图像投影方法

专利名称：图像投影方法
技术领域：
本发明描述了图像投影方法以及投影系统。
背景技术：
投影显示器提供了平板显示器(例如等离子体和TFT显示器)的一种可替换方 案，其中图像直接在显示器表面上产生。在一种类型的图像投影系统中，视频信号经过处理 以便在小的显示面板上创建图像，并且该图像被放大和投影到投影显示器或屏幕上。另一 方面，在一种扫描投影系统中，图像以逐像素或逐行的方式扫描到投影显示器上。在前投影 系统的情况下，屏幕可以是背景幕(backdrop)——投影仪或者“射束器(beamer)”位于屏 幕的前面并且通常置于观看者之后，例如悬挂在天花板上，以便将图像投影到屏幕的前面； 或者在背投影系统的情况下，屏幕可以是电视屏幕，其中所有部件包含在单个设备中，并且 图像从后面投影到屏幕上。最新技术的投影显示器经常利用高强度放电(HID)灯或者超高压(UHP)灯以便产 生需要的明亮白色光束。然后，该白色光借助于二向色滤波器分裂成光基色红色、蓝色和绿 色，或者穿过具有红色、蓝色和绿色滤波器的色轮，并且然后这些基色被定向到二维显示面 板以便产生基色的“子图像”序列。显示面板可以是例如像在DLP (数字光处理 )中的 微镜阵列或者IXD或LCoS(硅上液晶)阵列。显示面板也可以称为“微显示器”，因为图像 在投影到屏幕或背景幕上以便用户观看之前首先在该非常小的元件上再现。例如，在DLP 系统中，所述光基色快速连续地被定向到显示面板以便创建投影到显示器上并且被观看者 感知为组合的图像的红色、蓝色和绿色子图像。使用了 UHP灯的这种最新技术的投影系统具有需要非常复杂的光学系统以便从 白色光源获得基色的缺点。这些系统共有的另一缺陷是，如果灯未依照特定标准来驱动则 可能失效。此外，随着这种灯变得更旧，这种灯可能经历变黑，使得投影的图像最终遭受质 量的下降。从消费者的观点来看，替换灯也是相当昂贵的。代替使用单个白色UHP光源的是，有可能使用三基色光源，例如红色、绿色和蓝色 激光器。直到最近，可用于基于激光的投影系统中的激光器相对较大且昂贵，特别是用于 产生绿色和蓝色光的那些激光器，因为绿色或蓝色激光必须利用附加的频率转换来产生。 然而，使用倍频以便从红外激光器获得蓝色或绿色光的负担得起的紧凑型半导体二极管 激光器正进入市场。这种半导体激光源的一个实例是电泵垂直外部腔表面发射激光器或 VECSEL。本领域技术人员应当知道的是，直接发射蓝色激光器已经可用于诸如蓝光@和HD DVD(高清晰度数字多功能盘)之类的应用。紧凑型投影单元正被开发用于这样的小激光 器。这种投影单元的一个实例使用了微扫描镜，其振荡以水平和竖直地偏转调制的激光束 以便在背景幕上产生图像。基于激光的投影系统的明显优点是其紧凑的尺寸、能量效率以及低维护性。特别地，较小类型的激光投影系统(例如预期用于便携式/移动用途的那些激光投影系统)不 需要任何复杂的滤波或聚焦光学器件。
诸如上面所述激光器之类的激光器的光输出可以直接通过施加调制信号，例如通 过根据需要调制激光器的输入电流来控制。由于高的内部转换效率仅在高的能量密度下获 得，因而这些类型的激光设备工作于脉冲模式，其中将短的脉冲施加到激光器，从而导致短 的光脉冲序列产生。本领域技术人员应当知道的是，输出能量因而是集中的，给出在特定平 均水平下的增大的能量密度。为了获得其中脉冲式驱动方法对于观看者不可察觉的图像，必须在与像素频率相 应的足够快的速率下向激光器施加脉冲。这在这样的激光器要用来投影具有高的分辨率和 低的闪烁的图像(例如使用PAL或HD标准编码的电影)时引起带宽问题。PAL对于每幅 图像编码720乘576像素，而高清晰度电视可以编码于1280乘720像素或者1920乘1080 像素。投影的图像必须以大约90Hz的速率刷新以便避免闪烁。对于PAL图像，这导致至少 20MHz的调制带宽。全HD图像的投影可能需要高达93MHz的带宽。显然，这样的高带宽要 求导致昂贵的电子器件开销和控制软件。因此，本发明的目的是提供成本有效、直接且高效的图像投影方法。

发明内容
为此目的，本发明描述了一种图像投影方法，该方法包括步骤a)获得用于待投影的图像的图像像素阵列；b)获得用于所述图像像素阵列的多个像素分配阵列，其中每个像素分配阵列包括 占用的元素和未占用的(vacant)元素；c)依照像素分配阵列产生用于激光光源的触发脉冲串(train)，其中对于像素分 配阵列的每个占用的元素产生触发脉冲；d)基于图像像素阵列产生用于激光光源的调制信号；e)利用触发脉冲串开关激光光源并且利用调制信号调制激光光源以便依照像素 分配阵列产生用于子帧图像的激光脉冲序列；f)以及扫描该激光脉冲序列以便横越(traverse)显示器，从而将子帧图像投影 到显示器上。因此，对于所述多个像素分配阵列中的每个像素分配阵列，执行步骤c) -f)，使得 图像在显示器上显现。