CN112312099B - 投影显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种投影显示设备，用于显示一帧立体图像的时段为第一调制周期，所述投影显示设备包括：光源，用于出射照明光；空间光调制器，用于根据待显示的立体图像对应的多帧二维图像调制所述照明光，并在所述第一调制周期内，依次出射多帧所述二维图像对应的图像光；角度偏置装置，设置在所述图像光的出射光路中，用于将多帧所述二维图像对应的图像光偏转至不同角度出射；以及投影屏幕，用于显示经所述角度偏置装置偏转后的所述图像光。本发明提供的投影显示设备，有利于提高投影显示设备的帧率，进而有利于实现投影显示设备通过多个角度投射图像光显示立体图像。

Description

投影显示设备

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤其涉及一种投影显示设备。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的具体实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

一般3D投影显示的实现依赖于投影仪较高的刷新率，以使得在一帧3D画面的显示时间内可以投射出沿不同角度的图像，其中一个现实的问题是每个角度显示都需要有足够的刷新率。

然而，传统的数字微镜器件(DMD)的脉冲宽度调制(PWM)方式会限制单色8位位深显示的帧率在180Hz左右，如果每帧图像由三帧不同基色的图像合成，则每帧图像的帧率为60Hz，即每秒钟刷新60幅三基色图像，这对于多角度的3D投影显示是远远不够的。

发明内容

本发明提供一种能够有效提高图像刷新率(帧率)的投影显示设备，以从多个角度投射二维图像并得到立体图像。

本发明提供一种投影显示设备，用于显示一帧立体图像的时段为第一调制周期，所述投影显示设备包括：

光源，用于出射照明光；

空间光调制器，用于根据待显示的立体图像对应的多帧二维图像调制所述照明光，并在所述第一调制周期内，依次出射多帧所述二维图像对应的图像光；

角度偏置装置，设置在所述图像光的出射光路中，用于将多帧所述二维图像对应的图像光偏转至不同角度出射；以及

投影屏幕，用于显示经所述角度偏置装置偏转后的所述图像光。

在一个实施例中，所述第一调制周期包括多个第二调制周期，在所述第二调制周期内所述空间光调制器出射一帧所述二维图像的图像光；

所述投影显示设备还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述光源在所述第二调制周期出射亮度变化的照明光；

所述控制装置还用于控制所述空间光调制器在所述第二调制周期中最低有效位对应的时间长度以及所述空间光调制器的调制单元在每个所述最低有效位对应的时间长度内处于开启或者关闭状态，以使所述空间光调制器在所述第二调制周期内能够调制出设定的照明亮度集合。

在一个实施例中，所述第二调制周期包括低亮时段和高亮时段，所述光源在低亮时段出射第一水平亮度，在高亮时段出射第二水平亮度，所述第一水平亮度小于所述第二水平亮度。

在一个实施例中，所述第一水平亮度和所述第二水平亮度均为区间亮度，所述第一水平亮度的任一亮度均小于所述第二水平亮度的任一亮度；或所述第一水平亮度的额定亮度小平均亮度小于所述第二水平亮度的额定亮度；或所述光源在其额定电流连续驱动下发光亮度为额定亮度，所述第一水平亮度的的任一亮度小于所述额定亮度，所述第二水平亮度的任一亮度不小于所述额定亮度，所述第一水平亮度和所述第二水平亮度的额定亮度平均亮度与所述额定亮度的差值小于设定阈值。

在一个实施例中，所述第一水平亮度和/或所述第二水平亮度呈阶梯式变化，每一级阶段亮度对应至少一个所述最低有效位对应的时间长度。

在一个实施例中，所述低亮时段包括m个最低有效位，所述高亮时段包括n个最低有效位，m和n均为正整数，所述低亮时段的照明光亮度满足：

L_1i＝L/2m+1-i，1≤i≤m，i为整数，其中L_1i为第i个最低有效位对应的照明光亮度，

所述高亮子时段的照明光亮度满足：

L_2j＝L*2j-1，1≤j≤n，j为整数，其中L_2j为第j个最低有效位对应的照明光亮度，

最低有效位对应的时间长度记为tLSB，则所述第二调制周期满足：T＝(m+n)*tLSB，其中T为所述第二调制周期。

在一个实施例中，2n-n≈m+(1/2m)。

在一个实施例中，所述控制装置，用于将多帧的不同成像面的图像组成立体图像，然后将所述立体图像通过算法拆分得到对应不同空间角度的二维图像；

所述角度偏置装置，用于将所述空间光调制器出射的任一所述二维图像对应的图像光偏转至对应的所述空间角度。

在一个实施例中，所述控制装置根据所述空间角度与所述调制单元的稳定状态的对应关系，控制所述空间光调制器在调制不同帧所述二维图像时，所述调制单元在不同的稳态状态下偏转。

