對投影儀系統的光輸出進行調整的方法以及用於對投影儀系統的光輸出進行調整的系統的製作方法
2023-09-24 05:47:15 1
專利名稱：對投影儀系統的光輸出進行調整的方法以及用於對投影儀系統的光輸出進行調整的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對投影儀系統的光輸出進行調整的方法，以及一種 用於對投影儀系統的光輸出進行調整的系統。本發明還涉及一種供投影 儀系統中的光源所用的光源驅動裝置， 一種用於對投影儀系統的顯示單 元進行控制的顯示單元控制器，以及一種投影儀系統。
背景技術：
隨著半導體和光學儀器的領域中的持續發展，投影儀和背投電視正 變得更容易在經濟上被接受，因此更普遍地用於家庭環境中。數字光處
理(DLP )給出了這種發展的例子，即Texas Instmments⑧開發的供投 影儀中使用的技術。利用DLP ,通過將光反射或偏轉離開顯示單元來 形成圖像，該顯示單元包括在半導體晶片上安裝的微小反射鏡的陣列。 這種顯示單元稱為數字微鏡器件，或DIvn/5。這些反射鏡能夠被單獨地 控制以便在"接通"和"斷開"位置之間轉換，並且每個反射鏡都與投影圖 像中的圖片元素或"像素"相對應。在"接通"位置，來自光源的入射光朝 投影區反射，在"斷開"位置，光被偏轉到光接收器中，從而沒有光指向 該對應像素的投影區。另一種類型的顯示單元可以包括"光閥"陣列，光 閥能夠被打開或關閉，允許光穿過或者阻擋光穿過。這種顯示單元的可 控制元件也能夠快速地切換以改變對應像素的最終亮度或強度。由於人 眼的反應時間，觀眾實際上沒有感覺出這種顯示單元的可控制元件的切 換。
圖像或視頻幀中的像素的強度或感覺的亮度受視頻幀時間內對應 元素的快速切換的控制，其中視頻幀時間是視頻序列中單幀的持續時 間。例如，在視頻幀時間內反射鏡的"接通"和"斷開"位置可以由該反射 鏡的二進位數或控制序列來確定，其中值"l"一般表示"接通"，即該反射 鏡將光反射到投影區上，而值"0"表示"斷開"，從而將光偏轉到光接收器 中。二進位數中的位數最終由視頻幀時間和反射鏡在"接通"和"斷開"之 間切換所需的最小時間長度來確定。脈沖寬度調製通常應用於現有技術的應用中，因此給予二進位數的"較高級"的位(即更接近於最高有效位
的那些位，其中所述最高有效位或稱作MSB)比"較低級"的位(即更接 近於最低有效位的那些位，其中所述最低有效位或稱作LSB)在視頻幀 中^^皮給予更長的持續時間。例如，給予MSB整個一見頻幀時間的大約一 半。給予下一位該4見頻幀時間的大約四分之一，給予再下一位八分之一，等。
直到現在仍在使用中的大多數投影儀系統都基於利用只能發射白 光的光源，這使得必須採用具有紅色、綠色和藍色濾色片的彩色轉盤來 生成紅色、綠色和藍色的圖像，然後將這些圖像組合以提供全彩色圖像。 這種投影儀系統的明顯缺點在於用於獲得彩色圖像所需的複雜且昂貴 的部件，以及下面的事實濾色片吸收一些光從而使光源必須提供比圖 像實際所需的光輸出更大的光輸出。而且，到目前為止通常使用的氣體 放電燈是昂貴的，具有有限的壽命，並且易受到過熱、不正確操作或變 黑所引起的損壞，變黑可能在燈變暗時出現，例如在暗視頻序列中。
發光二極體(LED)和半導體雷射器技術的進步使得在投影儀系統 中具有獨立的紅色、藍色和綠色光源是可能的，因此不再需要彩色轉盤 和利用白光源生成彩色圖像所需的其他複雜部件。而且，半導體LED 和雷射源是緊湊的並具有相對較長的壽命，因此，從消費者的觀點來看， 這些固態光源也是有吸引力的。
投影儀所產生的圖像應當能夠被減亮，例如在黑暗電影片段中，同 時仍然保持整體圖像質量。但是，顯示單元只能用於將圖像在一定程度 上減亮同時保持高水平的圖像質量。由於必須通過斷開顯示單元中對應 元素來"犧牲，，許多位以將圖像減亮，所述位通常是較高級的位，因此只 有較少的位保持可用於描述圖像亮度。因此，只利用顯示單元減亮圖像， 其通常都會以動態和對比度的損失為特徵。通常利用顯示單元和光源來 實現對淨光輸出的調整，其中所述顯示單元可以控制允許穿過併到達投 影區的光的量，而所述光源可以減亮或不減亮以控制光源本身實際輸出 的光的量。可以使通常類型的氣體放電投影燈減亮和不減亮，同時不會 明顯改變其色點，即圖像顏色的最終失真^U1、或沒有。通過減少流過這 種燈的電流來使其減亮。但是，當通過減小流過諸如LED的固態光源的 電流來使該器件減亮時，改變了所得光的色點，因此利用常規的方法來 減亮並不令人滿意。處理該問題的一種方法可以是在視頻幀時間中通過
6使LED在接通和斷開之間快速切換來減小LED的光輸出，即這樣的一 種技術其能夠在利用模擬顯示器的投影儀系統中使用或者在利用白色 LED和彩色轉盤的投影儀系統中使用，所述模擬顯示器如LCD (液晶顯 示器)或LCoS (矽上液晶)顯示器。但是，當該LED減亮技術和顯示 單元一起使用時會引起時序衝突，所述顯示單元的元件在視頻幀內也快 速切換。而且，成本有效的LED驅動器電路的切換特性使得當接通LED 時，在初始時間內出現光輸出的相對較強的波動，因此最終得到的光輸 出在該時間內可能是錯誤的。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種使固態光源減亮同時避免上面概括 的問題的方法。
