CN1672430A - 具有交流光源的卷色系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种彩色投影系统，包括一个用于依照要显示的图像信息调制入射到其上的光的光阀装置(4)，一个用于产生至少两种不同色光的交流光源(1)和一个可利用产生的不同色光以顺序方式照明所述光阀装置的照明单元(3)。所述光阀装置(4)被与所述照明装置同步地控制以产生彩色输出图像。另外，所述光阀装置(4)的顺序色循环和所述照明单元(3)的AC循环调整为彼此异相。还公开了操作这种投影装置的方法。

Description

具有交流光源的卷色系统
技术领域
本发明涉及一种彩色投影系统，包括：一个用于依照要显示的图像信息调制入射到其上面的光线的光阀装置，一个用于产生至少两种不同色光的交流光源和一个可利用产生的不同色光以连续方式照明该光阀装置的照明装置，其中该光阀装置被与该照明装置同步地控制以产生彩色输出图像。本发明还涉及一种操作这种投影系统的方法。
背景技术
由于与基于非投影的显示相比，投影方法可以提供更亮、更廉价、在许多情况下亮度和对比度更优质的显示，投影电视(PTV)和电视彩色显示系统，特别是背投显示系统，是产生大屏幕显示的通用方法。
本领域中，众所周知有各种不同的以连续方式获得不同颜色的方法。例如，据知使用一种特殊光源顺序地以脉冲方式发出基色光束(参见GB-A-2172733)。此外，EP0492721和US6,097,352揭示了在光阀装置上面连续卷动不同颜色的条形光束的系统，其中，为依照要显示的图像信息调制光线而对该光阀装置进行操作，并且与顺序卷动的颜色同步操作。据知，还有使用色轮(color wheel)提供不同颜色的方法。US5,967,636就揭示了这种方法。
也可以使用直流光源作为光源。然而，这种光源存在几个缺点。例如，这种光源对温度应力(temperature stress)很敏感，因而使用寿命有限。这使得这种光源不可靠、使用成本高。由于这个原因，通常最好使用交流光源。然而，即使是交流光源也附带有某些问题，例如实现光源电流与序列色循环(sequential color cycle)的适当同步的问题。
另外一个问题是稳定电弧以防止电弧跳动的影响，该影响在投影图像成为可见的光闪烁。在交流光源领域，该问题通过在光源电流上引入额外的光源稳定脉冲得到解决。此外，交流光源的时间周期与序列色循环被同步以获得稳定的色再现。然而，在使用卷色结构的情况下，这会导致显示图像中的明显可见的缺陷和赝像，例如可见的色条。赝像的成因是交流光源的光输出中存在与光阀上的色序列相干扰的交流成分。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以减少可见的缺陷及赝像的本文第一段所定义的彩色投影系统，以及一种可以减少可见的缺陷以及赝像的本文第一段所定义的操作该彩色投影系统的方法。
可以通过如权利要求1所述的投影系统和如权利要求7所述的方法实现这个目的。
根据本发明的第一方面，提供了一个彩色投影装置，包括一个用于依照需要显示的图像信息调制入射到其上面光线的光阀装置，一个用于产生至少两种不同色光的交流光源和一个可利用该不同色光以顺序方式照明该光阀装置的照明装置，其中该光阀装置被与该照明装置同步控制以产生彩色输出图像，其中该光阀装置的序列色循环与该照明装置的交流循环之间被调整为彼此不同相。
本发明涉及一种与卷色式投影系统的光阀驱动方法相关的以使卷色与光源驱动脉冲之间的干扰最小化的光源驱动方法。利用本发明的系统，卷动颜色与光源驱动脉冲之间的干扰可以明显减小。
在本申请中，序列色循环可以理解为各种颜色卷动一周的时间。也称作显示帧时间。
光阀最好是透射式或反射式液晶显示器。
在一个较佳实施例中，照明装置可以进一步以空间复用方式产生不同颜色。在任意的确定时刻，至少两种颜色(最好所有颜色)投射到光阀装置上。这样，色再现也依靠光阀的空间寻址(spatialaddressing，可使彩色图像再现更加有效。另外，最好照明装置可用于提供卷色投射，其中色光设置成带状截面。
最好采用时间和空间序列彩色照明组合的方式。总的目的是形成一个仅用单一光阀的投影系统，以减少所述系统的成本。然后，通过一种色序列方法得到色再现，其中每个单一像素时间序列地产生具有适当强度的红、绿、蓝光。这类装置的标准结构是使用色轮产生这些色闪。该色轮具有时间序列地让照明光束通过的过滤元件，以使整个显示器被一种基色照明，并时间序列地被所有基色照明。例如，当面板被绿光照明时，红光和蓝光被色轮所阻挡。然而，这样的显示器系统效率有限。由于两种三原色光被排除，系统效率仅为了颜色生成就降低了66％。
卷色系统解决了这种由颜色生成导致的主要光损失。在卷色系统中，光源发出的白光被分成不同颜色的色带，通常是红、绿、蓝色带。这种系统以所有三种色带都入射到同一显示面板上，但是以位于不同位置的方式进行设置。这三种色带在屏幕上时间序列地扫过。各像素依然时间序列地控制光穿过屏幕，但是在这种情况下不同的像素在每一时刻控制不同的颜色。