在一个实施例中，所述角度偏置装置包括在所述第一调制周期内，依次位于所述图像光光路的多个引导部，每个所述引导部用于将所述二维图像的图像光偏转至其关联的空间角度，每个所引导部在光路中停留的时间为所述第二调制周期对应的时间。

在一个实施例中，所述投影屏幕是角度扩展屏幕。

本发明中提供的投影显示设备中，在每个第一调制周期中出射对应多帧二维图像的图像光，对应不同帧二维图像的图像光沿不同角度偏转提高所述投影显示设备的帧率(图像刷新率)，并且有利于从投影显示设备从多个角度发出图像光的方式实现立体投影显示。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例/方式技术方案，下面将对实施例/方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例/方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的投影显示设备的结构示意图；

图2为第二调制周期相关的原理图；

图3为本发明的一个实施例中提供的第二调制周期内照明亮度与最低有效位的对应关系的原理图；

图4为本发明另一个实施例中提供的第二调制周期内照明亮度与最低有效位的对应关系的原理图；

图5为图1所示的角度偏置装置在一种实施方式中的结构示意图；

图6为图1所示的角度偏置装置在另一种实施方式中的结构示意图。

主要元件符号说明

投影显示设备	100
		光源	110
空间光调制器	150
		角度偏置装置	170
控制装置	190
		图像光	I、I1、I2、I3
引导阵列	W
		引导部	W1、W2、W3

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，本发明提供一种投影显示设备100，其可以是影院投影机、工程投影机、微型投影投、激光电视等用于显示立体图像的投影显示设备。投影显示设备100包括光源110、空间光调制器150、角度偏置装置170、控制装置190、投影镜头(图未示)与投影屏幕(图未示)。光源110用于发出照明光，空间光调制器150用于根据一帧立体图像对应的多帧二维图像调制照明光并得到图像光，角度偏置装置170用于将不同帧二维图像对应的图像光偏转至不同的偏转角度，角度偏置装置170出射的沿不同偏转角度传输的图像光穿过投影镜头后投射到投影屏幕上；投影屏幕用于接收具有不同偏转角度的图像光从而显示立体图像。

为了更清楚描述本发明的投影显示原理，将投影显示设备100用于显示一帧立体图像的时段为第一调制周期，第一调制周期是由立体视频的刷新频率确定的。同样刷新频率下，为呈现立体视频，在二维视频调制一帧二维图像的时间内，立体视频的呈现需要调制多帧二维图像。本发明将根据刷新频率确定的第一调制周期拆分成多个第二调制周期，投影显示设备100通过缩短单帧二维图像的调制时间的方式，实现在更小的时间周期内(第二调制周期内)投射出二维图像对应的图像光，然后在第一调制周期将多帧二维图像的图像光沿不同偏转角度出射，多帧不同方向传输的二维图像画面合成一帧立体图像实现三维立体显示。

在一个实施例中，控制装置190用于接收视频信号，该视频信号为立体图像信号，每帧立体图像信号中包括多帧二维的原始图像信号，其中每帧二维的原始图像信号对应一个带有投射角度的二维图像，然而，控制装置190接收到的二维的原始图像信号对应的投射角度与投影显示设备100提供的固定的多个投影角度未必一致，故控制装置190接收到视频信号之后，首先根据多个角度的二维的原始图像数据得到对应的立体图像数据，并将立体图像数据拆分得到分别与投影显示设备100的角度偏置装置可偏置的空间角度对应的二维图像，并将得到的二维图像传输至空间光调制器150。

