CN201689258U

CN201689258U - 微型投影机

Info

Publication number: CN201689258U
Application number: CN 201020003873
Authority: CN
Inventors: 权星泽; 朴尚荣; 权赫烈
Original assignee: SHANGHAI SANXIN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SANXIN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2020-01-15

Abstract

本实用新型涉及微型投影机领域，公开了一种微型投影机。本实用新型中，以传感器测量环境的亮度，并根据不同的环境亮度在光调制器中使用不同的伽玛值，无论在较亮或较暗的环境，都可以获得高画质的影像。进一步地，还根据所测得的工作环境的亮度，相应地调整光源的亮度，从而在基本保持显示效果的前提下降低耗电量。

Description

微型投影机

技术领域

本实用新型涉及微型投影机领域，特别涉及微型投影机的驱动技术。

背景技术

微型投影机是一种类似烟盒大小的便携装置，它利用光源所发出的一定光量的光，将光调制器中产生的图像放大投射到前方屏幕。

把这样的微型投影机应用到手机之类的移动设备的时候，输出的图像的亮度是有限的。受制于电池和尺寸，微型投影机与一般办公室中使的数据投影仪相比，亮度有一定的差距。

因此，使用微型投影机观看影像时，如果要呈现大型画面，就必须将周围环境暗下来，否则无法呈现高画质的影像。如何在较暗和较亮的环境下都能获得较高画质的影像，就成为微型投影机需要解决的一个问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微型投影机，无论在较亮或较暗的环境，都可以获得高画质的影像。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种微型投影机，包括：

多个光源；

从各光源得到光线来生成图象的光调制器；

探测环境亮度的传感器；

驱动光源和光调制器，并根据传感器的测量值来调整光调制器中使用的伽玛值的驱动装置。

本实用新型实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

以传感器测量环境的亮度，并根据不同的环境亮度在光调制器中使用不同的伽玛值，无论在较亮或较暗的环境，都可以获得高画质的影像。

进一步地，通过光传感器感知工作环境的亮度，并相应地调整光源的亮度，可以在基本保持显示效果的前提下降低耗电量。

进一步地，将光源光功率的最大减少量限制在20％以内，可以保证显示效果不会被显著地影响。

进一步地，将光源负载时间的最大减少量限制在20％以内，投射影像不会模糊到无法被人眼识别出的程度。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式中微型投影机的驱动装置的简略图；

图2是本实用新型第一实施方式中微型投影机构造的简略图；

图3是伽玛校正的示意图；

图4是根据本实用新型第三实施方式的微型投影机的调整方法流程示意图；

图5是根据本实用新型第四实施方式的微型投影机的调整方法流程示意图；

图6是场时序驱动方法的简略图；

图7是本实用新型第二实施方式中一种场时序示意图；

图8是本实用新型第二实施方式中另一种场时序示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型第一实施方式涉及一种微型投影机。该微型投影机包括：

多个光源。每个光源分别有不同的色彩。通常是三个，分别为红(R)，绿(G)，蓝(B)。

光调制器，用于从各光源得到光线来生成图象。

传感器，用于探测环境亮度。光传感器可以为光敏二极管，也可其它类型的光敏元件，只要能够随光强的变化有不同的输出就可以了。

驱动装置，用于驱动光源和光调制器，并根据传感器的测量值来调整光调制器中使用的伽玛值。环境亮度的测量值取值范围被预先分为多个区段，每个区段对应一个伽玛值。驱动装置先判断传感器的测量值落在哪一个区段中，再将该区段所对应的伽玛值提供给光调制器使用。优选地，可以将环境亮度的测量值范围分为两个区段，如果传感器的测量值高于预定门限(也就是环境较明亮的区段)，则使用第一伽玛值，否则使用第二伽玛值，其中第一伽玛值在1.3至1.7之间，第二伽玛值在2至2.5之间。

图2示出微型投影机的一个基本结构。

如图2所示，光线由光源(10)射出，通过集光透镜(20)集束后，到达光调制器(60)。光调制器(60)利用输入的固定光量的光线，调节透射率或反射率来生成最终希望的影像。光调制器(60)形成的影像通过投射透镜(70)扩大投射到屏幕(50)上。微型投影机运行时，光线传感器(40)感应从周围环境输入的光线，并将感应到的亮度信息传给驱动装置(30)。驱动装置(30)会根据亮度信息决定光调制器(60)应当使用的伽玛值，反映到对光调制器(60)的驱动信号上。