术语“图像像素阵列”用来表示描述单一图像或帧(例如电影中的图像或帧序列 的一幅图像或帧)的像素信息。这样的图像像素阵列可以看作以行和列设置的二维元素或 项目阵列，其中每个元素包含用于显示器上的像素的信息。投影的图像像素的颜色和强度 最终由图像像素阵列中的相应元素的像素信息控制。例如，图像像素阵列元素可以包括用 于为该像素投射的红色、绿色和蓝色光的量的RGB值。图像像素阵列也可以只包括属于单 色图像的信息，例如仅仅绿色或仅仅红色像素信息。“像素分配阵列，，是项目阵列，例如二维阵列，其中所述元素或项目中的一些是“占用的”，而其余是空的或未占用的，并且在下文中也可以称为“占用图案”。像素分配阵列的 “占用的元素”是其相应的图像像素将依照关于该像素分配阵列的子图像中的像素信息而 被投影的元素。换言之，只要像素信息不是无效的(null)，那么用于该图像像素的调制信号 和触发脉冲将导致该像素被投影。另一方面，不管图像像素内容如何，像素分配阵列的未占用的元素将不被投影。在这一点上应当强调的是，像素分配阵列的未占用的或空的元素不同于其分配的像素信息无效的(即，对于不被照射的像素的)占用的元素。像素分配阵列 的占用的和未占用的元素决定触发脉冲串的产生一对于占用的元素产生触发脉冲，而对 于未占用的元素不产生触发脉冲。在依照本发明的方法中，图像像素阵列的每个图像像素与像素分配阵列中的至少 一个的占用的元素关联。像素分配阵列的占用的元素的分配被实现，使得如果像素分配阵 列(虚拟地)叠合(overlay)在彼此之上，那么它们将组合给出完全占用的元素阵列，即每 个图像像素将依照其图像像素内容而被投影。由于在依照本发明的方法中，用于激光光源的触发脉冲串依照所述多个像素分配 阵列中的每个像素分配阵列来产生，并且每个像素分配阵列相应于图像像素阵列的图像像 素的不同子集，结果，对于每幅图像而言，子帧序列被投影到显示器上，使得观看者将结果 感知为完整的图像。对于每个像素分配阵列，子帧图像被投影。实际上，图像是通过子帧图 像的“交织”或“叠合”来产生的。依照本发明的方法的显而易见的优点在于，调制信号可以具有比最新技术解决方 案中所需的低得多的频率。这是因为在每个刷新或图像周期内，不是图像的每个像素都需 要被照射，相反地，对于每幅子帧图像仅仅照射一些像素。即使当最少的两个像素分配阵列 用于图像像素阵列，在像素分配阵列上具有明智的图像内容分配时，调制信号必须以之驱 动的频率也可以有效地减半。显然，用于图像像素阵列的像素分配阵列越多，那么调制信号 频率就可以越低。依照本发明的方法的另一个优点在于，当图像内容明智地分布在像素分配阵列上 时，用于激光光源的触发脉冲可以更宽，即触发脉冲可以持续更长的时间。在其中连续地照 射图像的所有图像像素的脉冲式激光解决方案中，触发脉冲将不得不保持狭窄以便确保预 期用于一个像素的激光不会“破坏”相邻的像素，导致更高的调制带宽。然而，在依照本发 明的方法中，像素分配阵列的“占用的”项目可以与“未占用的”项目相邻，从而触发脉冲宽 度可以更宽。结果，有利的是，激光脉冲具有更长的持续时间，并且更多的光可用来照射像 素，从而导致图像亮度的提高。一种适当的图像投影系统包括用于提供图像像素阵列的图像像素阵列源以及用 于该图像像素阵列的多个像素分配阵列的源，其中每个像素分配阵列包括占用的和未占用 的元素。依照本发明的该系统还包括用于依照像素分配阵列产生用于激光光源的触发脉冲 串的触发脉冲串发生器，其中对于像素分配阵列的每个占用的元素产生触发脉冲。该系统 还包括用于基于图像像素阵列产生用于激光光源的调制信号的调制信号发生器，用于利用 触发脉冲串开关激光光源并且利用调制信号调制激光光源以便产生用于子帧图像的激光 脉冲序列的激光控制单元，以及用于扫描激光脉冲序列以便横越显示器，使得子帧图像被 投影到显示器上的扫描单元。所述图像投影系统的部件被配置成投影多幅子帧图像，使得 图像在显示器上显现。如上面所解释的，对于像素分配阵列中的每一个，投影子帧图像。从属权利要求和后面的描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。依照本发明的方法可以与各种不同类型的激光光源一起使用。然而，由于其有利 的紧凑且经济的实现，所描述的方法特别适合与倍频半导体二极管激光器(例如垂直外部 腔表面发射激光器(VECSELS))结合使用。在本发明的一个优选的实施例中，所述图像投影系统利用了一个或多个VECSEL作为激光光源。因此，在下文中，但是绝没有限制本发明地， 假设依照本发明的图像投影系统的激光光源为发射相干光的半导体二极管激光器。这样的 激光光源制造成本正变得日益经济、具有长的寿命并且不会经历像最新技术的UHP灯的情 况的变黑或烧毁(burnout)，从而使得它们的用途从消费者的观点来看特别有吸引力。