數字反射鏡裝置投影機及校正其視頻信號的方法
2023-05-18 22:14:16
專利名稱：數字反射鏡裝置投影機及校正其視頻信號的方法
技術領域：
本發明涉及一種採用具有多個反射鏡元件的數字反射鏡裝置(下文中簡稱為「DMD」)的投影機裝置，以及用於校正在數字反射鏡裝置投影機中使用的視頻信號的方法，更具體地涉及一種可在各反射鏡元件斷開時有效地利用反射光的DMD投影機，以及用於校正在數字反射鏡裝置投影機中使用的視頻信號的方法。
本發明要求享有2002年3月22日提交的日本專利申請No.2002-080853的優先權，這些專利通過引用結合於本文中。
在這種所公開的DMD投影機中，光源發出的光設置成可聚集為色盤上的一個點，色盤由可選擇性地讓紅色光、綠色光和藍色光中的一種通過的多種濾色器構成，在DMD面板上以平行光通量的形式施加從任一濾色器中通過的光，作為被DMD面板反射出的光的圖像光通過可變焦投影透鏡投影到屏幕上。
然而，傳統的DMD投影機存在著問題。也就是說，在上述傳統的DMD投影機中，採用通過構成了色盤的濾色器且被DMD面板的表面朝向屏幕反射的光作為圖像光。結果，用作圖像光光源的各彩色光的波長分量根據構成色盤的濾色器的性能差異而發生變化。而且，即便在不同濾色器之間的濾色器性能相同時，如果由光源發出的光本身在波長或強度上具有差異，各彩色光的波長分量也會不同，即使圖像光由相同視頻信號構成，也很難校準圖像光以在不同裝置中得到相同的色度(色調)。
本發明的另一目的是提供一種用於校正在DMD投影機中使用的視頻信號的方法。
根據本發明的第一方面，提供了一種數字反射鏡裝置投影機，包括光源；由多種濾色器組合而構成的色盤，用於形成多種顏色的圖像光；具有多個反射鏡元件的數字反射鏡裝置面板，各反射鏡元件均可被控制以處於第一傾斜狀態和第二傾斜狀態，當反射鏡元件處於第一傾斜狀態時，其可沿第一方向反射由光源輸送且通過構成色盤的任一濾色器的光並將其作為圖像光，當反射鏡元件處於第二傾斜狀態時，其可沿不同於第一方向的第二方向反射由光源輸送且通過構成色盤的任一濾色器的光；驅動單元，其可根據相應的視頻信號和色盤的旋轉狀態進行控制，以使數字反射鏡裝置面板中的各反射鏡元件處於第一傾斜狀態或第二傾斜狀態；光電轉換裝置，其作為光電傳感器設置在當至少一個反射鏡元件處於第二傾斜狀態時從所述至少一個反射鏡元件上反射出的光所入射的位置處，因而光電轉換裝置可接收反射光並將所接收的光轉化成電壓；校正單元，其可接收視頻信號和由光電轉換裝置所得到的電壓，從而可根據所接收的電壓來校正視頻信號並將校正後的視頻信號輸出給驅動單元，其中，驅動單元根據校正後的視頻信號和色盤的旋轉狀態進行控制，使數字反射鏡裝置面板中的所述至少一個反射鏡元件處於第一傾斜狀態或第二傾斜狀態，校正單元還根據在數字反射鏡裝置面板中的所述至少一個反射鏡元件處於第二狀態時從光電轉換裝置中輸出的電壓來計算通過構成色盤的各濾色器的彩色光的相對強度，確定通過各濾色器的彩色光的加權值以使彩色光的相對強度與預定的基準值相匹配，採用加權值來校正視頻信號中各顏色的亮度信號，並將校正後的亮度信號輸出給驅動單元。
