配有可調整過濾系統的投影設備及其用於調整光束的顏色分量的方法

2023-06-17 03:54:26 1

專利名稱：配有可調整過濾系統的投影設備及其用於調整光束的顏色分量的方法
技術領域：
本發明涉及投影設備，特別是涉及根據權利要求l的前序部分的視 頻投影儀以及用於調整投影系統中的光束的方法。
背景技術：
在已知的視頻投影儀中，光源產生具有寬光譜的多色光束，該多色 光束能夠再現可被人眼感知的顏色中的大多數顏色。
由於以三基色的組合可獲得這樣的顏色，因此，為了投射所希望的 顏色，首先需要從由光源所產生的光束中提取處於儘可能飽和的狀態下 (即，儘可能地位於由國際照明委員會所定義的色度圖的輪廓線處)的
所述基色(典型地為紅、綠和藍)。
為此，許多使用濾波器和/或稜鏡的系統是可用的。
根據第一已知解決方案，把基本上由佔據色盤(colour wheel )的 三個扇區的三個帶通濾波器組成的色盤放置在燈的前面。隨著色盤的旋 轉，該色盤使由燈所產生的光束的紅光分量、綠光分量和藍光分量依次 通過。
將由色盤輸出的光束會聚到一個或者多個DMD (數字微鏡裝置)板 上，該DMD板由多個微鏡(通常由鋁製成)構成，這多個微鏡繞著對角 線旋轉，且被適配為把彩色光束反射在投影透鏡之內，以將所述彩色光 束髮送到屏幕。
微鏡陣列實際上是待投射的圖像的像素陣列。
通過人眼觀看屏幕所感知到的每個像素的顏色將是所投射的綠光 分量、藍光分量和紅光分量的結合的結果。
如果例如像素必須是黃色的，那麼在綠光和紅光的透射期間，將轉 動相應的微鏡以把光反射在投影透鏡之內，而在藍光的透射期間，將轉 動所述微鏡以把光反射到投影透鏡之外。
該解決方案的缺點是與所採用的光源部分相關。
目前，大部分使用高壓貢汽燈或者氙燈。圖la示意性地示出由高壓貢汽燈發射的光的頻譜；X軸表示以nm (毫微米)為單位的波長，而Y軸表示相對強度。
附圖標記1近似地標示出藍色的發射區域；附圖標記2標示出綠色 的發射區域，而附圖標記3標示出紅色的發射區域。
如所示出的，由於在紅色範圍中所發射的為低能量，尤其是由於發 射峰值位於575 + 580nm處(其與位於綠色和紅色之間且由附圖標記4 標示出的亂真的黃色分量相對應)，該發射非常臨界。
在這些燈中，為了獲得飽和的基色而去除次級黃色的分量意味著失 去該燈所產生的能量中的大量的能量，從而導致暗像。
因此，事實上在已知的解決方案中存在以下現象視頻投影儀的光 學系統中所使用的濾波器提供如圖2所示的響應，其中，由附圖標記6 表示的點線表示藍色的帶通濾波器的響應曲線，短劃-點線7表示綠色 的帶通濾波器的響應曲線，而短劃線8表示紅色的帶通濾波器的響應曲 線。如在圖2中突出顯示的，為了防止亮度過度減弱，已知解決方案中 所使用的綠色和紅色濾波器允許黃色的峰值的 一 部分通過，從而由於所 述峰值的原因，基綠色和基紅色不飽和，這使得綠色變成"淡綠色"， 紅色變成"橙色"。
典型地，通過沿著光路增加永久性的頻帶切斷濾波器(band-cut filter)以將亂真的黃色分量從光束中衰減或者消除，來克服該缺點。
在圖3中通過點線9示意性地示出這種類型的頻帶切斷濾波器(也 稱為"陷波"濾波器)的響應曲線；如所示出的，該濾波器吸收大約570nm 與600nm之間所包含的頻i普分量。
在圖3中由附圖標記9，和9"標示出的濾波器側面應該儘可能地 陡，以便僅阻檔不希望的亂真的顏色而允許光束的其它頻譜分量不被改 變地通過。
該解決方案的缺點在於，儘管綠色和紅色是飽和的，但是整個亮度 結果被強烈地降低了。
類似地，當使用氯燈時(圖lb),雖然至少在可見頻譜內該發射比 貢汽燈的發射更均勻，但是應當注意，在由附圖標記5標示出的500nm 附近的區域內，即，次級青色的區域，發光能量高得足夠影響飽和的藍 色和綠色的再現。
因此，這些燈也受到與上述解決方案相同的問題的困擾，唯一不同
6的是帶來最大麻煩的分量是青色。
根據另 一 已知的解決方案，有時被用在具有單個DMD板的視頻^L影
