CN103403617B - 图像投影装置和控制光源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的为根据输入图像控制用作光源的激光器，同时始终满足激光束的安全标准。投影仪包括：激光器，为多种颜色的每一个提供该激光器以发射各个颜色的激光束；二向色镜，其合成由各个颜色的激光器发射的各个颜色的激光束；LCOS面板，其根据图像信号调制由二向色镜合成的合成光束；投影透镜，其投影由LCOS面板调制的合成光。投影仪的处理单元：根据图像信号，得出由各个颜色的激光器发射的各个颜色的激光束的功率比；根据该功率比，在各个颜色的发射光束的功率的上限满足激光束安全标准的范围内，得出该上限；并且调整由激光器发射的激光束，以便由投影透镜发射的各个颜色的发射光束不超出该上限。

Description

图像投影装置和控制光源的方法

技术领域

本发明涉及图像投影装置和控制光源的方法，更具体地说，涉及将激光器用作光源的图像投影装置和控制该光源的方法。

背景技术

近年来，积极地开发了将激光器用作光源的投影仪。在下述方面，将激光器用作光源优于将灯用作光源。能易于减小光源本身的尺寸和重量。由于激光器的小光学扩展量，能提高投影效率。光源本身能实现增加的发光效率。激光器显示出高单色性，由此使得提高再现性。激光器消除了对有害物质汞的需要。

作为将激光器用作光源的投影仪，已经实现了具有约10流明的亮度的小的便携式投影仪。然而，具有约10流明的亮度的投影仪难以当在投影仪周围明亮时提供足够的对比度的同时允许投影屏幕的尺寸进一步增加。由此，为进一步增加投影仪亮度，已经促使开发用作光源和具有增加的输出水平的激光器。

另一方面，当激光器被用作光源时，需要满足在国际标准IEC（International Electrotechnical Commission：国际电工委员会）60825-1中规定的激光器安全标准。IEC 60825-1对多个激光器分类1、2、3R和3B的每一个，规定了作为激光器安全标准的可达发射极限（AEL：accessible emission limit）。可达发射极限是指根据激光的波长和激光的发射持续时间，对每一激光器分类可容许的激光的最大可达发射水平。

由此，对于将激光器用作光源的投影仪，还需要根据IEC 60825-1的规定，确定激光器分类。此外，还能使用各个激光器分类的AEL值，确定能由投影仪投影的最大光通量（maximum amount of luminousflux）。例如，小的便携式投影仪被粗略地分类成：以逐个像素为基础顺序地投影图像的扫描型，和当使用LCOS（Liquid-Crystal-On-Silicon：硅基液晶）元件时投影图像的所有像素的LCOS型；而且，已经发现对同一激光器分类1或2，LCOS投影仪具有比扫描型更大的可投影最大光通量。这是因为例如LCOS型花费比扫描型更长的图像投影时间。

因此，LCOS投影仪能使投影屏幕比扫描投影仪更亮。如果使用商业上可获得的激光器生产小的LCOS投影仪，则该投影仪被粗略地分类成激光器分类1或2。

如上所述，为提高投影仪的亮度，正促使开发具有增加的输出水平的激光器。即使分类在激光器分类3R或更高中的LCOS投影仪也可能实现。在这种情况下，期望将投影仪设计成被分类成预定激光器分类。专利文献1公开了满足激光光源的安全标准的投影仪的设计技术。此外，需要控制光源以便由光源发射的激光的功率减小到小于额定值的值，以致允许投影仪的激光器分类被分类到预定激光器分类中。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：JP2009-116163A

发明内容

在IEC 60825-1中规定的可达发射极限AEL取决于用作光源的激光器的操作条件而变化。

通常，使用激光器的投影仪当投影白图像时，显示出最大可达发射水平。因此，将由光源发射的激光的功率设定成当投影白图像时不超出用于预定激光器分类的AEL。然而，对于其中光源在不取决于输入图像的情况下在给定的开启时间以给定功率发射激光的投影仪，难以防止光源消耗电力。此外，由于激光器的操作条件不取决于输入图像而变化，如果投影红色图像等等，难以通过使由光源发射的特定颜色的激光束的功率高于对于白色图像以相同颜色的激光束的功率，来增加图像的亮度。

另一方面，对于激光器的操作条件取决于输入图像而变化的投影仪，可达发射极限AEL取决于激光器的操作条件而变化，由此，投影仪的可达发射水平可能不利地超出预定激光器分类的AEL。

本发明的目的是提供图像投影装置和控制光源的方法，其中，根据输入图像控制用作光源的激光器，并且总满足激光的安全标准。

根据本发明的图像投影装置包括：光源，为多种颜色的每一个提供该光源以发射各个颜色的激光束；合成元件，其合成由各个颜色的光源发射的各个颜色的激光束；光学调制元件，其根据图像信号调制由通过合成元件合成而得到的合成光；投影透镜，其投影由光学调制元件调制的合成光；以及控制器，该控制器：在接收到图像信号时，根据图像信号，确定由各个颜色的光源发射的各个颜色的激光束的功率比；根据该功率比，在各个颜色的所投影的激光束的功率的上限值满足激光束的安全标准的范围内，确定该上限值；并且调整由光源发射的各个颜色的激光束，以便防止由投影透镜投影的各个颜色的所投影的光束超出该上限值。

根据本发明的控制光源的方法是控制用于图像投影装置的光源的方法，该图像投影装置包括：光源，为多种颜色的每一个提供该光源，以发射该颜色的激光束；合成元件，其合成由各个颜色的光源发射的各个颜色的激光束；光学调制元件，其根据图像信号调制由通过合成元件合成而得到的合成光；投影透镜，其投影由光学调制元件调制的合成光；该方法包括：在接收到图像信号时，根据图像信号，确定由各个颜色的光源发射的各个颜色的激光束的功率比；根据该功率比，在各个颜色的所投影的激光束的功率的上限值满足激光束的安全标准的范围内，确定该上限值；并且调整由光源发射的各个颜色的激光束，以便防止由投影透镜投影的各个颜色的所投影的光束超出该上限值。

