减少数字光投影系统中的彩虹假像的制作方法

专利名称：减少数字光投影系统中的彩虹假像的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种投影系统，并且更具体地，涉及减少这样的系统内
的-见觉脅l/f象(visual artifact )。
背景技术：
Digital light processing (数字光处理)技术是指使用对光源进行操作的 光学集成电路。可以将被称为数字微镜器件(DMD)的光学半导体合并到更 大的投影系统中。合并有DMD技术的产品被制造用于各种不同的应用，包 括家庭和商业影院使用。
DMD可以包括约130万个被称为微镜的微小镜子的矩形阵列。每个微镜 特别小，不足大约人类头发宽度的五分之一。每个微镜还被安装在铰链上， 以使得所述微镜能够在驱动电路的控制下朝向光源或偏离光源倾斜。当朝向 光源倾斜时，称该镜子处于"打开"位置，因为其反射来自光源的光。当偏 离光源倾斜时，称该镜子处于"关闭"位置，因为其不反射来自光源的光。
从驱动电路提供给DMD的控制信号指引每个微镜打开和关闭，每秒钟 可多达几千次。当与被关闭相比所述微镜被更频繁地打开时，该微镜反射專支 亮灰度的像素。相反，被更频繁地关闭而不是打开的微镜反射较暗灰度的像 素。因而，当将发射白光的光源与DMD和透镜相结合时，形成灰度级才殳影 系统。
可以通过将色环(color wheel)插入到DMD与光源之间的光学路径中或 DMD与投影透镜之间的光学路径中而构建彩色投影系统。在所述色环的边血彖 是用于生成红色、绿色和蓝色光的滤光器。当色环旋转时，从光源发出的白 光可以通过这些滤光器。得到的彩色光最终进入投影透镜，用于在屏幕上显 示。
色环的旋转与提供给DMD的控制信号一致。这样，可以以特定速率或 在所选的时间段打开和关闭每个微镜，这可能根据在给定的时间段内使用色 环的哪一个滤光器对光源进行滤波而有所不同。换句话说，每个微镜的开关
状态与色环的三个彩色滤光器的旋转相一致。
在说明中，可以将意欲生成紫色像素的微镜打开使得只反射红色和蓝色 光。也就是说，当使用红色和蓝色滤光器来对光进行滤波时，与关闭相比更 频繁地打开该微镜。当在相同的投影空间中快速连续演示时，红色和蓝色的 反射光被感知为特定的紫色色调。以这种方式，每个微镜可以投影所感知的 图像的彩色像素。应当指出，根据用于对光源进行滤波的彩色滤光器来调整 微镜的切换和每个微镜打开或关闭的时间比例。人类视觉系统将连续的彩色 图像进行累计，并且看到一副多色图像。
色环只使与入射到环上的光一致的特定的一个滤光器对应的单色光通 过。这导致出现红色、绿色和蓝色图像不是同时发生在投影表面上的情况。 连续彩色图像之间的较小的时间延迟可能导致结果图像中明显可见的视觉假 像。如果观看者的眼睛移动得非常迅速，则观看者可以察觉到单个的红色、 绿色和蓝色图像。即使当假定物体是白色时也可能是这种情况。这可被感知
为彩虹假像(rainbow artifact),即意谓着没有将不同色彩的图像感知为单个 的混合图像。
提供一种使用DMD技术的投影系统是有益的，其减少了可察觉的视觉 假像、具体而言是彩虹假像。

发明内容
本发明的一个方面可以包括一种投影系统。该投影系统可以包括从光源
在所述彩色光生成装置和光源的光学路径内可以包括一个或多个数字微镜器 件。每个数字微镜器件可以包括多个微镜。响应于控制信号，可以在两个连
个，以反射来自用于依序生成彩色光的装置的彩色光。所述投影系统也可以 包括透镜，其被配置为将从一个或多个数字微镜器件反射的彩色光投影到才殳 影表面上。
所述多个微镜的一个或多个可以生成至少一个合成彩色像素。合成彩色 像素是具有利用色环上多于一个的彩色滤光器生成的色彩的像素。类似地， 合成画面或图像可以是包括合成色彩的画面或图像。