為此，本發明提供一種對投影儀系統的光輸出進行調整的方法，該 投影儀系統包括光源和帶有可控制元件的顯示單元，該可控制元件用於 控制發自該光源的光的路徑，該方法包括編譯供顯示單元的可控制元件 所用的切換序列，該切換序列包括長段和短段的模式，其中長段的持續 時間大於或等於預定義閾值，短段的持續時間小於或等於預定義閾值。 獲得光輸出調整措施，即給出將要對光源的光輸出進行調整的量，並且 生成光脈衝序列，從而在該切換序列的 一段內光脈沖序列的光脈衝的持 續時間與光輸出調整措施相對應，以及相對於該切換序列來設置光脈 衝，從而在短段中不發生光脈沖的激勵。
根據本發明的方法一般能夠應用於任何類型的光源，如氣體放電 燈。但是，該方法優選地可適用於包括許多固態光源的光源，例如一個 或多個LED或雷射二極體。術語"固態"一般用於指半導體部件。在下文 中，為了簡單起見而非以任何方式來限制本發明的範圍，假定光源包括 一個或多個LED。光所指向的顯示單元可以是如上所述的DMD ,或者 可以是任何其他適合的類型的顯示單元，如光閥陣列。在下文中，為了 簡單起見而非以任何方式限制本發明，假定顯示單元是數字微鏡器件。
為了在視頻幀期間更好地分配用於圖像像素的淨光，可以將更長的 或更高級的位持續時間細分成多個段。可以將更短的或更低級的位持續 時間保持完整，從而使這種段包括相對應的位。"長，，和"短，，段的布置給 出了切換序列，由此根據預定義閾值來將段分類成"長"或"短"，這將在下面更詳細地解釋。將持續時間小於預定義閾值的任何段分類為"短" 段，而將持續時間大於預定義閾值的任何段分類為"長"段。
如已經描述過的，通過減小或增大光源的光輸出能夠控制投射圖像 的亮度。在根據本發明的方法中，對光輸出進行調整的措施，即光輸出
調整措施可以是代表一個值的信號，所述值例如是百分比，如50%、 25 %、 20%等，並且能夠直接或間接地影響光源將要輸出的光的量。
根據本發明，通過在視頻幀時間內交替地激勵或去激勵光源來生成 光脈沖的序列，從而使光源的淨激勵時間對應於光輸出調整措施，並且 使光源的激勵和去激勵與該切換序列同步，因此如果所關心的是短段， 那麼在切換序列的短段內不會發生光源的激勵。
根據本發明的方法的明顯優點在於按照與顯示單元的切換序列同 步的方式來切換光源，因此在燈的切換時間與顯示單元的可控制元件的 切換時間之間不存在沖突。而且，通過設置光脈沖使其僅僅在短段內去 激勵，並且不被激勵，那麼在視頻幀時間內像素的淨光輸出不會因在接 通之後直接發生的光輸出的波動而出錯或失真。而且，由於光源在恆定 電流下工作時可以被減亮，因此保持了光源的色點。
投影儀系統包括光源和具有可控制元件的顯示單元，所述可控制元 件用於控制發自光源的光的路徑，用于于調整該投影儀系統的光輸出的 合適的系統包括切換序列編譯器，其用於編譯顯示單元的可控制元件的 切換序列，該切換序列包括長段和短段，其中長段的持續時間大於或等 於預定義閾值，短段的持續時間小於或等於預定義閾值。經由該系統的 接口獲得將要對光源的光輸出進行調整的光輸出調整措施。該系統進一 步包括光脈衝序列發生器，其用於生成光脈沖序列，從而使切換序列的 一段內光脈衝序列的光脈沖的持續時間與光輸出調整措施相對應，並且 用於相對於該切換序列設置光脈衝，從而在該切換序列的短段內不發生 光脈衝的激勵。
從屬權利要求和隨後的描述公開了本發明特別有利的實施例和特點。
如引言中所提及的，發光二極體及其驅動器電路(例如切換方式電 源，如降壓變換器(buck converter))的切換特性使得在接通之後的一 段時間內可能出現相對較強的振蕩，因為電流需要一些時間來穩定到所 需的水平。因此，LED的光輸出在該光輸出最終穩定的水平附近振蕩或波動。這些4展蕩僅4又發生在LED接通之後，並且對於特定的電壓電平和 特定的電流來說，每當LED接通時其光輸出的振蕩的程度和持續時間基 本上是相同的。利用對電路系統的較小的添加，如MOSFET開關，能夠 很容易實現LED的比較"乾淨"的斷開，即其中光輸出基本上瞬時地並且 沒有任何振蕩地急劇下降為零。為特定的LED光源測量接通振蕩的持續 時間，從而能夠確定脈衝寬度閾值。在根據本發明的方法中，光脈衝序 列的光脈沖被設置為在切換序列的短段中僅僅發生光脈沖的去激勵，原 因在於短段中不應當出現光輸出的任何振蕩，其中所述振蕩可能導致淨 光輸出的錯誤，因為光源的接通振蕩所持續的時間可能比分配給切換序 列的短位的時間更長。因此，在本發明的優選實施例中，這些切換特性， 還有功能特性或操作特性，決定了將切換序列的段分類成"長"或"短"的 閾值。