儀中以獲得更加飽和的基色的色盤包括四個扇區藍色、綠色、紅色和 黃色。
因此，如圖4所示，色盤的各單個帶通濾波器可以更窄，其中，附 圖標記12標示出黃色扇區的帶通濾波器的響應，附圖標記6、 lO和ll 分別標示出用於藍色、綠色和紅色的濾波器的響應。
為了限制亮度的降低，系統使用通過電處理;f見頻信號(如下面所詳 述的)而獲得的信息。
如同已知的，視頻投影儀的圖像是由幀的時間序列組成，每個幀包 含用於控制形成圖像的像素的狀態的信息。
這樣的信息在被物理地發送給該板之前存儲在合適的幀存儲器中； 特別是，對於每個像素，存儲關於視頻信號的三基色(紅色、綠色和藍 色)分量的信息。
在對視頻信號進行電處理期間，為了確定圖Y象的色含量(chromatic content),特別是在處於檢測中這樣的情況下，為了確定與次級分量 (即使在白光的組成成份中該次級分量也有可能存在)有關的純基色的 部分，要檢查關於每個幀的信息。例如，如果幀主要由飽和的紅色和綠 色組成，那麼當發送黃色扇區的光時，將在這樣的幀的投影期間中斷DMD 板的操作，從而防止投射到屏幕上的基綠色和基紅色被改變。
反之亦然，如果圖像主要包含其中主導分量是黃光或者能夠與黃光 組合的區域，那麼在相應幀的期間DMD板將總是保持打開，從而把由燈
所產生的所有光(包括黃光)發送到屏幕，以便獲得最大亮度。
在中間信號的情況下，將例如根據用戶的偏好適當地調整色盤的黃
色扇區的過渡期間的像素調整時間。 然而，該解決方案也有許多缺點。
首先，由於帶通濾波器的較窄的通帶以及由於每個基色的透射時間 的減少(因為色盤具有四個扇區)，與每個基色相關聯的發光能量低。 再者，DMD "關閉"的過渡時間較長(導致已知的缺點)。

發明內容
本發明的目的是解決本領域已知的視頻投影儀設備的解決方案的問題。
特別是，本發明的目的是在獲得儘可能飽和的基色的同時使圖像亮 度最大化。
通過用於調整包括所附權利要求(其意在作為構成完整的本說明書 所需的部分)中所述特徵的投影系統中的光束的投影設備和方法，來實
現本發明的這些以及其它目的。簡言之，本發明是基於以下思想根據 有關待投射圖像的顏色的信息來動態地衰減光束的頻譜分量。為此，根 據本發明的投影設備配備有至少一個可移動的頻帶切斷濾波器，該頻帶 切斷濾波器能夠在可見區內從由燈所產生的光束中消除可變量的亂真 分量(諸如黃色或青色)。
所述濾波器的可移動性有利地使得能夠根據待投射的圖像，在圖像 亮度與基紅色、基綠色和基藍色的飽和之間獲得最佳折衷。
有利地，在視頻信號的情況下，由此可以通過利用通過RGB信號提 供的信息，以幀為基礎來更新濾波器的位置。


通過以下的詳細說明以及以非限制'l"生的示例方式所提供的附圖，本
發明的另外的目的和優點將顯而易見，其中
圖la和lb示出視頻投影儀設備中常用的燈的發射頻譜。
圖2和4示出已知視頻投影儀設備中所使用的帶通濾波器的響應曲
線和貢汽燈的發射頻譜。
圖3示出適配用於去除黃色頻率的頻帶切斷濾波器的響應曲線和貢 汽燈的發射頻語。
圖5示出適配用於去除青色頻率的頻帶切斷濾波器的響應曲線和氙 燈的發射頻譜。
圖6示意性地示出根據本發明的投影設備的第一實施例的例子。 圖7示意性地示出根據本發明的投影設備的第二實施例的例子。
具體實施例方式
為了簡便起見，在下文中將使用相同的附圖標記來指代同樣的、等 效的或者用於執行相同功能的部件。
作為非限制性的實施例示例的例子，現在讓我們設想如圖6所示的視頻投影儀設備，其中，光源為貢汽燈(它的發射光譜在圖la中示出)， 並且正如已經提及的，該貢汽燈受到顯著的黃色分量的缺點的困擾。
在本實施例的例子中，視頻投影儀使用由附圖標記20標示出的僅 一個畫板。
照明燈14產生光束，所述光束由非球面聚光鏡15聚集，該非球面 聚光鏡15把所述光束會聚在整體光棒(integrating bar ) 18 (其由光 學玻璃平行六面體構成)的入口處，整體光棒18對來自燈的光束進行 空間平滑。
