CN113848677B - 激光投影设备 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种激光投影设备，属于投影显示领域。包括三个基色的激光器组件，多个激光器组件与多个激光器驱动电路一一对应；显示控制电路包括算法处理器和控制处理模块，其中，算法处理器向控制处理模块发送图像显示数据以及与激光器组件对应的电流控制信号，电流控制信号用于指示对应的激光器组件的调整后的亮度，调整后的亮度为调整前的亮度的1/α；控制处理模块向激光器驱动电路发送与激光器组件对应的电流控制信号和使能信号；激光器驱动电路，用于向其所连接的激光器组件提供激光器组件对应的驱动电流，其中，每个激光器组件对应的电流控制信号在对应至少两帧显示图像时的大小不同；激光器组件用于在对应的激光器驱动电路的驱动下发光。

Description

激光投影设备
本申请是基于中国发明申请201910538290.8(2019-6-20)，发明名称：激光投影设备的分案申请。
技术领域
本发明属于投影显示领域，特别涉及一种激光投影设备。
背景技术
诸如超短焦激光电视等激光电视因其具有色彩纯度高、色域大和亮度高等优点，被广泛应用于显示领域。
目前的激光电视的光源系统通常包括激光光源、荧光轮和滤色轮，该激光光源通常为用于出射蓝色激光的蓝色激光器。该蓝色激光时序性地照射至荧光轮的三个不同的区域上，从而产生三色光，该三种颜色的光依次通过滤色轮进行过滤处理，得到纯度更高的三色光。但是，由于该光源系统通过将蓝色激光照射至荧光轮以产生三色光，这样提升了对荧光轮的控制要求，且荧光轮产生的三色光的颜色效果较差。因此，一种全三色光源系统应运而生，该全三色光源系统的激光光源包括三种颜色的激光器，以便直接产生三色光。
但是，由于全三色光源系统中激光光源包括的激光器数量的增多，每种颜色的激光器需要分别控制，且每种颜色的激光器通常只能提供固定亮度的激光，因此，最终激光投影设备的显示效果较差。
发明内容
本发明提供了一种激光投影设备，可以解决激光投影设备的显示效果较差的问题，所述技术方案如下：
第一方面，提供一种激光投影设备，其特征在于，包括：
显示控制电路，激光光源，多个激光器驱动电路，所述激光光源包括三个基色的激光器组件，多个所述激光器组件与所述多个激光器驱动电路一一对应，所述激光器组件包括至少一个激光器；
所述显示控制电路，用于生成与多帧显示图像中的每一帧图像的三个基色一一对应的多个使能信号，将所述多个使能信号分别传输至对应的所述激光器驱动电路，以及，生成与所述每一帧图像的三个基色一一对应的多个电流控制信号，将所述多个电流控制信号分别传输至对应的所述激光器驱动电路；
每个所述激光器驱动电路，用于向其所连接的所述激光器组件提供所述激光器组件对应的驱动电流，其中，每个所述激光器组件对应的电流控制信号在对应至少两帧所述显示图像时的大小不同；
所述激光器组件用于在对应的激光器驱动电路的驱动下发光。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提供的激光投影设备，由于激光投影设备中显示控制电路可以生成与多帧显示图像中的每一帧图像的三个基色一一对应的多个使能信号，将多个使能信号分别传输至对应的激光器驱动电路，以及，生成与每一帧图像的三个基色一一对应的多个电流控制信号，将多个电流控制信号分别传输至对应的激光器驱动电路，每个所述激光器驱动电路可以向其所连接的所述激光器组件提供所述激光器组件对应的驱动电流。由于每个所述激光器组件对应的电流控制信号在对应至少两帧所述显示图像时的大小不同，因此，该激光投影设备可以支持可变亮度的激光器组件，有效提高激光投影设备的显示效果。
并且由于激光投影设备根据增益值对每一帧图像的灰阶值的范围进行了扩大，同时降低了激光光源的亮度，因此，增强了图像的细节表达，提高了图像的对比度，也即是提高了激光投影设备在显示图像时的对比度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种光源系统的局部结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种激光投影设备的框图；
图3是本发明实施例提供的一种激光器驱动电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种激光器驱动电路的局部结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种电流和亮度的关系曲线图；
图6是本发明实施例提供的一种激光器驱动电路的局部结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种中继器的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种PWM信号经过中继器处理前后的波形示意图；
图9是本发明实施例提供的一种升压电路的部分结构示意图；
图10是本发明实施例提供的一种激光器驱动电路的局部结构示意图；
图11是本发明实施例提供的一种激光器驱动电路的结构示意图；
图12是本发明实施例提供的一种输入信号灰阶值、屏幕亮度的关系曲线图；