在一个实施例中，所述控制信号可以在两个色相的第 一个内的大约中间或最后部分激活所述多个微镜的一个或多个。在另一实施例中，所述控制信 号可以在两个色相的第二个内的大约开始或中间部分激活所述多个微镜的一 个或多个。显然，所述控制信号可以使所述多个微镜的一个或多个从所述两 个色相的第一个内的中点部分到所述两个色相的第二个的至少一部分中保持 打开。
用于依序生成彩色光的装置可以包括具有蓝色、绿色和红色滤光器的色 环。因此，所述多个微镜的一个或多个可以从依序排序的蓝色、绿色和红色 图像生成一个或多个合成图像。该色环也可以包括用于生成白光的透明滤光
器(clear filter )。可以在蓝色图像之后红色图像之前生成该使用所述透明滤光 器生成的白色图像。使用该透明滤光器生成的白色色相在时间上可以短于其 它色相。
本发明的另一方面可以包括一种投影系统，其具有从光源生成蓝色、纟录 色、白色和红色光的装置。可以依序生成针对预定色相的每个色彩。该投影 系统还可以包括至少一个数字微镜器件，用于反射不同色彩的光；以及透 镜，被配置为将不同色彩的光投影到投影平面上。显然，白色光的色相可以 短于其它色彩的色相。此外，可以将白色光的色相放置在蓝色和红色光的色 相之间。
本发明的另一方面可以包括在^:影系统内生成合成色彩的方法。该方法 可以包括(a)依序生成不同色彩，每个色彩针对预定的色相；以及(b)在 两个连续色相的每一个的各自不同部分的开始处激活至少一个微镜。每个色 相可以对应于不同的色彩，从而生成合成彩色画面的至少一部分。
在一个实施例中，所述激活至少一个微镜的步骤可以包括(c)在两个 连续色相的第一个的中点部分激活至少一个微镜，以用第一色彩生成至少一 部分图像。显然，所述中点部分可以是第一个色相的中间或最后中的至少一 个。在另一实施例中，所述激活步骤可以包括(d)在关于第二色彩的下一 色相的大约开始部分处激活至少一个微镜，以用第二色彩生成一部分图l象。
可以对不同的微镜重复步骤(b)。该方法也可以包括通过生成次序为蓝 色、绿色和红色的组合彩色图像来生成合成图像。可以使用不给光带来任何 特定色调的透明滤光器来生成白色图像。可以在蓝色和红色图像之间生成白 色图像。


下面将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例。
图'1是说明依据这里公开的发明方案的投影系统的一个实施例的示意
图2是说明根据本发明的另 一 实施例而配置的色环的示意图。
图3是说明在投影系统内生成合成色彩的传统方法的信号流图。
图4是说明依据本发明的一个实施例的生成合成色彩的方法的信号流
图5A-
信号流图。
具体实施例方式
本发明涉及一种投影系统及其相关的方法。依据本发明方案，公开了一 种投影系统，其可以减少例如彩虹假像的视觉假像。在当今的投影系统中， 通过快速连续显示组合彩色图像来生成多色图像。也就是说，显示绿色图^f象， 然后是红色图像，再然后是蓝色图像。当快速连续地逐个示出时，人类的^见 觉感觉到的是单个的多色图像。
当组成图像之间的时间量增加时，观察者看到彩虹假像。观察者开始在 视觉上辨认出形成该多色图像的各个或组成的彩色图像。当观察者暂时失去 关注点时(例如仅仅由于吃东西或移动其头部而导致的振动)，这种情况可能 会加剧。
依据这里所公开的发明方案，可以通过以依赖于每个色彩的亮度 (luminosity )的特定次序显示多色图像的组成图像来减少包括彩虹假像的4见 觉假像。而且，可以缩短和/或最小化形成多色图像的组合彩色图像或其部分 之间的时间。
图1是说明依据这里所公开的发明方案的投影系统100的一个实施例的 示意图。如图所示，系统100可以包括光源105、色环110、数字微镜器刊二 (DMD) 115以及冲殳影透镜120。光源105可以提供能够直接照向色环110 的白色光源。也可以包括一个或多个控制处理器(未示出)，用于生成控制信 号并向DMD 115提供控制信号，并且使色环110的旋转与DMD 115的操作 一致。