本发明的另一个方面是，提供了一种控制上面所定义的投影系统的方法。利用这种方法可以得到与上面讨论相类似的优点。
根据本发明的一个实施例，AC电流循环的时间周期比序列色循环的时间周期长。然而根据一个更佳的实施例，AC电流循环的时间周期比序列色循环的时间周期短。这可以同通过让AC电流循环的时间周期短于普通显示的帧周期来实现。或者，在序列色循环中引入至少一个白色段，增加在普通的显示帧周期上，其中AC电流循环的时间周期变成短于上述的序列色循环的合计时间周期。
附图说明
现在以参照附图说明的实施例，对本发明进行更详细的描述，其中：
图1是本发明一实施例的投影系统的示意图。
图2是说明光输出、光源电流、光源电压以及它们的相互关系的时间图。
图3是光输出循环和序列色循环之间的不同的相互关系状况的时间图。
图4是光输出循环和序列色循环之间的不同的相互关系状况的时间图。
具体实施方式
参考图1，根据本发明一个实施例的彩色投影系统包括一个交流光源1和一个分束器2。该光源1最好包括白光光源(例如氙弧灯和高压水银气体放电管)以及用于集聚和对准光的反射罩等。该分束器2用来将发射的白光分离成红、绿、蓝光。该分束器2可以使用将光分离成基色(例如红、绿、蓝)分色滤光片或反射镜。
该光源最好由方波电流驱动。该光源具有较长的寿命，这是因为方波电流不断改变极性、给光源提供恒定功率以及在改变极性前每一次都提供一个电流脉冲来驱动该方波电流达到大于该电流脉冲之间的电流强度的预定强度。在该时间过程中，电流脉冲中的功率相对于电流脉冲之间的电流中的功率增加。来自这种光源的光输出与光源消耗的功率成正比。因此，这种光源可通过功率控制来控制其光输出。该功率控制可保证光源消耗的功率随时间保持恒定。
图2显示了光源1两端之间的电压、通过光源1的电流以及光源1所输出的光L的能量分别对时间的函数关系，并进一步说明它们之间的相互依赖关系。如本领域所公知，通过光源1的电流和光源1两端之间的电压不断的改变极性(如图所示)是很有利的。众所周知，为了提高光源1的电弧的稳定性，通过光源1的电流应该在任一极性改变以前增加到一个峰值Ipeak(或者简称Ipk)
在公知技术中，设置了对光源电压和电流的控制，使得电流脉冲Ipulse(或者简称Ip)与序列色循环同步。
此外，该投影装置包括一个用以依照要显示的图像信息调制入射到其上面的光的光阀4和一个用生成的不同色光以顺序方式照明该光阀4的照明装置3。该光阀装置4被与该照明装置3同步地控制以产生彩色输出图像。
该光阀最好由具有多种像素的单光阀构成，每一个像素依照输入的图像信号调制入射到其上面的光。例如，该光阀可以是透射或反射面板，例如LCD面板、LCoS(Liquid Crystal on Sillion：硅上液晶)或DMD(Digital(micro-)Mirror Device：数字微镜器件)。然而，许多具有可单独寻址像素的其它类型的二维矩阵装置均可用作光阀装置。
该照明装置最好包括可以使彩色光束(最好设置为具有带状截面)连续扫过光阀装置的扫描部件。该扫描部件最好包括一个用于在该光阀装置的表面上移动该不同颜色的带状光束，以使所有不同颜色的光束部分同时出现在该光阀装置上的机械-光学系统。因此，在三种色光连续扫过面板的过程中，当光带通过面板有效区域的顶部时，这种颜色的光带又出现在面板的底部。对于这种扫描操作，可以使用转动棱镜或类似装置。也可以使用场序彩色照明或时间和空间复用的照明相组合的其它方式。
尽管本发明可以用于纯色序列系统，但最好用于采用时间和空间复用彩色系统的组合系统。
在各色扫过光阀上的给定行之前，该行会被寻址，寻址由电子显示设备用正在被显示的图像的该部分的适当彩色含量(colorcontent)进行。该图像由投影透镜5投射到观看表面上，例如屏幕6或类似装置上。光带序列即序列色(RGB)循环快速出现，以至于观看者在投影图像中同时感觉到所有颜色。此外，循环频率应足够高以使观看者感受到稳定、无闪烁的图像，例如，美国电视的循环频率是60Hz。
依照本发明，序列色循环与用于照明装置的AC循环被调整为彼此不同相。现在讨论一些与图3中描述的图形相关的实施例。
我们假设由光源的电压和电流得到以上讨论的图2所描述的光输出。一般，本例中将由如下两种方法实现色再现：
●显示帧周期(即序列色循环)的积分(人的感觉)。显示帧频率应该足够高以避免色中断。
●连续的空间颜色分束。在任意的确定时刻，至少两种颜色(最好所有颜色)投射到光阀。这样，色再现还依靠光阀的空间寻址。
图3中C所示的状况是，光源电流和序列色循环/光阀寻址同相，这和现有技术中的解决方法相同。假设该系统将投射经均匀的灰色。在这种情况下，在光输出的脉冲期间，将会有过多的红色被寻址到屏幕的上部，过多的绿色被寻址到屏幕中间，过多的蓝色被寻址到屏幕下部。最后的视觉效果是在屏幕上出现三条水平R-G-B色带。因而，同相同步不是首选的。作为这个问题的一个解决方法，本发明使用光源电流和色序列的异相驱动。