图13是本发明实施例提供的一种输入信号灰阶值、屏幕亮度的关系曲线图；
图14是本发明实施例提供的一种输入信号灰阶值、屏幕亮度的关系曲线图；
图15是本发明实施例提供的一种激光投影设备的框图；
图16是本发明实施例提供的一种激光投影设备的框图；
图17是本发明实施例提供的一种激光投影设备的框图。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，其示出了一种本发明实施例提供的光源系统的局部结构示意图。如图1所示，全三色光源系统通常包括激光光源10、两个二向色镜20、反射镜30、聚光透镜40、扩散轮50和光棒60。激光光源10包括一个用于发出红色激光的红色激光器组件101、一个用于发出绿色激光的绿色激光器组件102和一个用于发出蓝色激光的蓝色激光器组件103。其中，红色激光器组件101发出的红色激光可以经过一个二向色镜201透射至聚光透镜40上。绿色激光器组件102发出的绿色激光可以先经过反射镜30反射至另一个二向色镜202上，然后经过该另一个二向色镜202反射至一个二向色镜201上，之后经过该一个二向色镜201反射至聚光透镜40上。蓝色激光器组件103发出的蓝色激光可以经过另一个二向色镜202透射至一个二向色镜201上，然后经过该一个二向色镜201反射至聚光透镜40上。照射至聚光透镜40上的激光经过该聚光透镜40汇聚后，照射至扩散轮50上。照射至扩散轮50上的激光经过扩散轮50的匀光后，照射至光棒60内，在该光棒60的匀光作用下，实现三色光源。其中，激光器组件包括至少一个激光器。
由于全三色光源系统中每种颜色的激光器(即上述激光器组件)需要分别控制，且每种颜色的激光器通常只能提供固定亮度的激光，因此，最终激光投影设备的显示效果较差。
本发明实施例提供一种激光投影设备，例如其可以为激光电视，如图2所示，包括：
显示控制电路70，激光光源10，多个激光器驱动电路00，激光光源10包括三个基色的激光器组件101，多个激光器组件101与多个激光器驱动电路00一一对应，该激光器组件包括至少一个激光器。
显示控制电路70，用于生成与每一帧图像的三个基色一一对应的多个使能信号，将多个使能信号分别传输至对应的激光器驱动电路00，以及，生成与每一帧图像的三个基色一一对应的多个电流控制信号，将多个电流控制信号分别传输至对应的激光器驱动电路00。
每个所述激光器驱动电路00，用于向其所连接的所述激光器组件提供所述激光器组件对应的驱动电流，其中，每个所述激光器组件对应的电流控制信号在对应至少两帧所述显示图像时的大小不同。
激光器组件101用于在对应的激光器驱动电路00的驱动下发光。
图2假设基色为红色、绿色和蓝色，相应的使能信号分别为红色使能信号R_EN，绿色使能信号R_EN和蓝色使能信号R_EN，电流控制信号分别为红色电流控制信号R_PWM，绿色电流控制信号G_PWM和蓝色电流控制信号B_PWM。为了便于说明，后续实施例均以前述基色为红色、绿色和蓝色为例进行说明，本发明实施例在实际实现时，基色还可以有其他颜色，本发明在此不做限制。
综上所述，由于激光投影设备中显示控制电路可以生成与多帧显示图像中的每一帧图像的三个基色一一对应的多个使能信号，将多个使能信号分别传输至对应的激光器驱动电路，以及，生成与每一帧图像的三个基色一一对应的多个电流控制信号，将多个电流控制信号分别传输至对应的激光器驱动电路，每个所述激光器驱动电路可以向其所连接的所述激光器组件提供所述激光器组件对应的驱动电流。由于每个所述激光器组件对应的电流控制信号在对应至少两帧所述显示图像时的大小不同，因此，该激光投影设备可以支持可变亮度的激光器组件，有效提高激光投影设备的显示效果。
如图3所示，每个激光器驱动电路00包括：
驱动芯片01，电压输出电路02和光源开关电路03，光源开关电路03用于与一个激光器组件连接，该激光器组件包括用于发出一种颜色的激光的至少一个激光器。当激光器组件包括多个激光器时，该多个激光器可以串联或并联。示例的，该激光器组件包括7-9个激光器，例如8个激光器。例如，该激光器组件可以红色激光器组件、绿色激光器组件或蓝色激光器组件。
驱动芯片01，用于接收与激光器组件对应的电流控制信号，并基于电流控制信号向光源开关电路03提供对应的激光器组件的驱动电流。通常情况下，电流控制信号为脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)，PWM信号是一系列幅值相等的脉冲信号组成的信号，PWM值是在一个驱动周期内，开关管导通时长相加的平均值。导通时间越长，则直流输出的平均值越大；PWM频率是一个周期内，导通时长与驱动周期的时长的一个比值，也称作占空比。
驱动芯片01，还用于接收与激光器组件对应的使能信号，并基于使能信号控制光源开关电路03通过开关控制信号驱动对应的激光器组件点亮的时长。例如该激光器组件为红色激光器组件，则该使能信号为红色使能信号。
电压输出电路02，用于为光源开关电路03提供激光器组件的额定电压。该激光器组件的额定电压是激光器组件正常工作时所需的电压，也称标称电压。
光源开关电路03，用于在开关控制信号为有效电位时导通，在额定电压下向其所连接的激光器组件提供激光器组件对应的驱动电流。
