专利名称：投影系统中将发光器件排序的装置的制作方法
技术领域：
公开的本发明的实施例涉及投影系统领域，并且更准确地说涉及在这些投影系统中用作照明源的发光器件的排序的装置。
背景技术：
对于例如进行销售演示、商业会议、课堂培训的用途和在家庭影院中的应用，多媒体投影系统已经变成流行的了。在代表性的运行中，多媒体投影系统从视频单元接收视频信号，并将该视频信号转换为数字信息以控制一个或多个数字驱动光阀。该光阀可以具有有选择地可开闭像元或像素，该像元或像素与投影的图像像素相对应。如果光阀像素转向“接通”状态，那么代表性地穿过附加的光学系统例如投影透镜，它将传递作为图像承载光的入射光(反射地或透射地)。在任何一个时刻从光阀传输的图像是在那个时刻与所有“接通”的像素相对应的光的矩阵。这可以称为位图图像。最近的焦点已经转向使用例如发光二极管(LED)的发光器件作为照明源在多媒体投影系统中提供入射光。
通过附图图形中的例子而不受附图图形的限制，对本发明的实施例进行描述，在附图中相同的附图标记表示同样的单元，其中图1说明根据本发明实施例使用照明源的投影系统；图2a-2b描绘根据本发明实施例的、表示具有相应的像素控制数据的发光器件脉冲序列的波形图；图3a-3b描绘根据本发明实施例的、表示具有相应的像素控制数据的发光器件多子帧脉冲序列的波形图；图4a-4b描绘根据本发明另一个实施例的、表示具有相应的像素控制数据的基本周期发光器件脉冲序列的波形图；图5a-5b描绘根据本发明另一个实施例的、表示后续子帧中的脉冲持续时间随相应的像素控制数据变化的发光器件脉冲序列的波形图；
图6描绘根据本发明实施例的、用于设计反映构成色位深度的位值的发光器件脉冲中值的操作方法；以及图7a-7b描绘根据本发明另一实施例的、表示后续子帧中的脉冲幅度随相应的像素控制数据变化的发光器件脉冲序列的波形图。
发明内容
本发明涉及一种投影系统中将发光器件排序的装置，其特征在于包括包括多个发光器件的照明源，每个发光器件发出不同构成色的入射光，并对于一个帧周期具有大约与发光器件的数量成反比的占空比；以及与所述照明源光连接以在所述帧周期内将所述入射光调制成承载图像的光的光阀。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考构成其的一部分的附图，其中在整个附图中相同的附图标记表示相同的部件，并且在附图中用图解的方式说明了可以实施本发明的具体的实施例。人们将会明白，在不脱离本发明实施例的范围下，可以利用其他的实施例以及可以做结构或逻辑的改变。因此，下面的详细描述不能理解为是限制意义的，本发明实施例的范围是由所附的权利要求及其等效物来限定的。
图1说明相据本发明实旋例的多媒体投影系统100的简化示图，该多媒体投影系统100使用基于照明源104的发光器件，并且与视频单元116连接。照明源104可以与电源106连接并与光阀装置108光连接。光阀装置108可以代表一个或多个显示器，该显示器包括但不限于数字微反射器器件(DMD)、液晶显示器(LCD)和液晶覆硅(LCOS)显示器。光阀装置108可以具有与一个或多个图像像素相对应的、或者是机械限定的或者是电限定的选择地可开闭像素。取决于特定投影系统的成本、亮度和图像质量目标，光阀装置108可以为不同的大小和分辨率，可以是透射的或反射的，并且可以使用于单个或多个显示器的结构中。
照明源104可以通过使各构成色的一个或多个发光器件产生脉冲来连续给光阀108提供许多构成色的入射光120。该构成色可以认为是单个颜色，当以适当的数量混合时可以产生图像像素的目标颜色。在一个实施例中，该构成色可以包括红色、绿色和蓝色，然而，可选择的实施例可以另外地或选择地使用许多其他颜色，包括白色和其他颜色的混合。
