CN102520568A - 激光投影显示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及DMD(数字微镜元件)投影显示系统。本发明公开了一种采用激光光源的DMD投影显示系统，其控制芯片可以应用普通商用微处理器，不需要采用德州仪器公司等的专用芯片，以打破其垄断。本发明的激光投影显示系统，采用含有3基色的至少三个激光光源，通过DLP控制系统的控制，点亮各单色光源，使投射到DMD上的光线，就像色轮转动产生的不同色彩的光线一样，这些光线经过DMD的反射，在屏幕上合成投影图像。这种控制方式，可以利用激光光源控制装置MCU的一个PWM端口，模拟生成色轮反馈波形，只要该波形与所模拟的色轮转动同步，就可以象传统的UHP光源投影系统一样得到正确的图像。
Description
技术领域
本发明涉及数字光处理(DLP)技术，特别涉及DMD(数字微镜元件)投影显示系统。
背景技术
DLP是“Digital Light Procession”的缩写，即为数字光处理，也就是说这种技术要先把影像信号经过数字化处理，然后再把光投影出来。它是基于TI(美国德州仪器)公司开发的DMD来完成可视数字信息显示的技术。说得具体点，就是DLP投影技术应用了数字微镜元件作为主要关键处理元件以实现数字光学处理过程。其原理是先将光源发出的光进行均匀化，然后通过一个色轮(Color Wheel)，将光分成R(红)、G(绿)、B(蓝)三色，或者R、G、B、W(白)等更多色，再将各种色彩的光通过透镜投射在DMD芯片上，DMD芯片在接受到DLP控制系统的控制信号后，将不同色彩的光线反射到投影屏幕上形成图像。DMD芯片外观看起来只是一小片镜子，被封装在金属与玻璃组成的密闭空间内。事实上，这面镜子是由数十万乃至上百万个微镜所组成的。以XGA解析度的DMD芯片为例，在宽1cm，长1.4am的面积里有1024×768＝786432个微镜单元，每一个微镜代表一个像素，图像就由这些像素所构成。由于像素与芯片本身都相当微小，因此DMD也被业界称为微显示器。
DMD器件是DLP的基础，一个DMD包括约50～130万个微镜片聚集在CMOS硅基片上。一片微镜片表示一个象素，变换速率为1000次/秒，或更快。每一镜片下方均设有类似铰链作用的转动装置，微镜片的转动受控于DLP控制系统输出的数字驱动信号。当数字信号被写入DMD芯片的SRAM(静态随机存储器)时，静电会激活地址电极、镜片和轭板(YOKE)以促使铰链装置转动。一旦接收到相应信号，镜片会随之倾斜，从而使入射光的反射方向改变。处于投影状态的微镜片被示为“开”，并随来自SRAM的数字信号而倾斜+12°；如微镜片处于非投影状态，则被示为“关”，并倾斜-12°。与此同时，“开”状态下被反射出去的入射光通过投影透镜将影像投影到屏幕上；而“关”状态下投射在微镜片上的入射光被光吸收器吸收。简而言之，DMD的工作原理就是借助微镜反射需要的光，同时通过光吸收器吸收不需要的光来实现影像的投影，而其光照反射方向则是借助静电作用，通过控制微镜片角度来实现的。
通过对每一个镜片下的存储单元以二进制平面信号进行寻址，DMD阵列上的每个镜片以静电方式倾斜为开或关状态。决定每个镜片倾斜在哪个方向上、多长时间是通过脉冲宽度调制(PWM)技术实现控制的。通过聚光透镜以及颜色滤波系统后，来自投影灯的光线被直接照射在DMD上。当镜片在开的位置上时，它们通过投影透镜将光反射到屏幕上形成一个数字的方形像素投影图像。当DLP控制系统、DMD控制系统、光源、色轮和投影镜头协同工作时，DMD这些翻动的镜面就能够一同将图像反射到演示墙面、电影屏幕或电视机屏幕上。
传统的DMD投影显示系统通常采用UHP灯泡(超高压汞灯泡)作为光源，随着激光技术的发展，特别是半导体激光光源技术日趋成熟，采用激光光源的DMD投影显示系统已经成为一种趋势。半导体激光光源与传统的UHP光源比较，具有体积小、寿命长，色纯度高、控制方便等优点。但是，采用激光光源的DMD投影显示系统控制技术目前掌握在少数企业手中，如上面提到的德州仪器公司等。出于商业利益的考虑，这些企业并不会把针对于激光光源的控制技术向社会开放，这也就限制了各厂家对于激光光源的应用，使得没有得到其授权的厂家，无法完成激光光源的投影机的研发和生产，这对激光投影机的发展是不利的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种采用激光光源的DMD投影显示系统，其控制芯片可以应用普通商用微处理器，不需要采用德州仪器公司等的专用芯片，以打破其垄断。
本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，激光投影显示系统，包括DLP控制系统、DMD控制系统、DMD和光源系统；所述DLP控制系统用于处理视频信号并对光源系统进行控制，将光源系统发出的光投射到DMD上，所述DMD控制系统根据DLP控制系统输出的视频信号，驱动DMD对光源系统发出的光进行调制，反射到屏幕上合成图像，其特征在于，所述光源系统包括激光光源及其控制装置，所述激光光源由至少3个单色光源构成，所述单色光源发出的光至少包括3基色光，所述控制装置与DLP控制系统连接，根据DLP控制系统输出的信号分别控制各个单色光源的开启和关闭，点亮各单色光源，模拟色轮的转动。