光源110可以为纯激光光源，用于发出激光作为照明光，光源110中可以包括三基色的激光器，比如红、绿、蓝色激光器，以出射包括三基色的照明光。在一种实施方式中，光源110为激光荧光混合光源，其包括激发光源与波长转换装置，激发光源中包括用于发出激光的发光体，以发出激光作为激发光，激发光用于激发波长转换装置表面的波长转换材料，从而产生颜色不同于激发光的受激光。受激光与未被转换的部分激发光作为照明光从光源出射。在一种实施方式中，光源110时序出射多种基色的照明光，比如时序出射红-绿-蓝色照明光。在一种实施例中，光源还可以是LED光源。

本发明第一实施方式中，控制装置190用于发出光源控制信号，光源110用于根据光源控制信号出射照明光。第一调制周期包括多个第二调制周期，空间光调制器150用于在每个第二调制周期内出射对应一帧二维图像的图像光。相当于传统的显示用于投影二维图像的投影显示设备，用于立体图像显示的投影显示设备，需要在预设的一帧图像的显示时间内，调制出更多的图像帧，即需要投影显示设备具有更高的图像刷新频率，在每个第二调制周期内，控制装置190控制光源110出射的非恒定的照明光，同时控制空间光调制器150在第二调制周期内最低有效位对应的时间长度，其目的是在亮度变化的光源以及空间光调制器调制机制的共同作用下，保证调制的二维图像的图像质量(能够满足位深要求)下，所占用的调制时间更短。也就是说空间光调制器可以在第二调制周期内能够调制出满足位深要求的亮度集合或者灰度集合。

我们知道计算机之所以能够显示颜色，是采用了一种称作“比特”的记数单位来记录所表示颜色的数据。对于显示位深为8比特的图像而言，最小灰度值是0，最大灰度值为2⁸-1＝255，在最小灰度值与最大灰度值之间还包括254个灰度状态，每个灰度状态对应不同的灰度值。

位深是指表示灰度图像中某个像素灰度信息时计算机所需要的位数。位深越大，即所需要的位数越多，相邻灰度值之间的差别越小，对模拟信息的数值化采样越不明显，图像中灰度差别的过渡越自然顺滑，图像对比度越大。显示位深为8的图像可以有2⁸＝256种灰度值。

故，假设要求投影设备出射的二维图像的位深为8，则需要空间光调制器能够在第二调制周期内能够出射2⁸＝256种灰度状态(照明亮度)。

光源控制信号可以通过调节光源110的驱动电流或驱动电压来改变光源110中的对应发光体的发光亮度，一般地，照明光的亮度随着光源110的驱动电流/驱动电压的增大而增大。然而，在驱动电流/驱动电压超过额定电流/额定电压的情况下长时间连续驱动发光体时，发光体损坏的可能性较大。

一般地，光源在其额定电流连续驱动下发光亮度为光源的额定亮度，现有的投影设备中，空间光调制器采用PWM调制方式，光源工作在连续驱动模式，即光源发出恒定亮度的照明光至空间光调制器，光源的驱动电流为其额定电流，照明光的亮度为其额定亮度。本发明中，照明光的亮度是变化的亮度。具体的，第二调制周期包括低亮时段和高亮时段，低亮时段的照明亮度为第一水平亮度，高亮时段的照明亮度为第二水平亮度，其中第一水平亮度和第二水平亮度可以是一恒定值，也可以是区间亮度，即低亮时段照明亮度包括多个亮度值，高亮时段照明亮度包括多个亮度值。当第一水平亮度和第二水平亮度为恒定值时，第一水平亮度对应的恒定值小于第二水平亮度对应的恒定值。当第一水平亮度和第二水平亮度为区间亮度时，第一水平亮度的任一亮度均小于第二水平亮度的任一亮度；或，光源在其额定电流连续驱动下发光亮度为额定亮度，第一水平亮度的任一亮度小于额定亮度，第二水平亮度的任一亮度不小于额定亮度，第一水平亮度和第二水平亮度的平均亮度第一水平亮度加上第二水平亮度的和除以2)与额定亮度的差值小于设定阈值。