在一个实施例中，如果一个构成色应用一个以上的发光器件，那么平均发射波长会是与所要获得的光的颜色相对应的中心波长。例如，一个实施例可以使用具有520nm中心波长的绿光。该绿光可以是多个发出例如500nm波长的发光器件与相同数量的发出540nm波长的发光器件相组合的产物。当证明由于高成本或低可利用性而使获得特定波长的发光器件是困难的时候，本实施例也许是所想望的。
在一个实施例中，照明源104的发光器件可以包括固态光源，能够以下面更加详细描述的方式使该固态光源产生脉冲。这种固态光源的例子可以包括但不限于发光二极管(LED)和激光二极管。
在一个实施例中，第一构成色(例如红色)可以在预定的时间段照亮光阀装置108。当用红光将光阀装置108照亮时，在取决于图像帧的像素所希望的红光强度的某一时间量内，可以将具体的光阀像素转向“接通”状态，或者将其激活。光阀像素处于接通状态的时间量越大，红光色调越亮。对于其余的构成色，例如绿色和蓝色，可以重复这种照明过程。传递作为承载图像的光124的各构成色的量，将代表性地确定那个图像帧的图像像素的投影的颜色。
光阀装置108可以与控制器112连接。控制器112可以与电源106连接，并且可以适于从视频单元116接收视频信号(模拟或数字信号)以及给光阀装置108传送光阀控制信号。视频单元116可以包括但不限于个人或膝上型计算机、DVD、机顶盒(STB)、集成电视调谐器、视频照相机或将视频信号传输给投影系统100的任何其他适合的装置。投影系统100可以在包括但不限于此的游戏、电影、电视、广告和数据显示的各种不同应用中实施。
基于所希望的帧速(典型地用每秒中的帧数(fps)来测量)，控制器112可以从模拟视频信号产生图像帧。如果输入的视频信号是数字信号，该过程可以省略，因为图像帧应该已经被限定了。然而，也有一些情况，其中源视频信号的帧速转换也许是所希望的。在这种情况下，可以应用在本领域中公知的帧速转换技术。
可以将图像帧进行像素构图(pixmap)以便使各图像像素与图像帧的目标颜色相关联。可能的目标颜色的选择可能与许多构成色中每一个的量化(或强度)级别有关。通过系统100的颜色深度可以确定投影系统100能够产生的目标颜色的数目。
颜色深度或位深度是在控制器112的帧缓冲存储器中分配给每个像素的位的数目，控制器112确定帧的给定像素的目标颜色。更大的颜色深度意味着系统100可以容纳更多数目的目标颜色。然而，更大的颜色深度还对应着系统100所需要的资源的量(例如存储器、处理器容量等)的增加。尽管可以使用其他的值，普通的颜色深度值是16位和24位。也被称为“真色”的24位颜色深度可以具有例如每帧每像素3字节的存储容量。对于具有三种构成色的实施例，这导致1字节的数据代表每个构成色的256个不同的强度。在不同的实施例中，可以使用不同的位配置，该位配置不同导致代表每个构成色的位的数目不同。组合三种构成色的不同强度级别可导致超过16兆个可能的颜色的选择。为了进行举例，下面说明和讨论的简化实施例涉及9位颜色深度，并且给三个构成色的每一个配置3个位用于确定那个图像帧的那个构成色的强度级别。对于所说明的实施例，3个位可以考虑到给每个构成色八个强度级别，这接着会导致图像像素具有512种目标颜色(例如8种红光强度*8种绿光强度*8种蓝光强度)中的一个。
基于每个图像像素所希望的目标颜色，控制器112可以为单个光阀像素产生和发送像素控制数据，以便于将来自照明源104的入射光120调制成承载图像的光124。如下面将讨论的，可以使像素控制数据与根据本发明实施例产生的发光器件脉冲序列同步。然后可以将承载图像的光124传输到投影光学系统128，投影光学系统128可以便于在屏幕、显示器或某些其他机构上最终成像。投影光学系统128可以包括投影透镜、成像透镜和许多在本领域中公知的其他光学元件。