图像的图像像素阵列可以看作图像像素或元素的矩形二维排列。如上面已经所描 述的，描述图像的图像像素阵列的内容被分配到或者虚拟地分布于一定数量的像素分配阵 列或占用图案上。像素分配阵列可以小于图像像素阵列，并且不同的像素分配阵列可以具 有不同的维度。然而，在本发明的一个优选的实施例中，每个像素分配阵列具有与图像像素 阵列相同数量的元素，使得像素分配阵列的每个元素不管是占用的还是未占用的，都相应 于图像像素阵列的图像像素元素，从而像素分配阵列可以直接用来产生触发脉冲串。显然，一定像素分配阵列或占用图案中的占用的元素的数量基本上与像素分配阵 列的总数量成反比。例如，如果四个像素分配阵列用于图像像素阵列，那么这些像素分配阵 列中的任何一个可以与图像像素的四分之一关联。所述多个像素分配阵列的占用的元素可以以分块的方式分布。然而，这可能最终 导致投影的图像的不希望的闪烁。因此，在本发明的一个特别优选的实施例中，占用的元素 以基本上均勻的方式在像素分配阵列之间分配，使得像素分配阵列中的每一个具有大致相 同数量的占用的元素。换言之，图像像素信息将或多或少均勻地在所述多个像素分配阵列 上分配，并且这些像素分配阵列理论上可以叠合以给出其中每个元素与图像像素阵列的像 素关联的完全占用的阵列。例如，在两个像素分配阵列用于图像像素阵列的情况下，占用图 案可以包括交替占用和未占用的项目的排列，其被设置成使得在一个像素分配阵列中占用 的项目在另一个像素分配阵列中是未占用的。占用和未占用的元素的这种均勻分布将在后 面借助于示图来描述。此外，如已经所解释的，像素分配阵列中的相邻占用的元素序列将意味着用于相 应图像像素的触发脉冲宽度将必须相当窄。如果像素分配阵列的占用的项目与未占用的项 目相邻(当考虑像素分配阵列的“行”时)，使得触发脉冲对于相应的前面的和后继的像素 是关断的，这将是更加有利的。此外，如果占用的项目“之上”和“之下”的项目是未占用的 项目(当考虑像素分配阵列的“列”时)，那么可以提高投影的图像的质量。因此，在本发明 的另外的特别优选的实施例中，像素分配阵列的占用的元素以交替或交错的方式(使人想 起象棋盘或跳棋盘图案)设置或分布在像素分配阵列的未占用的元素之间，其中像素分配 阵列中的占用的元素之间的间隙可以包括若干未占用的元素。例如，在具有四个像素分配 阵列的解决方案中，像素分配阵列的每隔三个元素的元素可以分配给图像像素阵列的相应 图像像素项目，并且居间的元素保持为空或未占用。占用图案的明智选择可以使得某行中 的图像像素项目被分配成与上面或下面的行中的图像像素项目偏移。同样地，这将在后面 借助于示图直观地进行描述。像素分配阵列的占用和未占用的项目也可以依照扫描仪性能 来排列，例如以便给出李萨如图形(Lissajous figure)。如上面所提到的，可以利用依照本发明的方法实现带宽的节省，因为在每幅子帧图像中只有一小部分图像像素被照射。在其中在每个刷新周期内照射图像的每个像素的最 新技术投影系统中，用于激光光源的调制信号必须快速地反应。在依照本发明的方法中，用 于激光光源的调制信号只需要在触发脉冲激活时稳定到所需的像素值。因此，在本发明的一个特别有利的实施例中，调制信号基于像素分配阵列而产生。显然，像素分配阵列的数量 越大，在带宽方面可以造成更多的节省。例如，在六个像素分配阵列的情况下，带宽可以降 低高达六倍，同时仍然提供没有可察觉的小区域闪烁的良好质量的图像。对于更大数量的 像素分配阵列，带宽的节省可能更少，但是可以更好地利用VECSEL激光器的特性，因为其 在以高频向其施加脉冲时最有效。可以对于图像像素阵列序列(例如视频输入流)的每个图像像素阵列计算占用图 案。显然，这将需要计算工作量。优选地，可以将例如从存储器中获取的预定义占用图案应 用到每个图像像素阵列。投影质量要求可能在视频流之间变化，或者甚至在视频流期间变 化。因此，可以调整应用到图像像素阵列的占用图案的数量，例如对于高质量图像要求获取 较高数量的占用图案，对于较低质量要求获取较少的占用图案。如已经解释的，无论何时触发所述类型的脉冲式激光光源时，该激光光源依照其 调制信号的振幅来发射光。当然，激光光源可以在每个像素处触发，即使激光光源的调制信 号远没那么频繁地开关，但是这将不会利用像素分配阵列中的占用的项目之间的“间隙”， 即其相应的像素不被照射的间隔。例如，在两个分配阵列用于图像像素阵列的情况下，子帧 图像中的每隔一个像素的像素不被照射，并且因而对于这些像素不必触发激光光源。因此， 在本发明的一个优选的实施例中，触发脉冲串的占空比依照像素分配阵列的数量来选择， 使得如果N个像素分配阵列用于图像像素阵列并且图像像素项目以上面所描述的方式分 配，那么1/N的占空比用于触发脉冲串就足够了。