根據本發明的第二方面，提供了一種用於校正在數字反射鏡裝置投影機中使用的視頻信號的方法，數字反射鏡裝置投影機包括光源；由多種濾色器組合而形成的色盤，用於形成多種顏色的圖像光；具有多個反射鏡元件的數字反射鏡裝置面板，各反射鏡元件均可被控制以處於第一傾斜狀態和第二傾斜狀態，當反射鏡元件處於第一傾斜狀態時，其可沿第一方向反射由光源輸送且通過構成色盤的任一濾色器的光並將其作為圖像光，當反射鏡元件處於第二傾斜狀態時，其可沿不同於第一方向的第二方向反射由光源輸送且通過構成色盤的任一濾色器的光；以及驅動單元，其可進行控制以使數字反射鏡裝置面板中的各反射鏡元件處於第一傾斜狀態或第二傾斜狀態，所述方法包括放置作為光電傳感器的光電轉換裝置的步驟，其設置在當至少一個反射鏡元件處於第二傾斜狀態時從所述至少一個反射鏡元件上反射出的光所入射的位置處，因而光電轉換裝置可接收反射光並將所接收的光轉化成電壓；使校正單元接收視頻信號和由光電轉換裝置所得到的電壓、從而根據所接收的電壓來校正視頻信號並將校正後的視頻信號輸出給驅動單元的步驟；和使驅動單元進行控制、並根據校正後的視頻信號和色盤的旋轉狀態使數字反射鏡裝置面板中的所述至少一個反射鏡元件處於第一傾斜狀態或第二傾斜狀態的步驟，其中，校正單元根據在數字反射鏡裝置面板中的所述至少一個反射鏡元件處於第二狀態時從光電轉換裝置中輸出的電壓來計算已通過構成了色盤的各濾色器的彩色光的相對強度，確定已通過各濾色器的彩色光的加權值以使彩色光的相對強度與預定的基準值相匹配，採用此加權值來校正視頻信號中各顏色的亮度信號並將校正後的亮度信號輸出給驅動單元。
通過採用上述DMD面板來設置投影機，通過色盤的光可入射在DMD面板上。根據視頻信號來控制DMD面板上各反射鏡元件的傾斜狀態。光被反射的角度根據接通或斷開狀態而變化，在接通狀態下反射光朝向投影透鏡傳送，而在斷開狀態下反射的光輸入到光電轉換裝置中，並轉換為表示了將從光電轉換裝置中輸出的光強度的電信號。
在這一點上，例如作為一個特定的投影圖形，通過投影紅光100％地投影在屏幕上且0％地施加在光電轉換裝置上、綠光100％地投影在屏幕上且0％地施加在光電轉換裝置上以及藍光0％地投影在屏幕上且100％地施加在光電轉換裝置上的圖像，可以測出藍光的相對強度。通過採用如上述的相同方法，可順序地測出紅光或綠光的強度。因此，在採用紅光、綠光和藍光的強度數據作為校正單元的校正數據來對各視頻信號的電平進行校正之後，通過用面板驅動單元來控制DMD面板，就可以在將投影到屏幕上的圖像中提供相同的色度。
通過上述設置，由於可以容易地匹配圖像的紅光、綠光和藍光的亮度，因此可以提供相同水平的色度。不再需要通過單獨地採用更換了光源的光學器件來進行校正。
從下述介紹中並結合附圖，可以更清楚本發明的上述和其它目的、優點和特徵，在附圖中
圖1是顯示了採用了根據本發明一個實施例的DMD(數字反射鏡裝置)面板的單晶片式投影機的主要部件的圖；圖2是在本發明實施例中使用的色盤的正視圖；圖3是顯示了用於控制在本發明實施例中使用的反射鏡元件的傾斜狀態的驅動脈衝的波形的圖；和圖4A是顯示了在校正前的紅色、綠色、藍色的亮度和視頻信號電平之間的關係的圖，圖4B是顯示了在進行了根據本發明實施例的校正後的亮度和視頻信號電平之間的關係的圖。
圖1是顯示了採用了根據本發明一個實施例的DMD(數字反射鏡裝置)面板的單晶片式投影機的主要部件的圖。
如圖1所示的此實施例的DMD投影機包括光源1、聚光透鏡2、色盤3、中繼透鏡4、DMD面板5、投影透鏡6、屏幕7、光電傳感器(光電轉換裝置)40、I/V(電流到電壓)轉換器41、校正部分42和驅動部分43。
