CN111381427A - 光源系统、显示装置及光源控制方法 - Google Patents

光源系统、显示装置及光源控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光源系统，包括：第一光源，用于输出第一光；第二光源，用于输出第二光；所述第一光与所述第二光以不同比例组合可实现不同的显示色域，所述第一光可实现的显示色域范围包含所述第二光可实现的显示色域范围；控制器，连接所述第一光源及所述第二光源，用于根据当前待显示图像的色域模式控制所述第一光源输出的所述第一光及所述第二光源输出的所述第二光的比例；滤光片组，根据所述待显示图像的色域模式切换所述滤光片组中相应的滤光片至出光光路，以对所述第一光和/或所述第二光进行滤光处理，得到与所述待显示图像的色域模式匹配的目标光源光。本发明提供的光源系统，提高了显示效果。本发明还提供一种显示装置及光源控制方法。

Description

光源系统、显示装置及光源控制方法
技术领域
本发明涉及照明、显示技术领域，特别地，涉及一种光源系统、包括该光源系统的显示装置及光源控制方法。
背景技术
随着显示技术的快速发展，对于画面品质与色彩显示有了更高的追求，BT.2020色域空间应运而生。
目前使用最广的显示色域空间为DCI，其只占BT.2020色域的78％色彩显示比例。这些超出部分的主要范围体现在绿色。而2020色域就能体现这些绿色的可能性，这样在电影的放映例如一些热带雨林的画面时，这种色域的投影机的效果会更加的炫目。
目前出现的三激光RGB三原色的激光投影机色域空间的覆盖能力范围很广，可以满足BT.2020色域对于极端色彩显示的追求。但是绿激光比较昂贵，纯激光投影机的成本太高，因此目前DCI的色域仍然是影院放映的标准。
那么，在上述的背景下，在放映DCI色域标准的画面时，若使用三原色激光投影机(支持BT.2020色域)来放映，则会有很大一部分的绿色，超出了DCI的标准，相对来说这部分颜色对DCI色域标准的画面的放映并无贡献，就是无益的被牺牲掉了。并且，在此同时，绿色激光器需要输入电功率和输出热量，也造成了投影机整体的能量损失和大量的散热需求，因此，三激光RGB三原色光源在使用色域空间低于BT.2020时，它的优势就相对不能发挥，这种就导致其虽可以支持更广的色域，实用性却并不高。
另一种应用普遍的光源形式为激光加荧光，这种光源模式中，通常，通过增加荧光的比例以提高光亮度，但是，使用激光加荧光的光源时，在没有滤光片的情况下，基于对色彩空间的需求，能够增加的荧光有限，使用荧光增加亮度对整体的亮度提升也有限，则实现高亮度色域只能通过增加激光的功率来实现，增加激光功率时，一般是增加绿激光功率。然而，由于绿激光效率比较低，会使得整体成本上升，与纯激光的光源系统相比优势不明显；并且，增加激光功率后，荧光比例减少，导致散斑效应严重，还需增加硬件或/软件设计来消散斑。
发明内容
本发明一方面提供一种光源系统，包括：
第一光源，用于输出第一光；
第二光源，用于输出第二光；
所述第一光与所述第二光以不同比例组合可实现不同的显示色域，所述第一光可实现的显示色域范围包含所述第二光可实现的显示色域范围；
控制器，连接所述第一光源及所述第二光源，用于根据当前待显示图像的色域模式控制所述第一光源输出的所述第一光及所述第二光源输出的所述第二光的比例；
滤光片组，根据所述待显示图像的色域模式切换所述滤光片组中相应的滤光片至出光光路，以对所述第一光和/或所述第二光进行滤光处理，得到与所述待显示图像的色域模式匹配的目标光源光。
本发明另一方面提供一种显示装置，包括光调制器上述任一项所述的光源系统；
所述光调制器用于对所述目标光源光进行调制以使得所述显示装置对所述当前待显示图像进行显示。
本发明另一方面提供一种光源控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，分析当前待显示图像的色域模式；