在完全光輸出時，LED能夠被說成是在100%下工作，這意味著對 於整個視頻幀時間，接通或激勵LED的至少一種顏色。在根據本發明的 方法中，通過使光源產生脈動從而根據光輸出調整措施而在"接通"和"斷 開"之間切換來實現"減亮"效果。為了將光源減亮50%，例如光脈衝序 列發生器接通和斷開LED,從而生成光脈衝，其淨持續時間是視頻幀時 間的50%。由於LED在恆定電流下工作，因此LED的實際亮度基本上 保持不變，並且保持該光源的色點。為了減亮完全光輸出的25%,生成 LED光脈衝，使其"接通"脈衝的淨持續時間包括25%的視頻幀時間。因 此，通過使光源產生脈動來減亮光輸出可以被認為是進行了光輸出的脈 衝寬度調製。用於將切換序列的段分類成"長"或"短"的預定義闊值在一 定程度上受光輸出調整措施的控制，因為對於通過接通和斷開光源而生 成的光脈衝的寬度可能存在下限。最小脈衝寬度針對不同的光源和/或光 源驅動器可能是不同的。如果光源的最小脈衝寬度相對較長，那麼因此 將切換序列的更多的更低級的位分類為"短"段可能是必須的。對於相對 較短的最小光脈衝寬度，能夠將更多的段分類為"短"。
而且，如已經描述過的，這些光脈沖與切換序列是同步的，因此該 切換序列的每個段都被至少一部分光脈衝"覆蓋"。從視覺上講，相對於 切換序列的段來布置光脈衝序列的光脈衝，從而使對應於光調整措施的 一部分段被一部分光脈沖"覆蓋"。換句話說，如果將光輸出減亮到50 %,那麼每個段的一半被光脈沖"覆蓋"。當減亮到75%,那麼光脈衝相應地更長，因此每段的四分之三將被光脈衝"覆蓋，，，等等。顯然，長段 與其相鄰的短段相比將會被更多的光脈衝所覆蓋。同樣，如果長段後面 有另 一個相同長度的長段，那麼這兩個段中的每一個都將被相同數量的 光脈沖所覆蓋。
LED的減亮能力可能存在下限，因為光脈沖的最小寬度最終受穩定 時間的持續時間的控制，或者受接通期間發生的振蕩的控制，這些振蕩 不會處於短段中。最後，最短的光脈沖的持續時間可以是光源的振蕩階 段的持續時間的兩倍。
儘管光源的光輸出可能會簡單地發生波動或者在相當大的程度上 在其額定的光輸出級附近，但是當這些波動在切換序列的足夠長的段內 發生時，這些波動的效果對於用戶來說並不明顯，因為觀眾感覺該段的 整個光輸出被平衡。但是，如果這些波動處於切換序列的短段中，那麼 其效果的確是明顯的，因為圖像的最終亮度級將會出錯。因此，在本發 明的特別優選的實施例中，光脈沖的激勵出現在切換序列的長段內。按 照這種方式，確保了光輸出的任何波動在長段中得到平衡，並且在短段 中發生"乾淨"斷開。
如上面已經指明的，當將光源減亮時，覆蓋切換序列的一段的那一 部分光脈衝直接對應於光調整措施，即對應於完全光輸出的那一部分。 由此得出結論，在根據本發明的方法中，使光源發生脈動，從而使其在 一段內接通並在下一段內斷開，因為光脈沖可能沒有"覆蓋"整個段。因 此，在本發明的特別優選的實施例中，優選地對切換序列進行編譯，從 而使其包括長段，隨後是短段，因此光源總是能夠在長段內接通並且在 隨後的短段內"乾淨"斷開。換句話說，切換序列的長段優選地總是在短 段之前。
為了提供更令人滿意的圖像呈現，能夠將用於每個顯示元素的控制 序列的脈沖寬度調製位進行細分和重新設置，從而使"長"位的位值分布 在該幀時間上。由於該控制序列中的位代表反射鏡"接通"或"斷開"的持 續時間，因此將該控制序列的位進行細分和重新設置將不會改變反射鏡 元件"接通"或"斷開"的淨時間，但是會簡單地使"接通"或"斷開，，時間更 加均勻地分配在視頻時間幀中，從用戶的觀點來看，這給出了更令人滿 意的圖像呈現。例如，可以將最高有效位，或者最高數值的位，均勻地 分成n個段，並且將下面的位(其實際上是與最高數值的位的一半那麼
10"長")均勻地分成n/2個段等等，直到一個位的"長度"達到比預定義閾 值短，在這種情況下不再進一步劃分該位。被細分的所有位產生"長"段， 並且太短而不能細分的所有位產生"短"段。然後可以例如通過使長段和 短段在整個視頻幀時間內均勻地交替而將長段和短段重新設置，從而能 夠使顯示單元的反射鏡元件在視頻時間序列中更經常地進行切換。這用 來使"長"位的效果得到平衡。
顯示單元的切換序列可以由製造廠商進行預定義，並且可能不一定 包括如上面提出的交替的長段和短段。例如，切換序列可以包括一系列 長段，後面是一系列短段。在這種切換序列中，多組短段可能在任何事 情都沒有發生的間歇或間隔之前，並且其中顯示器的反射鏡切換到其 "斷開"位置。在這種情況下，能夠按照不同於已經描述過的方式相對於 切換序列來設置光源的光脈衝。例如，能夠將整個光脈沖設置成對稱地 位於每個長段的中心的附近，因此光脈沖在長段中接通和斷開，並且每 個長段都被對應於光調整措施的光脈沖的數量所"覆蓋"。隨後，在一組 短段之前的間隔中，優選地使光源接通，從而使得在短段組之前的該間 隔內出現光脈沖的振蕩，並且在短段內使光脈沖斷開。對接通時間進行 選擇，從而使覆蓋短段的那 一部分光脈衝對應於光調整措施。