根据一个实施例，色环110可以包括三种不同的滤光器。色环110可以
包括蓝色滤光器125、绿色滤光器130以及红色滤光器135。色环IIO旋寿争， 以使得彩色滤光器125-135的每个以预定时间段被暴露在光源105下，这被 称为色相。例如，色环110可以以顺时针方向旋转，如箭头155所示。因此， 传到DMD 115的彩色光的顺序是蓝色、绿色和红色，当色环110继续旋转时 重复该顺序。然而，应当理解，该色环可以以逆时针方向44转。在这种情况 下，可以对彩色滤光器125-135进行布置以使得色彩顺序还是蓝色、绿色、 红色。
也可以使用其它的色彩顺序。然而，参考其中所述顺序为蓝色、绿色和 红色的实施例，可以获得较高质量的画面。绿色具有比蓝色和红色更高的亮 度。通过将诸如绿色等较高亮度的色彩放在诸如红色和蓝色等较低亮度的色 彩之间，可以减少视觉々I像，从而生成更高质量的画面。
尽管将在很大部分中参考色环来描述本发明，但是应当明白，也可以使 用其它用于生成光的不同色彩的机制。因此，本发明不仅仅限于使用色环。 而且，可以使用能够如这里所述依序生成有序彩色光的任何机制。此外，尽 管本说明性实施例将色环110描述为位于光源105和DMD 115之间的光学^各 径中，但是该色环也可以位于DMD和投影透镜150之间的光学路径中。
如已知的，DMD 115可以包括微镜阵列140。微镜阵列可以包括大约130 万个微镜，每个微镜被安装在铰链机制上。使用该铰链机制，每个微镜可以 朝向光源105或远离光源105倾斜。当朝向光源105倾斜时，微镜可以^皮称 为处于"打开"或"激活"状态。当远离光源105倾斜时，微镜可以被称为 处于"关闭"或"无效"状态。
投影透镜120可以接收从微镜阵列140反射的光。该光形成一系列彩色 图像，使得将可看到的多色图像145投影到投影表面150上。
在操作中，可以使色环110以某个固定的旋转速度旋转，从而使得每个 彩色滤光器125-135以预定时间段通过来自光源105的光束160,这被称为色 相。从色环110出来的彩色光165继续到达DMD 115的孩史镜阵歹'J 140。
向DMD 115提供控制信号以控制微镜阵列140的各个微镜。在连续的色 相期间，微镜可以被激活或被无效掉，其中，每个色相对应于特定的色彩。 也就是说，在蓝色色相期间，当蓝色光入射到微镜阵列140上时，可以激活 一个或多个所选微镜。这导致将蓝色图像170发送到透镜120。在绿色色相期间，当绿色光入射到微镜阵列140上时，可以激活另一组的一个或多个所
选微镜，从而生成绿色图像175。在其中红色光入射到微镜阵列140上的色 相期间，可以执行同样的步骤，从而生成红色图像180。
在每个色相期间，每个单个的微镜可以被激活的时间量与在该色相内反 射的色彩强度(intensity)相对应。注意，每个微镜可以对应于彩色图像170、 175和/或180以及结果图像145内的单独的^象素。这样，蓝色图像170可以 具有拥有不同蓝色深度(shading)的像素，其与被激活不同的时间量的单独 的微镜相对应。绿色图像175可以具有各种绿色深度，红色图像180可以具 有各种红色深度。彩色图像170-180的快速连续显示使得在显示屏150上显 示多色图像145。
传统的显示系统通过在每个连续色相的开始处激活微镜阵列的各个微4竟 而进行操作。也就是说，控制信号是与色环IIO的旋转同步的，以使得DMD 115在每个色相的开始处开始激活各个微镜。例如，为了生成由蓝色和绿色 形成的青色，需要在生成蓝色图像之后生成绿色图像。这样，在蓝色色相的 开始处，传统的投影系统会激活用于在蓝色色相的开始处生成蓝色图像所需 的那些微镜。根据每个微镜所对应的各个像素的强度，可以在蓝色色相期间 使各个微镜无效。
