专利名称：用于增强投影系统中的对比度比的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总的发明构思涉及一种投影系统，更具体地讲，涉及一种用于增强投影系统中的对比度比的方法和设备，利用这种方法和设备，通过在投影系统中使用LED光源来稳定地获得高对比度比(contrast ratio)。
背景技术：
通常，采用液晶显示器(LCD)的投影系统使用偏振板和投影透镜利用从照明光学系统发射的光将图像投影到屏幕上，以再现图像。
然而，其上显示图像的LCD面板的对比度比远低于比如阴极射线管的其他显示设备的对比度比。当排列在LCD面板和投影透镜之间的偏振板的偏振度大于99.5％时，光不被完全屏蔽。因此，在穿过LCD面板和偏振板之后再现在屏幕上的图像的黑色级(black level)没有成为完全的黑色级，从而由LCD投影系统再现的图像的对比度比大大降低。
为了解决这个问题，公开号为2001-0011567的韩国专利公开了一种投影系统。参照图1，传统的照明光学系统包括光源10，使用高压水银灯作为光源来发射发散光；中继透镜11，使用全反射性质来使从光源10发射的光的光学性质均匀，并减小发散光的发散角度；准直透镜12，将穿过中继透镜11的光改变成平行光束；分色镜13，将平行光束分离成三种基色信号分量R、G、和B，并改变其光路；和第一偏振板14，使来自分色镜13的每一个颜色信号分量偏振并入射到LCD面板15上。
图像驱动部分16通过对输入图像信号执行预定的信号处理来将该图像信号提供给LCD面板15，通过执行自动亮度限制(ABL)控制功能来维持在LCD面板15上显示的图像的恒定亮度(brightness)，并根据图像信号的平均水平将ABL控制信号提供给光闸控制部分21。
光闸控制部分21在从图像驱动部分16输入的ABL控制信号处于高电平时关闭光闸22，并在ABL控制信号处于低电平时打开光闸22。也就是说，光闸控制部分21以与ABL控制信号的电平成反比例的方式将光闸控制信号施加于光闸22，从而整个LCD面板15的亮光被适当地屏蔽以大大增强对比度比，并且暗光被透射以维持该对比度比。
如在图1中所示的传统投影系统具有通过采用高压水银灯和光闸而增强对比度比的效果。高压水银灯发射三个部分紫外线、可见光、和红外线。由投影系统所需的波长范围是可见光波长范围。紫外波长范围使系统的光学零件、树脂透镜和其他光学零件、偏振棱镜、以及LCD的性能恶化。虽然IR波长范围不直接损伤零件和光学零件，但当它被光学零件吸收时，光学零件的温度增加，从而光学零件不能表现正常的性能。
尤其是，在传统的投影系统中，由于使用了光闸，所以光学零件的数量增加。由于LCD被用作光闸，所以光闸的响应速度必须很快。另外，光闸的性能可因从灯发射的紫外波长范围中的光而恶化。
发明内容
为了解决以上和/或其他问题，本发明总的发明构思提供了一种通过控制投影系统中LED光源的光量而稳定地获得高对比度比的用于增强投影系统中的对比度比的方法和设备。
在下面的描述中将部分地阐明本发明总的发明构思另外的方面和优点，通过描述，其会变得更加清楚，或者通过实施本发明总的发明构思可以了解。
本发明总的发明构思的上述和/或其他方面和优点通过提供一种用于增强投影系统中的对比度比的设备来实现，该设备包括光发射装置部分，用于发射光；照明光学系统，用于控制从光发射装置部分发射的光的性质；面板部分，用于投影从照明光学系统入射的光；图像驱动部分，用于关于输入图像信号纠正对比度比，将纠正的图像信号输出给面板部分，并提取将在预定时间段内显示的图像信号的平均水平值以纠正信号传递性质；和光发射控制部分，用于通过将由图像驱动部分提取的图像信号的平均水平值与预设参考值比较来控制光发射装置部分的光发射时间率。
图像驱动部分可包括标定器(scaler)部分，用于将数字图像信号上采样和下采样为适合于面板部分的分辨率的信号；和对比度(contrast)纠正部分，获得由标定器部分标定的图像信号的辉度值的在特定区域中的平均值，并根据该平均值纠正该图像信号的辉度等级。