如前面所提及的，供根據本發明的方法中使用的光源能夠包括許多 不同顏色的單獨的光源。這些光源中的每一個都根據本發明接通或斷開 與光輸出調整措施對應的淨持續時間，並且用戶感覺該不同顏色的圖 像一紅色、綠色和藍色為整個圖像。紅色、綠色和藍色圖像能夠在視頻
時間幀中順序地生成，因此在一個—見頻時間幀中生成單個紅色圖像、單 個綠色圖像和單個藍色圖像。但是，當單個視頻時間幀中生成更多顏色 的圖像時，獲得高圖像質量。因此，在本發明的特別優選的實施例中， 多個不同顏色的光源的切換序列交錯以提供組合切換序列。由於按照同 樣的方式對供不同顏色的光源中的每一個光源所用的切換序列進行編 譯，因此由此得出結論，切換序列實際上是相同的，除了較小的差別以 實現所希望的彩色平衡。然後通過根據不同的切換序列而簡單地設置相 同組的連續段能夠使這些交錯。這將在附圖的描述中用圖表來解釋。
供投影儀系統中的光源所用的光源驅動裝置包括用於獲得光輸出 調整措施的接口，通過該光源調整措施來對光源的光輸出進行調整；用 於獲得投影儀系統的顯示單元的切換序列的接口 ，該切換序列包括長段和短段；以及光脈沖序列發生器，其用於生成光脈沖序列從而使切換序
並且用於相對於切換序列來設置光脈衝，從而在切換序列的短段內出現 光脈衝的去激勵。
這種光源驅動裝置能夠以獨立的實體來實現，並且可以設計成連同 一個或多個不同種類的顯示單元一起使用，並且可以作為一個部件供給 投影儀系統製造廠商從而在投影儀系統中獲得根據本發明的光輸出調 整系統。
顯示單元的製造廠商可以提供用於顯示單元的切換序列，其可以包 括DMD⑧和相關聯的處理器，連同顯示單元的正確操作所需的其他電子 部件。很可能向計劃與來自其他製造廠商的光源驅動裝置一起使用的顯 示單元供應合適的接口 ，藉助於該接口可以由包括兼容接口的光源驅動 裝置發出和/或接收命令或信號。這些信號可以包括周期同步信號，因此 光脈沖序列發生器能夠使其輸出與顯示單元的切換序列同步。可替代 地，可以由根據本發明的光輸出調整系統的切換序列編譯器來生成切換 序列。這種編譯器可以是用於根據工作參數來編譯適合的切換序列的軟 件模塊或算法，所述工作參數如不同顏色光源的數量，用於獨立的光源 的切換序列是否是交錯的，該系統的顯示單元的可控制元件能夠進行切 換的速度，等等。
用於獲得光輸出調整措施的接口例如能夠包括來自圖像呈現算法 的信號，所述算法處理圖像數據並且預先確定是否應當增大或減小用於 視頻序列的總的光輸出級，以及增大或減小的量，以及光源進行光調整 的比例。通過例如表示光輸出必須被減亮的量的信號而將用於視頻幀時 間或視頻幀序列的光調整措施指定給光源驅動裝置。這種信號可以包括 二進位值，其代表減小或增大光輸出的量，或者可以藉助於電壓電平而 表明所需要的完全光輸出的那一部分。同樣，這種接口也可以包括用戶 輸入，例如當用戶藉助於適當的按鈕或旋鈕來調整投影儀系統的全部光 輸出時。
用於光輸出調整系統的光脈沖序列發生器可以是在適當處理器上 運行的軟體模塊，其解釋光輸出調整措施以確定光脈沖的寬度，因此也 確定一個或多個光源接通和斷開的時間。
在可替代的優選實施例中，用於對投影儀系統的顯示單元進行控制的顯示單元控制器可以包括用於獲得視頻數據的接口和用於基於該視 頻數據而生成投影儀系統的顯示單元的切換序列的切換序列發生器。如 上面所述，切換序列可以包括長段和短段。這種顯示單元控制器也可以 包括用於獲得光輸出調整措施的接口 ，利用該措施來調整投影儀系統的 光源的光輸出。該接口能夠從該視頻數據或者也從投影儀系統的外部控 制來獲得光輸出調整措施。可替代地，可以實現兩個接口以代替單一接 口，兩個接口之一用於從視頻數據獲得光輸出調整措施，另一個用於從 外部源獲得光輸出調整措施，所述外部源諸如投影儀系統的控制旋鈕。 顯示單元控制器也包括光脈衝序列發生器，其用於生成光源的光脈沖序 列控制信號，從而使切換序列的 一段內光脈沖序列的光脈沖的持續時間 對應於光輸出調整措施，並且用於相對於該切換序列來設置光脈衝，從 而使得在切換序列的短段內不發生光脈衝的激勵。顯示單元控制器的適 當信號輸出能夠向獨立的光源驅動裝置提供光脈沖序列控制信號，該光 源驅動裝置又利用光脈衝序列控制信號來生成控制光源的光脈沖序列。
本發明的其他目的和特點將從下面結合附圖而考慮的詳細描述中 變得顯而易見。但是要理解，這些附圖僅僅是為了圖解說明的目的而設 計的，並非解釋為限制本發明。在所有附圖中，相同的附圖標記表示相 同的物體。
圖1示出利用固態光源的現有技術的投影儀系統的相關元件； 圖2示出顯示單元的相關元件以及所對應的圖像的像素； 圖3示出固態光源驅動器的切換特性； 圖4示出投影儀系統的顯示單元的切換序列； 圖5a示出圖4的切換序列以及根據本發明的提供50%光輸出的第 一光脈沖序列；
圖5b示出圖4的切換序列以及根據本發明的提供25%光輸出的第 二光脈沖序列；
圖6示出第二切換序列以及根據本發明的提供50%光輸出的第三 光脈沖序列；