有益效果

本发明能满足激光的安全标准，同时防止用作光源的激光器消耗电力。

附图说明

图1是示出根据第一示例性实施例的图像投影装置的构造的例子的图。

图2是示出各个颜色的激光束的发射定时的图。

图3是示出用于测量可达发射水平的构造的图。

图4是示出取决于开启占空比而变化的γ_max的图。

图5是示出控制光源的方法的处理过程的例子的流程图。

图6是示出根据第二示例性实施例的控制光源的方法的流程图。

图7是示出同时开启各个颜色的激光器的时段的图。

图8是示出当独立地开启各个颜色的激光时的时段和当同时开启各个颜色的激光器时的时段的图。

图9是示出根据第三示例性实施例，取决于开启占空比而变化的γ_max的图。

图10是示出根据第三示例性实施例的控制光源的方法的流程图。

图11是示出取决于红色和蓝色的开启占空比而变化的γ_max的图。

图12是示出根据第四示例性实施例的控制光源的方法的流程图。

具体实施方式

在下文，将参考图描述示例性实施例。

图1是示出根据第一示例性实施例的投影仪的框图。

投影仪10是LCOS图像投影装置。投影仪10包括红色激光器1、绿色激光器2、蓝色激光器3、十字棱镜4、二向色镜5、光学元件6、偏振分束器（PBS）7、LCOS面板8、投影透镜9和处理器11。

红色激光器1是在每一帧时段内发射红色激光束的光源。帧时段有时称为预定时段。红色激光器1例如由激光二极管（LD：Laser Diode）实现。

绿色激光器2是在每一帧时段内发射绿色激光束的光源。绿色激光器2例如由使用SHG（Second Harmonic Generation：二次谐波发生器）的激光器或激光二极管实现。

蓝色激光器3是在每一帧时段内发射蓝色激光束的光源。蓝色激光器3例如由激光二极管实现。

十字棱镜4合成由蓝色激光器3发射的激光束和由绿色激光器2发射的激光束，并且将所得到的合成的光输出到二向色镜5。

二向色镜5通常能称为合成元件。

二向色镜5合成由各个颜色的激光器1至3发射的各个颜色的激光束。在第一示例性实施例中，二向色镜5合成由十字棱镜4输出的光和由红色激光器1发射的激光束，并且将所得到的合成光输出到光学元件6。

光学元件6整形由二向色镜5输出的合成光的光束轮廓（beamprofile）并且将所得到的合成光输出到偏振分束器7。光学元件6包括例如衍射光学元件和场透镜。

偏振分束器7用于将由光学元件6输出的合成光的偏振方向调整到LCOS面板8的偏振轴。偏振分束器7利用具有被调整到LCOS面板8的偏振轴的偏振方向的合成光照射LCOS面板8。

LCOS面板8通常能够被称为光学调制元件。

LCOS面板8是液晶面板，在从处理器11接收表示图像的图像信号后，根据该图像信号，调制由通过二向色镜5的合成而得到的合成光。根据该第一示例性实施例，LCOS面板8根据图像信号调制由偏振分束器7发射的合成光。LCOS面板8将所调制的合成光经由偏振分束器7输出到投影透镜9。

投影透镜9投影由LCOS面板8调制的合成光。根据第一示例性实施例，投影透镜9将由偏振分束器7输出的所调制的合成光作为图像投影到屏幕上。

处理器11通常能够被称为控制器。

处理器11对于在IEC 60825-1中规定的各个激光器分类，存储计算作为激光的安全标准的可达发射极限ALE所需的AEL信息。

在接收到作为输入图像的图像信号时，处理器11根据图像信号确定由各个颜色的激光1至3发射的各个颜色的激光束的功率比，并且根据该功率比确定各个颜色的投影光的功率的上限值，使得满足可达发射极限AEL。处理器11调整由激光器1至3发射的激光束，以便防止由投影透镜9投影的各个颜色的投影光的功率超出上限值。

根据第一示例性实施例，处理器11使用各个颜色的激光束的功率比和各个颜色的上限值来计算帧时段内各个颜色的激光束的开启时间。第一示例性实施例将与帧时段除以开启时间相等的开启占空比用作开启时间。

对各个颜色的激光束，处理器11通过将激光束的功率除以该激光束的开启时间来计算激光束的发光强度。发光强度也称为峰值功率（功率密度）。

处理器11控制各个颜色的激光器1至3的每一个，以便对于所计算的开启时间，该激光器以所计算的发光强度发射激光束。具体地，处理器11为各个颜色的激光器1至3的每一个提供指示相应开启时间和发光强度的控制信号，以便调整由各个颜色的激光器1至3发射的激光束。

已经结合将LCOS面板8用作用于投影仪10的光学调制元件的例子描述了第一示例性实施例。然而，可以使用DLP（Digital LightProcessing：数字光处理）代替LCOS面板8。

图2是示出各个颜色的激光器1至3的开启时间的图。

图2示出了，在一个帧时段（1/f）中包括了红色激光器1的开启时间t_R、绿色激光器2的开启时间t_G、蓝色激光器3的开启时间t_B，以及消隐时间t_b。

如图2所示，在一个帧时段内按下述顺序发射激光束：红色激光器1、绿色激光器2和蓝色激光器3。即，激光器1至3在不同定时发射激光束。此外，来自各个颜色的激光器1至3的每一个的激光束在开启时段内具有恒定发光强度（峰值功率）。此外，由公式1表达一个帧时段。在公式中，f表示帧速率（frame rate）。

[公式1]

t_R+t_G+t_B+t_b＝l/f

...公式1

现在，将描述用于确定投影仪10的激光器分类的方法。

图3是示出用于测量在IEC 60825-1中示出的可达发射水平的构造的图。图3假定由投影仪（在下文中称为“投影光”）投影的合成光入射人的瞳孔，然后投影光结合到视网膜上。

