CN114257796A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影装置，其包含影像处理单元、光源、调光元件、分光元件以及穿透元件。影像处理单元用于接收待投影画面的影像信号并将影像信号拆解为色彩资料与亮度资料；调光元件接收第一光束，调光元件通信连接影像处理单元以接收亮度资料并根据亮度资料控制多个第一组件的各自作动而出射第二光束；分光元件接收第二光束并将第二光束分为第一组合光束；穿透元件通信连接影像处理单元并接收色彩资料，穿透元件接收第一组合光束并根据色彩资料而射出第二组合光束，第二组合光束汇合后射出投影装置。本发明在不影响投影装置最大亮度表现的情况下，能够提高整体画面的明案对比，尤其是在黑画面不够黑的问题。

Description

投影装置

技术领域

本发明涉及一种投影装置，尤其是一种可改善LCD投影装置的黑画面对比度的投影装置。

背景技术

LCD(Liquid Crystal Display)投影机为结合液晶显示技术以及投影技术下的产物。常见的LCD投影机大多采用3片式LCD，也就是3LCD投影技术。3LCD投影技术的成像原理是先将光源分离成R(红)、G(绿)、B(蓝)三色，再利用三片液晶面板分别调变R、G、B三种颜色穿透光，最后再将R、G、B三色的光合并成影像色彩，通过投影镜头投射至萤幕。

假设输入信号从全黑到全白对应的投影画面亮度以0～1023表示，由于3LCD投影技术中供R、G、B三种颜色穿透的三片液晶面板无法完全遮蔽穿透的光，使得信号输入的全黑画面在投影屏幕显示带有亮度X(X>0)，从而投影画面的实际亮度范围为X～1023，导致暗部细节无法完整表现，影响使用者观看品质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投影装置，以改善现有3LCD穿透式投影装置在黑画面的对比度不高的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种投影装置，其包含：影像处理单元、光源、调光元件、分光元件以及穿透元件。影像处理单元用于接收待投影画面的影像信号并将该影像信号拆解为色彩资料与亮度资料；光源用于提供第一光束；调光元件接收该第一光束，该调整元件具有多个第一组件，该调光元件通信连接该影像处理单元以接收该亮度资料，该调光元件根据该亮度资料控制该多个第一组件的各自作动而出射第二光束；分光元件接收该第二光束并将该第二光束分为第一组合光束；穿透元件通信连接该影像处理单元并接收该色彩资料，该穿透元件接收该第一组合光束并根据该色彩资料而射出第二组合光束，该第二组合光束汇合后射出该投影装置。

作为可选的技术方案，该多个第一组件为阵列式排布的多个反射组件；该调光元件根据该亮度资料控制该多个第一组件的各自作动频率以控制该多个第一组件的各自光通量而出射该第二光束。

作为可选的技术方案，该亮度资料包含对应该待投影画面中第一区域的第一亮度值，若该第一亮度值小于第一阈值，则该调光元件根据该第一亮度值确认对应该第一区域的每一第一组件的作动频率为第一频率。

作为可选的技术方案，该调光元件中的其余第一组件的作动频率为第二频率，该第二频率大于该第一频率；或者，该亮度资料包含对应该待投影画面中第二区域的第二亮度值，若该第二亮度值大于等于第二阈值，则该调光元件根据该第二亮度值确认对应该第二区域的每一第一组件的作动频率为第二频率，该第二阈值大于等于该第一阈值，该第二频率大于该第一频率。

作为可选的技术方案，该待投影画面具有多个像素区域，该亮度资料包含每一像素区域的亮度值，该多个第一组件与该多个像素区域一一对应，该调光组件根据每一像素区域的亮度值确认与之对应的第一组件的作动频率。

作为可选的技术方案，每一像素区域包含两个以上像素时，该影像处理单元先确认每一像素区域中各像素的亮度值，再将各像素的亮度值整合计算以形成对应每一像素区域的亮度值。

作为可选的技术方案，该第二光束为对应该待投影画面的每一像素区域的亮度值而具有对应光通量的光束。

作为可选的技术方案，该亮度资料包含对应该待投影画面中第一区域的第一亮度值，若该第一区域趋近于黑画面，则该第一亮度值趋近于0，该调光元件根据该第一亮度值确认对应该第一区域的每一第一组件的作动频率趋近于0，以使得对应该第一区域的每一第一组件的光通量趋近于0。

作为可选的技术方案，该投影装置还包含像素扩展组件，该像素扩展组件设置于该调光元件与该分光元件之间，该像素扩展组件用于扩增该调光元件的反射光单元，以实现与该穿透元件的解析度的匹配。