在绿色色相的开始处，激活需要生成绿色图像的所选微镜。根据每个樣￡ 镜所对应的像素的强度，可以在绿色色相期间使各个微镜无效。结果图像是 具有依赖于每个各自的蓝色和绿色图像或其部分的强度的深度的青色图像。 因为该图像包括使用色环110上的两个或多个彩色滤光器生成的色彩，所以 该结果图像可以被称为合成图像。注意，上述示例也可被应用于像素级别， 其中在连续的蓝色和绿色色相的开始处激活相同的微镜。在任何情况下应当 明白，当有必要时，可以重复这里所描述的循环以生成呈现运动的一系列合 成图像。
图2是说明根据本发明的另一实施例而配置的色环200的示意图。色环 200包括四个滤光器。除了蓝色滤光器205、绿色滤光器210和红色滤光器 215外，还包括透明滤光器220。透明滤光器220允许光源的白光自由通过。 在一个实施例中，如图所示，透明滤光器220可以位于绿色滤光器210和红 色滤光器215之间。然而，在另一实施例中，透明滤光器220可以位于蓝色 滤光器205和绿色滤光器210之间。
透明滤光器220的引入减少了用于其它色彩的色相的长度。因为该原因 而略微减少了用于投影完全饱和色的明度(brightness)。这表明其在可用于完 全饱和色的明度上是有损失的。然而，对于更普遍的部分饱和色来说，由于 该透明滤光器220投影包括蓝色、绿色和红色光分量的白色光而不仅仅是单 色分量，因此可以增加可用明度。在任何情况下，可以继续使用蓝色滤光器 205、绿色滤光器210和红色滤光器215以将图像的深度调整为所需要的，并 且生成任何需要超过在所述环的透明滤光器220部分期间提供的白色强度。
在图2中，将透明滤光器220示为具有与其它彩色滤光器205-215大约 相同的尺寸。然而，在其它实施例中，透明滤光器220可以小于其它彩色滤 光器205-215。也就是说，用线225所表示的透明滤光器220占用的色环200 的圓周部分可以在长度上小于其它彩色滤光器205-215。这生成在持续时间上 短于色环200生成的其它色彩的色相的白光的色相。
图3是说明生成合成色彩的传统方法的信号流图。该信号流图说明关于 重复色相顺序的控制信号的状态。这样，该信号流图说明了在连续色相期间 与微镜阵列内的给定微镜对应的激活和无效状态。图3中生成的色彩是由红 色和绿色组成的完全饱和度中黄色(medium yellow)。如图所示，色相顺序是 红色、绿色、然后是蓝色。通常，所述微镜将在红色和绿色色相二者的开始 处被激活，并且在每个色相的某部分或全部保持打开。结果，当在红色和纟录 色色相的开始处激活该微镜时，生成红色和绿色图像(在该情况下是单个4象 素)之间的时间被最大化。这导致时间"t"很大。
图4是说明依据本发明的一个实施例的生成合成色彩的方法的信号流 图。如图所示，色相顺序变为蓝色、绿色、然后是红色。此外，控制信号不 再是仅仅在每个色相的开始部分激活微镜。替代地，如图所示，控制信号可 以在色相的开始或中点激活微镜。中点可以对应于除去开始处的色相的任何 部分。例如，中点可以对应于在色相的中间或最后部分之前的色相部分。
为了生成由绿色和红色组成的完全饱和度中黄色，控制信号使微镜在各 个色相二者期间激活。然而，显然，在绿色色相的中间或最后(即在中点部 分)激活该微镜。在红色色相的开始处激活该微镜或可以使该孩"竟保持激活。
这样，在关于绿色和红色色相的微镜的连续激活之间的时间被缩短和/或 最小化。这缩短了形成完全饱和度中黄色的绿色和红色像素之间的时间。当 在更大范围的多个微镜上实现时，缩短和/或最小化了连续彩色图像(在这种情况下是绿色和红色图像)之间的时间。通过缩短这些像素和/或图像之间的 时间，可以减少从系统感觉到的彩虹假像的数目和幅度。