图中描述的A和B所示的状况是，光源电流与光阀寻址和序列色循环不同相。也就是，光输出的AC分量的时间周期比显示帧周期短(频率高)。这样设置的效果是，在光输出的交流分量的三个时间周期内的光脉冲被积分(人的感觉)。
图中描述的D和E所示的状况是，光源电流与序列色循环/光阀地址不同相。但是，光输出的AC分量的时间周期比显示帧周期长(频率低)。这种设置的效果是，在光输出的交流输出的三个时间周期内的光脉冲被积分(人的感觉)。
取决于最大允许的光源电流，尽管情况D，E也是可行的解决方法，但通常频率状况A，B是首选。
在上述实施例中，所有三种光脉冲合成，白光增加。另一种处理光源输出脉冲的方法是插入白色段(如图4所示的)，最好是三个白色段，这种方法导致显示帧周期的延长，从而，光输出的交流分量的时间周期与显示帧周期相同。
上面所描述的发明可以用在许多不同的应用中，例如光阀投影。本发明在LCD投影机和DMD投影机中特别有用。然而，本发明也可以用于使用投影透镜的其它应用中。
应知，许多其他部件可用来代替上述的光学和机械系统。能够在光阀表面上顺序提供红、绿、蓝光带的部件的其它设置可以结合本发明一起使用。例如，不使用单一的白光光源，而是三个红、绿、蓝光源与扫描机构一起使用。类似地，颜色的分离或扫描可以通过例如彩色滤光片转轮或者彩色滤光片转鼓来实现。还要注意，本发明也可以与任意形式的已知电子光阀一起使用，例如透射或反射式LCD、铁电装置(ferroelectric device)、应变反射镜等。另外，光路可以是直的(如本申请所示)，在小型的装置中也可以是弯折的。在特定的应用中，使用二色光带，而不是三色光带。可以对上面讨论的技术和部件进行任意组合。应当认为，这种和其它显然的修改属于本发明的范围，该范围由所附的权利要求书加以规定。

Claims (13)

1.一种彩色投影系统，包括：
一个用于依照要显示的图像信息调制入射到其上的光的光阀装置(4)；
一个用于产生至少两种不同色光的交流操作光源(1)；和
一个可利用产生的不同色光以顺序方式照明所述光阀装置(4)的照明装置(3)；
其中所述光阀装置(4)被与所述照明装置(3)同步地控制，以产生彩色输出图像；
其特征在于，所述光阀装置(4)的顺序色循环和所述照明装置(3)的AC循环调整为彼此异相。
2.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述光阀装置(4)是一个透射式或反射式液晶显示装置。
3.如权利要求1或2所述的投影系统，其特征在于，所述照明装置(3)以空间复用方式产生不同色光。
4.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述照明装置(3)可用来产生连续的空间色分束，从而在任意一个时刻所有色光都投射到所述光阀装置(4)上。
5.如权利要求3所述的投影系统，其特征在于，所述照明装置(3)用来提供卷动彩色投影，其中所述色光设置成带状截面。
6.如权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述照明装置(3)包括一个白光光源以及一个用以将所述白光光源的光分束成第一、第二、第三色光束的分束器。
7.一种控制投影系统的方法，该投影系统设有用以产生至少两种不同色光的AC光源，所述不同色光以顺序方式照射到光阀装置(4)上，所述光阀装置(4)受到控制，依照要显示的图像信息调制入射到其上的光，并与所述彩色连续照明装置(3)同步，以产生彩色输出图像，其特征在于，所述光源的AC电流循环和顺序色循环调整为彼此异相。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还对所述光阀装置(4)的照明进行控制，以空间复用方式产生不同颜色。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述AC电流循环的时间周期比所述顺序色循环的时间周期长。
10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述AC电流循环的时间周期比所述顺序色循环的时间周期短。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述AC电流循环的时间周期比所述顺序色循环的显示帧像周期短。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述顺序色循环内引入至少一个白光段，在常规的显示帧周期上加一个增量，其中所述AC电流循环的时间周期比所述顺序色循环的合计时间周期短。
13.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述AC光源由一个方波电流驱动，不断改变方波电流的极性，给光源提供恒定功率，并在每次改变极性前提供电流脉冲来驱动该方波电流达到大于所述电流脉冲之间的电流强度的预定强度。
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