圖7示出第四切換序列；
13圖8示出根據本發明第 一 實施例的用於調整投影儀系統的光輸出的
系統；
圖9示出供根據本發明第二實施例的系統中使用的顯示單元控制 器，所述系統用於調整投影儀系統的光輸出。
具體實施例方式
為了清楚起見選取了附圖中的物體的尺寸，並且該尺寸不一定反映 實際的相對尺寸。圖中的物體也不一定按比例繪製。在所有附圖中，相 同的附圖標記表示相同的物體。
圖1示出對於下面的討論來說最相關的投影系統的部件。這裡，LED 光源1生成指向顯示單元2的光，顯示單元2安裝在載體11上。按照 將要在圖2中解釋的方式來控制顯示單元2,從而使光或者偏轉到光接 收器(圖中未示出)中，或者沿著投影透鏡12的方向反射。投影透鏡 12使光聚焦，從而能夠將其均勻地投射到投影區13上，所述投影區13 如背景幕、屏幕或LCD顯示器(投影區13通常比圖中顯示的大得多)。 為了清楚起見，圖中僅示出了這些相關的部件，並且應當理解，這種系 統的操作需要適合的控制電子儀器和驅動器。
圖2更詳細地示出了顯示單元2。這裡所示的顯示單元2包括微小 反射鏡的陣列，如Texas 11^11111^1^@的數字微鏡器件(DMD ),利用 其能夠生成任何圖像，並且利用其例如能夠呈現視頻幀。這種顯示單元
i;反射鏡都與投射到投影區上的圖像的對應像素或部分(圖中未示
出)相關聯，並且能夠根據該投影區上的圖像像素(即最後得到的圖像) 是亮還是暗而使對應的反射鏡傾斜，從而使光被顯示單元2反射到投影 透鏡12中並且到達投影區上(圖中未示出)，或者使光偏離投影透鏡 12並且到達吸收器中(圖中也未示出)。由可控制元件Ml、 M6所界 定的這一列反射鏡與圖中示意性標出的一列像素P1、 P2、 P3、 P4、 P5、 P6相關聯。該顯示單元中的每個可控制元件在—見頻時間幀內都浮皮切換許 多次，以獲得相關聯像素的所需強度級。在該例子中，由四位二進位數 (通常，切換序列具有8-10位或更多)來給出顯示單元的反射鏡的切換 序列。在該圖中，該列二進位數與所對應的那列反射鏡相關聯，因此 "0000"的值與最上面的反射鏡M6以及像素P6相關聯，而"llll"的值與底部反射鏡Mi相關聯，因而也與像素pi相關聯。值"ioor，指派給從底
部開始的第二個反射鏡，並與像素P2相對應，等等。如已經解釋過的，
給予更高數值位(在這種情況下，是在通常的計數法中朝向該二進位數
的左邊的那些位)更大比例的視頻幀時間，因此，二進位數"1001"的更
高數值位"r，致使將對應的反射鏡"接通"該視頻幀時間的大約一半，而同 一個二進位數的更小數值位"i，，將該反射鏡"接通"僅僅很短的持續時間。
換句話說，藉助於脈衝寬度調製法來實現在單幀中呈現不同的亮度級。 該二進位數的兩個"o"致使將對應的反射鏡"斷開"相關聯的持續時間。這
通過在視頻幀時間VT中的"條"來示意性地指出。因此投影區能夠用作
使被投射的圖像變暗或減亮的可減亮部件。這種投影儀系統的例子是
Texas Instruments 的DU^系統。當然，本發明不僅限於一種投影儀系 統，而是能夠與任何其他種類的投影儀系統一起使用。
如已經解釋過的，用於固態光源的切換電路的切換特性使得在接通 該固態光源之後立即生成光輸出的明顯波動，所述固態光源如LED或激 光二極體，如圖3中所示。這裡，利用諸如降壓變換器的切換電源使LED 在t,時刻接通，並在t2時刻斷開，以提供光脈衝lp。 LED的光輸出在 穩定於虛線所表明的所希望的級之前相當大地振蕩一段持續時間tosc。 當斷開時，LED的光輸出基本上瞬間下降到零。在根據本發明的方法中， 相對於顯示單元的切換序列來設置光脈衝LP,從而使出現振蕩的那部分 光脈沖LP與該切換序列的短段不重合。
圖4示出在視頻幀時間VT中顯示單元的可控制元件的切換序列S！。 為了幫助理解，圖中示出了位序列40,其示出分配給二進位控制值的每 個位B1、 B2、 B3、 B4和B5的視頻幀時間VT的比例。為了簡單起見， 示出了只包括5位的位序列。實際上，根據顯示單元的圖像呈現質量， 這種位序列可以具有8至14位。如從該圖能夠看到的，該位序列的每 一位的長度基本上都是下一位的長度的兩倍，因此例如B1的長度是B2 的兩倍。在序列41中，將該位序列40中較長的位(在這種情況下是位 Bl和位B2)或多或少地均勻細分以便提供子部或段Bll、 B12、 B13、 B14、 B21、 B22，其中符號"B12"表示位Bl的第二子部，"B21"表示位 B2的第一子部，等。也將位B4細分成兩段B41、 B42。位B3保持完整。 然後將段Bll、 B12、 B13、 B14、 B21、 B24、 B41、 B42以及未分割的 段B3、 B5在視頻幀時間VT上重新排列，以提供切換序列Sl,其中"短"段B41、 B42、 B5散布於"長"段B11、 B12、 B13、 B14、 B21、 B24、 B3
的間隙中。在根據本發明的切換序列編譯器中，根據段的持續時間或長
