专利名称：配有可调整过滤系统的投影设备及其用于调整光束的颜色分量的方法
技术领域：
本发明涉及投影设备，特别是涉及根据权利要求l的前序部分的视 频投影仪以及用于调整投影系统中的光束的方法。
背景技术：
在已知的视频投影仪中，光源产生具有宽光谱的多色光束，该多色 光束能够再现可被人眼感知的颜色中的大多数颜色。
由于以三基色的组合可获得这样的颜色，因此，为了投射所希望的 颜色，首先需要从由光源所产生的光束中提取处于尽可能饱和的状态下 (即，尽可能地位于由国际照明委员会所定义的色度图的轮廓线处)的
所述基色(典型地为红、绿和蓝)。
为此，许多使用滤波器和/或棱镜的系统是可用的。
根据第一已知解决方案，把基本上由占据色盘(colour wheel )的 三个扇区的三个带通滤波器组成的色盘放置在灯的前面。随着色盘的旋 转，该色盘使由灯所产生的光束的红光分量、绿光分量和蓝光分量依次 通过。
将由色盘输出的光束会聚到一个或者多个DMD (数字微镜装置)板 上，该DMD板由多个微镜(通常由铝制成)构成，这多个微镜绕着对角 线旋转，且被适配为把彩色光束反射在投影透镜之内，以将所述彩色光 束发送到屏幕。
微镜阵列实际上是待投射的图像的像素阵列。
通过人眼观看屏幕所感知到的每个像素的颜色将是所投射的绿光 分量、蓝光分量和红光分量的结合的结果。
如果例如像素必须是黄色的，那么在绿光和红光的透射期间，将转 动相应的微镜以把光反射在投影透镜之内，而在蓝光的透射期间，将转 动所述微镜以把光反射到投影透镜之外。
该解决方案的缺点是与所采用的光源部分相关。
目前，大部分使用高压贡汽灯或者氙灯。图la示意性地示出由高压贡汽灯发射的光的频谱；X轴表示以nm (毫微米)为单位的波长，而Y轴表示相对强度。
附图标记1近似地标示出蓝色的发射区域；附图标记2标示出绿色 的发射区域，而附图标记3标示出红色的发射区域。
如所示出的，由于在红色范围中所发射的为低能量，尤其是由于发 射峰值位于575 + 580nm处(其与位于绿色和红色之间且由附图标记4 标示出的乱真的黄色分量相对应)，该发射非常临界。
在这些灯中，为了获得饱和的基色而去除次级黄色的分量意味着失 去该灯所产生的能量中的大量的能量，从而导致暗像。
因此，事实上在已知的解决方案中存在以下现象视频投影仪的光 学系统中所使用的滤波器提供如图2所示的响应，其中，由附图标记6 表示的点线表示蓝色的带通滤波器的响应曲线，短划-点线7表示绿色 的带通滤波器的响应曲线，而短划线8表示红色的带通滤波器的响应曲 线。如在图2中突出显示的，为了防止亮度过度减弱，已知解决方案中 所使用的绿色和红色滤波器允许黄色的峰值的 一 部分通过，从而由于所 述峰值的原因，基绿色和基红色不饱和，这使得绿色变成"淡绿色"， 红色变成"橙色"。
典型地，通过沿着光路增加永久性的频带切断滤波器(band-cut filter)以将乱真的黄色分量从光束中衰减或者消除，来克服该缺点。
在图3中通过点线9示意性地示出这种类型的频带切断滤波器(也 称为"陷波"滤波器)的响应曲线；如所示出的，该滤波器吸收大约570nm 与600nm之间所包含的频i普分量。
在图3中由附图标记9，和9"标示出的滤波器侧面应该尽可能地 陡，以便仅阻档不希望的乱真的颜色而允许光束的其它频谱分量不被改 变地通过。
该解决方案的缺点在于，尽管绿色和红色是饱和的，但是整个亮度 结果被强烈地降低了。
类似地，当使用氯灯时(图lb),虽然至少在可见频谱内该发射比 贡汽灯的发射更均匀，但是应当注意，在由附图标记5标示出的500nm 附近的区域内，即，次级青色的区域，发光能量高得足够影响饱和的蓝 色和绿色的再现。
因此，这些灯也受到与上述解决方案相同的问题的困扰，唯一不同
6的是带来最大麻烦的分量是青色。
根据另 一 已知的解决方案，有时被用在具有单个DMD板的视频^L影
仪中以获得更加饱和的基色的色盘包括四个扇区蓝色、绿色、红色和 黄色。
