投影装置及其控制方法与流程

投影装置及其控制方法本申请为申请人于2011年12月25日递交的申请号为201110442257.9，发明名称为"投影装置及其控制方法"的分案申请。技术领域本发明涉及光学领域，特别是涉及一种投影装置及其控制方法。

背景技术：
目前，投影装置广泛应用于电影播放、会议以及宣传等各种应用场合。投影装置的光调制技术一般分为三光阀调制技术和单光阀调制技术。在三光阀调制技术中，利用三个不同的光调制装置分别调制红绿蓝三基色的单色光，产生各基色光的单色图像，再通过分光滤光片或其他合光装置将各单色图像合成为一幅彩色图像，并成像于屏幕上。在单光阀调制技术中，利用一个光调制装置对红绿蓝周期性快速变化的单色光序列进行调制，进而得到对应的红绿蓝周期性变化的基色图像序列。此时，只要图像序列的变化速度足够快，人眼无法分辨每一幅基色图像，进而该基色图像序列就利用人眼的视觉残留现象合成为彩色图像。无论是三光阀调制技术还是单光阀调制技术，光调制装置都是不可或缺的一部分。目前普遍使用的光调制技术主要包括数字光处理技术(DigitalLightingProcessing,DLP)、硅基液晶技术(LiquidCrystalonSilicon，LCoS)和液晶显示技术(LiquidCrystalDisplay，LCD)等。在DLP系统中，其光调制装置为数字微镜装置(DigitalMicromirrorDevice，DMD)，其工作原理如图1所示。在数字微镜装置中一般包括多个微镜单元10。该微镜单元10可在图1所示的位置11和12之间快速翻转。其中，当微镜单元10处于位置12时，其将入射光13反射成出射光14，进而被后续的透镜15收集，并入射到屏幕上。当微镜单元10处于位置11时，其将入射光13反射成出射光16，进而无法被透镜15收集。因此，可通过控制微镜单元10在位置12的停留时间就可以控制屏幕上相应像素的整体亮度。在现有技术的投影装置中，光源产生的基色光的亮度是保持不变的，仅通过光调制装置来控制图像的整体亮度。例如，在上述DLP系统中，一般是将数字微镜装置的调制周期(其时长等于基色光图像的周期)分割成对应于不同灰阶的多个调制时段，而每个灰阶对应于不同的灰阶亮度。例如，如图2所示，当显示图像为5位灰阶，即25＝32个灰阶时，将数字微镜装置的调制周期分割成5个调制时段0-4，其中每个调制时段的时长等于T×2i-n。其中，T为数字微镜装置的调制周期，n为显示图像的灰阶位数(在图2中，n＝5)，i＝0，1……，n-1。此时，通过控制不同调制时段内的微镜单元10的状态可以获得2n个不同灰阶亮度的灰阶图像。例如，当显示图像的灰阶为17时，17＝24+20，因此需要将在调制时段0和调制时段4内控制微镜单元10处于位置12，而在其他时段内控制微镜单元10处于位置11。当显示图像的灰阶为31时，31＝24+23+22+21+20，需要将在全部5个调制时段0-4内控制微镜单元10处于位置12。然而，这种调制方式存在很大的局限性，具体来说，在目前的显示标准中，图像刷新率一般为60Hz，每幅图像包括三幅基色图像。此时，为了产生8位灰阶，调制时段的最小时长为1/(60×3×255)秒＝21微秒。此时，微镜单元10的切换时间(从位置11翻转到位置12所需的时间)应远小于21微秒。目前现有的微镜单元10的切换时间约为2微秒，勉强可以满足使用要求。然而，当灰阶的位数超过8位，例如12位时，调制时段的最小时长仅为0.085微秒，此时微镜单元10的切换时间已经无法满足使用要求。进一步，上文描述的其他光调制装置的工作原理类似，也是通过控制调制单元从一个状态切换到另一个状态来实现光调制效果，因此同样存在切换时间无法与高灰阶显示时的调制时段时长兼容的问题。综上，需要提供一种投影装置及其控制方法，以解决现有技术的投影装置的上述技术问题。