微型投影机投射的影像在屏幕上成像，用户看到的是屏幕上反射出来的图像，因此运行时影像的画质会受到周围亮度的影响。由于微型投影机投射的光线在到达屏幕成像之前，会受到周围光线的干涉，因此对比度会下降。

图1是根据本实用新型的实施方式，概括性地表示微型投影驱动装置的图片。

微型投影机的驱动装置(30)包括图像处理器、控制IC(或称为“控制芯片”)、和光源驱动器(Light Source Driver)。

图像帧通过图像处理器输入到控制IC。控制IC将输入的图像帧送到光调制器(60)生成影像，与上述的图像帧调谐，控制光源驱动器，使光源发光。

光传感器(Light Sensor)是具有测量周围亮度，向控制IC传递测量值的功能的零部件。一般会使用到光敏二极管(Photo diode)，光敏二极管是将输入的光转换成电信号的元器件，输出的电信号与输入的光的强度有一定的对应关系。

投射到屏幕上的影像的亮度由光源(10)发射的光线强度决定。

特别是对于微型投影机，必须在输出尽量多的光线同时保持光源的尺寸小、耗电低。符合要求的光源有激光光源和发光二级管(Light Emitting Diode，简称“LED”)光源。这两种都是尺寸小、耗电少、输出光量高的光源，其中激光的优点是效率更高，而LED优点是价格低廉。

本实用新型实施方式使用激光或LED的光源。以前的大型投影机有用高压水银灯或日光灯作为光源的，但高压水银灯或日光灯很难调节光量。LED和激光就很容易调节光量，也容易应用本实用新型的技术方案。

光调制器(60)是指将入射的光线进行选择性通过、阻断或改变光径来形成影像图片的元件。光调制器(60)的典型实例有数字微镜器件(DigitalMicromirror Device，简称“DMD”)、液晶显示(Liquid Crystal Display，简称“LCD”)元件、硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，简称“LCOS”)等等。

DMD是用在数字光处理(Digital Light Processing，简称“DLP”)投影机的元件，它利用场时序(field sequential)的驱动方式，使用与像素数量一样多的矩阵形态排列的数码镜(DIGITAL MIRROR)。DLP是指从光源照射出的光用数码镜来调节光径，并用隔板反射来达到渐变(Gradation)或形成图象的投影仪。

液晶显示元件(LCD)是指选择性地开/关液晶来形成图象的元件。使用LCD元件的投影机中，有直视型(direct-view)、投射型以及反射型。直视型投影是液晶显示元件后面的背景光通过LCD面板形成图象并可以直接观察的方式；投射型投影是将通过液晶显示元件形成的图象利用投射透镜放大后投射到屏幕，观察从屏幕反射的图象的方式；反射型与投射型的结构基本相同，区别之处在于，反射型在LCD下面基板上设有反射膜，反射的光线被放大投射到屏幕上。

LCOS属于反射型液晶显示，它将以往液晶显示端的两面基板中的下方基板由透明的玻璃改为硅基板，从而用反射型方式运作。

上述的光调制器分为单色型和彩色型。

单色型为了能体现色彩，在三原色上各安装一个光调制器，从而需要三个光调制器。单色型光调制器有着结构比较简单的优点。

彩色型光调制器只使用一个光调制器，它采用把时间分成三等分的场时序的驱动方法，所以不需要3个单色光调制器，但是结构复杂、制作比较困难。因为只用到一个光调制器、整体的光学引擎体积会变小，所以很适合用于本实用新型各实施方式中的微型投影机。

上述的光调制器是将输入的光线通过或反射的过程中，调节通过或反射的光量表现渐变的装置。光调制器由多个像素组成，根据输入到各个像素的电压或是电流值的上升或减小，各个像素中通过或反射的光量发生变化，因为这样的光亮变化被认识为渐变的变化，所以根据上述的多数的像素组合成影像。这样的光调制器的渐变呈现以简单的方式形成。光调制器的像素由10V的输入电压驱动，若要呈现16渐变时将0～10V的输入电压分成16个值，根据相关信号，将分好的电压值输入，呈现渐变。换句话说，将一个像素的亮度分为16等级，若要求亮度是第14个等级，那就输入“14/16X 10”V的电压。即将最大(Full)亮度按渐变数量等分分配，将输入的功率(Power)依照线性比例进行使用。