因此，如图4所示，色盘的各单个带通滤波器可以更窄，其中，附 图标记12标示出黄色扇区的带通滤波器的响应，附图标记6、 lO和ll 分别标示出用于蓝色、绿色和红色的滤波器的响应。
为了限制亮度的降低，系统使用通过电处理;f见频信号(如下面所详 述的)而获得的信息。
如同已知的，视频投影仪的图像是由帧的时间序列组成，每个帧包 含用于控制形成图像的像素的状态的信息。
这样的信息在被物理地发送给该板之前存储在合适的帧存储器中； 特别是，对于每个像素，存储关于视频信号的三基色(红色、绿色和蓝 色)分量的信息。
在对视频信号进行电处理期间，为了确定图Y象的色含量(chromatic content),特别是在处于检测中这样的情况下，为了确定与次级分量 (即使在白光的组成成份中该次级分量也有可能存在)有关的纯基色的 部分，要检查关于每个帧的信息。例如，如果帧主要由饱和的红色和绿 色组成，那么当发送黄色扇区的光时，将在这样的帧的投影期间中断DMD 板的操作，从而防止投射到屏幕上的基绿色和基红色被改变。
反之亦然，如果图像主要包含其中主导分量是黄光或者能够与黄光 组合的区域，那么在相应帧的期间DMD板将总是保持打开，从而把由灯
所产生的所有光(包括黄光)发送到屏幕，以便获得最大亮度。
在中间信号的情况下，将例如根据用户的偏好适当地调整色盘的黄
色扇区的过渡期间的像素调整时间。 然而，该解决方案也有许多缺点。
首先，由于带通滤波器的较窄的通带以及由于每个基色的透射时间 的减少(因为色盘具有四个扇区)，与每个基色相关联的发光能量低。 再者，DMD "关闭"的过渡时间较长(导致已知的缺点)。
发明内容
本发明的目的是解决本领域已知的视频投影仪设备的解决方案的问题。
特别是，本发明的目的是在获得尽可能饱和的基色的同时使图像亮 度最大化。
通过用于调整包括所附权利要求(其意在作为构成完整的本说明书 所需的部分)中所述特征的投影系统中的光束的投影设备和方法，来实
现本发明的这些以及其它目的。简言之，本发明是基于以下思想根据 有关待投射图像的颜色的信息来动态地衰减光束的频谱分量。为此，根 据本发明的投影设备配备有至少一个可移动的频带切断滤波器，该频带 切断滤波器能够在可见区内从由灯所产生的光束中消除可变量的乱真 分量(诸如黄色或青色)。
所述滤波器的可移动性有利地使得能够根据待投射的图像，在图像 亮度与基红色、基绿色和基蓝色的饱和之间获得最佳折衷。
有利地，在视频信号的情况下，由此可以通过利用通过RGB信号提 供的信息，以帧为基础来更新滤波器的位置。
通过以下的详细说明以及以非限制'l"生的示例方式所提供的附图，本
发明的另外的目的和优点将显而易见，其中
图la和lb示出视频投影仪设备中常用的灯的发射频谱。
图2和4示出已知视频投影仪设备中所使用的带通滤波器的响应曲
线和贡汽灯的发射频谱。
图3示出适配用于去除黄色频率的频带切断滤波器的响应曲线和贡 汽灯的发射频语。
图5示出适配用于去除青色频率的频带切断滤波器的响应曲线和氙 灯的发射频谱。
图6示意性地示出根据本发明的投影设备的第一实施例的例子。 图7示意性地示出根据本发明的投影设备的第二实施例的例子。
具体实施例方式
为了简便起见，在下文中将使用相同的附图标记来指代同样的、等 效的或者用于执行相同功能的部件。
作为非限制性的实施例示例的例子，现在让我们设想如图6所示的视频投影仪设备，其中，光源为贡汽灯(它的发射光谱在图la中示出)， 并且正如已经提及的，该贡汽灯受到显著的黄色分量的缺点的困扰。
在本实施例的例子中，视频投影仪使用由附图标记20标示出的仅 一个画板。
照明灯14产生光束，所述光束由非球面聚光镜15聚集，该非球面 聚光镜15把所述光束会聚在整体光棒(integrating bar ) 18 (其由光 学玻璃平行六面体构成)的入口处，整体光棒18对来自灯的光束进行 空间平滑。
