CN1685736A - 带有灯同步的卷色投影系统 - Google Patents

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Abstract

一种卷色投影系统，包括脉冲灯(4)以及彩色扫描器(6、8a、8b、8c、9)，以用于生成具有多个卷色场的光束(5b)，设置用于照亮显示设备(1、3)以产生由该显示设备生成的图像的投影，其特征在于控制灯频率，使其与显示设备的帧速率相关。通过控制与帧速率相关的灯频率，能够控制所生成的干扰图案，使之分布在几个帧周期上和该显示器的整个高度上。尤其是，能够以其不易被人眼察觉的方式来控制该图案。

Description

带有灯同步的卷色投影系统
技术领域
本发明涉及一种卷色(scrolling color)投影系统，其包括脉冲灯以及彩色扫描器，用于生成具有多个卷色场的光束，设置用于照亮显示设备以产生该显示设备生成的图像的投影。本发明还涉及一种驱动该系统的方法。
背景技术
这种投影系统的特别之处在于光源发出的光被分成多个光束，这些光束在显示设备(例如反射型LCD)上顺序地卷动，而后利用透镜投影。通常，三个光束(R、G、B)设置用于形成三个水平条，其总高度大到足以覆盖该反射型显示器。该条例如是从上到下卷动的，并且与显示器相同步，因此它们在一个图像帧内完成卷动序列。
在这种投影仪系统中，有利的是利用Philips制造的光源，例如UHP(超高性能)灯，其具有叠加的电流脉冲以稳定电弧位置。在卷色型投影系统中，这种电流脉冲可能会干扰彩色扫描器，并且导致投影图像中的可见干扰图案。原则上，脉冲起到频闪观测器的作用，从而加亮扫描器的瞬时图像，并且可以使以颜色条或者中间场(辐条)形式的干扰图案在屏幕上可见。如果脉冲频率是帧速率的子频率，则该干扰图案将被固定，如果该灯的频率与帧速率不同相，则该条将在屏幕上卷动。
发明内容
本发明的目的是为了减轻上述问题，并且减少卷动投影仪系统中的图像干扰。
这些以及其它目的是利用开篇段落中提到类型的投影仪和方法实现的，其中控制灯的频率使得其与显示设备的帧速率相关。
根据本发明，通过根据帧速率来控制灯的频率，减少或者消除了上述干扰图案。不需要额外的会引起光损失的光学组件。
通过控制与帧速率有关的灯的频率，能够控制所生成的干扰图案，使之分布在几个帧周期上和该显示器的整个高度上。尤其是，能够以其不易被人眼察觉的方式控制该图案。
根据优选实施例，控制灯的频率，使得所得到的灯的脉冲频率是引起图像中可见干扰图案的两个连续扫描器子谐波频率的平均值。该灯的脉冲频率是光通量的灯稳定脉冲的频率，该频率典型地但不必须是灯频率的两倍。扫描器子谐波频率是帧速率自身的子谐波频率、或者颜色条(辐条)之间的中间场速率的子谐波频率，该频率是三色(例如R、G、B)系统中帧速率的三倍。
通过这样选择灯的频率，所得到的界面图案是在时间和空间上的平均值，从而使其不易被人眼察觉。
通过从显示驱动器获得帧同步脉冲信号、将这个同步信号乘以系数以获得灯频率控制信号、并且根据这个控制信号来控制灯的频率，就能够使该灯频率得到控制。这提供了一种实现本发明的简单方案，仅需要频率乘法器和灯驱动器，其灯频率能够得到控制。
该乘法器系数优选定义为
k＝(3/4)*(1/n+1/m)，
其中n是第一扫描器子谐波频率的数量，m是第二扫描器子谐波频率的数量(n和m不必是整数)。
该系数产生了灯脉冲频率，该脉冲频率是上述两个扫描器子谐波频率的平均值。注意，这种关系基于这一事实，即，脉冲的频率是灯频率的两倍，以及在扫描光束中存在三个独立的场。
数量n和m可以优选为引起图像中可见干扰图案的连续子谐波的数量。
通过参照附图更加清楚地描述优选实施例，本发明这些以及其它方面将显而易见。
附图说明
图1是根据现有技术的卷色投影系统的示意图。
图2表示了图1中的投影系统的扫描器输出。
图3是具有脉冲电弧稳定性的UHP灯的电流波形图。
图4是对应于图3中的电流的灯光通量输出图。
图5是根据本发明实施例的卷色投影系统的示意图。
图6表示了对应于光通量中的脉冲的扫描器位置。
图7表示了图6中的三种颜色，每种颜色单独表示。
具体实施方式
在图1中表示了根据现有技术的利用卷色扫描的投影系统，也称作卷色序列(SCS)系统。该系统包括显示驱动器1，配置用于接收来自诸如个人计算机或者视频卡带记录器(未示出)的数据或者视频输入流2，并且驱动显示设备3，例如反射型LCD。光源4，优选为UHP灯跟随着积分器，由灯驱动器12控制以生成光束5a，该光束5a通过彩色扫描器(6、8a、8b、8c、9)。该彩色扫描器将来自灯4的光束5a转变为具有多种不同着色场的光束5b，典型地为三种颜色条(R、G、B)，从上到下连续地卷动(参见图2)。
在图1所示的实施例中，第一组镜面6将光束5a分成三个光束7a、7b、7c。这些光束被引导通过三个扫描棱镜8a、8b、8c(红、绿、蓝)，第二组镜面9将光束重新组合成一条光束5b，如上所述。镜面6、9和棱镜8a、8b、8c共同形成了彩色扫描器。
具有卷色条23的光束5b被指向到显示设备3上，显示设备3生成的图像被反射回偏振分束器(PBS)10中。该PBS 10将反射的图像引导到投影透镜11，以在适当的屏幕(未示出)上投影。
彩色扫描器8a、8b、8c执行的扫描与视频数据2的帧速率相同步，因此光束5b的颜色条23在一个帧周期TF中完成卷动序列(返回原始位置)。这在图2中示出。
图3中的图表表示了在UHP灯4中周期为TL的典型电流波形20，其包括脉冲21以稳定电弧位置。图4中的图表表示了来自投影灯4的相应灯通量22，其本质上是图3中的整流波形20。如从图4中所清晰看到的，灯通量22包括具有叠加的AC光通量的DC通量，是由稳定脉冲21产生的。作为整流的结果，AC分量的周期TAC仅仅是TL的一半，即脉冲频率是灯频率的两倍。