但是人类的视觉在识别亮度的时候不是线型的，换句话说，在实际亮度增加一倍时，人眼所识别出的亮度并不是增加一倍。根据以非线型识别亮度的人类的视觉，补正输入功率(Power)的技术就叫作伽玛校正。

图3是伽玛校正原理的简要示意图。

横轴是指输入信号，竖轴是指输出信号。一般使用液晶的光调制器利用电压呈现渐变横轴是输入电压，竖轴是输出电压.下列公式就是表示伽马曲线的公式。

V_out＝V_in ^γ

γ值(伽玛值，Gamma)是1的时候，输入到光调制器的输入电压信号值和输出电压值是成比例的线性。但是γ值比1大的时候，会象图3里用实线画的曲线一样，输出电压值是输入电压信号的2次函数。γ值比1小的时候，会象图3里虚线的曲线一样，输出电压值是输入电压信号的根函数。

因此需要对于输入信号进行伽玛校正，理由是人类的视觉感受亮度的程度不是线性的，而是非线性的。

人类的眼睛，在黑色的时候为了区分渐变，需要较大的亮度差异，而在白色的时候，较小的亮度变化也能被感觉到。如图3的实线曲线所示，变成2次函数的时候是更适合人类眼睛的渐变表现。虚线曲线的渐变表现更适合于辨别画像传感器的渐变表现。所以，γ比1小的时候叫作编码伽玛校正(Encoding Gamma correction)，适用于图像拍摄，γ比1大的时候叫作解码伽玛校正(Decoding Gamma correction)，适用于影像重现。γ值在影像重现时一般适用2.2左右值。但是，当γ值为2.2时，像图3说明的那样，需地更多地隔断输入光线。图3里对于V_out 0.5的中间渐变，输入电压是0.218V。输入光线中超过一半以上的量被光调制器所遮蔽。

微型投影仪的光量在明亮的照明下无法构成大画面。但是将γ值设定成接近1的话，象图3里看到的一样，起到将使用光量扩大为将近2倍的效果。当然，在这样的γ值上，黑色领域的渐变区分能力会大大减弱。但是在明亮的照明下，黑色渐变的弱化不会很明显地被认知。

所以，本实用新型实施方式中，在明亮的环境下选择1.3～1.7之间的γ值，昏暗的环境下选择2～2.5之间的γ值，储存2个γ值后，根据从光传感器(40)输入的信号，控制IC传递给光调制器(60)的图像信号使用上述2个γ值中合适的一种。

根据需要将输入到光传感器(40)的周围亮度分为多个等级，储存对应相关亮度的多个γ值后，适当的γ值也可以由控制IC设定。

本实用新型第二实施方式涉及一种微型投影机。

第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：驱动装置还用于根据光传感器所感知的亮度调整光源的亮度。在环境光较亮时将光源的亮度调得较高，在环境光较暗时将光源的亮度调得较低。

微型投影机投射的影像成像在屏幕上，用户观看屏幕反射的成像画面，所以工作时周边环境的亮度会影响影像画面的质量。这是因为微型投影机投射的光到达屏幕之前受到周边环境光的干扰，对比度下降。所以周边环境亮度越高，投射光的亮度也应当越高，这样才能清楚地看到屏幕反射的影像画面。

同样道理，在周边环境较暗的场所，投射光的亮度即使不高，用户也可以清楚地看到屏幕反射的影像。所以微型投影机的光输出量要是可以随着周边环境的亮度而改变，就可以降低整体电力消耗。

驱动装置有多种方式来调整光源的亮度。

例如，驱动装置可以通过改变光源的输入电流大小来调整光源的亮度。优选地，光源光功率的最大减少量为额定光功率的20％，从而保证显示效果不会被显著地影响。

又如，光调制器以场时序方式驱动，驱动装置通过改变光源的负载时间长短来调整光源的亮度。优选地，光源负载时间的最大减少量为额定负载时间的20％，从而使投射影像不会模糊到无法被人眼识别出的程度。

图6是场时序驱动方式的简略图。如图6所示，场时序驱动方式是把帧时间(Frame time)3等分，分成各Red(红)/Green(绿)/Blue(蓝)的子帧，在各子帧的时间中分别驱动不同颜色数据的显示方式。