這裡，預定義閾值是所需的最暗級去除光源的光脈衝的最小持續時間或 長度。這確保每個"長，，段的長度為使得在最低的減亮級處當該段結束時 光脈衝已經穩定。可替代地，某一光源的預定義閾值可以是如圖3中所 示的其振蕩持續時間tosc的倍數。
在圖5a中，示出了圖4的切換序列Si以及根據本發明的提供50。/。 光輸出的光脈沖序列L5o。為了圖解說明的目的，圖中包括陰影條L，， 其表明完全光輸出或者100%的光輸出。當在完全光輸出下工作時，恆 定地接通光源。在50%光輸出時，該光源在光脈衝序列L5o中產生脈動， 從而使視頻幀時間內的淨光輸出是完全光輸出的50%。而且，切換序列 S!的段Bll、 B41、 B21、 B12、 B13、 B5、 B3、 B42、 B14、 B22中的每 一段都被50%的光脈沖LP"覆蓋"，如垂直的虛線所指明的。如從該圖 中能夠清晰地看到的，短段B41、 B5、 B42中的每一段都只被光脈衝LP 的端部覆蓋到其一半的長度，並且這些光脈衝LP分別在前面的較長的 段Bll、 B13、 B3中開始。
圖5b示出切換序列S！以及提供25%光輸出的光脈沖序列L25。在
這種情況下，光脈衝序列L25的光脈衝LP的持續時間使得該切換序列
Sj的段Bll、 B41、 B21、 B12、 B13、 B5、 B3、 B42、 B14、 B22被25
0/。的光脈沖LP覆蓋。這再次由垂直的虛線來指明。該圖也清晰地示出 了光脈沖LP在短段B41、 B5、 B42中結束並且在前面的段中開始。
在具有連同例如彩色轉盤一起使用的白光源的系統中，針對每一種 顏色可以簡單地重複圖4、 5a和5b的切換序列，從而順序地生成紅色、 綠色和藍色圖像。
圖6示出了第二切換序列SRGB,這一次是針對許多不同顏色的固態 光源。這裡，視頻幀時間VT再次提供視頻幀的持續時間。顯然，用於 一種顏色的切換序列可以只是用於白光源的切換序列的持續時間的三 分之一。為每種顏色——紅色、綠色和藍色而編譯如圖4中描述的五位 切換序列，並且通過重複切換序列的相同部分而使這三個切換序列交 替，以提供組合切換序列Srgb,從而充滿該-現頻幀時間VT。該圖中示 出的組合切換序列SRGB的笫 一部分包括分別為紅色、綠色和藍色光源重複的段Bll、 B41，後面是重複的段B21、 B12,等。光脈衝序列LR50、 LG50、 1^50示出用於在完全光輸出的50%處工作的紅色、綠色和藍色光 源中每一個光源的光脈衝LP。
圖7示出第三切換序列Sint,其基本上由如上面圖6所描述的用於 三個不同顏色光源的三個交替的切換序列而組成，並且其中將該切換序 列的長段集合在一起。由於圖解說明的限制，不能按比例示出"長"位 Bll、 B21、 B22、 B32,因此它們看來似乎具有與"短"位B4相同的長度。 事實上，這些長位的持續時間會大得多。對切換序列Smt的短段進行設 置從而使各個短段或各組短段以間隔或間歇隔開(在該圖中用切換序列 Smt中的交叉影線標出)。在這些間隔中，反射鏡轉向其"斷開"位置。光 脈衝序列發生器生成用於各種顏色的光脈沖LP，從而在長段中或者在多 組段之間的間隔中激勵光脈衝LP,因此確保在光源接通時出現的振蕩不
會處於切換序列Smt的短段中。序列LRlntl。。、 LGlntKK)、 Lmnt訓表明在完全
功率時紅色、綠色和藍色光源各自的激勵和去激勵。這些段中的每一個
都被適當顏色的光覆蓋達到100%。為了清楚起見，在所述序列之下又
示出了切換序列Smt,並且光脈衝序列LRint50、 LGlnt50、 LBmt50示出了不同
光源在50%功率時的光脈沖LP。每個更長的段，例如段Bll、 B22都被 適當的光脈沖序列LRint5o、 LGint5o、 LBmt5o覆蓋達到50%。對於短段B4、 B5，生成光脈衝LP,從而在該間隔(在段之間的陰影區)中激勵光脈 衝LP,並且在該光脈衝LP去激勵之前使其覆蓋段B4、 B5的50% 。
圖8示出用於調整投影儀系統9的光輸出的系統3。在上下文中示 出圖l的部件，即顯示單元2、光源1以及將來自顯示單元2的光聚焦 到投影區上所需的投影透鏡12(圖中未顯示)。在該實施例中假定光源 l是合成光源，其包括三種不同顏色的LED,即紅色、綠色和藍色。
顯示單元控制器10備有來自視頻數據源的視頻數據17,視頻數據 源如電視接收機、DVD播放器等，並且顯示單元控制器10能夠為準備 由顯示單元2呈現視頻數據而執行必要的步驟。在該實施例中，顯示單 元控制器10也包括切換序列編譯器4，其用於將切換序列Srgb或控制 位序列發送給顯示單元2，以便切換可控制元件M1、 M6(為了清楚起 見再次只提及這兩個元件)。關於該切換序列的信息也藉助於適合的接 口 8而發送到光源驅動裝置7,因此光源驅動裝置7的光脈衝序列發生 器6可以發出適當的信號14,致使光源1生成同步於切換序列Srgb的