例如，在四个像素分配阵列的情况下，像 素分配阵列中的每隔三个项目的项目与图像像素项目关联以便像素被照射，从而触发脉冲 串仅仅每隔三个像素激活就足够了，其相应于25%的占空比或者四分之一。在五个像素分 配阵列的情况下，20 %的占空比是足够的，等等。本领域技术人员应当知道的是，脉冲式激光可以由扫描单元引导或偏转以便横越 显示器，使得在显示器上像素被连续地照射。基本上，像素以哪种顺序来照射不是真正重要 的。然而，使用现有的扫描技术将是有利的。由于大多数最新技术扫描仪被配置成从左到 右以及自顶至底地横越显示器，因而在本发明的一个优选的实施例中，激光脉冲序列被扫 描以便以水平的方式横越显示器。换言之，激光可以以之字形方式跨显示器的行来回行进， 例如以一个拐角开始并且来回移动以便依照激光脉冲序列连续照射显示器上的像素。可替 换地，扫描单元可以被实现成产生任何其他的轨迹，这取决于它的性能以及显示器上的相 应图案。本领域技术人员应当知道的是，图像像素可以包括像素的颜色将利用其来再现的 光基色的信息。例如，在RGB颜色系统中，光基色为红色、绿色和蓝色，并且图像像素通过其 红色、蓝色和绿色的比例来描述。在依照本发明的脉冲式激光投影系统中，可以使用一定数 量的单独的激光光源，一个激光光源用于一种基色光颜色。由于红色、蓝色和绿色的比例对 于每个图像像素可能不同，因而每个激光器优选地由单独的或专用的调制信号进行调制。 因此，在依照本发明的方法中，对于多个激光光源的每个激光光源，产生单独的调制信号。最新技术投影系统产生单独的红色、蓝色和绿色图像，例如使用白色光源和色轮 或者单独的基色光源的投影系统。这些基色图像可以快速连续地投影到屏幕上并且由观看 者感知为全彩色图像，或者像在三面板LCD系统的情况下一样在组合之前在单独的显示面 板上产生。然而，在依照本发明的投影系统中，激光脉冲序列可以在投影之前组合以便给出全彩色脉冲序列，使得图像的每个像素在实际投影到显示器上之前已经具有正确的颜色和 强度，并且得到的脉冲序列例如可以借助于光纤连接转发到包括微扫描镜的扫描单元。然 而，也可能在其中红色、绿色和蓝色图像单独地投影到显示器上的系统中应用所描述的方
法。当通过使得多达三个激光脉冲同时产生(每个脉冲具有对应图像像素颜色的适 当强度)来产生图像像素时，可以在相同时刻向全部激光光源施加脉冲。显然，每个激光光 源可以利用其自身的触发脉冲。然而，当触发脉冲由激光光源共享时，可以实现开销方面的 节省。因此，在本发明的一个优选的实施例中，单个共享的触发脉冲串用来开关多个激光光 源的每个激光光源，从而可以获得系统要求的进一步降低。本领域技术人员也应当知道，使 用这种共享的触发脉冲串的图像投影系统将需要没有任何颜色失真(例如具有小于一个 像素的色差)的足够精密的光学器件。在光纤连接和微扫描镜的上述实例中，光脉冲序列 可以基本上没有任何失真地通过。同时触发激光光源具有以下附加优点用于像素的每种 颜色的光脉冲具有相同的长度，从而在像素的边缘处基本上没有颜色重叠，所述颜色重叠 可能是最新技术序列彩色显示器的情况，其中快速连续地产生红色、绿色和蓝色图像。色乱 (colour break-up)也不是问题，不像在使用例如数字光处理(DLP)技术的最新技术时间 序列系统中那样。然而，基于透镜和棱镜的光学系统可能导致放大或偏转，这取决于激光光 源产生的光的波长。在这种系统中，可能优选的是单独地触发每个激光光源，使得触发脉冲 序列的轻微调节可以补偿光学器件的不足。选择单独地触发每个激光光源的另一个原因可 能是特别地以非常高的脉冲频率获得更平滑的功率流。在三个分配阵列的情况下，这样的 实施例的一个实例可能是顺次使用所述分配阵列中的每一个序贯地向三种基色施加脉冲， 使得这三个脉冲产生三个相邻的像素。该实施例的优点是特别平滑的功率流。本发明的其他目的和特征根据以下结合附图考虑的详细描述将变得清楚明白。然 而，应当理解的是，这些附图仅仅被设计用于说明的目的，而不是作为本发明的限制的限 定。


图1示出了图像像素阵列的简化表示；图2a和图2b示出了用于图1的图像像素阵列的像素分配阵列，其用于作为两幅 子帧图像而投影；图3a和图3b示出了用于图1的图像像素阵列的子帧图像，其使用图2a和图2b 的像素分配阵列而被投影；图4a、图4b和图4c示出了用于图1的图像像素阵列的像素分配阵列，其用于作为 三幅子帧图像而投影；图5a、图5b和图5c示出了用于图1的图像像素阵列的子帧图像，其使用图4a、图 4b和图4c的像素分配阵列而被投影；图6示出了光图案、相应的调制信号以及最新技术图像投影系统中的用于图像像 素阵列的触发脉冲串；图7示出了光图案、用于第一和第二子帧的调制信号以及用于使用依照本发明的 方法分布在两个子帧上的图像像素阵列的触发脉冲串；