非球面聚光镜15和整体光棒18之间存在三扇区色盘16，该三扇区 色盘16依次输出与三基色(红色、蓝色和绿色)的各带相对应的三个 频带中所包含的频语分量。
整体光棒所输出的光由被称为中继透镜的透镜系统19来收集，通 过由附图标记21和22标示出的棱镜系统，该透镜系统19把会聚后的 光向由附图标记20标示出的DMD板传送。
然后该光束被发送至由附图标记23标示出的投影透镜，随后至屏 幕(未在图6中示出)。
根据本发明，投影设备包括用于对可见范围内的频带进行切断的频 带切断滤波器17;为了消除乱真分量(在本例子中为黄光)，需要所述 滤波器17,并且将该滤波器插入到接近光棒18的输入处。
在优选实施例中，滤波器17可以是适配用于衰减如图3所示所确 定的 一定频带的陷波滤波器。
投影设备还包括适配用于动态地改变所述频带切断滤波器相对于 光束的光路的位置的移动装置(未示出)。
在优选的解决方案中，可以包括已知的压电致动器或者音圏致动器 的所述移动装置允许在与光传播的方向垂直的方向上平移滤波器17,以 便动态地横断光束以及衰减来自光束的可变量的黄光。
滤波器17的位置是由控制移动装置的逻辑控制单元来确定的。
根据本发明，在对待投射的图像进行数宇处理之后，尤其是通过使 用有关待投射图像的颜色的至少一条信息，来确定滤波器17的位置。
有关图像颜色的所述至少 一条信息被包含在可被逻辑单元访问的 所述设备的存储区域中。
在优选实施例的例子中，投影设备为视频^1影仪，即，配有^L频输入和帧存储器的设备，所述视频输入适配用于接收视频信号，所述帧存 储器适配用于存储至少一帧视频信号以便执行已知的信号处理，诸如去
交错(deinter lacing )、 缩放(scaling)等。
如已知的，视频信号的一个分量是通过RGB信号给出的，所述RGB 信号被用于识别图像(即，该视频信号的帧)的单个像素的颜色分量。
因此，视频投影仪的帧存储器包含有关所接收的视频信号的帧像素 的RGB分量的信息。
根据有关图像颜色的所述信息，尤其是通过RGB信号提供的信息， 处理单元首先确定图像中所存在的黄色分量的量，然后相应地确定滤波 器17的位置。
所述位置将取决于在所希望的亮度和获得饱和的基色的必要性(取 决于该图像)之间的选择。
有利地，对于每个帧，控制单元对待投射帧中所存在的黄色的量进 行估计，随后重新确定滤波器相对于光的光路的位置。
虽然在一帧与下一帧之间的黄色的相当大的变化在情理上是不可 能的，但是移动装置仍应该优选地适配用于在基本上短于20ms (对应于 PAL视频信号的帧频)或者优选短于16. 6ms (对应于NTSC型视频信号 的帧频)的时间之内，把频带切断滤波器17从完全干涉该光束的整个 光斑(即，横切传播方向的截面)的位置移动到不干扰的位置。
优选地，应该以不会使光束畸变的方式插入滤波器17;这意味着黄 色的减少在光束中必须是均匀的，而不是仅限于^L滤波器截取的光束部 分。
为了该目的，可以例如沿着光束入射到整体光棒中的入口的上游的 光路来放置滤波器。因此，由于光棒所执行的动作，黄色分量将在整个 输出光束上均匀地减少，即使在光棒入口处仅光束的一部分被除去了黄色。
通过上述说明，所提议的系统的优点是显而易见的。 首先，通过把滤波器17机械地插入光束的光路中以便从光束中去 除黄光分量，确保了基色的饱和(当需要时)，同时能够保持红色滤波 器和绿色滤波器的通带尽可能地宽，例如，像图2所示的一样。
再者，就高压贡汽灯而言，根据本发明的投影设备在无需过多地减 少绿色和蓝色的量的情况下，能够获得没有过度色温(即，冷)的白色。在这些灯中，实际上，由于在红色的频谱区中所发射的辐射的百分
比低(如图la中清晰地所示出的)，所产生的光具有高色温。
此外，如上所述，根据现有技术，通过进一步减小所使用的波长的 范围从而减小与所述颜色相关联的能量，来确保所述红色的饱和。
由此得出结论在已知解决方案中，获得不具有过度色温(即，冷) 的白色需要减少绿色分量和蓝色分量的能量，从而导致亮度大大降低。