激光器分类的确定包含将由图3所示的构造测量的可达发射水平E_aperture与在IEC 60825-1中规定的各个激光器分类的可达发射极限AEL进行比较。然后，识别满足公式2的可达发射极限AEL。将具有可达发射极限AEL的激光器分类确定为投影仪10的激光器分类。

[公式2]

E_aperture＜AEL

...公式2

此外，由公式3表达投影光的总功率P_image与可达发射水平E_aperture之间的关系。

[公式3]

E_aperture＝η·P_image

...公式3

在公式3中，η是由投影仪10和用于测量可达发射水平E_aperture的构造确定的系数并且小于1。

公式3指示可达发射水平E_aperture与投影光的总功率P_image具有比例关系。此外，使用公式2和公式3获得公式4。

[公式4]

P_image＝AEL·η^-1

...公式4

如公式4所示，预定系数η允许通过确定投影光的总功率P_image来确定投影仪10的激光器分类。此外，当将投影仪10的激光器分类调整成预定激光器分类时，需要投影光的总功率P_image小于公式4的右侧的值。

接着，将描述用于确定激光器分类的可达发射极限AEL。

在投影仪10中，如图2所示，以时分方式顺序地开启由红色激光器1、绿色激光器2、蓝色激光器3发射的各个颜色的激光束。因此，红色激光器1、绿色激光器2、蓝色激光器3对应于重复脉冲激光器和调制激光器。对重复脉冲激光器和调制激光器的安全标准，规定了三种可达发射极限AEL。在这种情况下，使用三种AEL的最严格条件AEL。

此外，各个颜色的激光束具有不同波长。由此，红色激光束的AEL_R、绿色激光束的AEL_G和蓝色激光束的AEL_B具有不同值。由此，根据激光器分类，投影仪10需要满足公式5。

[公式5]

E_aperture，R＜AEL_R，E_aperture，G＜AEL_G，E_aperture，B＜AEL_B

...公式5

此外，投影仪10合成用于投影的各个颜色的激光束，由此需要考虑各个颜色的激光束的重叠。因此，需要满足公式6。

[公式6]

$\frac{E_{\mathrm{aperture},R}}{{\mathrm{AEL}}_R}+\frac{E_{\mathrm{aperture},G}}{{\mathrm{AEL}}_G}+\frac{E_{\mathrm{aperture},B}}{{\mathrm{AEL}}_B}<1$

...公式6

比较公式5和公式6，公式6表达比公式5更严格的条件，由此，使用公式6确定激光器分类。使用满足公式6的各个颜色的激光束的可达发射水平（E_aperture，R，E_aperture，G和E_aperture，B），由公式7表达投影光的总功率P_image。

[公式7]

P_image＝(E_aperture，R+E_aperture，G+E_aperture，B)·η^-1

...公式7

如上所述，由于对各个激光器分类规定了可达发射极限AEL，将公式6用于激光器分类的各个AEL，确定投影仪10的激光器分类。

现在，鉴于近来小的便携式投影仪的亮度增加，将描述激光器分类2的AEL。

在投影仪10中，红色激光器1发射具有约640nm的波长的激光束。绿色激光器2发射具有约530nm的波长的激光束。蓝色激光器3发射具有约445nm的波长的激光器。

此外，一个帧时段为“3.33ms”。基于开启占空比，设定一个帧时段内的红色激光器1、绿色激光器2和蓝色激光器3的每一个的开启时间（脉冲宽度）。该第一示例性实施例将开启占空比设定成大于0.5%（开启时间：18μs）的值。

应用于具有18μs至10s的开启时间（可达发射时间）的激光光源的单一脉冲的AEL_single由以下表达：

[公式8]

AEL_single＝7×10^-4t^0.75C₆ [J]

...公式8

在公式8中，t表示激光器的开启时间（例如t_R、t_G或t_B），并且C₆表示取决于用作光源的激光器的视角的校正系数。

此外，与为激光器分类2定义的各个颜色的激光束的波长区对应的时间基准为“0.25s”。由此，对于在0.25s的基准时间内的单一脉冲的AEL_s.p.T由以下表达：

[公式9]

AEL_s.p.T=C₆×10^-3 [W]

...公式9

此外，通过将AEL_single乘以校正系数C5获得的AEL_s.p.train由以下表达：

[公式10]

AEL_s.p.train＝AEL_single·C₅ [J]

...公式10

在公式10中，C₅表示通过将在0.25s的基准时间内的脉冲串中包含的脉冲的数量N（1或更大的值）提高到-025次幂计算的校正系数。然后，将AEL_s.t.train转换成脉冲串的平均功率。在这种情况下，将一个脉冲分配到每一激光束的一个帧时段，由此，帧速率f等于激光器1至3的重复频率。由此，所转换的AEL_s.t.train由以下表达：

[公式11]

AEL_s.p.train＝7×10^-4t^0.75C₆·N^-0.25·f

＝C₆·0.99×10^-3·(f·t)^0.75 [W]

...公式11

在这种情况下，N=0.25f，f×t表示开启占空比，其不大于1。

公式8和公式10之间的比较指示由于公式10中的脉冲数N具有1或更大的值，因此AEL_s.p.train小于AEL_single。此外，公式9和公式11之间的比较指示由于公式11中的（f×t）具有1或更小的值，AEL_s.p.train小于AEL_s.p.T。由此，在更严格条件公式11中的AEL_s.p.train被用于确定激光器分类。

在激光器分类的确定中，取决于各个颜色的激光器1至3的开启条件而确定AEL。因此，对应于图2中所示的各个颜色的激光器1至3的开启条件的AEL_R、AEL_G和AEL_B由以下表达：

[公式12]

AEL_R＝C₆·0.99×10^-3·(f·t_R)^0.75 [W]

AEL_G＝C₆·0.99×10^-3·(f·t_G)^0.75 [W]

AEL_B＝C₆·0.99×10^-3·(f·t_B)^0.75 [W]