技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是提供一种投影装置及其控制方法，以解决现有技术的投影装置的调制单元的切换时间无法与高灰阶显示时的调制时段时长兼容的问题。为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种投影装置，包括光源系统、光调制装置以及控制装置。光源系统包括固态光源以及色轮，色轮设置有至少一色段，色段周期性设置于固态光源产生的激发光的传输路径上，并对激发光进行透射或波长转换，以产生至少一基色光。光调制装置包括多个调制单元，用于接收基色光，并对基色光进行图像调制，其中光调制装置的每个调制单元针对基色光设置有多个调制周期，每个调制周期包括对应于不同灰阶的多个调制时段，其中对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段的时长与对应灰阶大于预定灰阶的调制时段的时长之间的比例大于对应灰阶之间的亮度比例，且各调制时段的时长均大于调制单元的切换时间的5倍以上。控制装置用于控制光源系统在各调制时段内产生的基色光的亮度或发光时间，使得各调制时段内的基色光的亮度与发光时间的乘积之间的比例等于各调制时段对应的灰阶之间的亮度比例。其中，控制装置控制光源系统将对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段内的基色光的亮度设置成小于对应灰阶大于预定灰阶的调制时段内的基色光的亮度。其中，光调制装置产生一与各调制时段同步的同步信号，控制装置根据同步信号控制光源系统。其中，对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段的时长相等。其中，控制装置将对应灰阶大于预定灰阶的一部分调制时段内的基色光的亮度设置成大于对应灰阶大于预定灰阶的另一部分调制时段内的基色光的亮度。其中，另一部分调制时段内的基色光的亮度相等。其中，一部分调制时段为对应灰阶最高的调制时段。其中，各调制时段对应灰阶的亮度之间成等比设置。其中，多个调制时段中的至少部分调制时段分成时间上间隔设置的至少两个调制子时段。为解决上述技术问题，本发明实施例采用的一个技术方案是：提供一种投影装置的控制方法，包括：利用光源系统产生至少一基色光，光源系统包括固态光源以及色轮，色轮设置有至少一色段，色段周期性设置于固态光源产生的激发光的传输路径上，并对激发光进行透射或波长转换，以产生基色光；利用包括多个调制单元的光调制装置接收基色光，并对基色光进行图像调制，其中光调制装置的每个调制单元针对基色光设置有多个调制周期，每个调制周期包括对应于不同灰阶的多个调制时段，其中对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段的时长与对应灰阶大于预定灰阶的调制时段的时长之间的比例大于对应灰阶之间的亮度比例，且各调制时段的时长均大于调制单元的切换时间的5倍以上；利用控制装置控制光源系统在各调制时段内产生的基色光的亮度或发光时间，使得各调制时段内的基色光的亮度与发光时间的乘积之间的比例等于各调制时段对应的灰阶之间的亮度比例。本发明的有益效果是：区别于现有技术，本发明的投影装置及其控制方法通过将对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段的时长与对应灰阶大于预定灰阶的调制时段的时长之间的比例设置成大于对应灰阶之间的亮度比例，并控制光源系统在各调制时段内产生的基色光的亮度或发光时间，使得各调制时段内的基色光的亮度与发光时间的乘积之间的比例等于各调制时段对应的灰阶之间的亮度比例，可以使得对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段的时长得到充分延长，进而与调制单元的切换时间相兼容。附图说明图1是现有技术的数字微镜装置的工作原理图；图2是现有技术的投影装置的调制周期的调制时段分割的示意图；图3是本发明投影装置的一实施例的结构示意图；图4是图3所示的投影装置的色轮的主视图；图5是本发明投影装置的控制方法的一实施例的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。