步骤S2，根据所述当前待显示图像的色域模式控制第一光源输出第一光，和/或第二光源输出第二光；所述第一光可显示的图像色域范围包含所述第二光可显示的图像色域范围；
步骤S3，根据所述当前待显示图像的色域模式，确定滤光范围，根据所述滤光范围对所述第一光和/或所述第二光进行滤光处理得到目标光源光，所述目标光源光的色域模式与所述当前待显示图像的色域模式匹配。
本发明实施例提供的光源系统，包括控制器、第一光源、第二光源和滤光片组，控制器根据当前待显示图像的色域模式调整第一光源输出第一光和第二光源输出第二光的比例，再通过滤光片组中相应的滤光片对第一光和/或所述第二光进行滤光处理，得到与待显示图像的色域模式匹配的目标光源光。
一方面可实现根据当前待显示图像的色域模式切换目标光源光的色域模式，使之与待显示图像的色域模式匹配，提高了光源系统的实用性，避免了现有技术中光源系统的色域模式较待显示图像的色域模式广而带来光能的浪费和光源系统成本的增加。
另一方面，本发明实施例通过选择滤光片组中与当前待显示图像对应的滤光片，对第一光和/或所述第二光中的特定频段的光谱截止，保留颜色最接近当前待显示图像色域模式需求的光谱，在满足图像显示色域的情况下，提升图像显示效果；同时，设置不同的滤光片控制特定频段光的通过率，有区分地实现对不同组合的光源光的控制，避免滤除过多的第二光，导致光源亮度过低。另外，由于滤除第二光的比例能够有效控制，避免了额外增加第一光来提高目标光源光的亮度，可有效弱化第一光带来的散斑效应，无需额外增加消除散斑的硬件或/和软件设计，节省了光源系统成本。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的光源系统的结构示意图。
图2是本发明一实施例提供的一种滤光片组的示意图。
图3是本发明一实施例提供的另一种滤光片组的示意图。
图4是本发明实施例二提供的一种显示装置的结构示意图。
图5本发明实施例提供的一种光源控制方法的流程示意图。
主要元件符号说明如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
光源系统 10
第一光源 11
第一子光源 111
第二子光源 112
第三输出模块 113
第二光源 12
色轮 121
轴 O
激发光源 122
滤光片组 13
第一滤光片 131
第二滤光片 132
控制器 14
光引导结构 15
半反半透膜 151
第一透镜 152
第二透镜 153
第三透镜 154
第四透镜 155
第五透镜 156
第六透镜 157
显示装置 20
光调制器 21
步骤 S1、S2、S3
具体实施方式
本发明实施例提供的可变色域的光源系统，可实现根据当前待显示图像的色域模式切换目标光源光的色域模式，使之与当前待显示图像的色域模式匹配，因此可提高光源系统的实用性；并且，设置滤光片组，根据所述待显示图像的色域模式切换所述滤光片组中相应的滤光片至出光光路，以对所述第一光和/或所述第二光进行滤光处理，得到色度显示更佳的光源光。
实施例一
以下结合附图对本发明实施例提供的可变色域的光源系统的具体结构及原理进行详细说明。
请参阅图1，在本实施例中，光源系统10可应用于各种显示设备中，例如投影仪。以应用于投影仪中为例进行说明，该投影仪可根据接收到的图像信息，进行一系列的数据处理，最终投影出人眼可见的图像，上述的接收到的图像信息即本实施例中的当前待显示图像。
如图1所示，光源系统10包括第一光源11、第二光源12、滤光片组13、及控制器14。
第一光源11，用于输出第一光。
第二光源12，用于输出第二光。
所述第一光与所述第二光以不同比例组合可实现不同的显示色域，所述第一光可实现的显示色域范围包含所述第二光可实现的显示色域范围。
控制器14，连接第一光源11及第二光源12，用于根据当前待显示图像的色域模式控制第一光源11输出第一光及所述第二光源12输出第二光的比例。
滤光片组13，根据待显示图像的色域模式切换滤光片组13中相应的滤光片至出光光路，以对第一光和/或第二光进行滤光处理，得到与待显示图像的色域模式匹配的目标光源光。