作为可选的技术方案，该穿透元件为3LCD，3CLD分别为第一LCD、第二LCD、第三LCD，该第一组合光束包含第三光束、第四光束及第五光束，该第一LCD、该第二LCD及该第三LCD均通信连接该影像处理单元以接受该色彩资料，该第一LCD接受该第三光束并根据该色彩资料以输出第六光束；该第二LCD接受该第四光束并根据该色彩资料以输出第七光束；该第三LCD接受该第五光束并根据该色彩资料以输出第八光束；该第六光束、该第七光束及该第八光束构成该第二组合光束，且三者汇合后射出该投影装置。

本发明的投影装置，在3LCD投影装置中增加一个调光元件，在不影响投影装置最大亮度表现的情况下，能够提高整体画面的明案对比，尤其是在黑画面不够黑的问题，从而通过调整局部画面的光通量，进而获得了高动态范围成像(High Dynamic Range Imaging)效果。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的投影装置的系统架构示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请参考图1，图1为本发明的投影装置的系统架构示意图。本发明的投影装置100，其包含影像处理单元110、光源120、调光元件130、分光元件140以及穿透元件150。其中，影像处理单元110用于接收待投影画面的影像信号并将该影像信号拆解为色彩资料与亮度资料。光源120用于提供第一光束L1并传输至调光元件130。调光元件130接收第一光束L1。调光元件130具有多个第一组件，调光元件130通信连接影像处理单元110以接收该亮度资料。调光元件130根据该亮度资料控制其上的该多个第一组件的各自作动而出射第二光束L2。分光元件140接收第二光束L2并将第二光束L2分为第一组合光束。穿透元件150通信连接影像处理单元110并接收该色彩资料，穿透元件150接收第一组合光束并根据该色彩资料而射出第二组合光束，第二组合光束汇合后射出投影装置100。

实际操作中，多个第一组件为阵列式排布的多个反射组件。调光元件130根据该亮度资料控制该多个第一组件的各自作动频率以控制该多个第一组件的各自光通量而出射第二光束L2。本实施例中，调光元件130可为数字微镜(Digital Micro-mirror Device，DMD)。

调光元件130的主要功能是反射光源120照射至调光元件130上的光线(第一光束L1)，通过调整调光元件130上各反射组件的翻转角度来控制光线是否进入分光元件140。当调光元件130为数字微镜时，调光元件130可根据不同解析度而切割为不同大小的单位进行控制，例如解析度为1920*1080代表调光元件130被切割为1920*1080个单位用以分别控制，且调光元件130上各反射组件的作动速度可达5000次/秒以上。

本实施例中，穿透元件150为3LCD。具体来说，穿透元件150包含第一LCD、第二LCD和第三LCD。第一组合光束包含第三光束L3、第四光束L4和第五光束L5。第一LCD通信连接影像处理单元110以接收该色彩资料，第一LCD接收第三光束L3并根据该色彩资料以输出第六光束；第二LCD通信连接影像处理单元110以接收该色彩资料，第二LCD接收第四光束L4并根据该色彩资料以输出第七光束；第三LCD通信连接影像处理单元110以接收该色彩资料，第三LCD接收第五光束L5并根据该色彩资料以输出第八光束，第六光束、第七光束及第八光束即构成第二组合光束，且三者汇合后射出投影装置100。

本发明的投影装置100中，影像处理单元110将收到的待投影画面的影像信号分离为色彩资料与亮度资料。亮度资料用于控制调光元件130上各第一组件(本实施例中为反射组件)的翻转。色彩资料用于调整穿透元件150(本实施例中未第一LCD、第二LCD和第三LCD三片液晶面板)的穿透情形，并合并出影像画面。第一LCD、第二LCD和第三LCD可为红色LCD、绿色LCD和蓝色LCD。

如图1所示，投影装置100中，光源120发出的第一光束L1会先经由调光元件130调光后依次进入分光元件140和穿透元件150，最后合成投影画面至投影布幕。其中，影像处理单元110根据待投影画面的影像信号中的色彩资料决定穿透元件150的成像画面，以控制最终投影画面中各处的色彩；同时根据待投影画面的影像信号中的亮度资料决定调光元件130反射至分光元件140上各区域的光通量，以控制最终投影画面中各处的亮度。