示例的，如图4所示，驱动芯片01包括第一引脚ENOUT，第二引脚ISN，以及第三引脚ISP，第一引脚ENOUT用于输出开关控制信号，光源开关电路03包括：电流检测电阻R5和第一开关晶体管Q1。该开关控制信号用于控制光源开关电路的导通与关断，使得光源开关电路驱动对应的激光器组件点亮的时长。
电流检测电阻R5的一端与电压输出电路(图4未示出)的额定电压的输出端以及第二引脚ISN分别连接，另一端与激光器组件的正极以及第三引脚ISP分别连接，图4中假设电流检测电阻R5的一端的电压为额定电压Vo，另一端的电压为输出电压Vout，第一开关晶体管Q1的源极S1与激光器组件的负极连接，第一开关晶体管Q1的栅极G1与第一引脚ENOUT连接，第一开关晶体管的漏极D1与第一信号输出端O1连接，该第一信号输出端O1用于输出低于第一开关晶体管的漏极D1的电平的电平信号，图4以第一开关晶体管的漏极D1接地为例进行说明，也即是第一信号输出端O1为参考地。当光源开关电路03导通时，形成电流回路h1。需要说明是，图4中假设激光器组件包括串联的n个激光器，分别为激光器LD1至LDn。该激光器LD1至LDn不属于光源开关电路03。可选的，该第一开关晶体管Q1可以为N型金属氧化物半导体(N-Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS)管。
其中，驱动芯片01用于通过第二引脚ISN和第三引脚ISP检测电流检测电阻R5上加载的电流，并将电流检测电阻R5上加载的电流调整至对应的激光器组件的驱动电流。请参考图4，该电流I＝(Vo-Vout)/R，其中，R表示电阻R5的阻值，I表示流经电流检测电阻R5的电流。
值得说明的是，驱动芯片01可以通过多种方式确定激光器组件对应的驱动电流(即驱动电流的值)。在一种可选方式中，驱动芯片01在接收到电流控制信号后通过第一预设算法，计算激光器组件对应驱动电流的值；在另一种可选方式中，驱动芯片01预存有电流控制信号与电流的对应关系，驱动芯片01在接收到电流控制信号后，通过查询该对应关系即可得到相应的驱动电流。示例的，当电流控制信号为PWM信号时，该电流控制信号与电流的对应关系可以由PWM值与电流对应关系表征。请参考表1和图5，为了便于读者理解，表1示出了PWM值、电流与亮度的对应关系表(实际应用中，驱动芯片01只需预存PWM值与电流对应关系)，图5是该对应关系表所对应的电流与亮度的关系曲线图。由图5可以看出，电流和亮度存在线性关系，通常电流越大，亮度越大，因此通过调节激光器组件的电流可以有效调节激光器组件的亮度。示例的，当接收到的PWM信号的PWM值为1023时，查询表1得到的驱动电流为2.6A(安)，则将电流检测电阻R5上加载的电流调整为2.6A。最终激光器组件的亮度为2540lumen(流明)。
表1
Figure GDA0004178982160000071
如前所述，电流控制信号可以为PWM信号，PWM信号在传输过程中会产生一定的衰减，衰减导致PWM信号的幅值(也称高电平幅值)低于有效设置的满量程幅值。本发明实施例提供一种中继器，可以不改变PWM信号的占空比，将接收到的幅值低于满量程幅值的PWM信号，调整为幅值为满量程幅值的PWM信号，这样避免信号传输所导致的信号衰减，保证输入驱动芯片的电流控制信号的准确性，提高后续驱动精度。
如图6所示，当电流控制信号为PWM信号时，激光器驱动电路00还包括：
中继器04，中继器04与驱动芯片01连接，其位于驱动芯片01的前端，中继器04用于接收与激光器组件对应的电流控制信号，并将幅值等于额定的幅值电压VCC的电流控制信号输出至驱动芯片01。
示例的，如图7所示，中继器04包括：
第一电阻R1、第二电阻R2和运算放大器(也称运放器)P，其中，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相等，运算放大器P的同向输入端(也称非倒向输入端)u+分别与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的一端为电流控制信号的输入端，运算放大器P的反向输入端(也称倒向输入端)u-与第二电阻R2的一端连接，运算放大器P的输出端(也称公共端)o与第二电阻R2的另一端连接，运算放大器P的输出端o还与驱动芯片连接，该运算放大器P的额定电压(也称工作电压)为幅值电压VCC。运算放大器P的接地端与第二信号输出端O2连接，该第二信号输出端O2用于提供低于幅值电压VCC的电平信号，通常情况下，该第二信号输出端O2为参考地。
本申请实施例在实际实现时，由于中继器和驱动芯片的额定电压可能不同，因此，运算放大器P的输出端o与第三信号输出端O3之间还串联有第三电阻R3和第四电阻R4，第三信号输出端O3用于提供低于输出端o的电平的电平信号，例如该第三信号输出端O3接地。第三电阻R3和第四电阻R4为分压电阻，第三电阻R3和第四电阻R4之间的节点e用于输出分压处理后的电流控制信号，该节点e输出的电压为驱动芯片的额定电压。第三电阻R3和第四电阻R4的阻值根据中继器和驱动芯片的额定电压设置。
如图8所示，由于第一电阻R1与第二电阻R2的阻值相等，PWM信号经过运算放大器P之后，不会改变PWM信号的占空比，但会使PWM信号幅值由低于幅值电压VCC调整为等于幅值电压VCC，也即是满量程，因此可以保证处理后的电流控制信号相对于初始生成的电流控制信号无衰减。