本实施例中，第一光为激光，且第一光中至少包括两种颜色的基色激光。具体的，上述的基色激光指的是红、绿、蓝三基色激光。
于一实施例中，第一光源11包括第一子光源111和第二子光源112。具体的，第一子光源111和第二子光源112输出不同颜色的激光，则第一光源11分别输出红、绿、蓝中的任意两种颜色的激光，第一光源11整体至少输出两种基色激光。请参阅图1，本实施例中，第一光源11仅包括第一子光源111和第二子光源112，第一子光源111和第二子光源112皆为激光器，分别用于输出红色激光和绿色激光。
请继续参阅图1，第二光源12包括一色轮121以及激发光源122，激发光源122用于输出激发光至色轮121，部分激发光被转换为受激光，使得色轮121出射受激光及未被转换的部分激发光的合光，受激光与未被转换的部分激发光的合光即为第二光。激发光源122为激光器，用于输出基色激光。色轮121为一可绕轴O旋转的圆盘，圆盘上分区域设置有不同的荧光材料。通过控制色轮121的转动，使得激发光源122输出的激光分时投射在上述的不同的区域上，色轮121上至少设置有两种荧光材料，当激发光源122输出的激光投射在某一区域时，在该区域上的荧光材料受激辐射出相应颜色的荧光(即受激光)。
于一实施例中，色轮121出射的荧光至少包括两种颜色的基色荧光。本实施例中，色轮121上包括分别设置在两个区域上的两种荧光材料，激发光源122出射蓝色激光，当蓝色激光分时投射在色轮上的两个不同的区域上时，色轮分时输出红色荧光和绿色荧光。
控制器14分别与第一子光源111、第二子光源112以及激发光源122电性连接，控制器14用于获取当前待显示图像的色域模式，根据当前待显示图像的色域模式，控制第一光源11输出第一光，并控制第二光源12输出第二光，第一光和第二光的输出比例与当前待显示图像的色域模式匹配。其中，控制器14通过控制第一子光源111、第二子光源112及激发光源122的电流实现控制第一光和第二光的输出比例。
第一光源11输出的激光(即第一光)或/和第二光源12输出的荧光及未被转换的部分激发光(即第二光)传输至滤光片组13，根据当前待显示图像的色域模式切换滤光片组13中相应的滤光片至出光光路，以对上述第一光和/或第二光进行滤光处理，得到与当前待显示图像的色域模式匹配的目标光源光并出射。
具体的，滤光片组13包括至少两个滤光片，每一滤光片包括一基材及形成于基材上的滤光层。其中，各个滤光片的主要区别在于，滤光范围不同，即不同的滤光片用于滤除不同频率范围的光。
本实施例中，滤光片组13中包括第一滤光片131和第二滤光片132。根据当前待显示图像的色域模式，切换第一滤光片131或第二滤光片132至第一光或/和第二光的出光光路上。
第一滤光片131对应第一色域模式，当待显示图像的色域模式为第一色域模式时，第一光或/和第二光经过第一滤光片131进行滤光；第二滤光片132对应第二色域模式，当待显示图像的色域模式为第二色域模式时，第一光或/和第二光经过第二滤光片132进行滤光。
请参阅图2，于一实施例中，滤光片组13整体呈一圆盘状，可在圆盘所在平面转动，通过转动滤光片组13以切换第一滤光片131或第二滤光片132至第一光或/和第二光的出光光路上，对第一光或/和第二光进行滤光处理。具体的，转动滤光片组13可以通过简单的人为手动实现，或者，通过控制器14自动控制。例如，获取到当前待显示图像的色域模式之后，根据该色域模式确认需要滤除某一特定频段的光(可通过查阅预存的色域模式与需要滤除的频段的对应关系表实现)，则切换滤光片组13中相应的滤光片至第一光或/和第二光的出光光路上。
或者，请参阅图3，在另一实施例中，滤光片组13被设置为可沿着预设方向产生位移，则可通过将滤光片组13沿着上述的预设方向移动，以切换第一滤光片131或第二滤光片132至第一光或/和第二光的出光光路上，对第一光或/和第二光进行滤光处理。具体的，移动滤光片组13可以通过简单的人为手动实现，或者，通过控制器14自动控制。例如，获取到当前待显示图像的色域模式之后，根据该色域模式确认需要滤除哪个频段的光(可通过查阅预存的色域模式与需要滤除的频段的对应关系表实现)，则切换滤光片组13中相应的滤光片至第一光或/和第二光的出光光路上。
