CN2935207Y - 投影装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及投影装置，属于图像投影领域。本发明提供一种投影装置，包括：投影光学系统；与投影光学系统光耦合的光源；以及控制光源的发光的控制器，其中包括施加有第一基本上恒水平的电流驱动光源的第一发光器件，以使第一发光器件发出第一颜色的光，所施加的第一基本上恒水平的电流是至少考虑到第一发光器件的运行时间特性与驱动电流的相关关系特性以及帧周期的第一部分大小相对于整个帧周期的大小来进行选择的。根据本新型的投影装置，能够以提高发光器件的运行时间以及产生峰值白色和/或更精细的灰度级能力。

Description

投影装置
技术领域
本发明涉及投影装置。
背景技术
本发明涉及图像投影领域。
在本发明中提出了设计为通过依次地接通和断开多个发光器件中所选择的发光器件来反映图像，或者更具体地说来反映图像帧的多个投影系统。典型地，每个发光器件发出例如红、绿或蓝色的原色光。典型地，根据每个发光器件的驱动电流设计点来驱动每个发光器件，每个发光器件的驱动电流设计点通常选择为能够使发光器件具有合理长度运行寿命的合理运行期。
此外，许多投影系统采用光阀来控制所反映的图像帧的每个像素的颜色。光阀例如可以是微反射器器件(例如，来自德克萨斯州达拉斯市的TexasInstruments的DLP器件)，并且像素的颜色可以通过调制微反射器器件的脉冲宽度与有颜色的照明光同步来控制微反射器器件的一个或多个微反射器的接通或断开状态来控制。由于一些微反射器(在光阀中)的响应性(响应时间)限制，许多投影系统在有效地映象黑暗景象方面有困难，映象黑暗景象需要在最低灰度级之间进行识别。一个例子是电影中的夜晚景象。典型地，需要时间和/或空间水平调色(dithering)。时间水平调色指通过跨越不同帧周期的颜色控制来实现颜色(和灰度级)效果，而空间水平调色指通过跨越不同像素的颜色控制来实现颜色(和灰度级)效果。采用这些水平调色技术的一种或两种增加了操作的复杂性和成本(因为需要高计算功率图像处理器ASIC来实施空间和/或时间水平调色)。此外，这些调色技术导致图像出现伪迹：在更加黑暗的图像中出现噪音或“雪花”或缺少图像细节以及运动物体的模糊。
非CRT投影系统所遭受的另一个问题是它们不能象CRT显示器那样给图像帧的小区域提供“峰值白色(peak white)”，
发明内容
根据本发明的一种投影装置中的运行方法，包括：接收可视图像的一个或多个帧的信号；以及在帧周期的第一部分内施加第一基本上恒水平的电流驱动光源的第一发光器件，以在反映可视图像的帧的帧周期的第一部分内使第一发光器件发出第一颜色的光，该第一发光器件具有至少在某种程度上取决于为驱动第一发光器件所施加的驱动电流的运行时间特性，并且所施加的第一基本上恒水平的电流是至少考虑到第一发光器件的运行时间特性与驱动电流的相关关系特性以及帧周期的第一部分大小相对于整个帧周期的大小来进行选择的。
根据本发明的一种投影装置中的运行方法，包括：接收可视图像的一个或多个帧的信号；在帧周期的第一部分内施加第一水平的电流驱动光源的第一发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的第一部分内使第一发光器件发出第一颜色的光；在帧周期的第二部分内施加第二水平的电流驱动光源的第二发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的第二部分内使第二发光器件发出第二颜色的光；以及，在帧周期的第三部分内施加第一和第二水平的电流驱动光源的第一和第二发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的第三部分内使第一和第二发光器件分别发出第一和第二颜色的光。
根据本发明的一种投影装置中的运行方法，包括：接收可视图像的一个或多个帧的信号；在帧周期的一部分内施加可变水平的电流驱动光源的发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的该部分内使发光器件可变地发出某种颜色的光；以及，在帧周期的该部分内有选择地接通和断开光阀一次或多次。