在此實施例中，由多個反射鏡元件(未示出)構成的DMD面板5的操作由驅動部分43來控制。驅動部分43根據色盤3的旋轉狀態來對從校正部分42所輸送的校正後的視頻信號和構成DMD面板5的各反射鏡元件(未示出)的傾斜狀態進行控制，從而產生將投影在屏幕7上的圖像光。由校正部分42進行的視頻信號的校正將在下文中詳細介紹。
光源1所發出的光由聚光透鏡2聚光，然後入射在色盤3上，因而光在色盤3上聚焦。光源1所發出的光的聚光和應用的一個目的是縮短通過減小光的光通量的光點直徑來轉換色盤3上的顏色所需的時間。因此，如上所述，色盤3定位成使得光源1所發出的光被聚光透鏡2聚光，並且光在色盤3上聚焦。
圖2是在本發明實施例中使用的色盤的正視圖。
如圖1和2所示的色盤3由具有多種濾色器12的盤構成，因此其可對例如紅色、綠色和藍色等進行濾光。色盤3由置於其中心軸線上的電動機13帶動而高速旋轉。由於光源1所發出的光被聚光透鏡2聚光且聚光後的光被施加到色盤3上，因此色盤3的旋轉使得所施加的光按紅色、藍色和綠色的順序被濾光，濾後光輸出給中繼透鏡4。
以光具有色盤3的紅色、藍色和綠色中的任一種的方式進行濾光的光朝向DMD面板5傳送，同時如圖1所示地展開，並且其光通量被中繼透鏡4校準，因而光可以有效地施加在DMD面板5上。施加在DMD面板5上的光入射在構成DMD面板5的各反射鏡元件(未示出)上。上述驅動部分43輸出灰度值信號，其用於根據由視頻信號所代表的紅色、藍色和綠色中的每一種的灰度值來控制各反射鏡元件(未示出)到DMD面板5的傾斜度，並採用被各反射鏡元件(未示出)朝向投影透鏡6反射的光作為投影到屏幕7上的圖像光。
這裡將參考圖3來介紹採用被DMD面板5的各反射鏡元件(未示出)所反射的光來表達灰度值的方法。圖3是顯示了用於控制在此實施例中使用的各反射鏡元件(未示出)的傾斜狀態的驅動脈衝的波形的圖。在圖3中，水平方向表示時間。
如圖3所示，假定灰度值信號例如由8位構成，各位在預定的單位時間內在信號處於高(H)狀態下具有不同周期的波形。在如圖3所示的示例中，最高位「位7」提供了在信號處於高(H)狀態下最長的周期，而最低位「位0」提供了在信號處於高(H)狀態下最短的周期。隨著「位7」順序地向「位0」變化，信號處於高(H)狀態下的周期也變短。當將「位7」到「位0」中的各位的在信號處於高(H)狀態下的周期全部相加時，在預定時間中給出的所有周期內信號為高(H)。
當用於選擇各位的信號為「1」時，輸出為各位準備的相應波形。只有當波形處於高(H)狀態時反射鏡元件(未示出)才傾斜，並且反射鏡元件(未示出)使入射光沿投影透鏡6的方向反射。當對應於各位的波形處於低(L)狀態時，反射鏡元件(未示出)將入射光朝向光電傳感器40反射。圖像的灰度值由各位的選擇來確定。
通過對DMD面板5的所有反射鏡元件(未示出)進行上述操作且在施加了紅色、藍色和綠色中的任一種時，就可以得到作為反射光的各圖像光，因此所得到的圖像光投影在屏幕7上的一個像素上。由於色盤3的旋轉足夠快，因此前面的光作為人眼所檢測到的餘像而停留，幾乎不會發生一種顏色看上去被分解的情況。
下面將介紹此實施例的特徵設置。