图8示出了光图案，用于第一子帧、第二子帧和第三子帧的调制信号，以及用于使用依照本发明的方法分布在三个子帧上的图像像素阵列的触发脉冲串；图9示出了依照本发明的图像投影系统的实施例；图10示出了用于用在图9的图像投影系统中的脉冲式激光器的驱动电子器件的 实例实现；图11示出了图像的投影，其图像像素阵列已经分布在两个子帧阵列上；图12示出了图像的投影，其图像像素阵列已经分布在三个子帧阵列上。在附图中，自始至终相同的附图标记表示相同的对象。示图中的对象不一定按比 例绘制。
具体实施例方式图1示出了非常简化的图像像素阵列A。为了说明的目的，阵列中的白色正方形预 期表示显示器中将被照射的像素，“黑色”正方形(密集的阴影线)表示不被照射的像素。 显然，如这里所表示的，图像可以是全彩色的，而不是单色的。此外，用于实际用途的像素阵 列将会大得多，例如当使用PAL标准时为720乘576像素阵列，或者对于全HD而言为1920 乘 1080。图2a和图2b示出了用于将图1的图像像素阵列A作为两幅子帧图像而投影时的 情况的两个像素分配阵列21、22或占用图案21、22。在这些示图中，与在子帧中要被照射 的像素(依照它们在图像像素阵列A中的值)相应的像素分配阵列的项目表示为白色区。 换言之，这些区是“占用的”，并且相应于针对其可以产生调制信号的那些像素。相应于在该 子帧中不被照射的图像像素阵列A的像素的其余项目被示为阴影区。换言之，这些区是“未 占用的”。在两幅子帧图像以及因而两种占用图案的这种情况下，交替的阵列项目保持未占 用。当设想占用图案21、22叠合时，结果将是完全白色的矩形。图3a和图3b中分别示出了使用占用图案21、22的用于图像像素阵列A的子帧图 像s21、S220这些子帧S21、S22中的每一个是用于该子帧的非零调制信号和触发脉冲的组合 结果。子帧图像s21、S22的每个受照射像素在相应的占用图案21、22中具有匹配的占用的 项目。图像像素阵列A的未被照射的像素被认为是未占用的像素分配阵列项目，因为这样 的像素的像素信息实际上相应于未占用的项目。当设想子帧图像S21、S22叠合时，结果将是 完整的图像像素阵列A。再一次地，该示图限于黑白表示，但是在实践中，像素可以具有灰度 级和彩色值。图4a_4c示出了用于使用总共三幅子图像投影图像像素阵列A时的情况的三种占 用图案31、32、33。同样地，如上面针对图2a和图2b所描述的，与在子帧中要被照射的像素 (依照它们在图像像素阵列A中的值)相应的像素分配阵列的项目相应于对于其可以产生 调制信号的那些像素并且表示为白色区。与在该子帧中不被照射的图像像素阵列A的像素 相应的其余项目被示为阴影区。在这个实例中，每隔两个像素分配阵列元素的像素分配阵 列元素将分配给相应的图像像素阵列元素，并且居间的项目保持未占用。当设想占用图案 31、32、33叠合时，结果将是完全白色的矩形。图5a、图5b和图5c中分别示出了使用占用图案31、32、33的用于图像像素阵列A 的子帧图像s31、S32> S33O这些子帧s31、S32、S33中的每一个是用于该子帧的非零调制信号和触发脉冲的组合结果。子帧图像s31、S32> S33的每个像素在相应的占用图案31、32、33中具有匹配的占用的项目。当设想子帧图像S31、S32, S33叠合时，结果将是完整的图像像素阵列 A0即使当图像像素阵列A要分布在更大数量的子帧上时，该原理仍然是相同的。显 然，与这里所示不同的占用图案以及因而子帧阵列分布是可能的。所示的子帧阵列的图像像素通过使得相应的激光脉冲序列产生并且跨显示器扫 描而投影到显示器上。在解释依照本发明的方法之前，将首先借助于图6解释一种可能的 方法，图6示出了图像像素阵列A'或光图案A'的一部分、相应的调制信号60以及用于 VECSEL激光器的触发脉冲串61。在该方法中，触发脉冲串61对于每个像素连续地触发激 光光源，并且调制信号60控制激光输出的强度。在该示图中，为了让事情保持简单，在图像 像素阵列A'中仅示出了四行像素。在图像像素阵列A'的第一行中，像素交替地接通或关 断。在第二行中，连续的像素配对接通并且然后关断，在第三行中，三个“关断”像素之后是 三个“接通”像素，等等。对于这四行，以相应的顺序示出了调制信号60。由图可见，无论 何时调制信号激活或为高，相应的像素被照射。得到的激光脉冲序列被扫描以便从左到右 横越显示器(图中未示出)以产生所示的光图案A'。由图可见，为了 VECSEL的能量转换 效率，触发脉冲必然地必须相当窄。通常，触发脉冲仅对于像素的三分之一是激活的。这意 味着系统不能最佳地利用所使用的激光光源的强度。此外，调制信号60必须非常快速地切 换，因为它必须及时地从一个像素调节到下一个像素。为了清楚起见，该示图仅仅示出了用于单色图案A'的调制信号。显然，全彩色图 像投影需要用于每一种光基色的调制信号。