...公式12

通过将公式12中的AEL_R、AEL_G和AEL_B进一步代入公式6，能确定激光器分类。此外，能计算以激光器分类2投影的激光的最大功率。

现在，将描述能由对应于激光器分类2的投影仪10投影的投影光的功率的上限值。

通常设定各个颜色的投影光束的功率比，以便能将各个颜色的光束混合成白色。由此，投影仪10允许各个颜色的激光器1至3以光束混合成白色的各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）发射激光束。此外，m_R+m_G+m_B=1。

此外，投影光的功率和可达发射水平具有如公式3所示的比例关系，由此，各个颜色的激光束的可达发射水平的比为m_R:m_G:m_B。因此，当各个颜色的激光束的可达发射水平被表达为E_R=γ×m_R，E_G=γ×m_G和E_B=γ×m_B时，公式6由以下表达：

[公式13]

$\frac{E_R}{{\mathrm{AEL}}_R}+\frac{E_G}{{\mathrm{AEL}}_G}+\frac{E_B}{{\mathrm{AEL}}_B}=(\frac{m_R}{{\mathrm{AEL}}_R}+\frac{m_G}{{\mathrm{AEL}}_G}+\frac{m_B}{{\mathrm{AEL}}_B})\&CenterDot;\mathrm{\&gamma;}<1$

...公式13

其中，将公式13的左侧设定成1的γ被定义为γ_max。通过将使公式13的左侧的括号中的值最小化的AEL_R、AEL_G和AEL_B组合来最大化值γ_max。在满足各个颜色的AEL的范围内，确定各个颜色的可达发射水平的上限值（E_Rmax=γ_max×m_R，E_Gmax=γ_max×m_G和E_Bmax=γ_max×m_B）。由此，在满足AEL的范围内，确定各个颜色的投影光束的功率的上限值（P_Rmax=η^-1×E_Rmax，P_Gmax=η^-1×E_Gmax和P_Bmax=η^-1×E_Bmax）。

通过用于使公式12中的C₆最大化的条件和各个颜色的开启占空比的最佳组合的条件，获得最小化γ_max的AEL_R、AEL_G和AEL_B的组合。

C₆是由激光器的视角确定的校正系数，并且具有取决于光学设计的值并且对各个颜色的激光器1至3共用。

另一方面，对各个颜色的激光器1至3，能可选地设定各个颜色的开启占空比，并且根据m_R:m_G:m_B，存在开启占空比的适当组合。

将描述计算各个颜色的开启占空比的适当组合的例子。

图4是示出取决于开启占空比而变化的γ_max的图。图4示出了相对于t_R和t_G的γ_max的可能值。t_B是由t_R和t_G唯一确定的，由此被省略。

在图4中，各个颜色的激光束分别具有640nm、530nm和445nm的波长。因此，表达白色（x，y）=（0.3127，0.3290）的各个颜色的投影光束的功率比为（0.473:0.310:0.217）。

此外，将校正系数C₆假定成“26.3”。校正系数C₆=26.3对应于光源α=40mrad的视角。此外，各个颜色的开启占空比的和被采用为0.85（=f×（t_R+t_G+t_B））。消隐占空比为“0.15”。

如图4所示，γ_max的值取决于各个颜色的开启占空比的组合而变化。图4示出了用于将γ_max设定成最大值10.3mW的各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）在（0.36，0.28，0.21）附近。有时将最大化γ_max的、各个颜色的开启占空比的组合称为各个颜色的开启占空比的最佳组合。

这指示根据各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B），存在各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）。

根据第一示例性实施例，处理器11使用公式12和公式13获取各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B），根据该功率比确定γ_max的最大值，并且确定各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）以便最大化γ_max。通过γ_max的最大值，确定满足该颜色的AEL的各个颜色的投影光束的功率的上限值。

例如，处理器11使用用于评价的公式14来确定各个颜色的开启占空比的最佳组合。具体地，处理器11计算各个颜色的开启占空比，使得各个颜色的开启占空比的和为给定值，并且使得各个颜色的通过将相应颜色的激光束的功率比除以该激光束的开启占空比的幂值而获得的除法值的和被最小化。在公式14中，为简化表示，将各个颜色的占空比（f×t_R，f×t_G，f×t_B）表示为（d_R，d_G，d_B）。

[公式14]

$\frac{m_R}{d_R^{0.75}}+\frac{m_G}{d_G^{0.75}}+\frac{m_b}{d_B^{0.75}}$

...公式14

在确定各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）后，处理器11能根据各个颜色的开启占空比，确定各个颜色中的投影光束的峰值比（P_Rmax/（f×t_R），P_Gmax/（f×t_G），P_Bmax/（f×t_B））。

因此，处理器11将各个颜色的投影光束的峰值功率（P_Rmax/（f×t_R），P_Gmax/（f×t_G），P_Bmax/（f×t_B））除以投影仪10的光利用率，以确定激光束的发光强度。如果激光的发光强度超出能由激光器1至3发射的光强度，则处理器11重新调整各个颜色的激光束的发光强度，而不改变各个颜色的投影光束的功率比。

现在，将描述根据第一示例性实施例的投影仪10的操作。

图5是示出用于控制光源的方法的处理过程的流程图。图5采用处理器11将用于各个激光器的激光器1至3的色度坐标、可达发射水平与投影光的功率的比η、激光器1至3与屏幕之间的光利用率和投影仪10的视角α（或校正系数C₆）预存为AEL信息。

首先，处理器11获取将被投影的各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）（步骤S911）。

处理器11通过使用公式12和13确定γ_max的最大值，以根据各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B），在满足AEL的范围内，确定各个颜色的投影光束的上限值，并且确定将γ_max设定成最大值的各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）（步骤S912）。

处理器11使用各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）来计算从各个颜色的激光器1至3发射的峰值功率（步骤S913）。