并且，由于中继器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。在一定程度上可以避免由于输出阻抗较高，而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗，起到承上启下的作用，也即是缓冲作用。由于中继器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使得它对上一级电路呈现高阻状态，而对下一级电路呈现低阻状态，常用于中间级，以隔离前后级电路，消除它们之间的相互影响。在本发明实施例中，中继器可以隔离驱动芯片前端的电路(例如显示控制电路)产生的各种噪声，因此可以提高激光器驱动电路的精度。
在不同的应用场景中，前述电压输出电路02按工作模式的不同，可以分为升压电路，也可以为降压电路。升压电路是把输入电压Vi升高到激光器组件的额定电压Vo的电路，Vi＜Vo，降压电路是把输入电压Vi降低到激光器组件的额定电压Vo的电路，Vi＞Vo。由于升压电路的初始输入电压Vi相对于降压电路较低，若该升压电路出现短路等故障，该较低的初始输入电压Vi没有超出激光器组件的额定电压Vo，不会引起激光器组件的损伤，也不会引起人体的触电风险。因此，升压电路相对于降压电路对设备损伤的可能性较低，安全性较高。
示例的，当该电压输出电路02为升压电路时，该升压电路用于将输入电压升压Vi至激光器组件的额定电压Vo，并为光源开关电路03加载该额定电压Vo。
如图9所示，该升压电路可以包括：电感L、第二开关晶体管Q2、二极管D、电容C1和第五电阻R6、第六电阻R7和第七电阻R8，电感L的一端与输入电压的提供端a连接，另一端分别与二极管D的正极以及第二开关晶体管Q2的源极S2连接，二极管D的负极为额定电压Vo的输出端，电容C1的一端与额定电压Vo的输出端连接，另一端与第四信号输出端O4连接，第四信号输出端O4用于输出低于额定电压的电平信号。图9以该电容C1的另一端接地为例进行说明，即第四信号输出端O4为参考地。第五电阻R6和第六电阻R7串联在额定电压的输出端与第五信号输出端O5之间，第五信号输出端O5用于输出低于额定电压的电平信号，图9以第五电阻R6和第六电阻R7串联在额定电压的输出端与地之间为例进行说明，即第五信号输出端O5为参考地。第七电阻R8串联在第二开关晶体管Q2的漏极D2和第六信号输出端O6之间，第六信号输出端O6用于输出低于漏极D2的电压的电平信号，图9以第七电阻R8串联在第二开关晶体管Q2的漏极D2和地之间为例进行说明，即第六信号输出端O6为参考地。
在前述升压电路中，可以通过第五电阻R6和第六电阻R7之间的节点b，以及第五电阻R6和第六电阻R7设置额定电压Vo，其中，额定电压
Figure GDA0004178982160000091
Vb为节点b处的参考电压。由于激光器组件的额定电压通常恒定，因此，第五电阻R6和第六电阻R7之间的节点b的参考电压Vb，以及第五电阻R6和第六电阻R7通常恒定，也即是在设置之后不变。
该升压电路分为两个工作过程，分别为充电过程和放电过程，在这两个工作过程中，该升压电路的工作原理如下：
充电过程：第二开关晶体管Q2导通，输入电压Vi持续给电感L储能，电感L上的电流线性增加，同时，二极管D反向截止，阻止电容C1的电压对第四信号输出端O4放电(当第四信号输出端O4为参考地时，即对地放电)，因此直流电不断给电感L充电储能，形成电流回路h2。
放电过程：第二开关晶体管Q2关断，相当于上述电流回路h2断路，由于电感L的电流不能发生突变，流经电感L的电流缓慢放电直到为0。由于电流回路h2电路已断开，电感L只能通过二极管D给电容C1充电，使电容C1的电动势不断升高，形成电流回路h3。
通过控制第二开关晶体管Q2的栅极G2，使得第二开关晶体管Q2以一定频率不断开启和关断，控制升压电路不断进行充放电，使电容C1两端的电压不断升高直到达到设置的额定电压Vo，从而完成升压电路的升压。
示例的，该第二开关晶体管Q2可以为NMOS管。当栅极G2输入的电平信号相对于源极S2的电平信号为高电平时，NMOS管导通，当栅极G2输入的电平信号相对于源极S2的电平信号为低电平时，NMOS管关断。
值得说明的是，前述对第二开关晶体管Q2开启和关断的控制，和/或，对第五电阻R6和第六电阻R7之间的节点b的参考电压Vb的设置可以采用单独的控制芯片或控制电路进行控制，也可以由驱动芯片进行控制。图9假设由驱动芯片01控制第二开关晶体管Q2的开启和关断，以及，设置第五电阻R6和第六电阻R7之间的节点b的参考电压Vb。
如图10所示，驱动芯片01还包括第四引脚FB，第五引脚GATE，以及第六引脚SENSE，其中，第四引脚FB与节点b连接，该第四引脚FB用于为节点b提供参考电压Vb；第五引脚GATE与第二开关晶体管Q2的栅极G2连接，该第五引脚GATE用于控制第二开关晶体管Q2开启和关断；第六引脚SENSE与节点c连接，该节点c位于第二开关晶体管Q2的漏极D2和第七电阻R8之间。