在每个第二调制周期中，空间光调制器150用于根据每个空间角度对应的二维图像调制照明光得到对应每个二维图像对应的图像光。本发明中以空间光调制器150为DMD为例进行说明。DMD设置有一接收并调制照明光的调制区域，调制区域中设置有像素排布的调制单元，每个调制单元具体为一反射微镜，每个反射微镜可以处于“on(开启)”状态或“off(关闭)”状态，当反射微镜处于“on”状态时，反射微镜用于反射一束照明光至角度偏置装置170从而可以从投影镜头出射并显示在投影屏幕上；当反射微镜处于“off”状态时，反射微镜用于反射一束照明光至角度偏置装置170之外，从而不会进入投影镜头，进而该光线不会从投影显示设备100出射。一个反射微镜出射的光线对应待显示图像中的一个像素。

最低有效位(LSB)是指空间光调制器够实现的最小灰度单位，在本发明中，LSB对应空间光调制器照明时序能够调制的最小亮度单元所对应的时长。本申请中，第二调制周期包括多个最低有效位，多个最低有效位对应的时间长度之和构成了第二调制周期，最低有效位对应的时间长度对应调制单元一次翻转周期，记为响应时间t_LSB，如图2所示。

需要说明的是，在进行立体视频播放时，播放的帧频是预先设定的或者根据实际需求设定的，也就是第一调制周期对应的时间是确定的，控制装置基于三维图像数据解析出的二维图像的数量是根据实际设定的算法确定的，是预先确定好的，因此在第一调制周期确定的情况下，第二调制周期对应的时间也是确定的。举例来说，若帧率为60Hz，则一帧立体图像的调制时间即第一调制周期对应的时间长度为：每种颜色对应的时间为1/60Hz≈16.67ms，若控制装置算法可将一帧立体图像拆分成3个二维图像，则第二调制周期对应的时间长度为：16.67/3≈5.56ms。

本申请中，控制装置190是通过控制空间光调制器150在确定的第二调制周期内调制单元的翻转周期，即t_LSB，以及控制光源出射的照明光亮度的变化来实现在第二调制周期内能够调制出设定的灰度状态集合。

假设需要对由立体图像拆分得到的二维图像进行5位深的图像显示，若采用传统的照明光恒定的二进制PWM时序调制方法实现5位图像显示位深，需要划分出5个对应不同位阶的位平面，其中最低阶的位平面对应的权重为2⁰，其对应一个最低有效位LSB对应的时间，其他位阶的位平面对应的权重分别为2¹、2²、2³和2⁴，最高阶的位平面对应的时间为2⁴＝16个最低有效位LSB对应的时间，若某个像素的图像数据为二进制的01111，则DMD在最高位阶的位平面时间内为关闭状态，其他位平面时间内为开启状态。在若某个像素的图像数据为11010，则DMD在权重为2⁰和2²位平面为处于关闭状态，其他位平面处于开启状态，依据上述规律，DMD在该5个位平面的时间可调至出32种灰度状态，即可实现5位位深图像显示。采用照明光恒定的二进制PWM时序调制方法实现5位深图像时间所需要的最短时间为31个LSB对应的时间。因此在二维图像的位深为i位的情况下，PWM调制模式下调制一帧二维图像所需的时间长度为：(2ⁱ-1)*t_LSB。而该时间满足不了三维视频显示时第二调制周期的时间。也就是当需要显示的三维视频要求的帧频较高时，采用传统的PWM时序调制方式将不能在比较短的时间内显示高位深的二维图像。

本发明通过调整LSB对应的时间长度以及每个LSB对应的时间照明光的亮度以及调制单元的开闭状态现在更短的时间内实现更高的位深图像显示。

如图3所示，若实现5位位深图像的显示，最少只需5个LSB对应的时间，每个LSB对应的时间对应不同的照明光亮度，通过控制单个镜片在5个LSB时间内的开关，即可实现32个照明亮度，即32种灰度状态，分别是0、L1、L2、L3、L4、L5、L1+L2、L1+L3、L1+L4、L1+L5、L1+L2+L3、L1+L2+L4、L1+L2+L5、L1+L3+L4、L1+L3+L5、L1+L4+L5、L1+L2+L3+L4、L1+L2+L3+L5、L1+L2+L4+L5、L1+L3+L4+L5、L1+L2+L3+L4+L5、L2+L3、L2+L4、L2+L5、L2+L3+L4、L2+L3+L5、L2+L4+L5、L2+L3+L4+L5、L3+L4、L3+L5、L3+L4+L5、L4+L5。