根据第一示例性实施例，投影仪10包括：激光器1至3，其为多个颜色的每一个提供，以发射各个颜色的激光束；二向色镜5，其合成由各个颜色的激光器1至3发射的激光束；LCOS面板8，其根据图像信号调制由通过二向色镜5合成而得到的合成光；以及投影透镜9，其投影由LCOS面板8调制的合成光。在接收到图像信号时，处理器11：根据图像信号，确定由激光器1至3发射的各个颜色的激光束的功率比；根据该功率比，在满足可达发射极限（AEL）的范围内，确定各个颜色的投影光束的功率的上限值；并且调整由激光器1至3发射的激光束，以便防止由投影透镜9投影的各个颜色的投影光束超出上限值。可达发射极限AEL是在IEC90825-1中规定的激光的安全标准。

由此，在接收到图像信号时，投影仪10能控制激光器1至3以便防止由各个颜色的激光器1至3发射的激光束超出可达发射极限AEL。由此，第一示例性实施例使得能够根据图像信号控制激光器1至3，同时总满足在IEC 60825-1中规定的激光的安全标准。

此外，根据第一示例性实施例，处理器11使用各个颜色的激光束的功率比和用于该颜色的上限值来计算帧时段内激光束的开启时间，并且将激光束的功率除以该激光束的开启时间来计算激光束的发光强度（峰值功率）。处理器11允许各个颜色的激光器1至3的每一个在所计算的开启时间以所计算的发光强度发射激光束。

因此，投影仪10能控制各个颜色的激光器1至3的每一个以便防止激光束的功率超出可达发射极限AEL。

此外，根据第一示例性实施例，处理器11计算在帧时段内各个颜色的激光束的开启时间，以便帧时段内各个颜色的激光束的开启时间的和为指定值，并且使通过将相应颜色的激光束的功率比除以该帧时段内激光束的开启时间的幂值获得的除法值的每一个的和被最小化。

因此，投影仪10能够在满足可达发射极限AEL的范围内最大化各个颜色的激光束的功率。因此，投影仪10能在满足激光器安全的安全标准的范围内提高亮度。

此外，根据第一示例性实施例，激光器1至3在不同定时发射各个颜色的激光束。处理器11确定帧时段内各个颜色的开启时间的和的值，并计算帧时段内各个颜色的激光束的开启时间，使得帧时段内的开启时间的和为给定值，并且使得通过将相应颜色的激光束的功率比除以帧时段内激光束的开启时间的幂值获得的除法值的每一个的和被最小化。

因此，投影仪10能在满足AEL的范围内，最大化各个颜色的激光束的功率，而不改变帧时段内各个颜色的开启时间的和。

投影仪10可以在处理器11的存储器中预存预定时间阈值和预定强度阈值。处理器11可以计算等于相应预定时间阈值或比相应预定时间阈值长的激光束的开启时间，以及等于或低于相应预定强度阈值的激光束的发光强度。然后，如果DLP被用作光学调制元件，能提供最小所需开启时间来获得预定灰度级。此外，投影仪10能防止将不能由激光器1至3实现的开启时间和发光强度的指令赋予激光器1至3，由此根据激光器1至3的性能调整激光束。因此，投影仪10能根据激光器1至3的规格来设定激光器1至3，同时满足激光的安全标准。

现在，将描述根据第二示例性实施例的投影仪。第二示例性实施例的基本构造与第一示例性实施例的基本构造类似。

各个像素的颜色和像素数基于亮度的分布根据由多个像素形成的图像而变化。因此，各个颜色的投影光束的所需功率根据各个像素的颜色和像素数基于亮度的分布而变化。

由此，根据第二示例性实施例，处理器11根据各个像素的颜色和像素数基于亮度的分布，来确定图像的颜色或亮度。然后，处理器11根据图像的颜色或亮度，增加或减小由激光器1至3的相应一个发射的各个颜色的激光束的功率。例如，当投影暗图像时，处理器11根据图像的亮度，将由激光器1至3发射的激光束的功率设定为比投影亮图像时低。

另一方面，当对红色等等的图像增加亮度时，处理器11增加由特定颜色的激光器发射的激光束的功率。然而，需要适当地设定各个颜色的激光器1至3的操作条件，以便允许将激光器分类成预定激光器分类。

能如在第一示例性实施例情况下确定激光器1至3的操作条件。处理器11通过确定在图像信号中所示的每一图像中的各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B），调整各个颜色的激光束，并且确定最大化γ_max的值的、各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）。由此，根据图像的亮度，确定各个颜色的激光器1至3的峰值功率。根据公式13，计算投影仪10的亮度的上限值。

图6是示出根据第二示例性实施例的控制光源的方法的流程图。图6采用处理器11预存各个颜色的激光器1至3的色度坐标、可达发射水平与投影光的功率的比η、激光器1至3和屏幕之间的光利用率，以及投影仪10的视角α。

在接收到图像信号时，处理器11根据图像信号中所示的每一图像的亮度，确定各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）（步骤S921）。各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）是指当在贯穿该时段保持LCOS面板8开启时获得的投影光束的功率比。期望该状态是使各个颜色的投影光束的功率最大化的最严格条件。

例如，处理器11基于在各个颜色的图像信号中所示的亮度的最大值，计算各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）。替代地，结合在各个颜色的图像信号中所示的每一像素的亮度，处理器11可以使用对应于所有像素的上面的10%的像素的亮度来计算各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）。

处理器11使用各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）来确定γ_max的最大值以及各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）（步骤S922）。

接着，处理器11使用各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）来计算各个颜色的激光束的峰值功率（步骤S923）。即，处理器11基于图像信号中所示的图像中的颜色的亮度，计算各个颜色的激光束的峰值功率。例如，处理器11将γ_max的最大值与图像信号中所示的每一像素的亮度的最大值关联，并且根据图像信号中所示的像素的亮度，计算峰值功率。