第五引脚GATE和第六引脚SENSE可以组成过电流保护电路。该第六引脚SENSE用于通过检测漏极D2和第七电阻R8之间的电压来采集升压电路的电流，当采集的电流大于设定的电流上限阈值时，驱动芯片会控制第五引脚GATE关断此升压电路的电流回路。从而基于采集的电流来实现升压电路的过电流保护。
相应的，参考图10，该升压电路的工作原理如下：
充电过程：驱动芯片01通过第五引脚GATE控制第二开关晶体管Q2导通，输入电压Vi持续给电感L储能，电感L上的电流线性增加，同时，二极管D反向截止，直流电不断给电感L充电储能，形成电流回路h2。
放电过程：驱动芯片01通过第五引脚GATE控制第二开关晶体管Q2关断，流经电感L的电流缓慢放电直到为0。电容C1的电动势不断升高，形成电流回路h3。
驱动芯片01通过第四引脚FB为节点b提供参考电压Vb，从而设置额定电压Vo，然后通过控制第二开关晶体管Q2的栅极G2，使得第二开关晶体管Q2以一定频率不断开启和关断，控制升压电路不断进行充放电，使电容C1两端的电压不断升高直到达到设置的额定电压Vo，从而完成升压电路的升压。
示例的，驱动芯片01可以以100kHz(千赫兹)以上的频率对第二开关晶体管Q2进行开启和关断控制，也即是开关频率大于或等于100kHz。这种开关频率可以最大限度地缩减分立元件，如电感、二极管等的尺寸，并保持了的较高的驱动效率，使所产生的分立元件温升较小，热量更容易控制，避免驱动电路过热。
请参考图11，图11为本发明实施例提供的一种激光器驱动电路的结构示意图，驱动芯片包括：第一引脚ENOUT，第二引脚ISN，以及第三引脚ISP，第四引脚FB，第五引脚GATE，第六引脚SENSE，第七引脚CTRL，第八引脚EN，其中，第一引脚ENOUT，第二引脚ISN，以及第三引脚ISP，第四引脚FB，第五引脚GATE，第六引脚SENSE的连接关系和工作原理参考前述实施例中图3、图4和图9的内容，通常情况下，电流控制信号和使能信号由显示控制电路生成，第七引脚CTRL用于接收电流控制信号，其可以直接与显示控制电路连接，也可以通过中继器04连接，由中继器04来进行中继。图11中，该第七引脚CTRL与中继器04连接，用于接收中继器处理后的电流控制信号。第八引脚EN用于接收使能信号，其可以直接与显示控制电路连接。
为了便于读者理解，下面以图11为例对激光器驱动电路进行说明：驱动芯片01通过第七引脚CTRL接收中继器04传输的电流控制信号后，基于电流控制信号，向光源开关电路03提供激光器组件对应的驱动电流。驱动芯片01通过第八引脚EN接收与激光器组件对应的使能信号，并基于使能信号控制光源开关电路03通过开关控制信号驱动对应的激光器组件点亮的时长；电压输出电路02，用于为光源开关电路03提供激光器组件的额定电压Vo；光源开关电路03，用于在开关控制信号为有效电位时导通，在额定电压Vo下向其所连接的激光器组件提供激光器组件对应的驱动电流。图11中各个元件的具体工作过程可以参考前述实施例，在此不再赘述。
在本发明实施例中，驱动芯片01可以采用多种方式来进行电流的调节(即电流值的调节)，结合前述实施例，本发明实施例以以下两种可选方式为例进行说明：
在第一种可选方式中，通过调节驱动芯片发送的电流控制信号(例如前述主控制器发送的电流控制信号)的值来实现电流的调节。例如，电流控制信号为PWM信号时，通过调整该PWM信号的PWM值可以进行电流值的调节。则驱动芯片用于调节电流控制信号的值，以将电流检测电阻上加载的电流调整至对应的激光器组件的驱动电流。
请参考图4，激光器组件的驱动电流I＝(VCTRL-100mV)/(R*10)，其中，R为电阻R5的阻值，VCTRL为PWM信号的平均电压幅值，即前述第七引脚CTRL接收的信号的平均电压幅值，在电阻R5的阻值不变的情况下，电流I的调节是通过PWM信号的平均电压幅值VCTRL调节的，激光器组件的驱动电流I与第七引脚CTRL接收的信号的平均电压幅值VCTRL(当激光器驱动电路00包括该中继器04时，VCTRL为PWM信号经过中继器04输出的平均电压幅值；当激光器驱动电路00不包括该中继器04时，VCTRL为PWM信号的平均电压幅值)成正比，驱动电流随着每帧图像中每个像素亮度值对应的电流变化，快速响应每帧图像的像素的灰阶值的变化。
在第二种可选方式中，电流检测电阻R5为可调电阻，驱动芯片用于调节电阻检测电阻R5的阻值，以将电流检测电阻R5上加载的电流调整至对应的激光器组件的驱动电流。值得说明的是，该电流检测电阻R5可以包括一个或多个电阻，当其包括多个电阻时，该多个电阻可以串联或并联，该电流检测电阻R5还可以为采用其他元器件或电路实现的等效电阻，本发明实施例对此不做限定。
前述驱动芯片01还可以采用其他方式来进行电流的调节，例如，将上述两种实现方式结合，则电流检测电阻R5为可调电阻，驱动芯片通过同步调整电流控制信号的值，以及调节电阻检测电阻R5的阻值，以将电流检测电阻R5的电流调整至对应的激光器组件的驱动电流。