在一个实施例中，构成色的光程可以与在照亮光阀装置108的光阀的入射光120之前的另一个相互一致，以便使光阀沿相同的光程接收所有构成色的入射光120。光程的这种重叠可以便于保持投影系统100的集光率或透光率。通过X正方体(X-cube)、一个或多个分色镜或通过某些其他机构，可以组合不同构成色的光程。或者，在照亮光阀之前不同构成色的光可以行进不同的光程。具体应用的实施例可以包括附加的光学元件以调制光程，以便于将来自发光器件的光提供给光阀。这种元件的例子包括但不限于准直管、积分器、反射器和成像透镜。
图2a描绘的波形图表示根据本发明实施例产生的发光器件的脉冲序列。具体地，在一个帧周期152的期间内，显示的波形图129、130和131表示导致三种构成色例如红、绿和蓝的发光器件脉冲序列。如上所讨论的，每个构成色可以由来自一个或多个发光器件的光所构成。帧周期152可以与控制器传输或光阀接收构成多个连续的图像帧中一个静止的图像帧的数据所需的时间段相对应，当组合该多个连续的图像帧时产生如视频的运动景象。在不同的实施例中，每秒闪现30个或更多个帧。
在图2a的实施例中，每个发光器件具有相等的三分之一占空比，该占空比包括具有持续帧周期152三分之一的持续时间的一个脉冲136(1、2和3)。占空比用来表示在给定的时间周期期间，例如帧周期152内，发光器件被激活的时间分数。当一个构成色处于接通状态时，可以断开其他构成色，这可以允许发光器件为下一个排序被激活之前冷却下来。在使用固态光源的实施例中，面结型二极管在激活时会发热，这会引起光输出在激活周期内逐渐减少。在激活周期之间具有“断开”时间可以防止面结型二极管由于产生的热而经历显著的光输出的减少。导致光输出可接受的减少的脉冲持续时间将随应用而明确，并且可以用与本发明范围相一致的多种不同方式进行操纵。下面讨论的进一步的实施例可以表明根据本发明的教导实施的可选择的脉冲序列。
在实施例中，对于每个构成色量化级别为8是所希望的，各脉冲136(1、2和3)可以分成7个基本周期。因此，来自控制器112的像素控制数据可以在0-7个基本周期内激活光阀像素，这导致对于每个构成色有总共8种不同的强度级别。在应用60fps帧速的多媒体投影系统实施例中，帧周期152可能是(1秒/60帧＝)16.7毫秒(ms)，并且基本周期可能是(16.7ms/3个颜色周期*1个颜色周期/7个基本周期＝)0.8ms。
在本实施例中，假定标称幅度为1，在一个基本周期内激活的光阀像素可以允许1光度单位传送为承载图像的光，这可以与构成色的1强度级别相对应。如在本上下文中所使用的，可以认为幅度是施加给有色发光器件的电流的放大倍数。因此，当每个有色发光器件具有相同的幅度时，并不必然地意味着它们具有相同的施加的电流，只意味着所施加的电流相互成比例。在一个脉冲期间可获得的光度单位的数量还可以称为脉冲值。例如，在本实施例中各脉冲136(1、2和3)具有(7个基本周期*1幅度＝)7光度单位的脉冲值。
可以注意到，光度单位并不必然地与发出的流明或光子相对应，只是用光度单位来便于对发光器件定时排序和不同颜色的量化进行讨论。为了获得合适的颜色平衡，各帧包含各构成色不同数量的流明是必要的。例如，为了在一个实施例中获得白光，需要具有大约60％的流明是绿光、30％的流明是红光以及10％的流明是蓝光。因此，依据每个发光器件的效率，可以调整每个发光器件的驱动功率来实现这种比例。对于具体实施例的实现，可以考虑特定的运行参数，运行参数包括发光器件的效率、所希望的颜色比例、额定电流等。
图2b显示的像素控制数据132表示在帧周期152内图像像素的目标颜色。对帧周期152的图像像素是由例如红光强度为5、绿光强度为4以及蓝光强度为7所限定的目标颜色。基于该信息，像素控制数据132将在红光脉冲1361期间，通过在五个基本周期133内激活光阀像素使5光度单位的红光传送为承载图像的光。类似地，在绿光脉冲1362期间，在四个基本周期134内激活光阀像素；并且在蓝光脉冲1363期间，在所有七个基本周期135内激活光阀像素。