本发明中，可控制待投影画面中亮度接近黑色的区域所对应的调光元件130中各第一组件的作动频率为较低(甚至趋近于0)，从而将此处出射的光线强度减弱，以提高黑画面区域的对比度；同时控制待投影画面中正常亮度的区域所对应的调光元件130中各第一组件的作动频率为较高，从而将此处出射的光线强度几乎不受影响，从而减小最终投射画面的整体亮度影响。

本发明可以在不影响投影机整体画面亮度为前提下，改善3LCD投影技术黑画面带有亮度的问题。具体的，本发明的投影装置，通过加入调光元件130控制光路，让投影画面中的黑画面部分可以更暗，增加暗部画面的亮度细节表现，从而改善使用者的观看品质，提供用户体验。

于一实施例中，该亮度资料包含对应待投影画面中第一区域的第一亮度值S1，若第一亮度值S1小于第一阈值，则调光元件130根据第一亮度值S1确认对应该第一区域的每一第一组件的开启频率为第一频率。

实际操作中，亮度资料例如是待投影画面中各区域的亮度值。于一实施例中，亮度资料包含对应待投影画面中第一区域的第一亮度值，若第一区域趋近于黑画面，则第一亮度值趋近于0，调光元件根据第一亮度值确认对应第一区域的每一第一组件的作动频率趋近于0，以使得对应第一区域的每一第一组件的光通量趋近于0。

假设(1)，待投影画面中各区域的亮度值范围为0～1023，第一阈值为150。第一区域对应的亮度值例如为100，即第一亮度值S1为100，由于100<150，从而第一亮度值S1小于第一阈值，说明此时待投影画面中第一区域的亮度较暗，那么调光元件130会根据第一亮度值S1确认对应该第一区域的每一第一组件的开启频率为第一频率。第一频率一般较小，例如60hz，从而第一光束L1照射到调光元件130后，由于调光元件130上对应待投影画面的第一区域的各第一组件的开启频率较低，从而自此处反射出的光线非常弱。从而第二光束L2中对应此处的光线非常弱。

假设(2)，待投影画面中第一区域为全黑画面，第一区域对应的第一亮度值为0，第一阈值为50，由于0<50，从而第一亮度值S1小于第一阈值，那么调光元件130会根据第一亮度值S1确认对应调光元件130上对应该区域的各第一组件的开启频率为第一频率。第一频率例如为0，则在这一帧画面中，对应第一区域的各第一组件将入射至其上的光线全部避开分光元件140，此时投射出的画面中对应该区域的画面亮度为Y，在理想情況下

假设(1)和假设(2)中，第一阈值为50或150，实际操作中，使用者可根据实际需求而确定第一阈值，不以此为限。

假设(3)，待投影画面中其余各区域中具有第二区域，亮度资料包含对应待投影画面中第二区域的第二亮度值S2，第二阈值为950。第二区域对应的亮度值例如为960，由于960>950，从而第二亮度值S2大于第二阈值，说明此时待投影画面中第二区域的亮度较亮，调光元件130会根据第二亮度值S2确认对应第二区域的每一第一组件的开启频率为第二频率，第二频率大于第一频率。第二频率一般较大，例如是前述提到的5000hz，第一光束L1照射到调光元件130后，由于调光元件130对应待投影画面的第二区域的各第一组件的开启频率较高，从而自此处反射出的光线强度几乎不受影响。

假设(4)，待投影画面中其余各区域中具有的第二区域，第二区域为全白画面，则第二区域的第二亮度值S2为1023，第二阈值为950，由于1023>950，则控制调光元件130上对应该区域的各第一组件的开启频率，以将入射至其上的光线全部反射至分光元件140，从而，投射出的画面中对应该区域的画面亮度为1023。