在激光投影设备中，显示控制电路会生成与三个基色一一对应的多个电流控制信号，例如三个基色为红色、绿色和蓝色，则显示控制电路会生成红色电流控制信号、绿色电流控制信号和蓝色电流控制信号，相应的，红色激光器组件、绿色激光器组件和蓝色激光器组件在一个驱动周期内时序点亮。以图10为红色激光器组件的激光器驱动电路为例，假设一帧每一帧图像的驱动周期为T，高电平为有效电位，红色激光器组件在一个驱动周期T内的导通时长(即点亮时长)为t，则红色激光器组件的使能信号在一个驱动周期T内的高电平时长为t，此使能信号输入到驱动芯片01的使能引脚(即前述第八引脚)EN，通过第一引脚ENOUT控制光源开关电路的通断，以此来实现对红色激光器组件的点亮和熄灭。当第一引脚ENOUT为高电平时，第一开关晶体管Q1导通，光源开关电路导通正常工作，红色激光器组件的点亮时长为t，当第一引脚ENOUT为低电平时，第一开关晶体管Q1关断，光源开关电路不导通，红色激光器组件不工作，则红色激光器组件熄灭的时长为T-t。进一步的，通过控制第一开关晶体管Q1的开启和关断，还可以实现开关控制电路的自我保护，例如进行过电流保护。
在光源开关电路03中，当第一开关晶体管Q1为MOS管，例如NMOS管时，光源开关电路的通断时间达到ns(纳秒)级，激光器驱动电路的通断时间达到μs(微秒)级，从而使激光器组件的电流响应速度快，精度高，大电流和低纹波，减少了多种基色光由于激光器驱动电路反应速度慢导致的混色严重的画质问题。
综上所述，本发明实施例提供的激光器驱动电路，由于激光投影设备中显示控制电路可以生成与多帧显示图像中的每一帧图像的三个基色一一对应的多个使能信号，将多个使能信号分别传输至对应的激光器驱动电路，以及，生成与每一帧图像的三个基色一一对应的多个电流控制信号，将多个电流控制信号分别传输至对应的激光器驱动电路，每个所述激光器驱动电路可以向其所连接的所述激光器组件提供所述激光器组件对应的驱动电流。由于每个所述激光器组件对应的电流控制信号在对应至少两帧所述显示图像时的大小不同，因此，该激光投影设备可以支持可变亮度的激光器组件，有效提高激光投影设备的显示效果。
随着社会的发展，人们对激光投影设备的显示效果要求越来越高，因此也对影响显示效果的一系列参数(例如，对比度)有了更高的要求。其中，激光投影设备的对比度通常分为静态对比度和动态对比度。静态对比度通常指的是采用美国国家标准学会(Americannational standards institute，ANSI)制定的对比度算法计算得到对比度，其指的是一张图片(即同一帧图像)中白色区域的亮度与黑色区域的亮度比。
动态对比度指的是同一帧图像在显示过程中的明暗比，其与显示过程中激光光源的亮度相关，也即是该一帧图像在显示过程中最亮的白色区域与最暗的黑色区域的亮度比。例如公式(1)所示，动态对比度C满足：
Figure GDA0004178982160000141
Lw为该一帧图像在显示过程中最亮的白色区域的亮度，LB为该一帧图像在显示过程中最暗的黑色区域的亮度。
通过上述动态对比度的公式可知，当Lw达到最大值时，可以通过降低LB的值，提高动态对比度。其中，激光投影设备的图像的实际显示亮度通常由两个因素决定，一个因素是激光光源的亮度，另一个因素是图像的灰阶值(也即是图像自身的亮度)，该两个因素的叠加最终可以确定一帧图像的实际显示亮度，因此，可以通过调节该两个因素的比例来优化显示效果。
通常情况下，激光投影设备所显示的视频中图像自身的亮度是基于其内容不断变化的，对于每一帧图像，均可以根据图像自身的亮度调整激光光源，从而调整图像的实际显示亮度。例如，当一帧图像为黑色画面时，可以通过降低激光光源的亮度，使得该一帧图像的实际显示亮度相较于其自身亮度更低。这样，可以通过降低激光光源的亮度，降低激光投影设备在显示图像时的实际显示亮度的下限值，即最低实际显示亮度(LB)，提高该激光投影设备在显示图像时的动态对比度。同时由于降低了激光光源的亮度，因此，也降低了该激光投影设备的功耗。
本发明实施例提供的激光投影设备，可以在不改变图像的实际显示亮度，从而提高该激光投影设备的动态对比度。其图像显示的原理为：对激光光源的亮度和待显示图像的灰阶值分别进行处理，以增强图像的细节表达，进而在保证显示图像的亮度不变的前提下，降低光源亮度，提高激光投影设备的动态对比度。为了便于读者理解，本发明实施例以图12至图14为例对本发明实施例所涉及的图像显示原理进行说明：
如图12至图14所述，图12至图14示出了输入信号灰阶值(也称显示灰阶值或图像自身亮度)、屏幕亮度(也即是实际显示亮度)的关系。图12至图14中，横坐标为输入信号灰阶值，纵坐标为屏幕亮度。假设激光投影设备所能处理的图像的最大灰阶值为256，激光光源的功率(由于激光光源的功率与激光光源的亮度成正比，本发明实施例中，假设激光光源的功率等价于激光光源的亮度)为一个标准量(也即是参考量)，例如为单位以一，则，如图12所示，该激光投影设备的输入信号灰阶值与屏幕亮度的曲线(也即是伽马曲线)为图12中的实线。假设，当前显示的一帧图像A的输入信号灰阶值为160，则对应的屏幕亮度为96，如图13所示，将该帧图像A的输入的信号灰阶值增益D倍，该帧图像A转化为图像A’，该图像A’对应的屏幕亮度为192。如图14所示，可以通过降低激光光源的功率使屏幕亮度降为96，从而将图像A’转化为图像A。这样，由于图像的显示灰阶值范围越大，图像的细节表达越丰富，而本发明实施例提供的激光投影设备可以将图像的显示灰阶值的范围扩大，也即是提高了显示灰阶值的上限值，因此，增强了图像的细节表达，同时，在保证图像A的实际显示亮度不变的前提下，激光光源的亮度降低，对比度提高，功耗降低。