请参见图3，图3是本发明的光源系统的一实施例的结构示意图。如图3所示，本实施例的光源系统主要包括光源系统20、光收集装置21、光调制装置22、投影装置23以及控制装置24。在本实施例中，光源系统20包括固态光源201、色轮202以及驱动装置203。固态光源201产生的激发光入射到色轮202上。驱动装置203周期性驱动色轮202绕特定转轴进行转动。请参见图4，图4是图3所示的色轮202的主视图。如图4所示，色轮202包括沿其周向设置的红光色段R、绿光色段G和蓝光色段B，固态光源201产生的激发光经上述色段作用分别产生红光、绿光和蓝光。在驱动装置203驱动色轮202周期性转动的过程中，红光色段R、绿光色段G和蓝光色段B交替且周期性设置于固态光源201产生的激发光的传输路径上，进而使得光源系统20周期性输出红绿蓝三基色光序列。在本实施例中，当固态光源201产生的激发光为紫外或近紫外激发光时，红光色段R上可设置红光波长转换材料，绿光色段G上可设置绿光波长转换材料，蓝光色段B上则可设置蓝光波长转换材料。当固态光源201产生的激发光为蓝光激发光时，蓝光色段B则可设置成透射该蓝光激发光。上述波长转换材料可以是荧光粉、量子点材料或能够将激发光转换成适当颜色的受激光的其他材料。在本实施例中，色轮202设置成轮状结构，并在驱动装置203的驱动下转动。在其他实施例中，色轮202也可以是设置成在驱动装置203的驱动下周期性平移的带状结构，或设置成在驱动装置203的驱动下周期性转动的筒状结构。进一步，光源系统20也可以由其他基于色轮且能够产生显示用基色光的其他光源系统所代替。在本实施例中，光源系统20产生的基色光经光收集装置21进行收集、匀光或整形等处理后入射到光调制装置22。光调制装置22包括多个调制单元221。光调制装置22接收光收集装置21输出的基色光，并对该基色光进行图像调制。光调制装置22进行图像调制后的基色光经投影装置23投影到屏幕30上。在本实施例中，光调制装置22的每个调制单元221针对基色光都设置有多个调制周期，每个调制周期包括对应于不同灰阶的多个调制时段，其中对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段的时长与对应灰阶大于该预定灰阶的调制时段的时长之间的比例大于对应灰阶之间的亮度比例，且各调制时段的时长均远大于调制单元221的切换时间。例如，各调制时段的时长设置成大于调制单元221的切换时间的5倍以上，优选为10倍以上。在本实施例中，该预定灰阶根据显示图像的灰阶位数、调制单元221的调制周期以及调制单元221的切换时间预先确定，一般为调制单元221的切换时间刚好能够支持的灰阶。优选地，预定灰阶为调制时段的时长大于调制单元的切换时间的10倍以上的各灰阶中最小的灰阶，该预定灰阶可以通过对以下不等式求解获得：(((1/图像刷新率)×基色占空比)/2n)×2i>切换时间×10其中，n为显示图像的灰阶位数，i＝0，1……，n-1。求解后，将该不等式的解中最小的i作为预定灰阶值。在本实施例中，光调制装置22产生一与各调制时段同步的同步信号，并发送到控制装置24。控制装置24根据该同步信号控制光源系统20在各调制时段内产生的基色光的亮度或发光时间，使得各调制时段内的基色光的亮度与发光时间的乘积之间的比例等于各调制时段对应的灰阶之间的亮度比例。例如，控制装置24控制光源系统20将对应灰阶小于或等于上述预定灰阶的调制时段内的基色光的亮度设置成小于对应灰阶大于上述预定灰阶的调制时段内的基色光的亮度，并且使得各调制时段内的基色光亮度与发光时间(调制时段的时长)的乘积之间的比例等于各调制时段对应的灰阶之间的亮度比例。在其他实施例中，控制装置24也可以通过适当控制光源系统20在各调制时段产生的基色光的发光时间来使得各调制时段内的基色光亮度与发光时间的乘积之间的比例等于各调制时段对应的灰阶之间的亮度比例。在其他实施例中，光调制装置22与控制装置24也可以通过分别接收来自同一时钟源的同步时钟信号来进行协同工作。