根据本发明的一种投影装置中的运行方法，包括：在第一时间周期内以第一随时间变化强度的方式控制第一有色光源；以及，至少在第一时间周期的一部分内，互补地控制像素的光阀处于接通状态，以有助于获得所需要的像素的灰度级。
根据本发明的一种投影装置，包括：投影光学系统；与投影光学系统光耦合、为投影光学系统发光的光源；以及，与光源电耦合的控制器以控制光源的发光，包括在帧周期的第一部分内施加第一基本上恒水平的电流驱动光源的第一发光器件，以在反映图像帧的帧周期的第一部分内使第一发光器件发出第一颜色的光，该第一发光器件具有取决于为驱动第一发光器件所施加的驱动电流的运行时间特性，并且所施加的第一基本上恒水平的电流是至少考虑到第一发光器件的运行时间特性与驱动电流的相关关系特性以及帧周期的第一部分大小相对于整个帧周期的大小来进行选择的。
根据本发明的一种投影装置，包括：投影光学系统；与该投影光学系统光耦合、为该投影光学系统发光的光源；以及，与光源电耦合的控制器以在帧周期的第一部分内施加第一水平的电流驱动光源的第一发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的第一部分内使第一发光器件发出第一颜色的光，在帧周期的第二部分内施加第二水平的电流驱动光源的第二发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的第二部分内使第二发光器件发出第二颜色的光，在帧周期的第三部分内施加第一和第二水平的电流驱动光源的第一和第二发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的第三部分内使第一和第二发光器件分别发出第一和第二颜色的光。
根据本发明的一种投影装置，包括：包括光阀的投影光学系统；与投影光学系统光耦合为投影光学系统发光的光源；以及，与光源和光阀电耦合的控制器，以在帧周期的一部分内施加可变水平的电流驱动光源的发光器件，以在反映可视图像的帧的帧周期的该部分内使发光器件可变地发出某种颜色的光，并且在帧周期的该部分内有选择地接通和断开光阀一次或多次。
根据本发明的一种投影装置，包括：包括光阀的投影光学系统；与投影光学系统光耦合为投影光学系统发光的光源；以及，与光源和光阀电耦合的控制器，并且该控制器用于在第一时间周期内以第一随时间变化强度的方式控制第一有色光源，以及，至少在第一时间周期的一部分内互补地控制像素的光阀处于接通状态，以有助于获得所需要的像素的灰度级。
附图说明
通过附图对本发明的实施例进行描述，在附图中相同的附图标记表示相似的元件，其中：
图1是根据一个实施例图解投影系统的多个功能模块的方框图；
图2根据本发明一个实施例更加详细地图解了的光源和投影光学系统；
图3a-3d根据不同实施例图解了用于驱动图1的光源的发光器件的不同方案；
图3e根据一个实施例图解了光阀的示例性互补控制；以及
图4根据一个实施例更加详细地图解了图1的控制器的运行流程图的一部分。
具体实施方式
本发明的实施例包括但不限于用于驱动投影系统光源的发光器件的方法以及与逻辑线路包括在一起以实施该方法的投影系统。
在下面的描述中，将描述本发明实施例的不同方面。然而，对本领域技术人员来说，很显然也可以实施只有一些或全部所描述的方面的其它实施例。为了便于解释，阐述了特定的数量、材料和结构以便提供对实施例全面的理解。然而，对本领域技术人员来说，也可以实施没有特定细节的其它实施例。在其它情况下，为了不使描述晦涩难懂，省去或简化了众所周知的特征。
将以最有助于理解实施例的方式依次描述作为多个不连续操作的不同操作，然而，描述的顺序不应该理解为表明这些操作必然地取决于顺序。尤其是，这些操作不需要按照展示的顺序来实施。
惯用语“在一个实施例中”重复地使用。该惯用语通常并不指相同的实施例，然而它也可能指相同的实施例。术语“包括(comprising)”、“具有(having)”和“包括(including)”意思相同，除非上下文表示它们的意思不同。
现在参考图1，其中示出了根据一个实施例图解投影系统的多个功能模块的方框图。如图所示，投影系统100包括彼此光耦合的光源102和投影光学系统104。也就是，光源102通过产生光与投影光学系统104在相互光配合，以共同完成反映所需要的图像，该图像可以是视频的图像帧。