如上所述，由稳定脉冲产生的AC光通量起到虚设光源的作用，并且引起彩色扫描器8a、8b、8c上的频闪效应。当光通量的这个AC分量的频率(称作脉冲频率)是显示器帧速率频率的子谐波时，频闪效应能够“捕捉”到颜色条23，从而引起投影图像中的可见颜色条。当锁定灯的频率和帧速率频率时，该可见条固定在一个位置上。如果没有锁定它们(即异步)，则由于灯和扫描器是不同步的而使该可见条在整个屏幕上卷动。灯频率与帧速率频率之间的相位确定了颜色条在屏幕上的位置。
因为实际上在扫描器的相邻颜色条之间存在重叠或者距离24，所以也可能看到另外的干扰图案。在脉冲频率是这些“辐条”的子谐波时，扫描器的这些“辐条”24将是可见的。当辐条频率是帧速率的三倍时(在所示的具有三种颜色的情况中)，这将更经常地发生。
以下的表格包括了在颜色条宽度相等的情况下能够区分的子谐波数量。当然，原则上，存在无数的子谐波，但是该表仅仅包括引起最可见干扰图案的那些子谐波。假设显示帧速率频率为180Hz(即辐条频率是540Hz)，并且以线性扫描速度进行扫描：
表1扫描器子谐波
  灯频率  灯脉冲频率 帧速率频率的子谐波   辐条频率的子谐波
    270.0     540.0     1
    180.0     360.0     1.5
    135.0     270.0     2
    90.0     180.0     1     3
    67.5     135.0     4
    60.0     120.0     4.5
    54.0     108.0     5
    45.0     90.0     2     6
    38.6     77.1     7
    36.0     72.0     7.5
    33.8     67.5     8
    30.0     60.0     3     9
    27.0     54.0     10
    25.7     51.4     10.5
    24.5     49.1     11
    22.5     45.0     4     12
    20.8     41.5     13
    20.0     40.0     13.5
    19.3     38.6     14
    18.0     36.0     5     15
对于引起作为帧速率的子谐波的脉冲频率的灯频率来讲，固定的颜色条在屏幕上将是可见的。对于辐条频率子谐波来讲，辐条在屏幕上将是可见的。此处，所有这些频率被称为扫描器子谐波频率。
如上所述，表1包括了引起最可见干扰图案的灯频率。利用不同的帧速率、辐条数量、辐条间距等等，这些灯频率可以是不同的。当根据本发明优化同步时，可以利用选择灯频率，从而引起容易看见的干扰图案。这将在以下参照作为这种选择的实例的表1进行描述。
根据本发明，通过将灯频率与帧速率相关，就能够减少或减轻这种干扰图案。这能够通过将同步器13引入灯驱动器12与显示驱动器1之间来实现，如图5所示。该同步器13适合于接收来自显示驱动器1的同步脉冲信号15，并且通过将该信号15乘以系数k而生成灯频率控制信号14。该灯驱动器12适合于接收该控制信号14，以及根据该控制信号14来控制灯频率flamp。因此，灯的频率根据帧速率来控制，并且还与该帧速率相同步。
在以下的描述中，控制灯频率flamp使之成为帧速率fframe的固定比例，但是这并非是对本发明的限制，可以想象到更多复杂、动态或者适应的关系。
根据表1的第一栏，系数k可以优选是两个连续子谐波频率的平均值。对于线性扫描速度而言，这可以表示为：
flamp＝(1/2)*(fn+fm)，    (1)
其中fn等于第一扫描器子谐波灯频率，fm是根据例如表1的选择，下一连续扫描器子谐波灯频率。通过以上描述，显然在本实施例中，特定的灯频率flamp引起子谐波干扰图案，如果
fpulse＝2*flamp＝(1/n)*fspoke＝(1/n)*3*fframe，
其中fpulse是灯的稳定脉冲的频率，fspoke是卷色条之间的辐条的频率，n是子谐波的数量(注意n不必是整数，如根据表1所了解的)。
这导出了fn的以下表达式：
fn＝(3/2)*(1/n)*fframe.    (2)
通过将等式2代入等式1，现在就能够定义需要的灯频率与帧速率频率之间的关系：
flamp＝fframe*(3/4)*(1/n+1/m)，    (3)
其中n是第一扫描器子谐波灯频率的数量，m是在诸如表1的选择中，下一连续扫描器子谐波灯频率的数量。再次注意n和m不必是整数。
比率flamp/fframe可以实现为同步器12的乘法器系数(k)。
注意，等式3只有当脉冲频率fpulse是灯频率flamp的两倍、并且辐条频率fspoke是帧速率fframe的三倍时才成立。对于其它情况来讲，等式2必须不同地说明，等式3也将相应改变。如果例如脉冲频率等于灯频率，则系数k应乘以2倍。
为了表示这种灯控制的效果，图6表示了无论何时光通量中出现脉冲时的扫描器位置。在所示实例中，灯频率是第二和第三子频率的平均值，即乘法器系数k，等于5/8。同样，假设相等的颜色条。该图表示了五个扫描器位置的周期性，在图中标记为Tp。Tp的持续时间是5个脉冲，即光通量22的五个周期，或者灯电流20的5/2个周期。这依次等于(5/2)(5/8)＝4帧。
在图7中，对于每种颜色分别表示了周期Tp中的五个扫描器位置。可以看出，在五个扫描器位置内，单独的颜色R、G、B能够充满整个扫描宽度h。通过这种分布，光振幅中的误差(由光脉冲引起的)散布在整个高度h和4个帧时间周期上。
为了获得满意的结果，扫描器位置的总周期应足够长，在高度h上的分布应足够平均，以便避免人眼感觉到闪烁。假定帧速率频率和可允许的灯频率，这可以利用乘法器系数来调整。
明显的是，以上的详细说明涉及本发明的具体实施例，其受到所示卷动投影系统具体情况的影响。如以上所指出的，系统设计参数的变化，例如频率之间的关系，可能需要调整上述表达式。这种由本领域技术人员进行的修改应视为被权利要求所限定的发明概念覆盖。