可选的，如图15所示，激光投影设备还包括光调制器件80，该光调制器件80可以为数字微镜器件(Digital Micro mirror Device，DMD)或者液晶覆硅(Liquid Crystal onSilicon，LCOS)。
进一步的，显示控制电路70，包括：算法处理器701和控制处理模块702，算法处理器701与控制处理模块702连接，控制处理模块702还分别与激光器驱动电路00以及光调制器件80连接。该算法处理器可以采用现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，FPGA)来实现。
算法处理器701用于根据多帧显示图像中的每一帧图像的灰阶值，确定每一帧图像的增益值α，α≥1。其中，每一帧图像的图像显示数据可以反映出每一帧图像颜色的基本分布和基本色调，当图像显示数据为4K数据时，该4K数据可以以V-by-One(一种面向图像传输开发出的数字接口标准)信号的方式输入至算法处理器701。
算法处理器701，还用于向控制处理模块702发送图像显示数据以及与激光器组件对应的电流控制信号，其中，前述每个电流控制信号用于指示对应的激光器组件的调整后的亮度，调整后的亮度为调整前的亮度的1/α，图像显示数据用于指示调整后的每一帧图像的灰阶值，调整后的灰阶值为调整前的灰阶值的α倍。
控制处理模块702用于向光调制器件80发送图像显示数据以及向激光器驱动电路发送与激光器组件对应的电流控制信号。
光调制器件80，用于基于图像显示数据，对激光光源的光束进行调制，以生成影像光束，并将该影像光束投影至显示屏上，实现每一帧图像的显示。需要说明的是，激光投影设备还可以包括多个光学透镜，该多个光学透镜位于光调制器件80与显示屏之间，该多个光学透镜用于对影像光束进行透射、反射和/或者折射后，投影至显示屏上。
在本发明实施例中，显示控制电路70可以基于每一帧图像的增益值α，也即是每一帧图像的变化，实时地调节激光光源的亮度，从而实现动态对比度。并且由于激光器驱动电路的光源开关电路中，当第一开关晶体管为MOS管，例如NMOS管时，光源开关电路的通断时间达到ns(纳秒)级，激光器驱动电路的通断时间达到μs(微秒)级，从而使激光器组件的电流响应速度快，精度高，也即是该激光器驱动电路可以快速，高精度地响应图像各个像素亮度的变化，且可以实现激光器组件的亮度从0到额定电流值所对应亮度的之间任意调节，减少了多种基色光由于激光器驱动电路反应速度慢导致的混色严重的画质问题，此驱动电路是实现高动态对比度的基础，即在硬件上支持了激光投影设备的动态亮度调节。
随着激光投影设备分辨率的提高，激光投影设备的图像显示数据越来越大，例如该图像显示数据为4K数据，即像素分辨率为4096×2160的数据，显示控制电路70只采用一个处理器容易引起处理器处理效率较低，因此，本发明实施例提出主从处理器协同处理图像显示数据的方式，以提高处理效率。如图16所示，控制处理模块702：主控处理器7021和从控处理器7022，算法处理器701分别与主控处理器7021和从控处理器7022连接，主控处理器7021还分别与激光器驱动电路00以及光调制器件80连接，从控处理器7022还与光调制器件80连接。
算法处理器701，用于根据每一帧图像的灰阶值，确定每一帧图像的增益值α，α≥1。
算法处理器701，还用于向主控处理器7021发送电流控制信号和第一子数据，并向从控处理器发送第二子数据，第一子数据和第二子数据组成图像显示数据。
示例的，当图像显示数据为4K数据时，第一子数据和第二子数据均为60bit(比特)数据，且第一子数据和第二子数据均可以为低电压差分信号(Low-Voltage DifferentialSignaling，LVDS)，其中，第一子数据为两路west(西)LVDS，第二子数据可以为两路east(东)LVDS。
可选的，算法处理器701可以通过多种方式生成电流控制信号，在一种可选方式中，算法处理器701确定了每一帧图像的增益值α后，计算得到每个激光器组件的亮度，并通过第二预设算法基于该亮度生成电流控制信号；在另一种可选方式中，算法处理器701可以预存有电流控制信号与亮度的对应关系，在确定了每一帧图像的增益值α后，算法处理器701计算得到每个激光器组件的亮度，然后根据计算得到的亮度查询该对应关系，得到与激光器组件相应的电流控制信号。例的，当电流控制信号为PWM信号时，该电流控制信号与电流的对应关系可以由PWM值与亮度的对应关系表征。该对应关系可以参考表1中PWM值与亮度的对应关系。
主控处理器7021，用于向激光器驱动电路00发送电流控制信号和使能信号，并向光调制器件发送第一子数据。
从控处理器7022，用于向光调制器件80发送第二子数据。
光调制器件80，用于基于第一子数据和第二子数据，对激光光源的光束进行调制，以生成影像光束，并将该影像光束投影至显示屏上，实现每一帧图像的显示。