这种驱动方式像动画片一样，用快速的帧速率显示多个画面，利用残影达到连续流畅的效果。利用色相中3个原色以快速的帧速率观看，就能体现出混合色。

在图6中帧区间分成三个子帧，但是R/G/B的三区间和子帧并不一致，而是有着t时间的间距。

间距t是光调制器把存贮器中以前帧的影像删除，把新帧的对应各原色的影像数据保存到存贮器的时间。在子帧区间内，除了上述的时间t，就是实际把各对应三原色制作成影像的时间，本实用新型实施方式中把这段时间叫做负载(Duty)。

光调制器只在负载区间制造影像，所以光源要协同负载区间发光。在t区间发出的光因为会降低影像的对比度，所以要阻断。

如图6所示，负载区间的四边形的高是光功率。所以在负载区间输出的光量和表示负载的四边形面积成比例。

通过改变光源的输入电流大小来调整光源的亮度的方式如图8所示。通过改变光源的负载时间长短来调整光源的亮度的方式如图7所示。

如图1所示，光传感器(40)将代表当前环境亮度的信号发送给控制IC，控制IC决策当前所需的光源亮度，再通知光源驱动器对光源(10)进行调整。

优选地，光源亮度的调整与光调制器中γ值的调整可以同步进行。

本实用新型第三实施方式涉及一种微型投影机的调整方法。环境亮度的取值范围被预先分为多个区段，每个区段对应一个伽玛值。该方法的流程如图4所示。

在步骤401中，以传感器探测环境亮度。

此后进入步骤402，判断测得的环境亮度所在的区段。

此后进入步骤403，根据所在的区段获得对应的伽玛值。

此后进入步骤404，将所获得的伽玛值提供给光调制器在图象生成时使用。

优选地，环境亮度的取值范围被预先分为2个区段，其中相对明亮的区段所对应的伽玛值在1.3至1.7之间，相对昏暗的区段所对应的伽玛值在2至2.5之间。

本实施方式是与第一实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本实用新型第四实施方式涉及一种微型投影机的调整方法。

第四实施方式在第三实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：还同时根据所探测到的工作环境亮度调整光源的亮度。

环境亮度的取值范围被预先分为多个区段，每个区段对应一个伽玛值和一个亮度值。

第四实施方式的流程如图5所示。

在步骤501中，以传感器探测环境亮度。

此后进入步骤502，判断测得的环境亮度所在的区段。

此后进入步骤503，根据所在的区段获得对应的伽玛值和亮度值。

此后进入步骤504，将所获得的伽玛值提供给光调制器在图象生成时使用，同时将所获得的亮度值提供给光源驱动器，光源驱动器根据该亮度值调整光源亮度。

调整光源的亮度时，既可以通过改变光源的输入电流大小来调整光源的亮度，也可以通过改变光源的负载时间长短来调整光源的亮度，相关细节详见第二实施方式中相关的描述。

第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

需要说明的是，本实用新型各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合是才解决本实用新型所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实用新型上述各设备实施方式并没有将与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。

虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims

1.一种微型投影机，其特征在于，包括：

多个光源；

从所述各光源得到光线来生成图象的光调制器；

探测环境亮度的传感器；

驱动所述光源和光调制器，并根据所述传感器的测量值来调整所述光调制器中所使用的伽玛值的驱动装置。

2.根据权利要求1所述的微型投影机，其特征在于，所述光传感器为光敏二极管。

3.一种微型投影机，其特征在于，包括：

多个光源；

从所述各光源得到光线来生成图象的光调制器；

探测环境亮度的传感器；

驱动所述光源和光调制器，并根据所述传感器的测量值来调整所述光调制器中所使用的伽玛值，并根据光传感器所感知的亮度调整光源的亮度的驱动装置。

4.根据权利要求3所述的微型投影机，其特征在于，所述驱动装置通过改变所述光源的输入电流大小来调整所述光源的亮度。

5.根据权利要求4所述的微型投影机，其特征在于，所述光源光功率的最大减少量为额定光功率的20％。

6.根据权利要求3所述的微型投影机，其特征在于，所述光调制器以场时序方式驱动；

所述驱动装置通过改变所述光源的负载时间长短来调整所述光源的亮度。

7.根据权利要求6所述的微型投影机，其特征在于，所述光源负载时间的最大减少量为额定负载时间的20％。

8.根据权利要求3所述的微型投影机，其特征在于，所述光源包括激光光源或发光二级管光源；

所述光调制器是以下之一：

液晶显示元件、数字微镜器件、硅基液晶。