专利名称：全可见域彩色视频显示器的制作方法
全可见域彩色视频显示器
背景技术：
人眼对颜色非常敏感。一些研究显示人眼能够区分出超过千万种不同的颜色，远远超越了目前生产彩色显示器的技术，所述彩色显示器例如计算机显示器、电视机以及投影系统。国际照明委员会，根据其官方法语名字Commission internatinale del' Sclairage缩写为CIE，在1931年创作了一个人眼可见颜色的色度图，其具有代表由单一波长的光形成的单色色彩的边缘。如图1所示，所述色度图也称为CIE1931xy坐标。图 1中“马蹄”形状的上边缘指示用于形成相邻完全饱和色的单色光的特定波长。出于多种原因，电影院和电影制作室正将电影院向数字投影方向引导。除了更高质量的画而，与随着每次连续观看而磨损的相对脆弱的电影胶片相比较，以数字格式分发电影的成本远远低于必须运送进出电影院的体积庞大并且沉重的电影片罐。为了促进有关数字分发的标准，几个电影工作室创建了数字电影方案(DCI)。在 2008年3月，DCI发布了规定端对端视频系统的最新标准，从产生到显示，都有规定的格式及公约。DCI规范版本1. 2通过引用被并入本文，并且在此被称为DCI规范。各种显示技术或规范的色域是显示技术或规范可以产生或定义颜色的局限所在。 图2将DCI规范的域示出为带顶点的三角形，顶点表示显示原色红、绿和蓝(RGB)中的每一个。特别地，DCI 规范域的角的 1931CIE xy 坐标为(· 680，· 320)，(· 265，· 690)和(· 150， 060)，分别对应红、绿和蓝。尽管DCI规范的色域很大，且通常比典型的CRT设备(未示出) 的色域大，但它遗漏了很多人眼可以感知的颜色。基于激光的显示器是可用的最宽色域显示器之一，因为激光典型地产生特定波长的光，因此产生饱和光。例如，参考附图3，使用激光器为特定的显示器产生颜色来产生非常宽的色域，单色光在每个RGB顶点处。然而，即使是这个实施例，仍遗漏了很多人眼可以感知的颜色，尤其是在颜色最饱和的图形边缘。本发明实施例解决现有技术的这些和其他限制。
图1是本领域中已知的1931CIE xy色度图。图2是绘制在图1的色度图上的已知DCI规范色域的图。图3是绘制在图1的色度图上的已知的基于激光的显示色域的图。图4是根据本发明实施例的具有单个可调谐激光器的显示器的色域图。图5是图示根据图4的系统的多个叠加域的图。图6是根据本发明实施例的参考图4描述的显示器的完整色域图。图7是根据本发明实施例的具有两个可调谐激光器的显示器的色域图。图8是根据本发明实施例的具有单个固定激光器和宽可调谐激光器的显示器的色域图。图9是描述根据本发明实施例如何从一个或多个可调谐激光器创建期望颜色的图。图10是描述根据本发明实施例的两激光器系统的框图。
具体实施例方式本发明的实施例中使用可调谐激光器来产生供显示的颜色。如下所述，所得到的显示器可以使用一个或多个可调谐激光器结合一个或多个静态激光器，或者结合传统的静态颜色产生技术。这些颜色产生元素然后被投影到屏幕上或者以其它方式用于显示器中以供观看。所得到的显示器具有产生能被人眼辨别的每个或几乎每个可能颜色的能力。本发明实施例的色域限制可以通过修改一个或多个相对纯的光源，例如来自激光器的红、绿或蓝光的波长来调制。激光可以用多种方式被调制(modulate)或调谐(time)。 激光输出可以通过调整操作参数，例如特定激光器的电流或电压而被修改。一些激光调制能够调制仅几纳米的激光波长，而其它的可以实现数十或数百纳米范围的调谐。后者类型的激光器被称为“宽可调”激光器。其中一类可调激光器包括染料激光器，例如使用香豆素M5四甲基染料作为其增益介质且被可控衍射光栅调谐的激光器。另一类可调谐激光器包括固态激光器，例如可以通过控制双折射滤光器而被调谐的Yb:YAG微芯片激光器。简言之，几乎任何类型的满足特定性能标准的可调谐光源都可以用于本发明的实施例。 商业实施例的标准也可以包括大小、购置成本、操作成本、功率输出、波长范围以及敏捷性 (agility)—也被称为重复率。由于在成本、色域(且由此的颜色质量限制)和依赖于具体应用的复杂性之间的最佳权衡，且成本是一个可变目标，提供了多个可替换实施例作为针对在显示技术中扩展色域的给定问题的解决方案。一些解决方案接近于包括整个可见色域而其它的完全包括可见色域。例1 标准红光、纯蓝光、可调谐绿光图4是第一示例性显示器的组件的色域101的图100。所述组件包括产生标准红光的显示器组件(例如固定红光激光器)，产生纯蓝光的任何可接受显示器组件，其也可以是任何可接受但可能是固定点激光器的组件，以及可调谐绿光激光器。该实施例中的绿光激光器是在约501nm和574nm之间可调谐的。实际上，这些些波长被人眼感觉为蓝调绿 (blueish green) (501nm)和绿调黄(greenishyellow) (574nm)。这些端点之间的波长一般被人眼感觉为饱和绿。该实施例中红光组件可产生上述引入的DCI规范中的准确红光。