假设(5)，待投影画面中除了亮度值低于第一阈值的其余各区域的亮度值范围为150～1023，从而其余区域的亮度值大于第一阈值，那么确定调光元件中其余第一组件的作动频率为第二频率，第二频率大于第一频率。实际操作中，第一频率例如为60hz，第二频率可为调光元件130中第一组件所能够达到的最高频率，例如5000hz，从而自调光元件130出射的第二光束L2中，除了对应第一区域出的光线经由调整元件130的调光而变得较暗，第一光束L2中对应其他区域的光线的亮度未受影响，第二光束L2为一束不均匀光束。第二光束L2进入分光元件140后，分光元件140将第二光束L2拆分为第一组合光束，具体可拆分为拥有第一颜色的第三光束L3、拥有第二颜色的第四光束L4和拥有第三颜色的第五光束L5。并且，第三光束L3、第四光束L4及第五光束L5对应第一区域的光线非常弱。第三光束L3进入第一LCD，因第三光束L3中对应第一区域的光线非常弱，从而自第一LCD出射的第六光束中几乎没有对应第一区域的光线，而自第一LCD出射的第六光束中对应其他区域的光线则未受影像；第四光束L4进入第二LCD，因第四光束L4中对应第一区域的光线非常弱，从而自第二LCD出射的第七光束中几乎没有对应第一区域的光线，而自第二LCD出射的第七光束中对应其他区域的光线则未受影像；第五光束L5进入第三LCD，因第五光束L5中对应第一区域的光线非常弱，从而自第三LCD出射的第八光束中几乎没有对应第一区域的光线，而自第三LCD出射的第八光束中对应其他区域的光线则未受影像。第六光束、第七光束和第八光束L5作为第二组合光束，且汇合后射出投影装置100。由于第六光束、第七光束和第八光束L6几乎对应第一区域的光线，从而此区域可被投射为黑画面，而其他画面则可按其实际光线进行投射。

假设(3)和假设(4)中，第二阈值为950，使用者可根据实际需求而确定第二阈值，不以此为限。实际操作中，假设(5)可看到第二阈值等于第一阈值，若亮度范围为0～1023，则第一阈值/第二阈值可设定为例如100，则调光元件130中对应亮度值低于第一/第二阈值的区域的第一组件的作动频率为第一频率(例如60hz)，调光元件130中对应亮度值高于第一/第二阈值的区域的各第一组件的作动频率为第二频率(例如5000hz)，从而，仅待投影画面中较暗的区域对应的光线在进入穿透元件150之前被调整变得更暗，待投影画面中的其余区域对应的光线在进入穿透元件150之前不进行调整，在提高画面对比度的同时不影响画面的整体亮度。

本发明中，调光元件130被切割成符合待投影画面解析度的多个第一组件(本实施例中为反射组件)，通过待投影画面的影像信号中的亮度资料以决定各反射组件的光通量，进而在整体亮度不影响的情况下，调整局部画面的光通量，提高画面局部对比。待投影画面的影像信号中的各区域的亮度资料是控制调光元件130各第一组件作动的依据。于一实施例中，待投影画面具有多个像素区域，该亮度资料为包含每一像素区域的亮度资料，调光元件130上的该多个第一组件与待投影画面的该多个像素区域一一对应，从而调光元件130根据该亮度资料中每一像素区域的亮度值确认与之对应的反射镜(亦即第一组件)的开启频率。通过像素区域与第一组件一一对应的设置方式，可以实现对待投影画面中各区域光线的细部控制。例如前述提到的第一区域、第二区域，即可为一个像素区域。

实际操作中，由于待投影画面的解析度和调光元件130的解析度(所包含的第一组件的数量)不一定相同，从而，每一像素区域包含至少一个像素，例如每一像素区域包含一个像素、两个像素或4个像素等。当调光元件130的尺寸与待投影画面的解析度不能达成点对点的匹配条件时，可通过影像处理单元110将亮度资料依待投影画面的解析度进行等比例缩放，以使得调光元件130上的该多个第一组件能够与待投影画面的多个像素区域一一对应。假设待投影画面的解析度为3840*2160像素，调光元件130的解析度为1920*1080，从而，欲使得调光元件130与待投影画面匹配，则每个像素区域包含4个像素。此时，影像处理单元110可先确认每个像素区域中所包含的4个像素的亮度值，再将各像素的亮度值进行整合计算以形成对应每一像素区域的亮度值。实际操作中，整合计算的方法例如可谓最近邻插值法、双线性差值法、Lanczos演算法等。其中，最近邻插值法是将连续资料中的目标资料数值设为最近的点。双线性差值(Bilinear Interpolation，又称为First OrderInterpolation，FOI)缩放方法，FOI是以邻近四点像素内插计算出新的像素。Lanczos演算法是通过Lanczos取样和Lanczos过滤的应用。

经过整合计算使得调光元件130上各第一组件能够与待投影画面的各像素区域一一对应后，可根据每一像素区域的亮度资料来控制调光元件130相对应区域的光通量，提升画面局部对比。由于调光元件130的价格与其第一组件的数量成正比，此整合计算以实现匹配的特性可以大大降低本发明投影装置的成本。