当然在实际显示时，可根据第二调制周期的实际时长以及待显示的二维图像的位深，调整第二周期内包括的LSB的个数，也就是每个LSB对应的时间长度，以及设置一个或者多个LSB对应的时间长度对应一个照明亮度，每个照明亮度对应的时间长度可以相同也可以不相同。

由于本发明中在每个第二调制周期内，即每帧二维图像的显示时间内，照明光的亮度非定值，即在第二调制周期内的低亮时段与高亮时段中的亮度以及光亮度不等，相较于在PWM调制模式，有利于每个调制单元在相对较短的时间长度内出射符合像素灰度对应光量的照明光至角度偏置装置170，从而有利于投影显示设备100缩短第二调制周期的时长，在固定的第一调制周期内可以设置更多的第二调制周期，即在一帧立体图像的显示时间内，本发明提供的投影显示设备有利于出射更多帧二维图像对应的图像光，多帧二维图像角度偏振后可合成一帧立体图像，从而实现立体图像显示。

在一个实施例中，在第二调制周期中，调整最低有效位对应的时间长度以及调整照明光的亮度，以使一个或者多个LSB的时间长度对应一个照明光的亮度，最终实现在第二调制周期内能够调制出设定位深的二维图像外，还需要确保在第二调制周期内，照明光的平均亮度不小于设定的阈值，确保调制出的图像满足亮度的要求。如在第二调制周期内，变化的照明光的额定亮度接近光源在额定电流下的额定亮度或者在第二调制周期内，变化的照明光的平均亮度与额定亮度的比值为(0.8～1.2)。

一种实现方式为：第二调制周期包括低亮时段和高亮时段，高亮时段的平均亮度高于额定亮度，低亮时段的平均亮度低于额定亮度，高亮时段和低亮时段总体的平均亮度与额定亮度的比值为(0.8～1.2)。

在一个具体的实施例中，如图4所示，图4中的横轴表示时间，图中的横轴长度为一个第二调制周期，包括(m+n)个响应时间t_LSB，其中m个响应时间对应m个低亮子时段，分别为第一低亮子时段、第二低亮子时段、……、第m低亮子时段，其中n个响应时间对应n个高亮子时段，分别为第一高亮子时段、第二高亮子时段、……、第n低亮子时段。图4中的纵轴表示照明光的亮度，在每个第二调制周期中，照明光在第一低亮子时段的亮度最低，在第n高亮子时段的亮度最高，照明光在每个子时段内照明光亮度恒定。照明光的亮度在不同的子时段由低到高呈阶梯式增长，或更具体地，不同子时段之间的照明光亮度变化呈指数形式。本实施方式中，每个低亮子时段的照明光亮度满足：L_1i＝L/2^m+1-i，1≤i≤m，i为整数，其中L_1i为第i低亮子时段的照明光亮度，L为额定电流下光源出射的额定亮度；每个高亮子时段的照明光亮度满足：L_2j＝L*2^j-1，1≤j≤n，j为整数，其中L_2j为第j高亮子时段的照明光亮度，L为额定电压下光源出射的额定亮度。

如图4所示，照明光在第一低亮子时段的亮度为L/2^m，在后续的子时段中，照明光亮度增长为前一个子时段的亮度的2倍。即照明光在多个低亮子时段的亮度分别为L/2^m，L/2^m-1，L/2^m-2，……，L/2，照明光在多个高亮子时段的亮度分别为L，L*2，……L*2^n-1。其中L/2^m为照明光在脉冲状态下能够实现的最低亮度，空间光调制器150中的一个调制单元在第一低亮子时段出射的光量(光亮度乘以第一低亮子时段的时长)对应空间光调制器150能够调制实现的最低有效位为1时的灰度值，也是相邻灰度值之间的光量之间的差异。L*2^n-1为光源110在脉冲状态下能够实现的最高亮度。第二调制周期内，每个调制单元出射的总的光量对应该调制单元的灰度值。本实施方式中，每个调制周期中的连续两个子时段中，照明光的亮度变化呈指数规律，在其他实施方式中，在每个调制周期中，照明光的亮度呈指数规律减小，或呈其他数值规律变化。