非球面聚光鏡15和整體光棒18之間存在三扇區色盤16，該三扇區 色盤16依次輸出與三基色(紅色、藍色和綠色)的各帶相對應的三個 頻帶中所包含的頻語分量。
整體光棒所輸出的光由被稱為中繼透鏡的透鏡系統19來收集，通 過由附圖標記21和22標示出的稜鏡系統，該透鏡系統19把會聚後的 光向由附圖標記20標示出的DMD板傳送。
然後該光束被發送至由附圖標記23標示出的投影透鏡，隨後至屏 幕(未在圖6中示出)。
根據本發明，投影設備包括用於對可見範圍內的頻帶進行切斷的頻 帶切斷濾波器17;為了消除亂真分量(在本例子中為黃光)，需要所述 濾波器17,並且將該濾波器插入到接近光棒18的輸入處。
在優選實施例中，濾波器17可以是適配用於衰減如圖3所示所確 定的 一定頻帶的陷波濾波器。
投影設備還包括適配用於動態地改變所述頻帶切斷濾波器相對於 光束的光路的位置的移動裝置(未示出)。
在優選的解決方案中，可以包括已知的壓電致動器或者音圏致動器 的所述移動裝置允許在與光傳播的方向垂直的方向上平移濾波器17,以 便動態地橫斷光束以及衰減來自光束的可變量的黃光。
濾波器17的位置是由控制移動裝置的邏輯控制單元來確定的。
根據本發明，在對待投射的圖像進行數宇處理之後，尤其是通過使 用有關待投射圖像的顏色的至少一條信息，來確定濾波器17的位置。
有關圖像顏色的所述至少 一條信息被包含在可被邏輯單元訪問的 所述設備的存儲區域中。
在優選實施例的例子中，投影設備為視頻^1影儀，即，配有^L頻輸入和幀存儲器的設備，所述視頻輸入適配用於接收視頻信號，所述幀存 儲器適配用於存儲至少一幀視頻信號以便執行已知的信號處理，諸如去
交錯(deinter lacing )、 縮放(scaling)等。
如已知的，視頻信號的一個分量是通過RGB信號給出的，所述RGB 信號被用於識別圖像(即，該視頻信號的幀)的單個像素的顏色分量。
因此，視頻投影儀的幀存儲器包含有關所接收的視頻信號的幀像素 的RGB分量的信息。
根據有關圖像顏色的所述信息，尤其是通過RGB信號提供的信息， 處理單元首先確定圖像中所存在的黃色分量的量，然後相應地確定濾波 器17的位置。
所述位置將取決於在所希望的亮度和獲得飽和的基色的必要性(取 決於該圖像)之間的選擇。
有利地，對於每個幀，控制單元對待投射幀中所存在的黃色的量進 行估計，隨後重新確定濾波器相對於光的光路的位置。
雖然在一幀與下一幀之間的黃色的相當大的變化在情理上是不可 能的，但是移動裝置仍應該優選地適配用於在基本上短於20ms (對應於 PAL視頻信號的幀頻)或者優選短於16. 6ms (對應於NTSC型視頻信號 的幀頻)的時間之內，把頻帶切斷濾波器17從完全乾涉該光束的整個 光斑(即，橫切傳播方向的截面)的位置移動到不幹擾的位置。
優選地，應該以不會使光束畸變的方式插入濾波器17;這意味著黃 色的減少在光束中必須是均勻的，而不是僅限於^L濾波器截取的光束部 分。
為了該目的，可以例如沿著光束入射到整體光棒中的入口的上遊的 光路來放置濾波器。因此，由於光棒所執行的動作，黃色分量將在整個 輸出光束上均勻地減少，即使在光棒入口處僅光束的一部分被除去了黃色。
通過上述說明，所提議的系統的優點是顯而易見的。 首先，通過把濾波器17機械地插入光束的光路中以便從光束中去 除黃光分量，確保了基色的飽和(當需要時)，同時能夠保持紅色濾波 器和綠色濾波器的通帶儘可能地寬，例如，像圖2所示的一樣。
再者，就高壓貢汽燈而言，根據本發明的投影設備在無需過多地減 少綠色和藍色的量的情況下，能夠獲得沒有過度色溫(即，冷)的白色。在這些燈中，實際上，由於在紅色的頻譜區中所發射的輻射的百分
比低(如圖la中清晰地所示出的)，所產生的光具有高色溫。
此外，如上所述，根據現有技術，通過進一步減小所使用的波長的 範圍從而減小與所述顏色相關聯的能量，來確保所述紅色的飽和。
由此得出結論在已知解決方案中，獲得不具有過度色溫(即，冷) 的白色需要減少綠色分量和藍色分量的能量，從而導致亮度大大降低。