类似地，在下面的其中更详细地描述了依照本 发明的方法的图7和图8中，对于每幅子帧图像示出了例如用于激光光源之一的仅仅单个 调制信号。对于本领域技术人员显然的是，图像像素阵列通常将包括全彩色像素，从而每种 基色激光光源将需要其自身的调制信号以便获得用于每个像素的希望的颜色。显然，所有 基色激光光源的调制信号可以在振幅和相位方面不同。然而，为了说明的目的，仅仅示出了 单个调制信号，这绝没有限制本发明。图7示出了上面针对图6所描述的相同图像像素阵列A'。依照本发明的一个示 例性实施例，使用例如图2a和图2b中所述的占用图案将图像像素阵列A'作为两幅子帧图 像而投影，其中每个交替的元素被分配给图像像素信息，并且每隔一个元素的元素保持未 占用。在图7的上区域(图中用⑴表示)中，要投影第一子帧图像。为此目的，依照第一 像素分配阵列产生调制信号M2。产生具有50%占空比的触发脉冲串T2，从而依照如上面已 经描述的占用图案，仅仅每隔一个像素的像素被照射。对于像素分配阵列的每个占用的元 素，产生触发脉冲，并且无论何时触发脉冲与调制信号M2中的激活或高区域一致，产生激光 脉冲，从而显示器中的相应像素将被照射。同时，用于其他基色激光光源的调制信号依照第 一像素分配阵列来产生并且与触发脉冲串T2 —起应用到蓝色和绿色激光器，从而以全彩色 投影第一子帧图像。在示图的表示为(ii)的区域中，可以看到针对第二像素分配阵列而产生的调制 信号m2。对于该第二像素分配阵列，触发脉冲串T2相移一个像素以便使得照射针对第一像 素分配阵列而未被照射的那些像素成为可能。同样地，无论何时触发脉冲与第二调制信号 M2中的激活或高区域一致，产生激光脉冲，并且显示器中的相应像素将被照射。如已经解释的，用于蓝色和绿色激光光源的调制信号依照第二像素分配阵列同时产生并且与相移的触发脉冲串T2 —起应用到蓝色和绿色激光器，从而以全彩色投影第二子帧图像。由于第一和第二子帧图像以高速度投影到显示器上，因而观看者感知到完整的图像。图8示出了相同的图像像素阵列A'，但是依照本发明的另一示例性实施例，这次 图像像素阵列A'作为三幅子帧图像而投影。在投影这些子帧图像中，使用了例如图4a_4c 所示的占用图案，其中仅仅每隔两个项目的项目分配了图像像素信息，并且居间的项目保 持未占用。在图8的用(i)表示的区域中，示出了针对第一像素分配阵列的用于第一基色激 光光源的调制信号M3(同样地，应当强调的是，对于一定的像素分配阵列，每个基色激光光 源实际上将具有其自身的调制信号)。触发脉冲串T3以33%的占空比产生触发脉冲序列， 从而仅仅每隔两个像素的像素可以被照射。无论何时触发脉冲串T3的触发脉冲与非零调 制信号M3 —致，第一子帧图像的像素被照射。对于第二子帧图像，如示图的用(ii)表示的 区域中所示，触发脉冲串T3移动一个像素，并且调制信号M3针对第二像素分配阵列而产生。 通过相同的方式，使用再次移动一个像素的触发脉冲串T3以及针对第三像素分配阵列的调 制信号M3投影第三子帧图像，如示图的用(iii)表示的区域中所示。现在，将借助于图9解释依照本发明的投影系统的实施例的基本操作。该示图示 出了一定数量的激光光源LK、Lg, Lb以及用于组合基色光束BK、Bg, Bb以便给出彩色激光的 组合光束B的镜和滤波器的系统11、12、13、14。在该实例中，激光光源LK、Lg, Lb为脉冲式 VECSELS LK、Le、LB。在该实例中，将电影投影到显示器2上，并且使用依照本发明的方法快 速连续地将每幅图像作为两幅子帧图像而投影。输入视频流15在视频处理框16中经过处理以便从视频流中获得与要投影到显示 器2上的一系列图像相应的一系列图像像素阵列。每个图像像素阵列A从视频处理框16 中输出并且转发到分配框5。由于每幅图像要作为两幅子帧图像而投影，因而从存储器19 中获取要用于分配图像像素阵列项目的两个像素分配阵列21、22或者占用图案21、22。分 配框5提供输出信息信号18，其转发到激光控制单元8，该激光控制单元包括用于每个激光 光源LK、Le、LB的调制信号发生器单元7K、7e、7B以及触发脉冲串发生器6。当然，部件6、7K、 7e、7B不一定需要在单个单元8中实现，而是可以是分立的。输出信息信号18包括用于触发 脉冲串发生器6的控制和定时信息，并且也包括用于每个调制信号发生器单元7K、7e、7B& 相应控制信息，从而对于每个触发脉冲以及对于每幅子帧图像，可以以适当的量去激活或 者调制每个激光光源LK、Lg, Lb。用于控制每个VECSELS Lk、Lg、Lb的光输出的调制信号M2K、M2G、M2B因而依照输出信 息信号18中携带的信息来产生。换言之，依照当前的子帧阵列中的图像像素信息，红色调 制信号M2k被产生用于红色激光器LK，绿色调制信号M2e被产生用于绿色激光器Le，并且蓝色 调制信号M2b被产生用于蓝色激光器Lb。