17紅色、綠色和藍色光脈沖LP。光脈沖LP的持續時間由光輸出要被減亮的部分來控制。通過切換序列S肌B能夠實現部分減亮，所需的其餘減亮作為光輸出調整信號15而發送到光源驅動裝置7的接口 5。也可以藉助 於投影系統9上的調整旋鈕而從外部指定該光源的光輸出。這種光輸出 調整信號15'也被發送到光源驅動裝置7的接口 5。同樣，光脈沖序列發生器6可以作為獨立的裝置來實現，而不是在 光源驅動裝置7中實現，或者其能夠直接合併到顯示單元控制器10'中， 如圖9的可替代的實施例中所示。這裡，將光脈衝序列發生器6'合併到 投影儀系統的顯示單元控制器IO'中，連同用於生成如上所述的切換序 列SRGB的切換序列編譯器4,以及用於從外部源獲得光輸出調整措施15' 的接口 5',所述外部源如投影儀系統的控制旋鈕。附加的接口 (圖中未 示出)從視頻數據獲得光輸出調整措施。光脈衝序列發生器6'利用光輸出調整措施而依照切換序列SRGB來調整該投影儀系統的光源的光輸出。在該實施例中，外部光源驅動裝置(圖中未示出)藉助於適當輸出18 而接收從顯示單元控制器10'發出的適當的控制信號19。儘管以優選實施例及其變型的形式公開了本發明，但是應當理解， 在不背離本發明範圍的情況下可以對其進行眾多額外的修改和改變。例如，在利用紅色、藍色和綠色LED的投影儀系統中，顯示單元可以包括 三板設計，其中每種顏色都使用獨立的顯示單元。在這種設計中，可以 同時生成紅色、藍色和綠色的圖像並將其光學地組合以獲得單一圖像。 因此用於獨立的板或顯示單元的切換序列能夠同時運行，同時根據如上 面公開的光脈衝序列來切換不同的LED。為了清楚起見，還要理解本申請中使用的"一"不排除多個，"包括" 不排除其他步驟或元件。並且，"單元"或"組件"可以包括許多塊或器件，除非明確描述為單個實體。說明書中的值'T，和"O"用於與顯示單元中可 控制元件的"接通"和"斷開"位置相對應，但是同樣可以用於分別使可控 制元件達到"斷開"或"接通"位置。把"1"指派給"接通"並且把"0"指派給 "斷開"完全是任意的，根本不是限制性的。
權利要求
1.一種對投影儀系統(9)的光輸出進行調整的方法，該投影儀系統包括光源(1)和帶有可控制元件的顯示單元(2)，該可控制元件用於控制發自該光源(1)的光的路徑，該方法包括-編譯供顯示單元(2)的可控制元件(M1，M6)所用的切換序列(S1，SRGB，Sint)，該切換序列(S1，SRGB，Sint)包括長段和短段，其中長段的持續時間大於或等於預定義閾值，短段的持續時間小於或等於預定義閾值；-獲得光輸出調整措施(15，15′)，通過該光輸出調整措施而對光源(1)的光輸出進行調整；-以及生成光脈衝序列(L50，L25，LR50，LG50，LB50，LRint50，LGint50，LBint50)從而在該切換序列(S1，SRGB，Sint)的一段內光脈衝序列(L50，L25，LR50，LG50，LB50，LRint50，LGint50，LBint50)的光脈衝(LP)的持續時間與光輸出調整措施(15，15′)相對應，並且相對於該切換序列(S1，SRGB，Sint)來設置光脈衝(LP)，從而在切換序列(S1，SRGB，Sint)的短段中不發生光脈衝(LP)的激勵。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中用於區分長段和短段的預定 義閾值基於投影儀系統(9)的光源和/或光源驅動器(1)的特性。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其中預定義閾值基於光源(1 ) 的光輸出的調整措施(15,15')。
4. 根據前面任一項權利要求所述的方法，其中在切換序列 (S，S扁,Smt)的長段內發生光脈衝(LP)的激勵。
5 .根據前面任 一 項權利要求所述的方法，其中切換序列(S!,S固,Smt)的長段在切換序列(S,，S織Smt)的短段的前面。
6. 根據前面任一項權利要求所述的方法，其中在切換序列(S!,SRGB,Smt)的兩段之間的間隔內發生光脈沖(LP)的激勵。
7. 根據前面任一項權利要求所述的方法，其中使多個不同顏色的 光源(1)的切換序列交錯以提供組合切換序列(SRGB,Sint)。
8. 根據前面任一項權利要求所述的方法，其中光源(1)包括多個發光二極體和/或雷射二極體。
9. 一種用於對投影儀系統(9)的光輸出進行調整的系統(3), 該投影儀系統包括光源(1)和帶有可控制元件(M1,M6)的顯示單元(2),所述可控制元件用於控制發自光源(1)的光的路徑，所述系統 包括-切換序列編譯器(4),其用於編譯顯示單元(2)的可控制元件(M1,M6)的切換序列(S,S扁,Smt),該切換序列(Si,S腦,Smt)包括長段和短段，其中長段的持續時間大於或等於預定義閾值，短段的持續時間小於或等於預定義閾值；-接口 (5)，其用於獲得光輸出調整措施(15,15'),通過該光輸 出調整措施對光源(1)的光輸出進行調整；-光脈沖序列發生器(6 ),其用於生成光脈沖序列(L50,L25,LR50,LG50,LB50 ),從而使切換序列(S!,SRGB,Smt)的一段內光脈 沖序歹lj ( L50,L25,LR50,LG50,LB50,LRmt50,LGint50,LBint50 )的光月永衝(LP)的持 續時間與光輸出調整措施(15,15')相對應，並且用於相對於該切換序 列(S,SRGB,Smt。)設置光脈衝(LP),從而在該切換序列(Si,S跳Smt) 的短段內不發生光脈沖(LP)的激勵。