对各个颜色的投影光束的各个功率比（m_R:m_G:m_B），唯一地确定γ_max的最大值以及各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）。因此，处理器11可以预存对应的表，在该表中，将各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）与各个颜色的开启占空比的最佳组合关联。每次确定各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）时，处理器11参考对应的表来确定各个颜色的开启占空比的最佳组合，由此确定各个颜色的激光束的峰值功率。

根据第二示例性实施例，处理器11基于图像信号中所示的像素的亮度的分布，确定图像信号中所示的各个颜色的亮度。然后，处理器11根据图像的亮度，确定各个颜色的激光束的功率比。然后，根据各个颜色的激光束的功率比，在满足AEL的范围内，处理器11确定各个颜色的投影光束的功率的上限值。处理器11进一步使用各个颜色的激光束的功率比和用于该颜色的上限值来计算该颜色的开启占空比和该颜色的激光束的峰值功率。

因此，根据第二示例性实施例的投影仪允许激光器1至3以图像信号中所示的每一图像所需的最小功率发射激光束。由此，投影仪可以总满足可达发射极限AEL，同时减少各个颜色的激光器1至3的功耗。

此外，即使使投影在屏幕上的特定颜色更亮，也能计算满足公式13的、各个颜色的开启占空比，以允许调整各个颜色的激光束的功率，使得不超出用于预定激光器分类的AEL。由此，投影仪能根据图像信号控制各个颜色的激光器1至3，同时总满足可达发射极限AEL。

现在，将描述根据第三示例性实施例的投影仪。第三示例性实施例的基本构造与第一和第二示例性实施例的基本构造类似。

第三示例性实施例同时开启各个颜色的激光器1至3，以便增加投影光束的功率。如第一示例性实施例，第三示例性实施例将表示白色（x，y）=（0.3127，0.3290）的各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）采用为（0.473:0.310:0.217）。该第三示例性实施例还将校正系数C₆采用为“26.3”。

图7是示出在同时开启各个颜色的激光器1至3的时段的图。消隐时间t_b为“0.15”。如图7所示，投影在屏幕上的所有像素均为白色，并且同时开启各个颜色的激光器1至3。

如图7所示，各个颜色的激光器1至3的开启占空比均相等，f×t_R=f×t_G=f×t_B。因此，由于各个颜色的开启占空比相等，公式12中各个颜色的AEL也均相等。

此外，处理器11使用公式13将γ_max的最大值计算为23.0mW。用于γ_max的最大值23.0mW对应于与根据第一示例性实施例的γ_max的、由最大值提供的功率10.3mw一样高的功率的约2.3倍。这是因为各个颜色的占空比的增加使根据公式12和13计算的AEL和γ_max的最大值增加。

然而，图7所示的用于激光器1至3的开启条件允许仅再现每个包括具有相同颜色的所有像素的图像。由此，将描述一个例子，其中，帧时段包括分别地开启各个颜色的激光器1至3的时段和同时地开启各个颜色的激光器1至3的时段。

图8是示出用于独立地开启各个颜色的激光器1至3的每一个和用于同时地开启激光器1至3的开启定时的图。图8示出均包括在一帧（1/f）中的仅开启红色激光器1的开启时间t_R、仅开启绿色激光器2的开启时间t_G、仅开启蓝色激光器3的开启时间t_B、同时开启时间t_w，以及消隐时间t_b。同时开启时间也称为特定时间。

如图8所示，激光器1至3的每一个仅在开启时间内的同时开启时间期间与其他激光器一起发射激光束。因此，在一帧时段内，每一激光器1至3开启两次。由此，使用由公式15表达的总时间脉冲（TOTP：totalon time pulse）方案，计算三种AEL中的一个AEL_s.t.train。

[公式15]

${\mathrm{AEL}}_{s.p.\mathrm{train}}=7\&times;{10}^{-4}{t}_{\mathrm{TOTP}}^{0.75}{C}_6\left[J\right]$

...公式15

在公式15中，t_TOTP表示在为激光器分类2规定的时间基准0.25s内，光源的总开启时间（脉冲宽度）。各个激光器的激光器1至3的总开启时间t_TOTP由以下表达：

[公式16]

t_TOTP，R＝0.25·f(t_R+t_W)

t_TOTP，G＝0.25·f(t_G+t_W)

t_TOTP，B＝0.25·f(t_B+t_W)

...公式16

公式15表示每时间基准0.25s的能量。由此，当将公式16代入作为平均功率当量的AEL_{s.p.train，i}时，公式15由以下表达：

[公式17]

AEL_{s.p.train，i}＝C₆·0.99×10^-3·(f·(t_i+t_W))^0.75 [W]

...公式17

在公式17中，i=R，G，B。此外，括号内的表达式表示在一个帧时段内，各个颜色的激光器1至3的开启时间比，即，一个帧时段内的各个颜色的开启占空比的和。

公式17和公式19之间的比较指示AEL_{s.p.train，i}比AEL_s.p.T小，因为开启占空比不超过1。因此，公式17中的AEL_{s.p.train，i}用来确定激光器分类。

由此，由下述表达式表达用来确定激光器分类的AEL_R、AEL_G和AEL_B。

[公式18]

AEL_R＝C₆·0.99×10^-3·(f·(t_R+t_W))^0.75 [W]

AEL_G＝C₆·0.99×10^-3·(f·(t_G+t_W))^0.75 [W]

AEL_B＝C₆·0.99×10^-3·(f·(t_B+t_W))^0.75 [W]

...公式18

公式18指示各个颜色的AEL取决于颜色的开启占空比而变化。现在，使用公式18，确定对应于各个颜色的开启占空比的γ_max。当由m_R:m_G:m_B表示各个颜色的投影光束的功率比时，将公式13用作用于确定激光器分类的评价公式。

图9是示出根据第三示例性实施例，对应于开启占空比的γ_max的图。在图9中，将表达白色的各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）采用为（0.473:0.310:0.217）。同时开启时间的开启占空比（白色段）为“0.2”。