Claims (9)

1.一种卷色投影系统，包括脉冲灯(4)以及彩色扫描器(6、8a、8b、8c、9)，用于生成具有多个卷色场的光束(5b)，设置用于照亮显示设备(1、3)以产生由该显示设备生成的图像的投影，其特征在于控制灯的频率(flamp)，使其与显示设备(1、3)的帧速率(fframe)相关。
2.根据权利要求1所述的投影系统，其中控制所述的灯频率(flamp)，使得所得到的灯脉冲频率是引起图像中可见干扰图案的两个连续扫描器子谐波频率的平均值。
3.根据权利要求1或2所述的投影系统，进一步包括与所述显示板(1、3)的同步脉冲信号(15)相连的频率乘法器(13)，并设置用于将所述同步脉冲信号(15)乘以系数(k)，以生成灯频率控制信号(14)。
4.根据权利要求3所述的投影系统，进一步包括与所述灯频率控制信号(14)相连的灯驱动器(13)，并设置用于根据所述控制信号(14)来控制灯的频率(flamp)。
5.一种操作卷色投影系统的方法，该投影系统包括脉冲灯以及彩色扫描器，以用于生成具有卷色场的光束，设置用于照亮显示设备(1、3)以产生由该显示设备(1、3)生成的图像的投影，其特征在于控制灯的频率(flamp)，使其与显示设备(1、3)的帧速率(fframe)相关。
6.根据权利要求5所述的投影系统，其中控制所述灯频率(flamp)，使得所得到的灯脉冲频率是引起图像中可见干扰图案的两个连续扫描器子谐波频率的平均值。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中控制灯频率的步骤包括：
获得帧同步脉冲信号(15)，
将所述同步信号(15)乘以系数(k)，以获得灯频率控制信号(14)，并且
根据所述控制信号(14)控制灯频率(flamp)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述系数(k)定义为：
k＝(3/4)*(1/n+1/m)，
其中n是第一扫描器子谐波频率的数量，m是第二扫描器子谐波频率的数量，n和m不必是整数。
9.根据权利要求8所述的投影系统，其中n和m表示表1中列出的连续子谐波频率。
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