通过上述方式，可以延长对应灰阶小于或等于上述预定灰阶的调制时段的时长，使得光调制装置22的各调制时段的时长均充分大于调制单元221的切换时间，进而与调制单元221的切换时间相兼容。下面以16位灰阶为例对本发明进行详细描述，但本领域技术人员完全可以想到将本发明的技术方案应用到其他位数灰阶的投影装置中。在下面的举例中，都采用背景技术中描述的60Hz为刷新率，并假设彩色图像由红绿蓝三基色图像组成，每一幅基色图像的调制周期的时长相同，则每一个基色图像的调制周期的时长近似为5.57毫秒。但，在实际应用中，每一个基色图像的调制周期的时长可以不同，这种情况并不影响本发明的实施。其中，当采用现有技术的方案控制光源系统20产生的基色光的亮度在各调制时段保持不变时，光调制装置22的各灰阶对应的调制时段的时长以及对应的灰阶亮度的对应关系如下表1所示：表1基色光亮度灰阶调制时段的时长(微秒)灰阶亮度1152785.282785.281141392.641392.64113696.32696.32112348.16348.16111174.08174.0811087.0487.041943.5243.521821.7621.761710.8810.88165.445.44152.722.72141.361.36130.680.68120.340.34110.170.17100.0850.085在上表1中，光源系统20在各调制时段内产生的基色光的亮度保持不变，并用单位亮度1表示，各灰阶的灰阶亮度等于基色光的亮度乘以发光时间(在表1中，即为对应调制时段的时长)，并在表1中各调制时段的时长和对应灰阶的灰阶亮度成等比设置。在其他实施例中，各调制时段的时长和各灰阶的灰阶亮度也可以采用其他方式设置。由上表1可知，小于或等于7的灰阶0-7对应的调制时段的时长小于等于10.88微秒，其相对于光调制单元221的切换时间(例如，DMD的微镜单元的切换时间2微秒)而言已经过短，导致灰阶0-7对应的调制时段的时长无法与光调制单元221的切换时间兼容。在本发明中，通过将灰阶0-7的调制时段的时长与灰阶8-15的调制时段的时长之间的比例设置成大于对应灰阶之间的亮度比例，并通过控制装置24控制光源系统20将灰阶0-7对应的调制时段内的基色光的亮度设置成小于灰阶8-15对应的调制时段内的基色光的亮度，进而延长灰阶0-7对应的调制时段的时长，其具体调整结果如下表2所示：表2基色光亮度灰阶调制时段的时长(微秒)灰阶亮度1152785.282785.281141392.641392.64113696.32696.32112348.16348.16111174.08174.0811087.0487.041943.5243.521821.7621.760.5721.7610.880.25621.765.440.125521.762.720.0625421.761.360.03125321.760.680.015625221.760.340.007813121.760.170.003906021.760.085在表2中，大于7的灰阶8-15对应的调制时段内的基色光亮度和对应调制时段的时长与表1相比保持不变，而小于或等于7的灰阶0-7对应的调制时段的时长与表1相比被延长，同时灰阶0-7对应的调制时段内的基色光亮度与表1相比降低，使得各灰阶0-15对应的调制时段内的基色光的亮度与发光时间(调制时段的时长)的乘积与表1相比保持不变。进而，在各调制时段的对应灰阶亮度保持预定比例不变的情况下，使得灰阶0-7对应的调制时段的时长充分大于光调制单元221的切换时间。具体来说，在表2中，将灰阶0-7对应的调制时段的时长设置成相等，并具体均延长到21.76微秒，同时将灰阶0-7对应的调制时段内的基色光亮度设置成等比下降。在其他实施例中，也可以将灰阶0-7对应的调制时段的基色光亮度降低到相同亮度，此时灰阶0-7对应的调制时段的时长成等比变化，但需要确保各调制时段的最小时长充分大于光调制单元221的切换时间。在表2中，由于灰阶8-15对应的调制时段内的基色光亮度和对应调制时段的时长均保持不变，而增加了灰阶0-7对应的调制时段的时长，导致了调制装置22的调制周期(各调制时段的时长总和)变大。