本发明的激光投影显示系统，采用含有3基色的多个激光光源，通过DLP控制系统的控制，点亮各单色光源，使投射到DMD上的光线，就像色轮转动产生的不同色彩的光线一样，这些光线经过DMD的反射，在屏幕上合成投影图像。这种控制方式，可以利用激光光源控制装置MCU(微处理器)的一个PWM端口(这种端口在通用的商品器件上是丰富的)，模拟生成色轮反馈波形，只要该波形与所模拟的色轮转动速度一致，就可以象传统的UHP光源投影系统一样得到正确的图像。通过对控制激光光源的调制波形的整体进行相关的调整，可以适应色轮不同的时间起始相位。这种激光投影显示系统，激光光源的控制可以采用通用的商品器件MCU，彻底摆脱了专用芯片的束缚。
具体的，所述控制装置由单片机构成。
采用单片机构成激光光源控制装置，器件选择范围广泛，控制程序容易实现，成本低。
更具体的，所述单片机型号为MC9S08QG8CDTE。
这是一种具有代表性的单片机型号，其运算速度、功能扩展等资源都满足激光光源的控制要求。
进一步的，3种基色光分别为红色、黄色和蓝色。
这是一种采用最少的光源实现全彩色显示的方案，红色、黄色和蓝色三基色通过相加配色可以实现全彩色显示。
进一步的，3种基色光分别为黄色、青色和品红色。
这是一种通过相减配色实现全彩色显示的方案，具有色彩艳丽、逼真的特点，但可能需要增加一种其他色彩的激光光源。
本发明的有益效果是，可以实现在任意DLP投影系统上实现激光光源的使用，降低了对专用软件系统和器件的依赖性，使激光光源的推广变得更加便捷和容易，降低了系统成本。
附图说明
图1是实施例结构示意图；
图2是实施例的激光光源调制波形与色轮反馈波形的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明的激光投影显示系统，采用含有3基色的至少三个激光光源，通过DLP控制系统的控制，点亮各单色光源，使投射到DMD上的光线，就像色轮转动产生的不同色彩的光线一样，这些光线经过DMD的反射，在屏幕上合成投影图像。这种控制方式，可以利用激光光源控制装置MCU(微处理器)的一个PWM端口(这种端口在通用的商品器件上是丰富的)，模拟生成色轮反馈波形，只要该波形与所模拟的色轮转动同步，就可以象传统的UHP光源投影系统一样得到正确的图像。通过对控制激光光源的调制波形的整体进行相关的调整，可以适应色轮不同的时间起始相位。这种激光投影显示系统，激光光源的控制可以采用通用的商品器件，彻底摆脱了专用芯片的束缚。
实施例
本例激光投影显示系统，包括DLP控制系统、DMD控制系统、DMD和光源系统，光源系统由激光光源及其控制装置构成，参见图1。图中，DLP控制系统用于处理视频信号并对光源系统进行控制，将光源系统发出的光投射到DMD上。DMD控制系统根据DLP控制系统输出的视频信号，驱动DMD对光源系统发出的光进行调制，反射到屏幕上合成图像。本例激光光源由为红、黄、蓝3种基色光源构成，可以分别发出对应的基色光。本例激光光源的控制装置由型号为MC9S08QG8CDTE单片机构成，该控制装置与DLP控制系统连接，根据DLP控制系统输出的信号分别控制各个单色光源的开启和关闭，点亮各单色光源，模拟色轮的转动。本例中MC9S08QG8CDTE的一个PWM端口模拟生成一个色轮反馈波形，如图2所示，该反馈波形为模拟红绿白青蓝五段式色轮的反馈波形，其与红、黄、蓝3种基色光源的驱动脉冲关系如图所示：
色轮反馈波形周期为T1，在T2区域内，保持红色激光器为开启状态(对应色轮上的红色部分)；在T3区域内，保持绿色激光器为开启状态(对应色轮上的绿色部分)；在T4区域内，保持红、绿、蓝三种颜色的激光器为开启状态(对应色轮上的白色部分)；在T5区域内，保持绿色、蓝色激光器为开启状态(对应色轮上的青色部分)；在T6区域内，保持蓝色激光器为开启状态(对应色轮上的蓝色部分)。只要该波形与所模拟的色轮转动同步，就可以象传统的UHP光源投影系统一样得到正确的图像。通过对控制激光光源的调制波形(相位、占空比等进行相关调整)，可以适应色轮不同的时间起始相位。
本发明上述实施例，仅仅用于对本发明的说明，而不是对本发明的限定。本领域技术人员根据本发明的上述描述，可以有更多的实现方式。如对于3种基色光分别为黄、青和品红的方案，本领域技术人员完全可以通过改变激光光源的调制波形，得到正确的色彩和图像。这些常规变化均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.激光投影显示系统，包括DLP控制系统、DMD控制系统、DMD和光源系统；所述DLP控制系统用于处理视频信号并对光源系统进行控制，将光源系统发出的光投射到DMD上，所述DMD控制系统根据DLP控制系统输出的视频信号，驱动DMD对光源系统发出的光进行调制，反射到屏幕上合成图像，其特征在于，所述光源系统包括激光光源及其控制装置，所述激光光源由至少3个单色光源构成，所述单色光源发出的光至少包括3基色光，所述控制装置与DLP控制系统连接，根据DLP控制系统输出的信号分别控制各个单色光源的开启和关闭，点亮各单色光源，模拟色轮的转动。
2.根据权利要求1所述的激光投影显示系统，其特征在于，所述控制装置由单片机构成。
3.根据权利要求2所述的激光投影显示系统，其特征在于，所述单片机型号为MC9S08QG8CDTE。
4.根据权利要求1所述的激光投影显示系统，其特征在于，3种基色光分别为红光、黄光和蓝光。
5.根据权利要求1所述的激光投影显示系统，其特征在于，3种基色光分别为黄、青和品红。
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