虽然上述优选实施例涉及具有单个DM D板且光源为高压贡汽型的视 频投影仪，但显而易见的是本发明并不局限于所述实施例的例子，并且 本领域技术人员可以对其进行许多变化，而不偏离从本说明书和所附的 权利要求得出的本发明的精神。
实际上，投影设备可以是利用一个或者三个不同种类的板(DMD、 LCD (液晶显示器)或者LCoS (硅基液晶))的类型。
同样地，可以采用不同的解决方案来传送和引导光源所发射的辐 射。举例来说，可以以本质上已知的方式，使用适当地设置的透镜的阵 列(也称为"复眼透镜(fly， s-eye lense)")来替代非球面聚光镜 和整体光4奉。
再者，光源可以是与上面所描述的光源不同类型的光源代替贡汽 灯，可以使用氛灯。在这种情况下，由于灯的发射频谱，优选地从所发 射的辐射中去除青色分量，因此滤波器17将适配用于切断波长大约在 490nm和520nm之间的那些光束分量。这样的滤波器的例子在图5中示 出，其中，连续的线表示氙灯的发射频谱，而短划线表示滤波器17所 吸收的频带。
当然，本发明既不局限于频带切断滤波器17所切断的频带(然而， 针对图像或者视频的投影应用而言，其应该优选在可见范围之内)，也 不局限于所使用的频带切断滤波器的数量。
取决于所采用的光源和系统所允许的复杂度，实际上可以使用 一 个 或者多个动态频带切断滤波器，即通过由控制单元根据与待投射图像的 颜色有关的信息而控制的致动器来驱动的频带切断滤波器。
还显然的是，可以把该频带切断滤波器17放置在视频投影设备的 不同位置中。
例如，可以把滤波器17放置在沿着光束的光路定位的光阑(stop) 附近(优选为内部)。在图7示意性地示出的投影设备中，提供沿着光束的光路定位的光
阑的两个可能位置附图标记24表示中继透镜系统19的光阑，而附图 标记25表示4殳影透镜23的光阑。
通常结果是把频带切断滤波器插入中继透镜系统19的光阑内更 容易且更加有利；不过，此外或者作为替代，如果投影透镜的机械配置 允许的话，还可以将所述频带切断滤波器插入所述投影透镜的光阑内。
还清楚的是，根据本发明通过改变限定在投影设备内部光束的光路 的光学元件和机械元件，许多变形例是可能的。
在另外的变形例中，例如，可以固定该频带切断滤波器，同时可以 使用可移动镜的系统来改变光束的光路，以便改变所述频带切断滤波器 相对于该光束的光路的位置。
权利要求
1. 一种投影设备，包括-光源，其被适配为产生包括多个频谱分量的可见光束，-光学装置，其被适配为在所述光源和至少一个投影透镜之间限定所述光束的光路，以及-至少一个频带切断滤波器(17)，其被适配为衰减所述光束的光谱带并且被插入在所述光源和所述投影透镜之间，其特征在于，所述投影设备包括移动装置，其被适配为根据有关待投射的至少一个图像的颜色的一或多条信息，动态地改变所述至少一个频带切断滤波器(17)相对于所述光路的位置。
2. 根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述移动装置 被适配为移动所述至少一个频带切断滤波器(17),特别是平移所述至 少一个频带切断滤波器(17)。
3. 根据前述权利要求中的任一项所述的投影设备，其特征在于， 所述移动装置被适配为在基本上短于20ms或者16. 6ms的时间之内，把 所述至少一个频带切断滤波器(17)从干扰所述光束的整个光斑的位置 移动到不干扰的位置。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其特征在于，所 述移动装置包括压电致动器。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其特征在于，所 述移动装置包括音圏型致动器。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其特征在于，所 述至少一个频带切断滤波器(17)是固定的，并且所述移动装置被适配 为改变所述光束的光路。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其特征在于，包 括被适配为控制所述移动装置的逻辑控制单元。