由于两幅子图像正被投影而具有50%的占空比的 触发脉冲串T2在触发脉冲串发生器6中产生，并且触发脉冲T2对于每个新的子帧相移一个 像素。触发脉冲T2相移所处的时间点也可以通过输出信息信号18来表示。组合激光光束B由包括例如微扫描镜的扫描单元9偏转以便以受控的方式(例如 从左到右以及自顶至底)横越显示器2，从而将子帧投影到显示器上，其中它们被观看者感知为完整的图像。本领域技术人员应当知道的是，所示部件中的一些，例如调制信号发生器单元7K、 7e、7B、触发脉冲串发生器6、扫描单元9等等，需要彼此同步以便将图像投影到显示器上。此 夕卜，要在投影图像或电影中使用的占用图案的数量可以预先确定(例如工厂设定)，或者可 以由用户选择，例如作为调节图像质量的方式。图10示出了用于上面图9中所示的激光器LK、Le、LB之一的驱动电子器件的实例 实现。在该实例中，示出了红色激光器LK。在这里，用于像素红色分量的像素功率由连接到 放大器22的一个输入端的调制信号M2k控制。放大器22由电源20供电。电路以通常的方 式连接到地21。放大器22的输出馈送给能量存储装置25 (在该实例中为电容器25)以便 向半导体激光器Lk提供脉冲。该激光器由同步到像素时钟信号的触发脉冲输入端26提供 脉冲。该激光器由开关24使能，并且激活的持续时间(即触发脉冲的宽度)由触发器23 进行控制(本领域技术人员应当清楚的是，触发脉冲输入端26和触发器23 —起充当上面 图9中所描述的触发脉冲串发生器，因为它们提供了用于控制开关24的触发脉冲串)。无 论何时触发脉冲激活，产生激光脉冲。通过使用电容器25以存储能量，放大器22只需要向 能量存储装置25提供平均电流，并且不必被设计用于高效的VECSEL操作所需的更高的脉 冲电流。图11再次示出了图像1的投影，对于该投影，图1的图像像素阵列A作为两幅子 帧图像S21、S22以上面所描述的交织的方式投影到显示器2上，其中它们被观看者感知为单 幅图像1，如示图中的箭头所示。类似地，图12示出了图像1的投影，对于该投影，图1的图像像素阵列A作为三个 子帧S31、S32> S33而投影，其被观看者感知为单幅图像1，如箭头所示。如上所述，依照本发明的方法使得其成为可能的调制信号频率和触发脉冲宽度的 降低导致带宽要求的有利的降低。投影的图像必须以特定的最小速率刷新以便确保观看者 感知不到闪烁。在依照本发明的方法中，在每周期中对于子帧仅投影一小部分图像内容。由 于仅需要对于子帧中正被显示的每个像素而不是对于任何像素向激光光源提供脉冲，因而 带宽与图像像素阵列在其上分布的子帧阵列的数量成正比地降低。当分解图像像素阵列以 给出两幅子图像时，带宽要求可以降低一半。在三幅子图像的情况下，可能只需要其他情况 (otherwise)所需带宽的三分之一。可以将要投影的图像解构成甚至更多的子图像，例如高 达16幅子图像。因此，依照该方法工作的图像投影系统的所需带宽可以有效地降低至少两 倍。这具有引起更少的硬件系统要求的优点，从而可以以低得多的成本实现实施依照本发 明的方法的图像投影系统。尽管以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是应当理解的是，在不脱离 本发明的范围的情况下，可以对其做出许多附加的修改和变型。
权利要求
一种用于将图像(1)投影到显示器(2)上的图像投影方法，该方法包括步骤a)获得用于待投影的图像的图像像素阵列(A，A′)；b)获得用于图像像素阵列(A，A′)的多个像素分配阵列(21，22，31，32，33)，其中每个像素分配阵列(21，22，31，32，33)包括占用的元素和未占用的元素；c)依照像素分配阵列(21，22，31，32，33)产生用于激光光源(LR，LG，LB)的触发脉冲串(T2，T3)，其中对于像素分配阵列(21，22，31，32，33)的每个占用的元素产生触发脉冲；d)基于图像像素阵列(A，A′)产生用于激光光源(LR，LG，LB)的调制信号(M2，M2R，M2G，M2B，M3)；e)利用触发脉冲串(T2，T3)开关激光光源(LR，LG，LB)并且利用调制信号(M2，M2R，M2G，M2B，M3)调制激光光源(LR，LG，LB)以便产生用于子帧图像(S21，S22，S31，S32，S33)的激光脉冲序列；f)以及扫描该激光脉冲序列以便横越显示器(2)，从而将子帧图像(S21，S22，S31，S32，S33)投影到显示器(2)上；其中对于所述多个像素分配阵列(21，22，31，32，33)中的每个像素分配阵列(21，22，31，32，33)，执行步骤c)-f)，使得图像(1)在显示器(2)上显现。
2.依照权利要求1的图像投影方法，其中用于激光光源(LK，Le，LB)的调制信号(M2，M2K， M2c，M2b，M3)基于像素分配阵列(21，22，31，32，33)而产生。