如上所述，將投影在屏幕7上的圖像光是根據投影圖像的灰影而從DMD面板5上反射出的圖像光。在此實施例中，通過不用作圖像光和不投影在屏幕7上的光，可以控制光源1所發出的光的量。在此實施例中，將經中繼透鏡4入射但不投影到屏幕7上的光輸入到光電傳感器40中。光電傳感器40輸出與入射光的強度相對應的電流，此電流被I/V轉換器41轉換成電壓，然後輸出給校正部分42。校正部分42接收視頻信號以及由I/V轉換器41輸出的電壓，並根據此實施例對從投影機外部所輸送的視頻信號進行校正，並將校正後的信號輸送給驅動部分43。
下面將介紹由校正部分42進行的視頻信號的校正方法。首先，DMD面板5的各反射鏡元件(未示出)處於特定的狀態，即反射光輸入到光電轉換裝置中的斷開狀態，在此時，從在各彩色光通過相應的濾色器12時由I/V轉換器41輸出的電壓中計算出通過相應濾色器12的紅光、綠光和藍光中的任一種光的相對強度。接著，確定通過各濾色器12的光的加權值，使得此相對強度與預定的基準值相匹配，採用此加權值來校正由視頻信號所代表的各顏色的亮度信號，並將校正後的視頻信號輸出給驅動部分43。通過操作DMD面板以與驅動部分43中的信號電平相對應，可以在所有時間均顯示出相同的色度(色調)。
當通過校正部分42進行校正時，通過相應濾色器12的紅光、綠光和藍光中的各種光的相對強度計算在使用此實施例的投影機的最初時間進行，之後根據通過相應濾色器12的紅光、綠光和藍光中的各種光的所計算出的相對強度來校正視頻信號。
下面將參考圖4A和4B來介紹視頻信號的校正效果。圖4A是顯示了在上述校正前的各紅色、綠色、藍色的亮度和視頻信號電平之間的關係的圖，圖4B是顯示了在進行了根據本發明實施例的校正後的各紅色、綠色、藍色的亮度和視頻信號電平的圖。圖4A和4B中顯示了各項特徵的線是出於說明的目的而提供的，本發明的效果並不限於所示的這些。如圖4A所示，在校正前紅色光、綠色光和藍色光在視頻信號的任意電平處其亮度均不同。然而根據本發明的實施例，如圖4B所示，在進行了校正後，紅色光、綠色光和藍色光之間的亮度的相對差異被校正部分42所校正，因此紅色光、綠色光和藍色光在視頻信號的任意電平處其亮度均相同。
很明顯，本發明並不限於上述實施例，而是在不脫離本發明的範圍和精神實質的前提下可進行變更和修改。
例如，光電傳感器可設置在當至少一個反射鏡元件處於第二傾斜狀態時從至少一個反射鏡元件反射出的光所入射的位置處，因此光電傳感器接收反射光並將反射光轉換成電壓。可用至少一個反射鏡元件來表示另一反射鏡元件或反射鏡元件的特定組。
權利要求
1.一種數字反射鏡裝置投影機，包括光源；由多種濾色器組合而形成的色盤，用於形成多種顏色的圖像光；具有多個反射鏡元件的數字反射鏡裝置面板，各所述反射鏡元件均可被控制以處於第一傾斜狀態和第二傾斜狀態，當所述反射鏡元件處於所述第一傾斜狀態時，其可沿第一方向反射由所述光源輸送且通過構成所述色盤的任一所述濾色器的光並將其作為圖像光，當所述反射鏡元件處於所述第二傾斜狀態時，其可沿不同於所述第一方向的第二方向反射由所述光源輸送且通過構成所述色盤的任一所述濾色器的光；驅動單元，其可根據相應的視頻信號和所述色盤的旋轉狀態進行控制，以使所述數字反射鏡裝置面板中的各所述反射鏡元件處於所述第一傾斜狀態或所述第二傾斜狀態；光電轉換裝置，其作為光電傳感器設置在當至少一個所述反射鏡元件處於所述第二傾斜狀態時從所述至少一個反射鏡元件上反射出的光所入射的位置處，因而所述光電轉換裝置可接收所述反射光並將所接收的光轉化成電壓；校正單元，其可接收視頻信號和由所述光電轉換裝置所得到的所述電壓，從而可根據所接收的電壓來校正所述視頻信號並將校正後的