图9示出当各个颜色的开启占空比的组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）在（0.30:0.20，0.15）附近时，γ_max具有最大值13.8mW。因此，即使对同时开启各个颜色的激光器1至3的投影仪，能确定各个颜色的开启占空比的最佳组合。改变同时开启时间的开启占空比（f×t_w）的值改变各个颜色的开启占空比的最佳组合。

图10是示出根据第三示例性实施例的控制光源的方法的流程图。图10采用处理器11预存确定激光器分类所需的参数。任选地设定开启占空比（f×t_w）。

首先，处理器11获取将被投影的各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）（步骤S931）。

然后，处理器11使用公式13和公式18，根据各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B），确定γ_max的最大值和各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）（步骤S932）。

处理器11使用各个颜色的开启占空比的最佳组合（f×t_R，f×t_G，f×t_B）来计算由各个颜色的激光器1至3所发射的激光束的峰值功率（步骤S933）。

根据第三示例性实施例，仅在开启时间内的同时开启时间（特定时间）期间，激光器1至3的每一个与其他激光器同时发射激光束。

因此，根据第三示例性实施例的γ_max的最大值大于根据第一示例性实施例的γ_max的最大值。由此，与第一示例性实施例相比，第三示例性实施例能最大化用于特定激光器分类的投影光束的功率。

不管将同时开启的激光器的组合的变化和各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）的变化，能确定满足公式13的激光器1至3的最佳操作条件。此外，如第二示例性实施例的情形，对在图像信号中所示的每一图像，可以控制各个颜色的激光器1至3。

将描述根据第四实施例的投影仪。第四示例性实施例的基本构造与第一至第三示例性实施例的基本构造类似。

绿色激光器主要使用SHG（二次谐波发生器）。然而，还不可能获得具有1至2cc大小和瓦特（W）级输出的绿色激光器商业。此外，已经研究了由InGaN形成的绿色激光二极管，但当前绿色激光二极管具有约50mW的最大输出。

因此，作为小且高输出的绿色光源，已经提出了使用荧光体的光源代替激光器。在使用荧光体的绿色光源中，由蓝色激光器等等激发该荧光体以发射绿色荧光。

由此，根据第四示例性实施例的投影仪包括使用荧光体的绿色光源，代替绿色激光器2。使用荧光体的绿色光源通常可以被称为预定光源。

与激光相比，绿色荧光相干性较小并且具有更宽的频谱。因此，在激光器分类的确定中，排除公式13对应于绿色激光束的那些项。因此，公式13由以下表达：

[公式19]

$\frac{E_R}{{\mathrm{AEL}}_R}+\frac{E_B}{{\mathrm{AEL}}_B}=(\frac{m_r}{{\mathrm{AEL}}_R}+\frac{m_B}{{\mathrm{AEL}}_B})\&CenterDot;\mathrm{\&gamma;}<1$

...公式19

公式19指示使用荧光体增加用于红色和蓝色激光束的可达发射极限。因此，与使用绿色激光器2的投影仪相比，根据第四示例性实施例的投影仪使得由红色激光器1和蓝色激光器3发射的激光束的功率能够增加。

第四示例性实施例采用红色和蓝色激光束分别具有640nm和445nm的波长。第四示例性实施例还采用绿色荧光的色度坐标（x，y）为（0.30，0.60）并且采用绿色荧光的亮度因子为400lm/W。因此，表达白色的各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）是（0.270:0.526:0.204）。

此外，红色和蓝色激光束的AEL_R和AEL_B与公式12中的AEL_R和AEL_B相同，由此，由与排除了绿色激光束的AEL_G的公式12对应的公式20表达。

[公式20]

AEL_R＝C₆·0.99×10^-3·(f·t_R)^0.75 [W]

AEL_B＝C₆·0.99×10^-3·(f·t_B)^0.75 [W]

...公式20

因此，第四示例性实施例还允许确定将公式19的左侧设定成“1”的γ_max。

图11是示出对应于红色和蓝色的开启占空比的γ_max的图。在图11中，红色和蓝色的开启占空比的和（f×t_R+f×t_B）小于“0.85”。

图11示出了γ_max的最大值在f×t_R=f×t_B=0.42附近，并且当f×t_R=f×t_B=0.42时，γ_max为28.7mW。在这种情况下，绿色的开启占空比（f×t_G）为约0.01，这不是开启占空比的实际值。

由此，当假定绿色的开启占空比（f×t_G）为0.20时，在（f×t_R，f×t_B）=（0.32，0.32）附近，γ_max具有23.4mW的最大值。能将γ_max的最大值23.4mW转换成等效于5.75lm的投影光通量。另一方面，根据第一示例性实施例，γ_max的最大值为10.3mW，并且能转换成等效于2.50lm的投影光通量。

由此，与根据第一示例性实施例的投影仪10相比，使用绿色荧光体来将各个颜色的开启占空比（f×t_R，f×t_G，f×t_B）设置成（0.32，0.20，0.32）的投影仪能使投影屏幕亮2.3倍。

如图11所示，当（f×t_R）和（f×t_B）接近“0.42”时，γ_max的值增加。换句话说，随着绿色的开启占空比（f×t_G）减小，γ_max的值增加。因此，与第一示例性实施例相比，第四示例性实施例使得同一激光器分类的投影光的功率能够增加。通过用于绿色的灰度级数和绿色荧光的峰值强度，确定绿色的开启占空比的最小值。

图12是示出根据第四示例性实施例的控制光源的方法的流程图。处理器11预存确定激光器分类所需的参数。预设绿色荧光的开启占空比（f×t_G）。

首先，处理器11获取将被投影的各个颜色的投影光束的功率比（m_R:m_G:m_B）（步骤S941）。

然后，处理器11使用公式19和公式20，根据各个颜色的光束的功率比（m_R:m_G:m_B），确定γ_max的最大值和红色和蓝色的开启占空比的最佳组合（f×t_R和f×t_B）（步骤S942）。