进一步可选的，如图17所示，该激光投影设备还包括：存储器90，振镜驱动电路100，振镜110和电源模块120，其中，存储器90与算法处理器701连接，用于存储图像显示数据，请参考图15和16，即存储调整后的每一帧图像的灰阶值，例如，该存储器为双倍速率(Double Data Rate，DDR)存储器；振镜驱动电路100分别与算法处理器701以及振镜110连接，用于在算法处理器701的控制下带动振镜110振动，示例的，该振镜110可以为4维振镜，也即是能够在4个方向上振动，通过设置该振镜驱动电路100以及振镜110，可以进行图像叠加显示，增加细节表现力，相当于分辨率提升；电源模块120用于为用电元件提供电能，其与激光投影设备中的各个用电元件分别连接，图11仅以其与算法处理器701、主控处理器7021和从控处理器7022分别连接进行示意图说明。
值得说明的是，该激光投影设备还可以包括：两个二向色镜20、反射镜30、聚光透镜40、扩散轮50和光棒60等，各个元件的功能可以参考图1，本发明实施例对此不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种激光投影设备，其特征在于，包括：
显示控制电路，激光光源，多个激光器驱动电路，
所述激光光源包括三个基色的激光器组件，多个所述激光器组件与所述多个激光器驱动电路一一对应；
所述显示控制电路包括算法处理器和控制处理模块，
其中，所述算法处理器用于根据多帧显示图像中的每一帧图像的灰阶值，确定每一帧图像的增益值α，α≥1，以及，还用于向所述控制处理模块发送图像显示数据以及与所述激光器组件对应的电流控制信号，所述电流控制信号用于指示对应的激光器组件的调整后的亮度，调整后的亮度为调整前的亮度的1/α，其中，图像显示数据用于指示调整后的每一帧图像的灰阶值，调整后的灰阶值为调整前的灰阶值的α倍；
所述控制处理模块向所述激光器驱动电路发送与激光器组件对应的电流控制信号和使能信号；
每个所述激光器驱动电路，用于向其所连接的所述激光器组件提供所述激光器组件对应的驱动电流，其中，每个所述激光器组件对应的电流控制信号在对应至少两帧所述显示图像时的大小不同；
所述激光器组件用于在对应的激光器驱动电路的驱动下发光；
其中，每个所述激光器驱动电路包括：驱动芯片，电压输出电路，光源开关电路；
所述光源开关电路用于与一个激光器组件连接；所述电压输出电路用于为所述光源开关电路提供所述一个激光器组件的额定电压；
所述驱动芯片用于基于所述电流控制信号向所述光源开关电路提供对应的激光器组件的驱动电流，以及基于所述使能信号控制所述光源开关电路通过开关控制信号驱动对应的激光器组件点亮的时长；
以及，所述驱动芯片包括第一引脚，第二引脚，以及第三引脚，所述第一引脚用于输出所述开关控制信号；
所述光源开关电路包括：电流检测电阻和第一开关晶体管；
所述电流检测电阻的一端与所述电压输出电路的额定电压的输出端以及所述第二引脚分别连接，另一端与所述激光器组件的正极以及所述第三引脚分别连接，
所述第一开关晶体管的源极与所述激光器组件的负极连接，所述第一开关晶体管的栅极与所述第一引脚连接，所述第一开关晶体管的漏极与低电位连接；
其中，所述驱动芯片用于通过所述第二引脚和所述第三引脚检测所述电流检测电阻上加载的电流，并将所述电流检测电阻上加载的电流调整至所述激光器组件对应的驱动电流。
2.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，所述算法处理器确定每一帧图像的增益值α后，计算得到每个激光器组件的亮度，并通过第二预设算法或者预存的电流控制信号与亮度的对应关系，生成与所述激光器组件对应的电流控制信号。
3.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，
所述驱动芯片直接或通过中继器与所述显示控制电路连接，并通过引脚接收与所述激光器组件对应电流控制信号和使能信号。
4.根据权利要求1所述的激光投影设备，其特征在于，
所述电流控制信号为脉冲宽度调制PWM信号；
所述激光器组件的驱动电流I与所述PWM信号的平均电压幅值成正比。
5.根据权利要求4所述的激光投影设备，其特征在于，
所述激光器组件的驱动电流I=(VCTRL-100mV)/(R*10)，其中，R为所述电流检测电阻的阻值，VCTRL为所述PWM信号的平均电压幅值。
6.根据权利要求4所述的激光投影设备，其特征在于，所述驱动芯片预存所述PWM信号值与所述激光器组件对应的驱动电流的对应关系表。
7.根据权利要求1-6任一所述的激光投影设备，其特征在于，所述激光光源包括：
红色激光器组件、绿色激光器组件和蓝色激光器组件，
所述红色激光器组件、绿色激光器组件和蓝色激光器组件在一个驱动周期内时序点亮；
以及，每个激光器组件包括串联的n个激光器，n>1。
8.根据权利要求1-6任一所述的激光投影设备，其特征在于，所述激光投影设备还包括光调制器件，
所述控制处理模块用于向所述光调制器件发送图像显示数据，其中，所述图像显示数据用于指示调整后的每一帧图像的灰阶值，调整后的灰阶值为调整前的灰阶值的α倍；
所述光调制器件，用于基于所述图像显示数据，对激光光源的光束进行调制，以生成影像光束；
所述光调制器件为数字微镜器件DMD或者液晶覆硅LCOS。
9.根据权利要求1-6任一所述的激光投影设备，其特征在于，所述激光投影设备还至少满足以下其中一种：
在所述光源开关电路中，所述第一开关晶体管为MOS管；
所述算法处理器采用现场可编程门阵列FPGA。
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