在图2和图3中，示出了两种滤光片组13的可能结构，于其他实施例中，第一滤光片131和第二滤光片132还可以是其他位置关系。于一实施例中，光源系统10可支持显示大于两种的色域模式，则滤光片组13不仅包括第一滤光片131、第二滤光片132，还可以包括第三滤光片、第四滤光片等，此处对滤光片组13中滤光片数量不作限制。
请继续参阅图1，本实施例中的光源系统10，还包括光引导结构15，则用于引导第一光或/和第二光以预设方式传播至滤光片组。上述的预设方式，取决于光源系统中的光路搭建方式，可以理解的，第一光源11出射的第一光和第二光源12出射的第二光可以以多种方式到达滤光片组13。本实施例中，如图1，第二光从第二光源12的出射方向与第一光从第一光源11的出射方向相互垂直，光引导结构15包括一半反半透膜151，半反半透膜151分别相对于第一光及第二光的出射方向呈45°角设置。
本实施例中的光源系统10，还包括匀光结构16，具体的，如图1，匀光结构16为一匀光方棒。设置于滤光片组13和半反半透膜151之间；半反半透膜151设置于第一光源11和匀光结构16之间，第二光源12和匀光结构16之间。从第一光源11出射的第一光到达半反半透膜151，被反射至匀光结构16中，从第二光源12出射的第二光到达半反半透膜151，其传播方向不发生改变，直接被透射至该匀光结构16中。
上述的第一光或/和第二光进入匀光结构16进行匀光处理，使得其更加均匀，则进一步的，使得最终出射之后对当前待显示图像的显示效果更好，提升用户观看体验。
再具体的，上述的光引导结构15还包括第一透镜152、第二透镜153、第三透镜154，第四透镜155、第五透镜156及第六透镜157。因为从第二光源12出射的荧光具有较大的发散角，为了第二光尽量多地到达半反半透膜151，不在传播过程中损失掉，需要对第二光进行汇聚处理，则通过设置于色轮121和半反半透膜151之间的第一透镜152和第二透镜153，最终将使得第二光以平行状态到达半反半透膜151，并通过第三透镜154进一步将从半反半透膜151出射的第一光或/和第二光汇聚，使得尽量多的光进入匀光结构16，减少光损失，提高光利用率。进一步的，第四透镜155、第五透镜156及第六透镜157同样对第一光或/和第二光起到汇聚作用，提高光利用率。此处不再一一赘述。
本实施例提供的光源系统10，包括第一光源11、第二光源12控制器14及滤光片组13，控制器14根据当前待显示图像的色域模式调整第一光源11输出第一光和第二光源12输出第二光的比例，再通过滤光片组13中相应的滤光片对第一光和/或所述第二光进行滤光处理，得到与待显示图像的色域模式匹配的目标光源光。
一方面可实现根据当前待显示图像的色域模式切换目标光源光的色域模式，使之与待显示图像的色域模式匹配，提高了光源系统的实用性，避免了现有技术中光源系统的色域模式较待显示图像的色域模式广而带来光能的浪费和光源系统成本的增加。
另一方面，本发明实施例通过选择滤光片组13中与当前待显示图像对应的滤光片，对第一光和/或所述第二光中的特定频段的光谱截止，保留颜色最接近当前待显示图像色域模式需求的光谱，在满足图像显示色域的情况下，提升图像显示效果；同时，设置不同的滤光片控制特定频段光的通过率，有区分地实现对不同组合的光源光的控制，避免滤除过多的第二光，导致光源亮度过低。另外，由于滤除第二光的比例能够有效控制，避免了额外增加第一光来提高目标光源光的亮度，可有效弱化第一光带来的散斑效应，无需额外增加消除散斑的硬件或/和软件设计，节省了光源系统成本。
实施例二