10. —種供投影儀系統(9 )中的光源(1 )所用的光源驅動裝置(7 ),其包括-接口 (5),其用於獲得光輸出調整措施(15,15'),通過該光源 調整措施來調整光源(1)的光輸出；-接口 (8)，其用於獲得投影儀系統(9)的顯示單元(2)的切換序列(S!,SRGB,Smt)，該切換序列(S!,Srgb,S^)包括長段和短段；-以及光脈沖序列發生器(6 ),其用於生成光脈沖序列(L50,L25,lr50,LG50山B50,LRint50,LGint50,LBint50 )' 從而使切換序歹'j(S"SRGB,Smt )的 一 段內光脈衝序歹'J ( L50,L25,LR50,LG50,LB50,LRint50, LGint5o,LBint50)的光脈衝(LP)的持續時間與光輸出調整措施(15,15')相對應，並且用於相對於該切換序列(S!,SRGB,Smt)設置光脈沖(LP), 從而在該切換序列(S!,SRGB,Smt)的短段內不發生光脈沖(LP)的激勵。
11. 一種用於對投影儀系統的顯示單元(2)進行控制的顯示單元 控制器(10'),其包括-用於獲得視頻數據(17)的接口；-切換序列發生器(4),其用於基於該視頻數據(17)而生成投影儀系統(9)的顯示單元(2)的切換序列(S!,SRGB,Smt),該切換序列(S,S扁,Smt)包括長段和短段； 3-接口 (5'),其用於獲得光輸出調整措施(15,15'),通過該措 施來調整投影儀系統的光源(1)的光輸出；-光脈衝序列發生器(6 )，其用於生成光脈衝序列(L50,:L25,LR50,LG50,LB50,LRint50,LGint50,LBint50 )， 從而使切換序歹'J(S，S扁,Smt )的 一段內光脈衝序列(L50,L25,LR50,LG50,LB50,LRmt50, LGint5o,LBint5)的光脈衝(LP )的持續時間與光輸出調整措施(15,15')相對應，並且用於相對於該切換序列(Si,SRGB,Smt)設置光脈沖(LP)， 從而在該切換序列(S!,SRGB,Smt)的短段內不發生光脈衝(LP)的激勵。 -以及用於向控制光源(1)的光源驅動裝置輸出光脈衝序列控制信號(19)的信號輸出(18)。
12. —種投影儀系統(9),其包括光源(1 )、具有可控制元件(M1,M6) 的顯示單元(2)、顯示單元控制器(10,10')和光源驅動裝置(7), 其中該可控制元件用於控制發自光源(1)的光的路徑，該顯示單元控 制器(10')根據權利要求11來實現，或者光源驅動裝置(7)根據權利 要求10來實現。
全文摘要
本發明描述了一種對投影儀系統的光輸出進行調整的方法，該投影儀系統包括光源(1)和帶有可控制元件(M1，M6)的顯示單元(2)，該可控制元件用於控制發自該光源(1)的光的路徑，該方法包括編譯供顯示單元(2)的可控制元件(M1，M6)所用的切換序列(S1，SRGB，Sint)，該切換序列(S1，SRGB，Sint)包括長段和短段，其中長段的持續時間大於或等於預定義閾值，短段的持續時間小於或等於預定義閾值；獲得光輸出調整措施(15，15′)，通過該光輸出調整措施來對光源(1)的光輸出進行調整；以及生成光脈衝序列(L50，L25，LR50，LG50，LB50，LRint50，LGint50，LBint50)從而在該切換序列(S1，SRGB，Sint)的一段內光脈衝序列(L50，L25，LR50，LG50，LB50，LRint50，LGint50，LBint50)的光脈衝(LP)的持續時間與光輸出調整措施(15，15′)相對應，並且相對於該切換序列(S1，SRGB，Sint)來設置光脈衝(LP)，從而在切換序列(S1，SRGB，Sint)的短段中不發生光脈衝(LP)的激勵。本發明還描述了一種用於對投影儀系統(9)的光輸出進行調整的系統(3)、一種供投影儀系統中的光源(1)所用的光源驅動裝置(7)、一種用於對投影儀系統的顯示單元(2)進行控制的顯示單元控制器(10′)和一種投影儀系統(9)。
文檔編號H04N9/31GK101569183SQ200780047749
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月17日 優先權日2006年12月22日
發明者C·德佩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司