虽然上面的实施例说明了红、绿和蓝作为构成色，但其他实施例可以附加地或可替换地采用其他颜色，其他例如是蓝绿色、黄色和洋红色，但并不限于这些颜色。此外，实施例可以包括补充其他有色光源以增加有效亮度的白光发光器件。这可以通过在整个帧周期152内激活白光发光器件来实施，或者可替代地，可以与效能差的器件或需要产生更高流明的器件一起使白光发光器件产生脉冲。
图3a描绘的波形图表示根据本发明实施例产生的发光器件脉冲序列。具体地，波形图140、144和148表示构成色的发光器件，例如红、绿和蓝发光器件，在一个帧周期152内的多个时间段内使这些发光器件产生脉冲。类似于上面的实施例，每个构成色可以具有1/3的占空比，以便每个构成色在帧周期152的三分之一内处于“接通”状态。还可以将帧周期152分成两个子帧周期156和164，每个子帧周期含有来自于每个构成色发光器件的一个脉冲。同样，类似于上面的实施例，可以将每个构成色全部的激活时间分成例如7个基本周期，以便对于每个构成色容纳8个量化级别。在本实施例中，对于每个构成色第一子帧156具有4个基本周期的脉冲序列160(1、2和3)。因此，第二子帧164具有包括其余三个基本周期的脉冲序列162(1、2和3)。
并不必如上面的实施例所描述的，在帧周期152的三分之一长的时间里使各构成色产生脉冲，然而在这段时间内，从特定的发光器件获得帧周期152的全部流明产出是可能。只要在给定帧内平均施加的电流不高于发光器件的额定电流(由制造商确定)，用远超出额定电流参数的电流使发光器件产生脉冲，可以基本上不影响与产品有关的发光器件的使用寿命。总的光输出(其被认为是发光器件所发出的光子的数量)通常与施加的电流成线性比例。因此，每个发光器件每帧可以/能够发出的光子的数量受到那个帧的平均电流的限制。因此，对于给定的n，使构成色顺序地产生脉冲，可能在1/n占空比下将施加给构成色的发光器件的电流增加到其额定电流的n倍。例如，在具有三个构成色的本实施例的情况下，在1/3的占空比内用三倍于其额定电流的电流使发光器件产生脉冲，将在每帧周期152内产生与在整个帧周期152内以额定电流让每个发光器件所产生的光子数量相同的光子。因此，由于可以在分隔的时间段内激活各构成色的发光器件，所以它们可以分时使用相同的光阀118而不会使光输出显著减少。
图3b显示的像素控制数据165表示在帧周期152内图像像素的目标颜色。在帧周期152内图像像素可以是类似于上面的实施例由例如红光强度为5、绿光强度为4以及蓝光强度为7所限定的目标颜色。
根据说明的实施例，像素控制数据165可以使光阀像素的运行与第一和第二子帧156和164的构成色脉冲同步。可以将第一构成色，例如红光的具有强度级别为5的数据168分隔成第一信号172，以在不长于第一子帧156的红光脉冲1601的时间内激活光阀像素。在本实例中，在四个基本周期内激活光阀像素。包括1个剩余光度单位的其余红光数据可以作为信号173应用于在第二子帧164的红光脉冲1621期间内、在剩余的一个基本周期内激活光阀像素。本实施例缩短的脉冲可以导致发光器件产生的热量比单个长激活周期产生的热量少，由此可能减少光输出的下降。绿光和蓝光数据169和170可以以相类似的方式与第一和第二子帧156和164的相应的脉冲(1062和1603；1622和1623)同步化。
图4a表示根据本发明另一个实施例产生的发光器件脉冲序列。本实施例在颜色深度、帧周期和目标颜色方面类似于上面的实施例，然而，在本实施例中，脉冲174的脉冲值降低到与上面讨论的颜色深度的最小有效位(LSB)相对应的程度。在本实施例中，不同构成色和不同子帧的所有脉冲174具有相等的脉冲值。在许多情况下，以及如在本实施例中所示的，LSB将是持续单个基本周期的脉冲，但是情况也不总是如此。产生该持续时间的脉冲在新式的固态光源的能力范围之内，一些新式的固态光源能够在纳秒范围内产生脉冲。在说明的实施例中，子帧176持续三个基本周期的时间，在帧周期152内一共具有七个子帧176。