处理器11使用红色和蓝色的开启占空比（f×t_R和f×t_B）来计算由红色激光器1和蓝色激光器3发射的激光束的峰值功率（发光亮度）（步骤S943）。

根据第四示例性实施例，投影仪包括红色激光器1、蓝色激光器3和发射绿色荧光的绿色光源。处理器11确定除由绿色光源发射的荧光外的各个颜色的激光束的开启时间的和的值，并且计算各个颜色的开启时间，使得开启时间的和的值为给定值，并且使得通过使用公式14获得的各个颜色的除法值的和被最小化。

由此，与根据第三示例性实施例的投影仪相比，根据第四示例性实施例的投影仪使用绿色光源而不是绿色激光器2，以使得红色和蓝色激光束的功率能够增加。因此，与第一至第三示例性实施例相比，第四示例性实施例使得投影仪的亮度能够增加。

此外，第四示例性实施例与第二示例性实施例类似，可以确定用于每一图像的各个颜色的投影光束的功率比，并且与第三示例性实施例类似，可以同时开启各个颜色的光束。

此外，已经结合使用发射绿色荧光的光源的例子来描述第四示例性实施例。然而，例如，可以使用发射红色荧光的光源来代替红色激光器1。替代地，可以使用LED（light Emitting Diode：发光二极管）来代替激光器。由LED发射的光不是激光，由此，根据第四示例性实施例的投影仪能使投影屏幕比根据第一至第三示例性实施例的投影仪更亮。

已经结合使投影仪10与用于激光器分类2的规定兼容的例子来描述示例性实施例。然而，可以使用与该技术类似的技术来使投影仪10与用于另一激光器分类的规定兼容。

在上述示例性实施例中，所示的构造仅是例子，并且本发明不限于这些构造。

1 红色激光器

2 绿色激光器

3 蓝色激光器

4 十字棱镜

5 二向色镜

6 光学元件

7 偏振分束器

8 LCOS面板

9 投影透镜

10 投影仪

11 处理器

Claims (8)

1.一种图像投影装置，包括：

光源，为多种颜色的每一个而提供，以发射各个颜色的激光束；

合成元件，所述合成元件合成由各个颜色的所述光源发射的各个颜色的激光束；

光学调制元件，所述光学调制元件根据图像信号调制由通过所述合成元件的合成而得到的合成光；

投影透镜，所述投影透镜投影由所述光学调制元件调制的合成光；以及

控制器，所述控制器在接收到所述图像信号时，根据所述图像信号，确定由各个颜色的所述光源发射的各个颜色的激光束的功率比；根据所述功率比，在所投影的各个颜色的激光束的功率的上限值满足所述激光束的安全标准的范围内，确定所述上限值；并且调整由相应的所述光源发射的各个颜色的所述激光束，以便防止由所述投影透镜投影的各个颜色的投影光束超出所述上限值，

其中，所述控制器使用各个颜色的所述激光束的功率比和所述上限值来计算在预定时段内所述激光束的开启时间，将所述激光束的功率除以所述激光束的开启时间来计算所述激光束的发光强度，并且以使得所述光源在所述预定时段内发射所述发光强度的激光束达所述开启时间的方式，来控制相应的所述光源。

2.根据权利要求1所述的图像投影装置，其中，所述控制器计算在所述预定时段内各个颜色的所述开启时间，使得在所述预定时段内各个颜色的所述开启时间的和为给定值，并且使得通过将相应颜色的所述激光束的功率比除以所述激光束的开启时间的幂值而获得的除法值的每一个的和被最小化。

3.根据权利要求2所述的图像投影装置，其中，所述控制器根据所述图像信号中所示的图像的亮度，确定各个颜色的所述激光束的功率比，并且根据所述功率比，在满足所述激光束的安全标准的范围内，确定各个颜色的所述投影光束的功率的上限值。

4.根据权利要求2所述的图像投影装置，其中，所述光源的每一个在不同时间发射所述激光束，并且

所述控制器确定在所述预定时段内各个颜色的所述开启时间的和的值，并且计算在所述预定时段内各个颜色的所述开启时间，使得各个颜色的所述除法值的和被最小化。

5.根据权利要求2所述的图像投影装置，其中，所述光源的每一个在所述开启时间内的特定时间中与其他所述光源同时发射所述激光束。

6.根据权利要求3所述的图像投影装置，进一步包括发射不是所述激光束的光的预定光源，并且

所述控制器确定在所述预定时段内除由所述预定光源发射的光外的各个颜色的所述激光束的所述开启时间的和的值，并且计算在所述预定时段内各个颜色的所述开启时间，使得各个颜色的所述除法值的和被最小化。

7.根据权利要求1所述的图像投影装置，其中，所述控制器存储预定时间阈值和预定强度阈值，计算等于所述预定时间阈值或比所述预定时间阈值长的所述开启时间，并且计算等于或低于所述预定强度阈值的所述发光强度。

8.一种用于控制图像投影装置的光源的方法，所述图像投影装置包括：光源，为多种颜色的每一个而提供，以发射各个颜色的激光束；合成元件，所述合成元件合成由各个颜色的所述光源发射的各个颜色的激光束；光学调制元件，所述光学调制元件根据图像信号调制由通过所述合成元件的合成而得到的合成光；以及投影透镜，所述投影透镜投影由所述光学调制元件调制的合成光；所述方法包括：

在接收到所述图像信号时，根据所述图像信号，确定由各个颜色的所述光源发射的各个颜色的激光束的功率比；根据所述功率比，在所投影的各个颜色的激光束的功率的上限值满足所述激光束的安全标准的范围内，确定所述上限值；并且调整由所述光源发射的各个颜色的所述激光束，以便防止由所述投影透镜投影的各个颜色的投影光束超出所述上限值，

其中，调整所述激光束包括：

使用各个颜色的所述激光束的功率比和所述上限值来计算在预定时段内所述激光束的开启时间，将所述激光束的功率除以所述激光束的开启时间来计算所述激光束的发光强度，并且以使得所述光源在所述预定时段内发射所述发光强度的激光束达所述开启时间的方式，来控制相应的所述光源。