光发射控制部分可包括PWM控制量计算部分，通过将由图像驱动部分获得的图像信号的平均水平值与预设参考值比较来计算PWM控制量；和PWM控制部分，根据由PWM控制量计算部分计算的PWM控制量控制PWM的光发射时间率的比率。
本发明总的发明构思的上述和/或其他方面和优点还可通过提供一种增强光发射驱动型投影系统中的对比度比的方法来实现，该方法包括提取将在预定时间段内显示的R、G、和B图像信号的平均水平；将在R、G、和B图像信号平均水平的提取中提取的各R、G、和B图像信号的平均水平与预设参考水平比较；和根据基于在各R、G、和B图像信号的平均水平与预设参考水平的比较中比较的结果值的调整信号来控制光发射控制量。
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明总的发明构思的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中图1是表示用于增强投影系统中的对比度比的传统设备的示图；图2是表示根据本发明总的发明构思的实施例的用于增强投影系统中的对比度比的设备的结构的示图；图3是表示图2的图像驱动部分和LED控制部分的方框图；图4A到4C是详细解释图3的对比度纠正部分的曲线图；和图5A到5C是与由图3的PWM控制量计算部分计算的PWM控制量对应的PWM波形图。
具体实施例方式
现在对本发明总的发明构思的实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面参照附图对实施例进行描述以解释本发明总的发明构思。
图2显示根据本发明总的发明构思的实施例的用于增强投影系统中的对比度比的设备的结构。参照图2，图像驱动部分210通过预定的信号处理来将输入图像信号转换成驱动控制信号，将转换的驱动控制信号提供给数字微镜装置(DMD)面板250，并通过执行自动亮度限制(ABL)控制功能来稳定地维持在DMD面板250上显示的图像的亮度。图像驱动部分210获得将在预定时间段内显示的R、G、和B图像信号的每一个的辉度(luminance)平均水平值，并根据R、G、和B图像信号的每一个的平均水平值来执行对比度纠正功能以改变信号传递函数。
LED控制部分220将从图像驱动部分210施加的R、G、和B图像信号的每一个的辉度平均水平值与预设参考值比较，并且当辉度平均水平值高于参考值时产生用于增加LED光发射时间率的LED驱动控制信号和当辉度平均水平值低于参考值时产生用于降低LED光发射时间率的LED驱动控制信号。也就是说，当输入图像信号的辉度平均水平值高于参考值时，LED控制部分220通过增加LED 232、234、和236的光发射量而使亮屏幕上的图像更亮，当输入图像信号的辉度平均水平值低于参考值时，LED控制部分220通过降低LED 232、234、和236的光发射量而使暗屏幕上的图像更暗。结果，LED控制部分220通过经脉宽调制(PWM)控制LED的光发射量来稳定地实现高对比度比。
照明光学系统分别包括R LED 232、G LED 234、和B LED 236以及分色镜242、244、和246。R LED 232、G LED 234、和B LED 236根据从LED控制部分220产生的PWM形式的LED驱动信号来发射相应的光。分色镜242、244、和246分别改变从R LED 232、G LED 234、和B LED 236产生的R、G、和B平行光束的路径。
DMD面板250改变从分色镜242、244、和246入射的光的角度。在另一实施例中，DMD面板可以以LCD面板替换。投影光学系统260将从DMD面板250反射的光投影到屏幕270上。
图3显示图2的图像驱动部分210和LED控制部分220。参照图3，图像驱动部分210包括标定器部分210-1和对比度纠正部分210-2，而LED控制部分220包括参考值设置部分220-1、PWM控制量计算部分220-2、和PWM控制部分220-3。
首先，从PC、DTV、或RF调谐器产生的R/G/B图像信号、RF信号、或CVBS(复合视频基带信号)信号之一被输入。标定器部分210-1根据从系统控制部分(未显示)产生的采样时钟对R/G/B图像信号、RF信号、或CVBS信号之一采样，将采样的信号转换成数字图像信号，并根据采样时钟将输入的数字R、G、和B图像信号上/下采样为适合于面板的分辨率的信号。