图5A-5E是说明依据本发明的其它实施例生成各种合成色彩的方法的信 号流图。如图所示，已将白色包括在色相序列中，以兼容色环中包括透明滤 光器的情况。如这里所讨论并且如图5A-5E所表示的，白色色相的持续时间 短于其它色相的时间。在任何情况下，如图4所示的情况，不应将所示色彩 认为是可以使用这里公开的实施例生成的可能合成色彩的穷尽列举。而且， 这里所示作为例子的所选合成色彩意欲扩展本发明的范围。
图5A说明了依据本发明的一个实施例的生成深灰色的方法。控制信号 使得在白色色相期间激活所述微镜。显然，控制信号在白色色相期间切换到 打开状态。也就是说，控制信号不需要在白色色相的开始处转到打开状态。
图5B说明了依据这里公开的本发明方案生成深黄色的方法。可以由纟录 色、白色和红色光生成深黄色。控制信号在绿色的色相期间的大约中间(即 在中点部分)置于打开状态。在白色色相期间的中点部分，该信号返回到打 开状态。在接近红色色相的开始或在其开始处将控制信号再次置于打开状态。 以这种方式，即通过将绿色色相的脉冲在时间上移后、保持白色脉冲靠近白 色色相的中间、将红色色相的脉沖朝向开始处移动，缩短和/或最小化了各个 打开状态之间的时间"t"。
图5 C说明了依据这里所公开的本发明的方案生成全白色的方法。如图所 示，通过在各个色相的每个期间保持微镜激活即可以生成全白色。因为使用 色环的透明部分来同时生成所有色彩分量，所以该全白色可以比没有透明部 分的色环生成的全白色亮。
图5D说明了依据这里所公开的本发明方案的生成全黄色的方法。该全 黄色可由绿色、白色和红色光形成。这样，如图所示，在每个绿色、白色和 红色色相的全部期间将控制信号置于打开状态。在蓝色色相期间将控制信号 置于关闭状态。
图5 E说明了依据这里所公开的本发明方案生成浅黄色的方法。该浅黄色 可以由绿色、白色和红色光形成。在绿色色相的大约中间(即中点部分)将 控制信号置于打开状态。控制信号一直到白色色相的大约中点(控制信号在 该点置于关闭状态)都保持打开。然后，控制信号在红色色相的大约开始处 或在其开始处再次转为打开状态。通过将绿色色相的脉冲在时间上移后，并且在白色和红色色相的每个色相的各自的靠近开始处或在其开始处保持该射: 冲，可以缩短和/或最小化不同色相的连续微镜激活之间的时间量。注意，这 可以减少投影系统内的可看到的彩虹假像。
为了最大化色环的透明部分的有效性，可以使用下面的技术。首先，对 于给定的像素色彩，计算红色、绿色和蓝色的期望幅度。然后，在与三个色 相的最短激活时间相等的时间段内使用该透明部分。如果红色、绿色或蓝色 的最短激活时间比透明部分的色相长，则使用透明部分的色相的全部时间。 将每个红色、绿色和蓝色的激活时间降低激活透明色彩部分的时间量。然而， 应当理解，可以使用利用色环的透明部分的其它方法，并且本发明不限于上 述的技术。
尽管上面针对于本发明的优选实施例，但是在不背离本发明的基本范围 的情况下，可以设计本发明的其它和更多实施例，由所附的权利要求书来限 定本发明的范围。
权利要求
1.一种投影系统，包括从光源依序生成彩色光的装置，其中，生成针对预定的色相的每个彩色光；至少一个具有多个微镜的数字微镜器件，其中，响应于控制信号，在两个连续色相的每个内的各个不同部分激活所述多个微镜中的至少一个，以反射来自用于依序生成彩色光的所述装置的彩色光；以及透镜，被配置为将从所述至少一个数字微镜器件反射的彩色光投影到投影表面上。
2. 根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述多个微镜的所述至少一 个生成至少一个合成彩色像素。
3. 根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述控制信号在两个色相的 第一个的大约中间位置激活所述多个微镜的所述至少一个。
4. 根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述控制信号在两个色相的 第一个的大约最后位置激活所述多个微镜的所述至少一个。