照明光在一个调制周期中的平均亮度为L_mean＝(2ⁿ-1/2^m)*L/(m+n)，低亮子时段越多，平均亮度降低的越多。若要求在第二调制周期中的照明光的亮度接近光源在额定电流下的额定亮度或者在第二调制周期内，变化的照明光的平均亮度与额定亮度的比值为(0.8～1.2)，即L_mean≈L，则控制装置控制低亮时段包括的最低有效位的数量m，高亮时段包括的最低有效位的数量n，满足如下关系：2ⁿ-n≈m+(1/2^m)。当m＝1时，可取n＝2；当m＝2时，可取n＝2；当m＝3时，可取n＝3；……。

而要实现(m+n)的位深，传统PWM调制方式中调制一帧二维图像需要的时间约为(2^m+n-1)*t_LSB，实施例所示的调制方式则仅需(m+n)*t_LSB，即在传统PWM调制方式中调制一帧二维图像的时间内，本发明可以调制出约(2^m+n-1)/(m+n)帧。

与传统2D显示相比，本发明方案中配合照明光的亮度调节，可以快速实现灰度调节，因此具有高帧率，有利于实现多个角度出射投影图像从而实现3D显示。

在一种实施方式中，m＝5，n＝3，第二调制周期为8个响应时间t_LSB的时间长度。假设响应时间t_LSB的最小时长约为22us，如果采用本实施方式中的方案，第二调制周期最小约为176us，在1s内可以显示约5682帧。投影显示设备100若将多角度3D显示的帧率定为60Hz，每个帧内可以细分5682/60≈95个角度进行投影显示。

输入至控制装置190的每个像素的立体图像的多角度图像数据可以包括多个二维的原始图像数据，每个原始图像数据对应了一个投影角度。由于输入的多角度图像数据对应的多个角度与投影显示设备100投影出射的多个角度可能是不一致的，因此，控制装置190根据每个像素的多个角度原始图像数据得到对应的立体图像数据，并通过算法将每帧立体图像数据拆分得到分别与投影显示设备100的每个投影角度对应的二维图像。在每个二维调制周期中，空间光调制器150用于根据每个投影角度对应的二维图像调制照明光得到对应每个投影角度的图像光。

控制装置190还用于发出偏转控制信号，投影显示设备100还包括角度偏置装置170，角度偏置装置170用于根据偏转控制信号将空间光调制器150在第一调制周期内出射的多帧二维图像光分别引导至不同的空间角度，不同空间角度的多帧二维图像光投射到投影屏幕上，将呈现相对于人眼的立体显示效果。通过控制装置190发出的偏转控制信号，光源控制信号以及调制单元开关状态的控制信号实现从而照明光亮度调节、控制单元的控制以及出射光的空间角度的调节的同步控制。

在一个实施例中，通过调整空间光调制器的调制单元的在第二调制周期内的稳态状态，使得不同的图像帧具有不同的空间角度，如图5所示，I1、I2、I3为空间光调制器调制单元三种不同的稳态。空间光调制器调制出射不同的二维图像时，调制单元稳定在不用的稳定状态，在每个第二调制周期中，调制单元稳态角度相同，从而保证完整出射一幅灰度图像。如在第一调制周期的第一个第二调制周期，调制单元稳定在I1处使得该周期内出射的二维图像偏转至I1对应的空间角度，在第一调制周期的第二个第二调制周期，调制单元稳定在I2处，使得该周期内出射的二维图像偏转至I2对应的空间角度，在第一调制周期的第三个第二调制周期，调制单元稳定在I3处，使得该周期内出射的二维图像偏转至I3对应的空间角度。可以理解的是，微机电系统还可以用于将图像光分时偏转至多于三个投影方向上。

在另一个实施例中，如图6所示，角度偏置装置170包括根据偏转信号时序位于图像光光路上的多个引导部，不同引导部用于将图像光引导至不同的投影角度传输。如图6所示，角度偏置装置170为引导阵列W，引导阵列W用于将同一入射角度图像光I偏转到不同的角度上并得到沿不同角度传输的图像光I1、I2、I3。引导阵列W至少包括引导部W1、引导部W2与引导部W3，引导阵列W中的每个引导部反复振动，在每个第二调制周期中，引导阵列W中的一个引导部位于空间光调制器150出射图像光的光路上，该引导部用于折射图像光，不同引导部用于将入射的图像光折射至不同的偏转角度，并至少得到沿不同偏转角度传输的图像光I1、I2、I3。在其他实施方式中，引导阵列W通过反射的方式分时引导图像光I至多个偏转上。在一个实施例中，引导部可以是经过设计的多边形的扫描镜片等。