为了进行这样的描述，可以将静止的图像认为是简并的或特殊的视频，此时只有一个帧。因此，在下面的描述中可以使用专业名词，并且不能将它们认为是将本发明限制为反映静止图像和视频其中的一个或另一个。而且，一个帧典型地是由多个像素行所构成的，该像素行是通过在一个被称为帧周期的时间周期内控制产生所选择颜色的光来反映的。颜色可以是原色，并且可以在帧周期的多个部分，也被称为子周期内依次产生。
正如下面将更加详细描述的，在不同的实施例中，光源102可以包括多个发光器件。更具体地，在不同实施例中，该发光器件可以是设计为发出相应的原色光的原色光发光器件。尤其是，在不同实施例中，该发光器件可以是发光二极管(LED)。
而且，在不同实施例中，投影光学系统104可以包括光阀。更具体地，在不同实施例中，该光阀可以是具有多个微反射器的微反射器器件以便于对所反映的图像帧的不同像素的颜色进行控制。
对于图1的实施例，投影系统100还包括控制器106，该控制器106与光源102和投影光学系统104电耦合。控制器106可以接收例如视频信号作为输入，并因此控制光源102和投影光学系统104来实现反映视频信号的图像帧。
正如下面将更加详细描述的，控制器105按照多个有利的驱动方案中所选择或得到的一个方案驱动光源102的发光器件，并以互补的方式随意地控制投影光学系统104的光阀。结果，光源102的发光器件可以具有令人满意的更长的运行寿命，而且，投影系统100也可以反映具有改进了的灰度级和/或改进了的峰值白色的图像帧。
图2更加详细地图解了根据一个实施例的光源102和投影光学系统104。如图所示，对于该实施例，光源102可以包括发光器件202R、202G和202B，它们分别是红、绿和蓝发光二极管(LED)，当受到驱动时(例如施加电流时)发出不同原色的，例如红、绿和蓝色的光。
投影光学系统104可以包括二向色组合器204、光学积分器206、反射器208和微反射器器件210，它们如图所示彼此光耦合并与发光器件202R、202G和202B光耦合。微反射器器件210尤其可以包括多个微反射器。
如前所述，发光器件202R、202G和202B以及微反射器器件210电耦合，并由控制器106控制以在运行过程中控制所反映的图像帧的不同像素的颜色。
由此，除了控制器106有利地控制了光源102的发光器件和投影光学系统104的光阀的运行的方式以外，投影系统100代表了各种类型的投影系统。尤其是，在可替代的实施例中，代替发光二极管202R、202G和202B以及微反射器器件210，可以分别用其它类型的发光器件和光阀来提供光源102和投影光学系统104，以便于对所反映的图像帧的不同像素的颜色进行控制。
图3a-3d图解了根据不同实施例控制器106可以驱动光源102的发光器件的不同方案。对于所图解的实施例，假定每个发光器件具有驱动电流设计点(HDC)306b，选择该设计点以使该器件具有合理长度运行寿命的运行期。而且，控制器106在帧周期302的连续的子周期302a-302c/302d内依次驱动发光器件。
如图3a所示，在第一个实施例中，控制器106在帧周期302的子周期1(sp1)302a内，使驱动电路(未示出)施加(此后，简为“施加”)电流水平(Hadj)以驱动(304B)发光器件发出原色蓝光。类似地，控制器106在帧周期302的子周期2(sp2)302b和子周期3(sp3)302c内“施加”电流水平(Hadj)以驱动(304R和304G)另两个发光器件分别发出原色红光和原色绿光。
为了提高发光器件具有它们设计的/期望的运行寿命的可能性，电流水平Hadj是考虑到每个子周期(sp1-sp3，302a-302c)的大小相对于帧周期302的大小来进行调整的驱动电流设计点HDC。更具体地，对于该实施例，由于每个子周期(sp1-sp3，302a-302c)大约是帧周期302大小的1/3，电流水平Hadj大约是HDC的3倍。在可替代的实施例中，取决于亮度与LED使用期限之间所期望的配合，Hadj可以或多或少地高于或低于HDC的3倍。
为了易于理解，图3a的实施例用每个发光器件具有相同的驱动电流设计点HDC、每个子周期(sp1-sp3，302a-302c)具有相同的大小来进行描述。在可替代的实施例中，每个发光器件的驱动电流设计点和/或每个子周期的大小可以不同。无论如何，在每种情况下，对于该实施例来说，施加的电流是考虑到特定子周期的大小相对于帧周期的大小以及LED的特定性能来进行调整的驱动电流设计点。