请参阅图4，本实施例提供一种显示装置20，包括光调制器21以及如实施例一中所述的光源系统10，在本实施例中，上述的显示装置为投影仪。显示装置20可接收当前待显示图像，通过光源系统10分析当前待显示图像的色域模式，根据当前待显示图像的色域模式控制第一光源11输出第一光及第二光源12输出第二光的比例，以满足不同色域的显示需求。再结合滤光片组13，选择滤光片组13中与当前待显示图像对应的滤光片，对第一光和/或所述第二光进行滤光，从而使得最终出射的目标光源光的色域模式与当前待显示图像的色域模式匹配，该目标光源光经过光调制器21的调制作用之后，即可以显示出上述的当前待显示图像。
应当理解，本实施例中的显示装置20，可实现如实施例一中的光源系统10的所有有益效果。
实施例三
请参阅图5，本实施例提供的光源控制方法，可应用于实施例一中的光源系统10及实施例二中的显示装置20；包括如下步骤：
步骤S1，分析当前待显示图像的色域模式；
步骤S2，根据当前待显示图像的色域模式控制第一光源输出第一光，和/或第二光源输出第二光；所述第一光与所述第二光以不同比例组合可实现不同的显示色域，所述第一光可实现的显示色域范围包含所述第二光可实现的显示色域范围；
步骤S3，根据当前待显示图像的色域模式，确定滤光范围，根据滤光范围对第一光和/或所第二光进行滤光处理得到目标光源光，目标光源光的色域模式与当前待显示图像的色域模式匹配。
步骤S3具体为：
根据当前待显示图像的色域模式，通过查询预存的色域模式与滤光范围的对应表，确定当前待显示图像的色域模式所对应的滤光范围；
根据滤光范围，从滤光片组中选择与滤光范围对应的滤光片，以选择的滤光片对第一光和/或第二光进行滤光处理得到目标光源光。
步骤S1中，分析当前待显示图像的色域模式，具体过程为：
控制器14接收当前待显示图像，当前待显示图像具有其特定的色域模式，则控制器14对待显示图像进行分析以获取其色域模式(例如为DCI、BT.2020等)，具体的，控制器14依据该待显示图像的原始图像数据获得该待显示图像的各像素的色坐标，该待显示图像的各像素的色坐标界定的范围为该待显示图像的色域范围，从而控制器14获取到待显示图像的色域模式(一个色域模式对应一个色域范围)。
进一步的，控制器14依据该待显示图像的色域模式，确定当前光源系统要满足显示该待显示图像所需要的色域模式(应当理解，此处的满足显示需要的色域模式应该是比待显示图像的色域模式要更广或者相等，但是两者的差值需控制在一个预设的范围内，以满足节省光能的需要，因为差值太大时，光源系统提供的很大一部分光能会被浪费掉)。
在步骤S2中，控制器14通过上述的方式确定输出第一光和第二光的功率后，控制第一光源11输出第一光、控制第二光源12输出第二光。
在步骤S3中，第一光或/和第二光的合光经过滤光片组13的滤光处理之后，从滤光片组13输出目标光源光，目标光源光的色域模式即具备与当前待显示图像的色域模式匹配。
具体的，根据当前待显示图像的色域模式，查询预存的色域模式与滤光范围的对应表，该表中定义有不同的色域模式与不同的滤波范围之间的对应关系，则可根据当前待显示图像的色域模式，查询到与当前待显示图像的色域模式对应的滤光范围，例如待显示图像的色域模式为DCI色域，在表中查询到DCI色域对应的滤波范围为560nm-600nm之外的范围，则根据查询到的滤光范围选择滤光片组13中相应滤光片切换至第一光和/或所述第二光的出光路径上，对第一光和/或所述第二光进行滤光处理得到目标光源光。
其中，选择与滤光范围对应的滤光片的方式可以包括但不仅限于控制滤光片组13旋转或沿预设方向产生位移以选择与滤光范围对应的滤光片。控制过程可通过人为操作，也可由控制器14执行。
本实施例提供的光源控制方法，一方面可实现根据当前待显示图像的色域模式切换目标光源光的色域模式，使之与待显示图像的色域模式匹配，提高了光源系统的实用性，避免了现有技术中光源系统的色域模式较待显示图像的色域模式广而带来光能的浪费和光源系统成本的增加。
另一方面，选择滤光片组13中与当前待显示图像对应的滤光片，对第一光和/或所述第二光中的特定频段的光谱截止，保留颜色最接近当前待显示图像色域模式需求的光谱，在满足图像显示色域的情况下，提升图像显示效果；同时，设置不同的滤光片控制特定频段光的通过率，有区分地实现对不同组合的光源光的控制，避免滤除过多的第二光，导致光源亮度过低。另外，由于滤除第二光的比例能够有效控制，避免了额外增加第一光来提高目标光源光的亮度，可有效弱化第一光带来的散斑效应，无需额外增加消除散斑的硬件或/和软件设计，节省了光源系统成本。