为了保持调制装置22的调制周期同样保持不变，本发明进一步提高灰阶8-15对应的至少部分调制时段内的基色光亮度，并相应的减小对应调制时段的时长，使得调制装置22的调制周期保持不变，具体如下表3所示：表3基色光亮度灰阶调制时段的时长(微秒)灰阶亮度1.058152632.882785.281141392.641392.64113696.32696.32112348.16348.16111174.08174.0811087.0487.041943.5243.521821.7621.760.5721.7610.880.25621.765.440.125521.762.720.0625421.761.360.03125321.760.680.015625221.760.340.007813121.760.170.003906021.760.085在表3中，灰阶8-14对应的调制时段内的基色光亮度保持不变且相等，提高灰阶亮度最高的灰阶15对应的调制时段内的基色光亮度，使其大于灰阶8-14对应的调制时段内的基色光亮度，同时减小灰阶15对应的调制时段的时长，使得各灰阶0-15对应的调制时段内的基色光亮度与发光时间(对应调制时段的时长)的乘积以及各调制时段的时长总和(调制周期)与表1相比保持不变。此外，也可以提高灰阶8-15中的两个或两个以上灰阶对应的调制时段内的基色光亮度，并相应的减小对应调制时段的时长，来确保各调制时段的时长总和保持不变。例如，同时提高灰阶15和13对应的调制时段内的基色光亮度，使其大于灰阶8-12、14对应的调制时段内的基色光亮度，同时减小灰阶15和13对应的调制时段的时长，使得各灰阶0-15对应的调制时段内的基色光亮度与对应调制时段的时长的乘积以及各调制时段的时长总和与表1相比保持不变。本发明进一步提供了一种投影装置的控制方法，具体包括如下步骤。在步骤S41中，利用光源系统产生至少一基色光，光源系统包括固态光源以及色轮，色轮设置有至少一色段，色段周期性设置于固态光源产生的激发光的传输路径上，并对激发光进行透射或波长转换，以产生基色光。在步骤S42中，利用包括多个调制单元的光调制装置接收基色光，并对基色光进行图像调制，其中光调制装置的每个调制单元针对基色光设置有多个调制周期，每个调制周期包括对应于不同灰阶的多个调制时段，其中对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段的时长与对应灰阶大于预定灰阶的调制时段的时长之间的比例大于对应灰阶之间的亮度比例，且各调制时段的时长均大于调制单元的切换时间的5倍以上。在步骤S43中，利用控制装置控制光源系统在各调制时段内产生的基色光的亮度或发光时间，使得各调制时段内的基色光的亮度与发光时间的乘积之间的比例等于各调制时段对应的灰阶之间的亮度比例。上述步骤的具体实现过程已在上文中进行了详细描述，在此不再赘述。在上述实施例中，各调制时段可以如背景技术中描述的在时间上连续设置，但可以是在时间上间隔设置，即至少部分调制时段分成时间上间隔设置的至少两个调制子时段，由此可以解决各调制时段连续设置所可能产生的闪烁现象。另外，本领域技术人员在本发明的启示下完全可以将上述技术方案应用到采用三光阀调制技术或使用其他调制装置的投影装置中。通过上述方式，本发明的投影装置及其控制方法通过将对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段的时长与对应灰阶大于预定灰阶的调制时段的时长之间的比例设置成大于对应灰阶之间的亮度比例，并控制光源系统在各调制时段内产生的基色光的亮度或发光时间，使得各调制时段内的基色光的亮度与发光时间的乘积之间的比例等于各调制时段对应的灰阶之间的亮度比例，可以使得对应灰阶小于或等于预定灰阶的调制时段的时长得到充分延长，进而与调制单元的切换时间相兼容。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。