視頻信號輸出給所述驅動單元；其特徵在於，所述驅動單元根據所述校正後的視頻信號和所述色盤的旋轉狀態進行控制，使所述數字反射鏡裝置面板中的所述至少一個反射鏡元件處於所述第一傾斜狀態或所述第二傾斜狀態，所述校正單元還根據在所述數字反射鏡裝置面板中的所述至少一個反射鏡元件處於所述第二狀態時從所述光電轉換裝置中輸出的所述電壓來計算通過構成所述色盤的各所述濾色器的彩色光的相對強度，確定通過各所述濾色器的所述彩色光的加權值，從而使所述彩色光的所述相對強度與預定的基準值相匹配，採用所述加權值來校正視頻信號中各顏色的亮度信號，並將校正後的亮度信號輸出給所述驅動單元。
2.一種用於校正在數字反射鏡裝置投影機中使用的視頻信號的方法，所述投影機包括光源；由多種濾色器組合而形成的色盤，用於形成多種顏色的圖像光；具有多個反射鏡元件的數字反射鏡裝置面板，各所述反射鏡元件均可被控制以處於第一傾斜狀態和第二傾斜狀態，當所述反射鏡元件處於所述第一傾斜狀態時，其可沿第一方向反射由所述光源輸送且通過構成所述色盤的任一所述濾色器的光並將其作為圖像光，當所述反射鏡元件處於所述第二傾斜狀態時，其可沿不同於所述第一方向的第二方向反射由所述光源輸送且通過構成所述色盤的任一所述濾色器的光；以及驅動單元，其可進行控制以使所述數字反射鏡裝置面板中的各所述反射鏡元件處於所述第一傾斜狀態或所述第二傾斜狀態，所述方法包括放置作為光電傳感器的光電轉換裝置的步驟，所述光電轉換裝置放置在當至少一個所述反射鏡元件處於所述第二傾斜狀態時從所述至少一個反射鏡元件上反射出的光所入射的位置處，因而所述光電轉換裝置可接收所述反射光並將所接收的光轉化成電壓；使校正單元接收視頻信號和由所述光電轉換裝置所得到的所述電壓、從而根據所接收的電壓來校正所述視頻信號並將校正後的視頻信號輸出給所述驅動單元的步驟；和使所述驅動單元進行控制、根據所述校正後的視頻信號和所述色盤的旋轉狀態使所述數字反射鏡裝置面板中的所述至少一個反射鏡元件處於所述第一傾斜狀態或所述第二傾斜狀態的步驟，其特徵在於，所述校正單元根據在所述數字反射鏡裝置面板中的所述至少一個反射鏡元件處於所述第二狀態時從所述光電轉換裝置中輸出的電壓來計算通過構成所述色盤的各所述濾色器的彩色光的相對強度，確定通過各所述濾色器的所述彩色光的加權值，從而使所述彩色光的所述相對強度與預定的基準值相匹配，採用所述加權值來校正視頻信號中各顏色的亮度信號，並將校正後的亮度信號輸出給所述驅動單元。
全文摘要
提供了一種由具有成百上千個反射鏡元件的數字反射鏡裝置(DMD)構成的投影機裝置，其可以減小因濾色器或光源之間的性能/特性差異而引起的色度(色調)的不同。DMD投影機包括放置在由處於切斷狀態下的各反射鏡元件反射的光所入射的位置處的光電傳感器，以及用於接收視頻信號和由光電傳感器得到的電壓以及將校正後的視頻信號輸出給驅動單元的校正單元，其中驅動單元根據校正後的視頻信號和色盤的旋轉狀態來控制DMD面板的各反射鏡元件的傾斜度，校正單元校正視頻信號的各顏色的亮度信號，這是通過在DMD面板的各反射鏡元件處於斷開狀態下時採用光電傳感器的輸出來計算通過構成色盤的各濾色器的光的相對強度來實現的。
文檔編號G03B21/00GK1447148SQ0310833
公開日2003年10月8日 申請日期2003年3月24日 優先權日2002年3月22日
發明者富家修 申請人:日本電氣視象技術株式會社