图3b图解了根据另一个实施例用于驱动光源102的发光器件的另一个方案。图3b中的实施例与图3a的实施例相类似，除了对于帧周期302，控制器106除了在3个子周期302a-302c中依次驱动发光器件以发出原色光以外，还在第4个子周期302d内施加电流同时驱动所有的发光器件以产生白光。因此，该实施例能够有优势地使投影系统100对于图像帧产生改进了的峰值白色。
在不同实施例中，只有当图像帧的内容有峰值白色照明的需要时才包括附加的子周期302d。而且，在不同实施例中，施加的电流是考虑到两个子周期302a-302d的大小相对于帧周期302的大小来进行调整的驱动电流设计点。换句话说，Hadj大约是HDC的两倍(因为两个子周期302a-302d大约是帧周期302的一半)。
图3c-3d还图解了根据两个实施例驱动光源102的发光器件的两个其它的方案。图3c和图3d的实施例类似于图3a的实施例，除了替代以恒速给发光器件施加电流，控制器106在子周期内以可变的方式施加电流。对于图3c的实施例，可变地施加电流具有阶梯函数(具有一个阶梯)的形状系数，而对于图3d的实施例，可变地施加电流具有随时间线性变化的形状系数。在可替代的实施例中，可变地施加电流可以具有带有两个或更多个阶梯的阶梯函数、具有多个锯齿的锯齿函数或者线性或非线性变化的其它函数的形状系数。
通过以互补的方式(见例如图3e)控制投影光学系统104的光阀，例如微反射器器件的微反射器，可以获得灰度级分散性的增加。〔注意“接通”/“断开”持续时间是取决于应用的〕。在这种运行方式中，不需要数字式的(接通-断开)光阀像素的二元权重(binary weighted)脉冲宽度调制。相反，将像素的光阀在获得所需要的像素亮度所需要的时间长度内保持在“接通”状态。像素亮度是从像素的光阀接通时到像素的光阀断开时像素亮度的时间积分。通过不需要二元权重脉冲宽度调制来获得灰度级，可以减少运动伪迹。这种运行方式可能减少驱动电子设备的成本，因为计算处理需求可能比标准的二元脉冲宽度调制驱动方案所需要的少得多。非线性电流驱动方案(例如随时间以指数方式增加电流)可能比线性驱动更好地精确地再产生低级别灰度级图像。然而，计算需求可能增加而且LED的峰值驱动电流也可能增加。因此，在不同的实施方式中，可以选择灰度级精确性、亮度以及LED使用期限之间的适当配合。
在不同的实施例中，在每个子周期内平均施加的电流是考虑到在帧周期内施加给光源的平均功率而进行调整的驱动电流设计点。换句话说，在方波电流脉冲的情况下，在1/3工作循环内平均Hadj大约是HDC的3倍。
在其它实施例中，每个图3c和3d的实施例也可以与图3b的实施例相组合来实施。
图4图解了根据一个实施例控制器106运行逻辑的一部分。在不同的实施例中，控制器106可以采用通常目的的控制器或具有在软件包中实现的逻辑线路的特定用途集成电路(ASIC)来实施。然而在其它实施例中，可以通过合成电路来实施逻辑线路。
无论如何，运行逻辑线路部分从控制器106开始，在模块402处确定是反映具有标准3子周期的帧周期还是带有白色子周期的帧周期的图像帧。
在不同的实施例中，控制器106可以根据视频信号是否包括对于帧的峰值白色周期的需求来进行确定。在其它情况下，具有充足计算资源的控制器106可以对帧进行实时分析来确定是否应该产生峰值白色周期。
如果确定了要反映具有标准3子周期帧周期的图像帧，那么控制器106接着进行模块406-408的操作。然而，如果确定了要反映具有带有白色子周期的帧周期的图像帧，那么控制器106在接着执行模块406-408的操作之前在模块404处，动态地改变每个子周期的大小。
在模块406-408处，控制器106使合适水平的电流(例如前述的设计点调整水平)持续施加给光源102的发光器件以发出蓝、红和绿原色光，而且如果可适用的话，发出白光。同时，在不同的实施例中，控制器106也可以将光阀，例如微反射器器件的微反射器或者投影光学系统104的光阀打开和断开为合适的状态以产生所需要的灰度级。
因此，从上面的描述中可以看出，已经描述了驱动投影系统的光源的发光器件的方法以及照此配备的投影系统。虽然参照前述实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员将认识到本发明并不限于所描述的实施例。在附加权利要求的精神和范围内，可以实施具有修改和变化的其它实施例。因此，描述将被认为是解释性的而不是限制性的。