雖然上述優選實施例涉及具有單個DM D板且光源為高壓貢汽型的視 頻投影儀，但顯而易見的是本發明並不局限於所述實施例的例子，並且 本領域技術人員可以對其進行許多變化，而不偏離從本說明書和所附的 權利要求得出的本發明的精神。
實際上，投影設備可以是利用一個或者三個不同種類的板(DMD、 LCD (液晶顯示器)或者LCoS (矽基液晶))的類型。
同樣地，可以採用不同的解決方案來傳送和引導光源所發射的輻 射。舉例來說，可以以本質上已知的方式，使用適當地設置的透鏡的陣 列(也稱為"複眼透鏡(fly， s-eye lense)")來替代非球面聚光鏡 和整體光4奉。
再者，光源可以是與上面所描述的光源不同類型的光源代替貢汽 燈，可以使用氛燈。在這種情況下，由於燈的發射頻譜，優選地從所發 射的輻射中去除青色分量，因此濾波器17將適配用於切斷波長大約在 490nm和520nm之間的那些光束分量。這樣的濾波器的例子在圖5中示 出，其中，連續的線表示氙燈的發射頻譜，而短劃線表示濾波器17所 吸收的頻帶。
當然，本發明既不局限於頻帶切斷濾波器17所切斷的頻帶(然而， 針對圖像或者視頻的投影應用而言，其應該優選在可見範圍之內)，也 不局限於所使用的頻帶切斷濾波器的數量。
取決於所採用的光源和系統所允許的複雜度，實際上可以使用 一 個 或者多個動態頻帶切斷濾波器，即通過由控制單元根據與待投射圖像的 顏色有關的信息而控制的致動器來驅動的頻帶切斷濾波器。
還顯然的是，可以把該頻帶切斷濾波器17放置在視頻投影設備的 不同位置中。
例如，可以把濾波器17放置在沿著光束的光路定位的光闌(stop) 附近(優選為內部)。在圖7示意性地示出的投影設備中，提供沿著光束的光路定位的光
闌的兩個可能位置附圖標記24表示中繼透鏡系統19的光闌，而附圖 標記25表示4殳影透鏡23的光闌。
通常結果是把頻帶切斷濾波器插入中繼透鏡系統19的光闌內更 容易且更加有利；不過，此外或者作為替代，如果投影透鏡的機械配置 允許的話，還可以將所述頻帶切斷濾波器插入所述投影透鏡的光闌內。
還清楚的是，根據本發明通過改變限定在投影設備內部光束的光路 的光學元件和機械元件，許多變形例是可能的。
在另外的變形例中，例如，可以固定該頻帶切斷濾波器，同時可以 使用可移動鏡的系統來改變光束的光路，以便改變所述頻帶切斷濾波器 相對於該光束的光路的位置。
權利要求
1. 一種投影設備，包括-光源，其被適配為產生包括多個頻譜分量的可見光束，-光學裝置，其被適配為在所述光源和至少一個投影透鏡之間限定所述光束的光路，以及-至少一個頻帶切斷濾波器(17)，其被適配為衰減所述光束的光譜帶並且被插入在所述光源和所述投影透鏡之間，其特徵在於，所述投影設備包括移動裝置，其被適配為根據有關待投射的至少一個圖像的顏色的一或多條信息，動態地改變所述至少一個頻帶切斷濾波器(17)相對於所述光路的位置。
2. 根據權利要求1所述的投影設備，其特徵在於，所述移動裝置 被適配為移動所述至少一個頻帶切斷濾波器(17),特別是平移所述至 少一個頻帶切斷濾波器(17)。
3. 根據前述權利要求中的任一項所述的投影設備，其特徵在於， 所述移動裝置被適配為在基本上短於20ms或者16. 6ms的時間之內，把 所述至少一個頻帶切斷濾波器(17)從幹擾所述光束的整個光斑的位置 移動到不幹擾的位置。
4. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其特徵在於，所 述移動裝置包括壓電致動器。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其特徵在於，所 述移動裝置包括音圏型致動器。
6. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其特徵在於，所 述至少一個頻帶切斷濾波器(17)是固定的，並且所述移動裝置被適配 為改變所述光束的光路。
7. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其特徵在於，包 括被適配為控制所述移動裝置的邏輯控制單元。
8. 根據權利要求7所述的投影設備，其特徵在於，包括存儲區域， 所述存儲區域被適配為包含有關待投射的圖像的所述顏色的至少 一條 信息，所述邏輯單元可操作地連接到所述存儲區域並且被適配為根據有 關待投射的所述圖像的顏色的所述至少一條信息來控制所述移動裝置。
9. 根據權利要求8所述的投影設備，其特徵在於，包括被適配為接收一見頻信號的至少 一個^L頻輸入。
10. 根據權利要求9所述的投影設備，其特徵在於，有關所述圖像的顏色的所述至少一條信息是通過所述視頻信號的RGB信號提供的。
11. 根據權利要求10所述的投影設備，其特徵在於，所述圖像與 所述視頻信號的幀對應。
12. 根據權利要求9-11中任一項所述的投影設備，其特徵在於， 所述控制單元被適配為至少在所述視頻信號的每一新幀處對所述移動 裝置進行控制。
13. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其特徵在於，所 述頻帶切斷濾波器(17 )位於所述光源和沿著所述光束的光路而設置的 整體光棒(18)的入口之間。
14. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其特徵在於，所 述頻帶切斷濾波器(17)位於沿著所述光束的光路而設置的光闌(24、 25)附近，優選為位於所述光闌(24、 25)內部。
15. 根據權利要求14所述的投影設備，其特徵在於，所述光闌(24 ) 位於中繼透鏡的系統(19)中。
16. 根據權利要求14所述的投影設備，其特徵在於，所述光鬧(25 ) 位於所述投影透鏡(23)中。
17. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其中，所述頻帶 切斷濾波器(17)被適配為對波長在570nm和600nm之間的輻射進行衰 減。
18. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其中，所述頻帶 切斷濾波器(17):故適配為對波長在490nm和520nm之間的輻射進行衰減。
19. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其特徵在於，包 括至少兩個被適配為衰減截然不同的頻帶的頻帶切斷濾波器U7)。
20. 根據前述權利要求中任一項所述的投影設備，其特徵在於，所 述至少一個頻帶切斷濾波器(17)為陷波濾波器。
21. —種用於調整投影系統中的光束的方法，在所述投影系統中， 光源產生包括多個頻譜分量的可見光束，其特徵在於，根據有關待投射 的至少一個圖像的顏色的一條或多條信息，通過頻帶切斷濾波器對所述 光束的至少 一 個光譜帶執行動態的衰減。
22. 根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，通過動態地改變 所述頻帶切斷濾波器(17 )相對於所述光束的光路的位置來獲得所述動 態的衰減。
23. 根據權利要求21或22所述的方法，其特徵在於，將所述衰減 作為由所述投影系統所接收的視頻信號的RGB分量的函數來執行。
全文摘要
公開了一種投影設備，該投影設備配備有用於產生具有多個譜成分的光束的燈。該投影設備包括至少一個頻帶切斷濾波器和移動裝置，所述移動裝置動態地改變所述頻帶切斷濾波器相對於該投影設備內的光束的光路的位置。本發明還涉及用於調整光束的顏色分量的方法。
文檔編號H04N9/31GK101473660SQ200780022325
公開日2009年7月1日 申請日期2007年4月6日 優先權日2006年4月13日
發明者G·巴拉扎 申請人:Sim2多媒體股份有限公司