角度偏置装置170出射的沿多个不同角度出射的图像光投影到投影屏幕上，投影屏幕，用于接收具有不同偏转角度的图像光从而显示立体图像。在一种实施方式中，投影屏幕为角度扩展屏，以增大不同角度入射的图像光的传输方向之间的夹角，使得不同角度入射的图像光分的更开。

本发明还提供一种控制方法，应用于上述投影显示设备100中，投影显示设备100用于显示一帧立体图像的时段为第一调制周期，一帧立体图像由多帧沿不同方向传输的二维图像合成，投影显示设备100用于显示一帧立体图像中的一帧二维图像的时段为第二调制周期，本发明提供的控制方法具体包括以下步骤：

S1：控制光源出射照明光。

如图1所示，本发明中，利用光源110发光照明光，光源110在每个第二调制周期内，控制光源110出射的照明光的光亮度从第一水平亮度改变至第二水平亮度，第一水平亮度小于第二水平亮度，其中，第一水平亮度和第二水平亮度均为亮度范围，在第二调制周期，照明光的亮度可呈现出多个水平亮度。

每个第二调制周期包括低亮时段与高亮时段，照明光在低亮时段的光亮度为第一水平，照明光在高亮时段的光亮度为第二水平，光源110在其额定电流连续驱动下发光亮度为额定亮度，控制照明光在所述低亮时段的亮度低于所述额定亮度，在所述高亮时段中的亮度不低于所述额定亮度。

利用光源110在第二调制周期中的至少两个时段出射亮度不同的照明光，从而有利于缩短第二调制周期，提高帧频。照明光在低亮时段的亮度低于额定亮度，在高亮时段的亮度不低于额定亮度，从而在保证图像对比度的情况下，提高帧频并保证投影显示设备100出射图像光的亮度。

S2：在第一调制周期内，根据一帧立体图像对应的多帧二维图像控制空间光调制器调制照明光并得到图像光。

控制装置190根据每个像素的多个角度的二维的原始图像数据得到对应的一帧立体图像数据，并将一帧立体图像数据拆分得到角度偏置装置能够偏置的空间角度对应的二维图像。

输入至控制装置190的每个像素的一帧立体图像的立体图像数据可以包括多帧二维的原始图像数据，每帧原始图像数据对应了一个投影角度。由于输入的多角度原始图像数据对应的多个角度与投影显示设备100投影出射的多个角度可能是不一致的，因此，控制装置190根据每个像素的多个角度的二维的原始图像数据得到对应的立体图像数据，或直接根据接收到的立体图像数据，通过算法将立体图像数据拆分得到分别与投影显示设备100的每个投影角度对应的二维的原始图像数据。二维图像可以对应单一基色的二维图像，比如红、绿或蓝基色图像，不同基色的多幅图像合成一幅彩色的二维图像。在每个第二调制周期中，空间光调制器150用于根据每个投影角度对应的二维图像调制照明光得到对应每个投影角度的图像光。

在一种实施方式中，低亮时段包括m个低亮子时段，高亮时段包括n个高亮子时段，m和n均为正整数。在每个调制周期中的不同子时段中，控制光源110的发光亮度变化呈指数规律。具体地，控制光源在第i个低亮子时段中的发光亮度为L/2^m+1-i，1≤i≤m，i为整数；控制光源在第j个低亮子时段中的发光亮度为L*2^j-1，1≤j≤n，j为整数。相应地，控制空间光调制器150在每个子时段利用对应像素的二维图像中的一个数据位调制照明光，每个调制周期的时长为(m+n)*t_LSB。

S3：在第一调制周期内，控制角度偏置装置将不同帧二维图像对应的图像光偏转至不同的空间角度。

本发明中提供了两种角度偏置装置170的实施方式，可以理解的是，还可以采用本发明未提供的其他装置来实现角度偏转功能。

S4：利用屏幕接收具有不同偏转角度的图像光从而显示立体图像。

需要说明的是，在本发明的精神或基本特征的范围内，各个实施方式中的各具体方案可以相互适用，显示装置100与控制方法中的各种实施方式可以相互适用，节省篇幅及避免重复起见，在此就不再赘述。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个装置也可以由同一个装置或系统通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种投影显示设备，用于显示一帧立体图像的时段为第一调制周期，其特征在于，所述投影显示设备包括：