参考图4b，控制器可以产生像素控制数据179，它便于光阀像素与图4a中描述的脉冲序列的同步化。如图4b中所说明的，光阀像素不必在帧周期152内尽可能早地被激活。例如，不必在第一个四子帧176内将绿光数据175的四个光度单位传输给光阀像素。相反，如图所示可以将四个光度单位分布在整个帧周期152内。然而，在可替代的实施例中，可以在帧周期152内尽可能早(或晚)地将构成色数据提供给光阀像素。
由图4a所描述的实施例说明具有相等的持续时间和幅度的连续子帧176的脉冲。然而，情况并不总是如此。例如，可以设计连续子帧的脉冲的幅度和持续时间两者之一或两者全部可变的实施例。图5a描绘这种实施例的一个例子。
在图5a中，呈现根据本发明的实施例，包括不同脉冲持续时间的脉冲的三个子帧177、180和184。子帧177、180和184中每一个包括一定脉冲值的脉冲，脉冲值可以反应代表目标颜色的每个构成色的位值。
图6描绘用于使构成色产生脉冲的一个实施例的方法，该构成色具有与位值相对应的脉冲值的。首先，可以确定系统的颜色深度，例如9位的240。然后，可以由系统中所应用的构成色的数量例如3个(红、绿和蓝)250划分该颜色深度。这导致构成色位深度(例如3位/构成色)或者量化级别。因此，各构成色可以在帧缓冲存储区中由三个位来表示。给构成色位深度的每个位赋一位值260。例如，3位构成色位深度的三个位可以具有位值4(MSB)、2和1(LSB)。最后，每个构成色产生具有与位值中至少一个相对应的多个脉冲值的多次的脉冲270。例如，参考图5a，第一子帧177的脉冲178(1、2和3)可以具有与MSB相对应的为四的脉冲值(四个基本周期的持续时间，幅度为1)，第二子帧180的脉冲182(1，2和3)的值为二，以及笫三子帧184的脉冲186(1，2和3)的值为一。
脉冲不必按照从最高有效脉冲(most significant pulse)(MSP)178(1，2和3)到最低有效脉冲(1east significant pulse)(LSP)186(1，2和3)的顺序，在其他实施例中也可以不必如此。此外，一个脉冲不必容纳每一个位值。例如，在一个实施例中，可以在整个帧内分布的几个子帧的脉冲内施加MSB。
可以注意到，上面的实施例假定系统的颜色深度在构成色之间平均划分。可替代的实施例可以采用不同分配的方案。在一个实施例中，构成色的脉冲值可以特定地与那个构成色的位值相对应。
可以将图5b中描绘的红光数据187进行划分，以便在第一子帧177中的MSP 1781期间传递4个光度单位，在下一个子帧180的脉冲1821期间传递剩余的1个光度单位。然而，不必在下一个连续的脉冲周期内施加1个剩余的光度单位。例如，可替代的实施例可以将1个剩余的光度单位与具有最相关脉冲值的脉冲联系起来，其在这样的实施例中将是笫三子帧184的LSP 186。其余的构成色数据188和189可以在类似的过程中传输给光阀像素。
图7a描绘根据本发明实施例的发光器件脉冲序列，该发光器件脉冲序列包括具有变化的幅度的脉冲。类似于上面的实施例，有三个子帧190、194和198，该三个子帧190、194和198包括不同脉冲值的脉冲201(1，2和3)、202(1，2和3)和203(1，2和3)。然而，本实施例的脉冲201(1，2和3)、202(1，2和3)和203(1，2和3)具有不同的幅度204、208和212的相等的持续时间200。同样类似于上面的实施例，第一子帧190与构成色位深度的MSB相对应，第二子帧194与中间的位值相对应，而第三子帧198与LSB相对应。
图7b表示与本发明实施例相应的像素控制数据216。当在例如第一子帧190的红光脉冲2011期间将“接通”信号发送给光阀像素时，由于红光脉冲2011的相应脉冲值，该像素传输四个光度单位的红光数据。用红光数据仅剩下的一个光度单位，在第三子帧198期间将光阀像素激活，第三子帧198具有脉冲值为1(1个基本周期的持续时间，幅度为1)的脉冲2031。在本实施例中，由于光阀像素的接通/断开状态，当数据的剩余光度单位大于或等于脉冲的幅度时，可以激活光阀像素。
