连接有无线传输单元，可以与其他具有无线通信功能的设备进行连接，接收无线终端设备传输的数据并存储到外存储器中，并根据需要将数据传输给显示控制处理单元进行显示；数字多媒体处理单元也可以通过连接到其输入端的读卡器单元读取各类存储卡上的多媒体数据进行存储或者投影显示；数字多媒体处理单元可以通过USB接口与USB存储设备连接并读取多媒体数据文件进行投影显示；数字多媒体处理单元也可以通过音视频接口直接接收其他多媒体播放器输出的音视频数据流，将图像视频信息在屏幕上显示，将音频信息经过功放后在扬声器上输出。

在显示系统进行实际图像显示时，显示控制处理单元首先根据待显示图像的颜色和亮度计算控制光波长带通滤波器滤波中心波长和数字微镜器件工作的时序关系，然后按照时序控制光波长带通滤波器输出不同颜色（波长）的光束，同时控制相应的数字微镜翻转，最后在屏幕上显示出所需要的彩色图像。

附图说明

图1 为本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例

下面以图1为实施例，说明本发明的结构特征，技术性能和效果。

本实施例中，光路部分依次由白光光源2、积分柱3、会聚透镜4、光阑5、光波长带通滤波器6、匀光管7、中继透镜组8、数字微镜器件9、变焦透镜组11、成像镜头12、屏幕13组成，其中白光光源2可以在光源控制器1的控制下提供亮度可调的宽光谱范围的白光照明；光波长带通滤波器6可以在光波长带通滤波器控制单元14的控制下使得选定颜色的光透过；变焦透镜组11可以在显示控制处理单元17的控制下进行成像的自动变焦；经过数字微镜器件9反射的单波长光最后经过成像镜头12照射到屏幕13上，光路部分由封闭机壳26完全封闭；温度传感器15的信号输出端连接到显示控制处理单元17的信号输入端，通过温度传感器15来测量工作环境的温度，并根据需要控制风扇16工作；数字多媒体处理单元18的数据输出端连接到显示控制处理单元17的输入端，可以将外设的多媒体数据传输给显示控制处理单元17并最终投影在屏幕13上；无线传输单元19的输出端连接到数字多媒体处理单元18的输入端，用于与外设进行无线数据传输；读卡器单元20的输出端连接到数字多媒体处理单元18的输入端，用于读取各种存储卡中的多媒体数据；数字多媒体处理单元18的USB接口22可以通过USB口与其他存储设备进行连接和数据的传输；数字多媒体处理单元18的视频接口23可以直接接收各类播放器输出的视频信号；数字多媒体处理单元18输出的音频信号经过音频功放24后，通过扬声器25输出。

本发明通过使用光波长带通滤波器代替传统使用的色轮，避免了色轮旋转的机械运动，并且可以根据显示颜色的需要每次只允许单波长（颜色）的光通过，按照时序控制光波长带通滤波器和数字微镜器件工作即可以在屏幕上显示不同颜色和亮度的图像信息，从而实现了具有多媒体数据处理和播放功能的数字光处理显示系统。

Claims

1.一种基于光波长带通滤波器的数字光处理显示系统，其特征在于该显示系统包括光源控制器（1）、白光光源（2）、积分柱（3）、会聚透镜（4）、光阑（5）、光波长带通滤波器（6）、匀光管（7）、中继透镜组（8）、数字微镜器件（9）、数字微镜控制器（10）、变焦透镜组（11）、成像镜头（12）、屏幕（13）、光波长带通滤波器控制单元（14）、温度传感器（15）、风扇（16）、显示控制处理单元（17）、数字多媒体处理单元（18）、无线传输单元（19）、读卡器单元（20）、外存储器（21）、USB接口（22）、音视频接口（23）、音频功放（24）、扬声器（25）及封闭机壳（26），所述白光光源（2）、积分柱（3）、会聚透镜（4）、光阑（5）、光波长带通滤波器（6）、匀光管（7）、中继透镜组（8）、数字微镜器件（9）、变焦透镜组（11）、成像镜头（12）、屏幕（13）依次成光路连接并由封闭机壳（26）完全封闭；光源控制器（1）的控制输入端连接到显示控制处理单元（17）的控制输出端；光波长带通滤波器（6）的控制输入端连接到光波长带通滤波器控制单元（14）的控制输出端，光波长带通滤波器控制单元（14）的控制输入端连接到显示控制处理单元（17）的控制输出端；数字微镜控制器（10）的控制输入端连接到显示控制处理单元（17）的控制输出端；变焦透镜组（11）的控制输入端连接到显示控制处理单元（17）的控制输出端；温度传感器（15）的信号输出端连接到显示控制处理单元（17）的信号输入端；显示控制处理单元（17）的控制输出端连接到风扇（16）的控制输入端；数字多媒体处理单元（18）的数据输出端连接到显示控制处理单元（17）的数据输入端；无线传输单元（19）的输出端连接到数字多媒体处理单元（18）的输入端；读卡器单元（20）的输出端连接到数字多媒体处理单元（18）的输入端；外存储器（21）的输出端连接到数字多媒体处理单元（18）的输入端；数字多媒体处理单元（18）连接有USB接口（22）和音视频接口（23）；数字多媒体处理单元（18）的输出端连接到音频功放（24）的输入端，音频功放（24）的输出端连接到扬声器（25）。

2.根据权利要求1所述的基于光波长带通滤波器的数字光处理显示系统，其特征在于所述的光波长带通滤波器（6）能够工作于R(红)、G(绿)、B(蓝)三种光波长处，也能够工作于可见光范围内的任何指定波长处。

3.根据权利要求1所述的基于光波长带通滤波器的数字光处理显示系统，其特征在于所述的封闭机壳（26）内壁由吸光材料组成，能够吸收杂散光。