对比度纠正部分210-2获得由标定器部分210-1信号处理的图像信号的辉度值的平均值，并根据该辉度平均值纠正图像信号的灰度(gray scale)。例如，当亮屏幕上的一定部分为暗时，灰度被改变以增强该一定部分的对比度比。
PWM控制量计算部分220-2将从对比度纠正部分210-2获得的R、G、和B图像信号的每一个的辉度平均水平值与从参考值设置部分220-1获得的参考值比较，并计算与PWM的单位时间光发射量对应的相应于单位时间光发射量(光发射时间率)的PWM控制量。PWM控制部分220-3根据从PWM控制量计算部分220-2计算的PWM控制量控制LED光发射时间率。
图4A到4C是详细解释图3的对比度纠正部分210-2的曲线图。首先参照图4A，在纠正输入图像对比度的过程中，用于增加关于输入图像信号辉度的对比度的区域“截止”和“上部”之间的平均值“平均”被计算。输入图像信号的辉度值相对于平均值“平均”而被分为上部区域和下部区域，并且这两个区域的每一个的辉度平均值被获得。即，1)平均区域和上部区域之间的平均值Mean_U和2)平均区域和截止区域之间的平均值Mean_L。
信号传递函数根据平均值Mean_U和Mean_L而被确定。也就是说，在上部区域中，当平均值Mean_U接近平均值Mean时，输出曲线被确定为向上凸出，当平均值Mean_U接近上部区域Upper时，输出曲线被确定为向下凸出。在下部区域中，当平均值Mean_L接近截止区域时，输出曲线被确定为向上凸出，当平均值Mean_L接近平均值时，输出曲线被确定为向下凸出。
在另一实施例中，在下部区域中，信号传递函数可如在图4B中所示被形成为总是向下凸出，在上部区域中，信号传递函数的形状如在图4C中所示根据平均值Mean_U的位置而改变。
图5A到5C是与由图3的PWM控制量计算部分计算的PWM控制量对应的PWM波形图。参照图5A，当图像信号的平均水平值大于参考值时，PWM的LED光发射时间率被设置为其最大值(100％)，从而使亮屏幕上的图像更亮。参照图5B，当图像信号的平均水平值与参考值相同时，PWM的LED光发射时间率被设置为60％。参照图5C，当图像信号的平均水平值小于参考值时，PWM的LED光发射时间率被设置为其最小值(20％)，从而使暗屏幕上的图像更暗。
如上所述，根据本发明总的发明构思，通过控制作为投影系统中的照明光学系统的光源的LED光量，可稳定地获得对比度比而不必如在传统投影系统中那样采用高压水银光源和光闸。
虽然已表示和描述了本发明总的发明构思的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定其范围的本发明总的发明构思的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
权利要求
1.一种用于增强投影系统中的对比度比的设备，包括光发射装置部分，用于发射光；照明光学系统，用于控制从光发射装置部分发射的光的性质；面板部分，用于投影从照明光学系统入射的光；图像驱动部分，用于关于输入图像信号纠正对比度比，将纠正的图像信号输出给面板部分，并提取将在预定时间段内显示的图像信号的平均水平值以纠正信号传递性质；和光发射控制部分，用于通过将由图像驱动部分提取的图像信号的平均水平值与预设参考值比较来控制光发射装置部分的光发射时间率。
2.如权利要求1所述的设备，其中，图像驱动部分包括标定器部分，用于将数字图像信号上采样和下采样为适合于面板部分的分辨率的信号；和对比度纠正部分，获得由标定器部分标定的图像信号的辉度值的在特定区域中的平均值，并根据该平均值纠正该图像信号的辉度等级。
3.如权利要求1所述的设备，其中，光发射控制部分包括PWM控制量计算部分，通过将由图像驱动部分获得的图像信号的平均水平值与预设参考值比较来计算PWM控制量；和PWM控制部分，根据由PWM控制量计算部分计算的PWM控制量控制PWM的光发射时间率的比率。
4.如权利要求1所述的设备，其中，面板部分是数字微镜装置。