可以注意到，根据本实施例，照明源104可以在更短的时间内产生相同量的光，然而，如前面所讨论的，施加给发光器件的电流平均值会限制每帧的光输出总量。因此，在本实施例中，可以将脉冲分隔开，以便在每个激活周期之间产生缓冲，此时没有发光器件处于激活状态。这种缓冲可以弥补光阀像素与发光器件之间的轻微的定时不重合。
具有更大颜色深度的实施例会需要具体的幅度和/或持续时间调制，以在施加的约束内适应特定的系统。这些修改会导致不同颜色、子帧等的脉冲不均一。例如，一个实施例可以包括具有绿光脉冲值为6、红光脉冲值为3和蓝光脉冲值为1的子帧。
虽然为了说明，在这里说明和描述了具体的实施例，但本领域普通技术人员将意识到，只要不脱离本发明的范围，各种推测为能够获得相同目的的可供选择的和/或等效的实施例均可以代替显示和描述的具体实施例。本领域技术人员将很容易意识到，可以用各种实施例来实现本发明。这种应用旨在覆盖这里讨论的实施例的任何修改或变化。因此，很明显，本发明意指只由权利要求和其等效物来限定。
权利要求1.一种投影系统中将发光器件排序的装置，其特征在于包括包括多个发光器件的照明源，每个发光器件发出不同构成色的入射光，并对于一个帧周期具有大约与发光器件的数量成反比的占空比；以及与所述照明源光连接以在所述帧周期内将所述入射光调制成承载图像的光的光阀。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述多个发光器件包括一个或多个发光二极管。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述多个发光器件包括发出第一颜色光的第一发光器件；发出第二颜色光的第二发光器件；发出第三颜色光的第三发光器件；并且所述第一、第二和第三发光器件中的每一个在所述帧周期内发出作为多个脉冲的光。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述第一、第二和第三发光器件中的每一个发出从红色、蓝色和绿色组成的组中选择的一个的光。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述帧周期包括至少两个子帧周期，所述至少两个子帧周期中的每一个包括来自所述第一、第二和第三发光器件中的每一个的至少一个脉冲。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于一次只有所述第一、第二和第三发光器件中的一个发光。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于使具有额定电流的所述多个发光器件中的至少一个用大约与发光器件的数目与所述额定电流的乘积数成比例的电流产生脉冲。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于还包括与所述光阀连接的控制器，所述控制器适于接收表示图像帧的数据并按照所述帧周期的数据将所述光阀的运行与所述入射光同步化。
专利摘要一种投影系统中将发光器件排序的装置，其特征在于包括包括多个发光器件的照明源，每个发光器件发出不同构成色的入射光，并对于一个帧周期具有大约与发光器件的数量成反比的占空比；以及与所述照明源光连接以在所述帧周期内将所述入射光调制成承载图像的光的光阀。本实用新型的实施例提供了一种投影系统的包括多个发光器件的照明源，能够提高总体的光输出量。
文档编号H04N9/31GK2893733SQ200520011880
公开日2007年4月25日 申请日期2005年4月30日 优先权日2004年4月30日
发明者M·D·彼得森, T·S·恩格尔 申请人:因佛卡斯公司