5. 根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述控制信号在两个色相的 第二个的大约开始位置激活所述多个微镜的所述至少一个。
6. 根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述控制信号在两个色相的 第二个的开始之后激活所述多个微镜的所述至少一个。
7. 根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述控制信号使所述多个獨L 镜的所述至少一个从所述两个色相的第一个的中点到所述两个色相的第二个 的至少一部分中保持打开。
8. 根据权利要求1所述的投影系统，还包括光源。
9. 根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述用于依序生成彩色光的 装置包括色环，该色环具有蓝色、绿色和红色滤光器。
10. 根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述至少一个微镜器件从 依次排序的蓝色、绿色和红色图像生成至少一个合成图像。
11. 根据权利要求9所述的投影系统，所述色环还包括用于生成白光的 透明滤光器。
12. 根据权利要求11所述的投影系统，其中，在蓝色图像之后红色图像 之前生成使用所述透明滤光器生成的白色图像。
13. 根据权利要求11所述的投影系统，其中，使用所述透明滤光器生成 的白色色相在时间上比任何其它色相短。
14. 一种投影系统，包括从光源生成蓝色、绿色、白色和红色光的装置，其中，依序生成针对预 定的色相的每个色彩；至少一个数字微镜器件，反射不同色彩的光；以及 透镜，被配置为将不同色彩的光投影到投影平面上。
15. 根据权利要求14所述的投影系统，其中，白光的色相短于其它色彩 的色相。
16. 根据权利要求14所述的投影系统，其中，白光色相被放置在蓝色和 红色光色相之间。
17. —种在投影系统内生成合成色彩的方法，包括(a)依序生成不同色彩的光，每个色彩的光针对预定的色相；以及个色相对应于不同的色彩，从而生成合成彩色画面的至少一部分。
18. 根据权利要求17所述的方法，所述激活至少一个微镜的步骤包括(c) :在两个连续色相的第一个的开始之后激活至少一个微镜，以用第一色 彩生成至少一部分图像。
19. 根据权利要求18所述的方法，还包括在第一色相的中间和最后之间 激活至少 一个微镜的步骤。
20. 根据权利要求18所述的方法，所述激活至少一个微镜的步骤包括(d) :在关于第二色彩的下一色相的大约开始部分激活该至少一个微镜，以 用第二色彩生成一部分图像。
21. 根据权利要求17所述的方法，还包括对不同的所述微镜重复所述步 骤(b )。
22. 根据权利要求17所述的方法，还包括通过生成次序为蓝色、绿色和 红色的组合彩色图像来生成合成图像。
23. 根据权利要求22所述的方法，还包括使用透明滤光器来生成白色图像。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中，在所述蓝色和红色图像之间生 成白色图像。
全文摘要
一种投影系统，可以包括色环和至少一个数字微镜器件。色环可以从光源生成不同色彩的光。可以依序生成针对预定的色相的每个色彩。每个数字微镜器件可以具有多个微镜。响应于控制信号，可以在两个连续色相的每一个的各自不同部分激活所述多个微镜中的至少一个。该投影系统还可以包括透镜，该透镜被配置为将从该至少一个数字微镜器件反射的光投影到投影表面上。
文档编号H04N9/31GK101099395SQ200580046128
公开日2008年1月2日 申请日期2005年1月6日 优先权日2005年1月6日
发明者戴维·J·达菲尔德 申请人:汤姆森特许公司