8. 根据权利要求7所述的投影设备，其特征在于，包括存储区域， 所述存储区域被适配为包含有关待投射的图像的所述颜色的至少 一条 信息，所述逻辑单元可操作地连接到所述存储区域并且被适配为根据有 关待投射的所述图像的颜色的所述至少一条信息来控制所述移动装置。
9. 根据权利要求8所述的投影设备，其特征在于，包括被适配为接收一见频信号的至少 一个^L频输入。
10. 根据权利要求9所述的投影设备，其特征在于，有关所述图像的颜色的所述至少一条信息是通过所述视频信号的RGB信号提供的。
11. 根据权利要求10所述的投影设备，其特征在于，所述图像与 所述视频信号的帧对应。
12. 根据权利要求9-11中任一项所述的投影设备，其特征在于， 所述控制单元被适配为至少在所述视频信号的每一新帧处对所述移动 装置进行控制。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其特征在于，所 述频带切断滤波器(17 )位于所述光源和沿着所述光束的光路而设置的 整体光棒(18)的入口之间。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其特征在于，所 述频带切断滤波器(17)位于沿着所述光束的光路而设置的光阑(24、 25)附近，优选为位于所述光阑(24、 25)内部。
15. 根据权利要求14所述的投影设备，其特征在于，所述光阑(24 ) 位于中继透镜的系统(19)中。
16. 根据权利要求14所述的投影设备，其特征在于，所述光闹(25 ) 位于所述投影透镜(23)中。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其中，所述频带 切断滤波器(17)被适配为对波长在570nm和600nm之间的辐射进行衰 减。
18. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其中，所述频带 切断滤波器(17):故适配为对波长在490nm和520nm之间的辐射进行衰减。
19. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其特征在于，包 括至少两个被适配为衰减截然不同的频带的频带切断滤波器U7)。
20. 根据前述权利要求中任一项所述的投影设备，其特征在于，所 述至少一个频带切断滤波器(17)为陷波滤波器。
21. —种用于调整投影系统中的光束的方法，在所述投影系统中， 光源产生包括多个频谱分量的可见光束，其特征在于，根据有关待投射 的至少一个图像的颜色的一条或多条信息，通过频带切断滤波器对所述 光束的至少 一 个光谱带执行动态的衰减。
22. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，通过动态地改变 所述频带切断滤波器(17 )相对于所述光束的光路的位置来获得所述动 态的衰减。
23. 根据权利要求21或22所述的方法，其特征在于，将所述衰减 作为由所述投影系统所接收的视频信号的RGB分量的函数来执行。
全文摘要
公开了一种投影设备，该投影设备配备有用于产生具有多个谱成分的光束的灯。该投影设备包括至少一个频带切断滤波器和移动装置，所述移动装置动态地改变所述频带切断滤波器相对于该投影设备内的光束的光路的位置。本发明还涉及用于调整光束的颜色分量的方法。
文档编号H04N9/31GK101473660SQ200780022325
公开日2009年7月1日 申请日期2007年4月6日 优先权日2006年4月13日
发明者G·巴拉扎 申请人:Sim2多媒体股份有限公司