光源，用于出射照明光；

空间光调制器，用于根据待显示的立体图像对应的多帧二维图像调制所述照明光，并在所述第一调制周期内，依次出射多帧所述二维图像对应的图像光；

角度偏置装置，设置在所述图像光的出射光路中，用于将多帧所述二维图像对应的图像光偏转至不同角度出射；以及

投影屏幕，用于接收经所述角度偏置装置偏转后的所述图像光从而显示所述立体图像；

其中，所述第一调制周期包括多个第二调制周期，在所述第二调制周期内所述空间光调制器出射一帧所述二维图像的图像光；

所述投影显示设备还包括控制装置，所述控制装置用于控制所述光源在所述第二调制周期出射亮度变化的照明光；

所述控制装置还用于控制所述空间光调制器在所述第二调制周期中最低有效位对应的时间长度以及所述空间光调制器的调制单元在每个所述最低有效位对应的时间长度内处于开启或者关闭状态，以使所述空间光调制器在所述第二调制周期内能够调制出设定的照明亮度集合；

所述第二调制周期包括低亮时段和高亮时段，所述光源在低亮时段出射第一水平亮度，在高亮时段出射第二水平亮度，所述第一水平亮度小于所述第二水平亮度；所述低亮时段包括多个低亮子时段，所述高亮时段包括多个高亮子时段；

所述低亮时段包括m个最低有效位，所述高亮时段包括n个最低有效位，m和n均为正整数，每个所述低亮子时段的照明光亮度满足：L_1i=L/2^m+1-i，1≤i≤m，i为整数，其中L_1i为第i低亮子时段的照明光亮度，L为额定电流下光源出射的额定亮度；每个所述高亮子时段的照明光亮度满足：L_2j=L*2^j-1，1≤j≤n，j为整数，其中L_2j为第j高亮子时段的照明光亮度，L为额定电压下所述光源出射的额定亮度；且2ⁿ-n≈m+（1/2^m）。

2.如权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，所述第一水平亮度和所述第二水平亮度均为区间亮度，所述第一水平亮度的任一亮度均小于所述第二水平亮度的任一亮度；或所述第一水平亮度的平均亮度小于所述第二水平亮度的额定亮度；或所述光源在其额定电流连续驱动下发光亮度为额定亮度，所述第一水平亮度的的任一亮度小于所述额定亮度，所述第二水平亮度的任一亮度不小于所述额定亮度，所述第一水平亮度和所述第二水平亮度的平均亮度与所述额定亮度的差值小于设定阈值。

3.如权利要求1或2所述的投影显示设备，其特征在于，所述第一水平亮度和/或所述第二水平亮度呈阶梯式变化，每一级阶段亮度对应至少一个所述最低有效位对应的时间长度。

4.如权利要求3所述的投影显示设备，其特征在于，

所述最低有效位对应的时间长度记为t_LSB，则所述第二调制周期满足：T=（m+n）*t_LSB，其中T为所述第二调制周期。

5.如权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，所述控制装置，用于将多帧的不同成像面的图像组成立体图像，然后将所述立体图像通过算法拆分得到对应不同空间角度的二维图像；

所述角度偏置装置，用于将所述空间光调制器出射的任一所述二维图像对应的图像光偏转至对应的所述空间角度。

6.如权利要求5所述的投影显示设备，其特征在于，所述控制装置根据所述空间角度与所述调制单元的稳定状态的对应关系，控制所述空间光调制器在调制不同帧所述二维图像时，所述调制单元在不同的稳定状态下偏转。

7.如权利要求5所述的投影显示设备，其特征在于，所述角度偏置装置包括在所述第一调制周期内，依次位于所述图像光光路的多个引导部，每个所述引导部用于将所述二维图像的图像光偏转至其关联的空间角度，每个所引导部在光路中停留的时间为所述第二调制周期对应的时间。

8.如权利要求1所述的投影显示设备，其特征在于，所述投影屏幕是角度扩展屏幕。