于一实施例中，待投影画面的解析度可为3980*2160，调光元件130的解析度可为1980*1080，同时穿透元件150的解析度可为3980*2160。为了实现解析度匹配的问题，本发明的投影装置100还可包含像素扩展组件(未绘示)，像素扩展组件设置于调光元件130与分光元件140之间。在通过整合计算以使得待投影画面中每一像素区域与调光元件130的各第一组件一一对应后，可利用调光元件130中的第一组件快速动作的特性，在调光元件130的反射光进入分光元件140前，搭配像素扩展组件，本实施例中，像素扩展组件为DLP XPR(Expanded Pixel Resolution Actuator)，将调光元件130的单点的反射光，经过像素扩展组件的折射以扩增调光元件130的反射光单位，实现解析度的匹配。经扩增后的反射光的单元亮度可能会有所降低，但可以使得调光元件130更加精密控制的光通，让局部控制的范围缩小，在有效控制成本的基础上改善画面细节的对比。

本发明的投影装置，在3LCD投影装置中增加一个调光元件，在不影响投影装置最大亮度表现的情况下，能够提高整体画面的明案对比，尤其是在黑画面不够黑的问题，从而通过调整局部画面的光通量，进而获得了高动态范围成像(High Dynamic Range Imaging)效果。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种投影装置，其特征在于包含：

影像处理单元，用于接收待投影画面的影像信号并将该影像信号拆解为色彩资料与亮度资料；

光源，用于提供第一光束；

调光元件，接收该第一光束，该调整元件具有多个第一组件，该调光元件通信连接该影像处理单元以接收该亮度资料，该调光元件根据该亮度资料控制该多个第一组件的各自作动而出射第二光束；

分光元件，接收该第二光束并将该第二光束分为第一组合光束；以及

穿透元件，通信连接该影像处理单元并接收该色彩资料，该穿透元件接收该第一组合光束并根据该色彩资料而射出第二组合光束，该第二组合光束汇合后射出该投影装置。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该多个第一组件为阵列式排布的多个反射组件；该调光元件根据该亮度资料控制该多个第一组件的各自作动频率以控制该多个第一组件的各自光通量而出射该第二光束。

3.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该亮度资料包含对应该待投影画面中第一区域的第一亮度值，若该第一亮度值小于第一阈值，则该调光元件根据该第一亮度值确认对应该第一区域的每一第一组件的作动频率为第一频率。

4.根据权利要求3所述的投影装置，其特征在于：该调光元件中的其余第一组件的作动频率为第二频率，该第二频率大于该第一频率；或者，

该亮度资料包含对应该待投影画面中第二区域的第二亮度值，若该第二亮度值大于等于第二阈值，则该调光元件根据该第二亮度值确认对应该第二区域的每一第一组件的作动频率为第二频率，该第二阈值大于等于该第一阈值，该第二频率大于该第一频率。

5.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该待投影画面具有多个像素区域，该亮度资料包含每一像素区域的亮度值，该多个第一组件与该多个像素区域一一对应，该调光组件根据每一像素区域的亮度值确认与之对应的第一组件的作动频率。

6.根据权利要求5所述的投影装置，其特征在于：每一像素区域包含两个以上像素时，该影像处理单元先确认每一像素区域中各像素的亮度值，再将各像素的亮度值整合计算以形成对应每一像素区域的亮度值。

7.根据权利要求1或5所述的投影装置，其特征在于：该第二光束为对应该待投影画面的每一像素区域的亮度值而具有对应光通量的光束。

8.根据权利要求1述的投影装置，其特征在于：该亮度资料包含对应该待投影画面中第一区域的第一亮度值，若该第一区域趋近于黑画面，则该第一亮度值趋近于0，该调光元件根据该第一亮度值确认对应该第一区域的每一第一组件的作动频率趋近于0，以使得对应该第一区域的每一第一组件的光通量趋近于0。

9.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该投影装置还包含像素扩展组件，该像素扩展组件设置于该调光元件与该分光元件之间，该像素扩展组件用于扩增该调光元件的反射光单元，以实现与该穿透元件的解析度的匹配。

10.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于：该穿透元件为3LCD，3CLD分别为第一LCD、第二LCD、第三LCD，该第一组合光束包含第三光束、第四光束及第五光束，该第一LCD、该第二LCD及该第三LCD均通信连接该影像处理单元以接受该色彩资料，该第一LCD接受该第三光束并根据该色彩资料以输出第六光束；该第二LCD接受该第四光束并根据该色彩资料以输出第七光束；该第三LCD接受该第五光束并根据该色彩资料以输出第八光束；该第六光束、该第七光束及该第八光束构成该第二组合光束，且三者汇合后射出该投影装置。

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