3.依照权利要求1或2的图像投影方法，其中每个像素分配阵列(21，22，31，32，33)具 有与图像像素阵列(A，A')相同的维度。
4.依照前面的权利要求中任何一项的图像投影方法，其中像素分配阵列(21，22，31， 32,33)的占用的元素以基本上均勻的方式分布在像素分配阵列(21，22，31，32，33)上。
5.依照前面的权利要求中任何一项的图像投影方法，其中像素分配阵列(21，22，31， 32,33)的占用的元素以交错的方式设置在像素分配阵列(21，22，31，32，33)的未占用的元 素之间。
6.依照前面的权利要求中任何一项的图像投影方法，其中触发脉冲串(T2，T3)的占空 比依照像素分配阵列(21，22，31，32，33)的数量来选择。
7.依照前面的权利要求中任何一项的图像投影方法，其中所述激光脉冲序列被扫描以 便以水平的方式横越显示器(2)。
8.依照前面的权利要求中任何一项的图像投影方法，其中多个激光光源(LK，Le，LB)的 激光光源(Le, Lg, Lb)由共享的触发脉冲串(T2, T3)开关。
9.一种图像投影系统(3)，包括-图像像素阵列源(16)，其用于提供图像像素阵列(A，A')；-用于图像像素阵列(A，A')的多个像素分配阵列(21，22，31，32，33)的源(19)，其 中每个像素分配阵列(21，22，31，32，33)包括占用的和未占用的元素；-触发脉冲串发生器(6)，其用于依照像素分配阵列(21，22，31，32，33)产生用于激光 光源(LK，Lg, Lb)的触发脉冲串(T2，T3)，其中对于像素分配阵列(21，22，31，32，33)的每个 占用的元素产生触发脉冲；-调制信号发生器(7K，7e，7B)，其用于基于图像像素阵列(A，A')产生用于激光光源 (Le, Lg, Lb)的调制信号(M2, M2k，M2g，M2B, M3)；-激光控制单元(8)，其用于利用触发脉冲串(T2，T3)开关激光光源(LK，Le，LB)并且利 用调制信号(M2，M2K，M2C，M2b，M3)调制激光光源(Lk，Lc，Lb)以便产生用于子帧图像(S21，S22， S31，S32，S33)的激光脉冲序列；-以及扫描单元(9)，其用于扫描所述激光脉冲序列以便横越显示器(2)，使得子帧图 像(S21，S22，S31，S32，S33)被投影到显示器上⑵，其中所述图像投影系统⑶的部件被配置成投影多幅子帧图像(S21，S22，S31，S32，S33), 使得图像⑴在显示器⑵上显现。
10.依照权利要求9的图像投影系统(3)，包括多个激光光源(LK，Le，LB)，其用于产生 基色光束(BK，Bg, Bb)；以及相应的多个调制信号发生器(7K，7e，7B)，其用于产生用于所述多 个激光光源(LK，Lg, Lb)的每个激光光源(LK，Lg, Lb)的单独的调制信号(MK，Mg, Mb)。
全文摘要
本发明描述了一种用于将图像(1)投影到显示器(2)上的图像投影方法，该方法包括步骤a)获得用于待投影的图像的图像像素阵列(A，A′)；b)获得用于图像像素阵列(A，A′)的多个像素分配阵列(21，22，31，32，33)，其中每个像素分配阵列(21，22，31，32，33)包括占用的元素和未占用的元素；c)依照像素分配阵列(21，22，31，32，33)产生用于激光光源(LR，LG，LB)的触发脉冲串(T2，T3)，其中对于像素分配阵列(21，22，31，32，33)的每个占用的元素产生触发脉冲；d)基于图像像素阵列(A，A)产生用于激光光源(LR，LG，LB)的调制信号(M2，M2R，M2G，M2B，M3)；e)利用触发脉冲串(T2，T3)开关激光光源(LR，LG，LB)并且利用调制信号(M2，M2R，M2G，M2B，M3)调制激光光源(LR，LG，LB)以便产生用于子帧图像(S21，S22，S31，S32，S33)的激光脉冲序列；f)以及扫描该激光脉冲序列以便横越显示器(2)，从而将子帧图像(S21，S22，S31，S32，S33)投影到显示器(2)上；由此，对于所述多个像素分配阵列(21，22，31，32，33)中的每个像素分配阵列(21，22，31，32，33)，执行步骤c)-f)，使得图像(1)在显示器(2)上显现。本发明还描述了一种图像投影系统(3)。
文档编号H04N9/31GK101816185SQ200880110146
公开日2010年8月25日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年10月5日
发明者C·德佩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司