5.如权利要求1所述的设备，其中，面板部分是LCD面板。
6.如权利要求1所述的设备，其中，光发射装置部分包括发光二极管，发射关于R、G、和B图像信号的光。
7.如权利要求3所述的设备，其中，当图像信号的平均水平值与参考值相同时，PWM的LED光发射时间率被设置为60％，当图像信号的平均水平值小于参考值时，PWM的LED光发射时间率被设置为其最小值，即20％，从而使暗屏幕上的图像更暗。
8.一种用于增强投影系统中的对比度比的设备，包括照明光学系统，用于发射R、G、和B光束；图像驱动单元，用于提取将在预定时间段内显示的R、G、和B图像信号的每一个的辉度平均水平值，并根据该R、G、和B图像信号的每一个的辉度平均水平值改变信号传递函数；和照明控制部分，用于通过将辉度平均水平值与预设参考值比较来产生用于控制光发射时间率的照明驱动控制信号。
9.如权利要求8所述的设备，其中，照明光学系统包括R、G、和B LED，用于发射R、G、和B光束；和用于R、G、和B LED的每一个的分色镜，用于改变R、G、和B光束的路径。
10.如权利要求8所述的设备，其中，照明驱动控制信号由照明控制部分以脉宽调制形式产生。
11.一种光投影系统，包括照明光学系统，用于发射R、G、和B光束；光改变面板，用于改变并反射光束；投影光学系统，用于将反射的光投影到屏幕上；图像驱动部分，用于获得将在预定时间段内显示的R、G、和B图像信号的每一个的平均水平值，并根据该R、G、和B图像信号的每一个的平均水平值改变信号传递函数；和照明控制单元，用于将R、G、和B图像信号的每一个的辉度平均水平值与预设参考值比较，并产生用于控制照明光学系统的光发射时间率的照明控制信号。
12.如权利要求11所述的光投影系统，其中，该控制信号当辉度平均水平值高于参考值时增加照明光发射时间率，并当辉度平均水平值低于参考值时降低照明光发射时间率。
13.一种增强光发射驱动型投影系统中的对比度比的方法，该方法包括提取将在预定时间段内显示的R、G、和B图像信号的平均水平；将在R、G、和B图像信号平均水平的提取中提取的各R、G、和B图像信号的平均水平与预设参考水平比较；和根据基于在各R、G、和B图像信号的平均水平与预设参考水平的比较中比较的结果值的调整信号来控制光发射控制量。
14.如权利要求13所述的方法，其中，根据调整信号控制光发射控制量是这样的操作步骤，在该操作步骤中，光发射时间率的比率根据图像信号的平均水平和预设参考水平之间的比较结果而被控制。
15.如权利要求13所述的方法，其中，在根据调整信号控制光发射控制量中，当图像信号的平均水平高于参考水平时，光发射量被增加，当图像信号的平均水平低于参考水平时，光发射量被降低。
16.如权利要求13所述的方法，还包括根据图像信号的平均水平改变信号传递函数。
17.一种稳定地维持照明光学系统的对比度比的方法，包括获得将在预定时间段内显示的R、G、和B图像信号的辉度平均水平值；和基于R、G、和B图像信号的每一个的辉度平均水平值与预设参考值之间的关系来控制光发射量。
18.如权利要求17所述的方法，其中，光发射量的控制包括当图像信号的平均水平高于参考水平时增加光发射量，和当图像信号的平均水平低于参考水平时降低光发射量。
19.如权利要求17所述的方法，还包括根据图像信号的平均水平值改变信号传递函数。
20.如权利要求18所述的方法，其中，控制光发射量通过脉宽调制而被执行。
全文摘要
一种用于增强投影系统中的对比度比的设备，包括光发射装置部分，用于发射光；照明光学系统，用于控制从光发射装置部分发射的光的性质；面板部分，用于投影从照明光学系统入射的光；图像驱动部分，用于关于输入图像信号纠正对比度比，将纠正的图像信号输出给面板部分，并提取将在预定时间段内显示的图像信号的平均水平值以纠正信号传递性质；和光发射控制部分，用于通过将由图像驱动部分提取的图像信号的平均水平值与预设参考值比较来控制光发射装置部分的光发射时间率。
文档编号G03B21/26GK1702543SQ200510072160
公开日2005年11月30日 申请日期2005年5月25日 优先权日2004年5月27日
发明者赵显升 申请人:三星电子株式会社