Claims (11)

1.一种投影装置，包括：
投影光学系统；
与投影光学系统光耦合、为投影光学系统发光的光源；以及
与光源电耦合的控制器以控制光源的发光，包括在帧周期的第一部分内施加第一基本上恒水平的电流驱动光源的第一发光器件，以在反映图像帧的帧周期的第一部分内使第一发光器件发出第一颜色的光，该第一发光器件具有取决于为驱动第一发光器件所施加的驱动电流的运行时间特性，并且所施加的第一基本上恒水平的电流是至少考虑到第一发光器件的运行时间特性与驱动电流的相关关系特性以及帧周期的第一部分大小相对于整个帧周期的大小来进行选择的。
2.按照权利要求1的投影装置，其中该控制器还与光源耦合，在帧周期的第二部分内施加第二基本上恒水平的电流驱动光源的第二发光器件，以在反映可视图像的相同帧的帧周期的第二部分内使第二发光器件发出第二颜色的光，该第二发光器件具有取决于为驱动第二发光器件所施加的驱动电流的运行时间特性，并且第二个基本恒定的水平是考虑到至少运行时间特性与驱动电流的相关关系特性以及帧周期的第二部分大小相对于整个帧周期的大小来进行选择的。
3.按照权利要求1的投影装置，其中该控制器还与光源耦合，在帧周期的所述第一部分内相反施加第一可变水平的电流来进行所述的施加，并且在帧周期的所述第一部分内所施加的第一可变水平电流的时间平均值是至少考虑到运行时间特性与驱动电流的相关关系特性以及帧周期的第一部分大小相对于整个帧周期的大小来进行选择的。
4.按照权利要求3的投影装置，其中该投影光学系统包括光阀，并且该控制器还与光阀电耦合，而且该控制器还能够在帧周期的第一部分内有选择地接通和断开该光阀一次或更多次。
5.按照权利要求4的投影装置，其中所述的光阀包括微反射器器件，并且所述的控制器能够在帧周期的第一部分内有选择地接通和断开微反射器器件的一个或多个微反射器一次或多次。
6.一种投影装置，包括：
投影光学系统；
与该投影光学系统光耦合、为该投影光学系统发光的光源；以及
与光源电耦合的控制器以在帧周期的第一部分内施加第一水平的电流驱动光源的第一发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的第一部分内使第一发光器件发出第一颜色的光，在帧周期的第二部分内施加第二水平的电流驱动光源的第二发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的第二部分内使第二发光器件发出第二颜色的光，在帧周期的第三部分内施加第一和第二水平的电流驱动光源的第一和第二发光器件以在反映可视图像的帧的帧周期的第三部分内使第一和第二发光器件分别发出第一和第二颜色的光。
7.按照权利要求6的投影装置，其中所述控制器还与光源耦合，在某种程度上至少根据所反映的可视图像的帧的部分内容，在帧周期的第三部分内分别附有条件地进行所述的施加第一和第二水平的电流以驱动光源的第一和第二发光器件。
8.按照权利要求7的投影装置，其中该投影光学系统包括光阀，并且该控制器还与光阀电耦合，而且该控制器还能够在帧周期的相应部分内有选择地接通和断开该光阀一次或更多次。
9.一种投影装置，包括：
包括光阀的投影光学系统；
与投影光学系统光耦合为投影光学系统发光的光源；以及
与光源和光阀电耦合的控制器，以在帧周期的一部分内施加可变水平的电流驱动光源的发光器件，以在反映可视图像的帧的帧周期的该部分内使发光器件可变地发出某种颜色的光，并且在帧周期的该部分内有选择地接通和断开光阀一次或多次。
10.按照权利要求9的投影装置，其中该光阀包括微反射器器件，并且该控制器能够通过在帧周期的该部分内有选择地接通和断开微反射器器件的一个或多个微反射器一次或多次来有选择地接通和断开该光阀。
11.一种投影装置，包括：
包括光阀的投影光学系统；
与投影光学系统光耦合为投影光学系统发光的光源；以及
与光源和光阀电耦合的控制器，并且该控制器用于在第一时间周期内以第一随时间变化强度的方式控制第一有色光源，以及
至少在第一时间周期的一部分内互补地控制像素的光阀处于接通状态，以有助于获得所需要的像素的灰度级。
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