需要说明的是，本发明实施例既可以根据待显示图像实时进行光源中第一光与第二光的比例分配，也可以根据显示需求预先调制好第一光与第一光的比例。同样，光源系统中的滤光片切换既可以根据待显示图像实时切换也可以预先切换。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光源系统，其特征在于，包括：
第一光源，用于输出第一光；
第二光源，用于输出第二光；
所述第一光与所述第二光以不同比例组合可实现不同的显示色域，所述第一光可实现的显示色域范围包含所述第二光可实现的显示色域范围；
控制器，连接所述第一光源及所述第二光源，用于根据当前待显示图像的色域模式控制所述第一光源输出的所述第一光及所述第二光源输出的所述第二光的比例；
滤光片组，根据所述待显示图像的色域模式切换所述滤光片组中相应的滤光片至出光光路，以对所述第一光和/或所述第二光进行滤光处理，得到与所述待显示图像的色域模式匹配的目标光源光。
2.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述滤光片组中各个所述滤光片的滤光范围不同。
3.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述滤光片组包括第一滤光片和第二滤光片；
所述第一滤光片和第二滤光片可绕同一轴转动，通过转动所述第一滤光片和第二滤光片以使得所述第一光和/或所述第二光经过所述第一滤光片或经过所述第二滤光片以得到所述目标光源光。
4.如权利要求1所述的光源系统，其特征在于，所述滤光片组包括第一滤光片和第二滤光片；
所述第一滤光片和第二滤光片可沿同一预设方向进行位移，通过抽拉所述第一滤光片和第二滤光片以使得所述第一光和/或所述第二光经过所述第一滤光片或经过所述第二滤光片以得到所述目标光源光。
5.如权利要求1所述光源系统，其特征在于，所述第一光源为激光光源，所述第二光源为激光荧光光源。
6.一种显示装置，其特征在于，包括光调制器和权利要求1～5任一项所述的光源系统；
所述光调制器用于对所述目标光源光进行调制以使得所述显示装置对所述当前待显示图像进行显示。
7.一种光源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，分析当前待显示图像的色域模式；
步骤S2，根据所述当前待显示图像的色域模式控制第一光源输出第一光，和/或第二光源输出第二光；所述第一光可实现的显示色域范围包含所述第二光可实现的显示色域范围；
步骤S3，根据所述当前待显示图像的色域模式，确定滤光范围，根据所述滤光范围对所述第一光和/或所述第二光进行滤光处理得到目标光源光，所述目标光源光的色域模式与所述当前待显示图像的色域模式匹配。
8.如权利要求7所述的光源控制方法，其特征在于，所述根据所述当前待显示图像的色域模式，确定滤光范围的步骤具体为：
根据所述当前待显示图像的色域模式，通过查询预存的色域模式与滤光范围的对应表，确定所述当前待显示图像的色域模式所对应的滤光范围。
9.如权利要求8所述的光源控制方法，其特征在于，所述根据所述滤光范围对所述第一光和/或所述第二光进行滤光处理得到目标光源光的步骤具体为：
根据所述滤光范围，从滤光片组中选择与所述滤光范围对应的滤光片，对所述第一光和/或所述第二光进行滤光处理得到所述目标光源光。
10.如权利要求9所述的光源控制方法，其特征在于，所述滤光片组包括多个滤光片；所述从滤光片组中选择与所述滤光范围对应的滤光片的步骤具体为：
通过控制所述滤光片组旋转或沿预设方向产生位移以选择与所述滤光范围对应的滤光片。
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