该完全域101几乎完全包括所有的可见颜色，除了在蓝色顶点和位于标绿色标签A的顶点之间的1931CIE色度图的边缘的几乎完个为饱和色的红色、一些蓝色、紫色、洋红色。当可见光谱的端点处的固定波长激光器在商业上可用时，图4中蓝-红线下方的颜色可体现本发明在商业或军事上的应用。通过改变在标为绿色A和绿色B的顶点之间的绿色激光的波长，域101中的所有上方(绿色)区域可被显现。该波长可被迅速调制因此能实现完整覆盖。绿色激光可用在 US专利7，027，471中描述的方式进行调制，该专利被合并引入本文，或者通过上文描述的其它可调谐方法。该调制应该足够迅速以保持任何颜色偏差低于跨越空间和时间的感知阈值。图5是描述域111的图110，其与图4的图100相同，除了图110中描述了将绿色激光调谐为顶点绿色A和绿色B之间的多个特定波长的几个叠加域分量之外。图6是以上描述实施例的完整域121的图120，其表示没有叠加域分量的图100。返回来参考图5，请注意并不是所有的波长设定对于可调谐绿光激光器都是必需的。例如，如果绿色激光器仅在约501nm和M7nm之间的顶点位置绿色A和绿色C之间调谐，则红色角和绿色C间的几乎所有色域将仍然被显示。换句话说，通过很多(但不是所有)可变波长对绿色激光进行调制，许多色域仍然可被显示，同时节省了通过所有其波长来调制绿色激光的成本、时间和努力。这可以节省操作和/或开发成本。例2 扩展红光、可调谐蓝光、可调谐绿光如图7中所示，除了图6中的宽带可调谐绿光激光器之外，通过使用较低波长的红光结合可调谐蓝光激光器，在图6中明显的可见蓝色域的缺少部分可包含在域中。与上文描述的实施例不同，该实施例包括两个可调谐激光器、之前描述的绿光可调谐激光器和在图130的域131中描述的蓝光可调谐激光器。在该实施例中，蓝光激光器是在约380nm(蓝色A)和495nm(蓝色B)之间可调谐的。与之前描述的叠加域非常相似， 根据需要在红色、蓝色A和蓝色B之间可以有更多或更少的单独域以实现对于给定应用优化速度对性能。例如，更少的域，即蓝光激光器的更大的调谐颗粒度，导致蓝色域端点的一些颜色的缺失，而细的颗粒度保持了所有或几乎所有的蓝色。例3 扩展红光、宽调谐绿光(或蓝-绿光)通过扩展单个可调谐激光器的范围以及使用实施例2中的扩展红光，可见光谱的所有颜色可以如图8所示被显现，其示出了域141的图140。该例中的实施例显示了人眼可辨别的所有可见颜色。在该实施例中描述了一个固定红光激光器产生饱和红色。该红光激光器与非常宽的可调谐蓝光激光器结合，该可调谐蓝光激光器在约380nm的蓝色A点和约557nm的蓝色C 点之间可调谐。这个可替换地被称为蓝-绿光激光器，因为它在许多饱和蓝色和饱和绿色上可调谐。例4 扩展蓝光、宽调谐绿光(或红-绿光)相反地，使用已固定的可见光谱的另一侧，通过使用宽可调谐红-绿光激光器，所有的可见颜色可以被显现。换句话说，作为图8中描述的具有固定红光激光器和宽可调谐蓝-绿光激光器的实施例的相反，该例中的实施例可包括固定蓝光激光器和在全红光和绿光之间移动的宽可调谐激光器，例如在约770nm和501nm之间(未示出)。随着激光技术的发展，各种波长范围的宽可调谐激光器的成本和性能(例如功率输出对稳定性、纯度，等等)可以示出该配置是否优于或劣于之前描述的激光器。描述上面描述的实施例如何能够用于显现视频的示例设备和方法参照图9和10 来描述。标准视频颜色编码方法包括YcbCr (以及相关联的YUV)，RGB,以及更适合于扩展域技术的用在DCI规范中的XYZ。用于从这些中的任何一个转换到CIE 1931XYZ和xyY的标准已经存在。这些标准依赖于被显现的特定视频而改变。X^颜色数据的DCI规范可直接转变为xyY坐标系统，其中xy平面在上面的图1-8中已经示出。然后，只根据xy坐标计算或确定，可产生将由可调谐激光器生成的波长。对于使用参考上面的图8描述的单个宽可调谐蓝-绿光激光器和单个固定红光激光器的示例，考虑以下具有示例坐标χ = 0. 34和y = 0. 5的待显现的示例颜色。使用现有技术中的线性混合法标准，并且如在图9所示的，线160通过示例颜色162的坐标连接红色xy坐标。然后线160与色域马蹄曲线151相交于与将由可调谐激光器生成的波长对应的坐标处。通过使用增量小于1最小可觉差(Just Noticeable Difference)所需的精度，可以为所有的CTZ值预计算查找表。请注意对于目标颜色和亮度的激光输出幅度可按标准方法确定，包括首先从激光xyY坐标到XYZ坐标的转换，其次求解下述用于Gamp和Ramp，绿光和红光激光器幅度的等式系统的三个中的两个，分别为Y = Gamp*GY+Ramp*Ry，X = Gamp*GX+Ramp*RX 和 Z = Gamp*GZ+Ramp*RZ。另外，这些值可以在实时系统中通过相应的查找表来预计算和控制。同样地，以上描述的所有四个例子可使用这个或类似的方法将标准视频输入转换为期望的波长和幅度。例如，使用固定红光和蓝光激光器和可调谐绿光激光器，如果输入颜色y在红光激光器y上方，输入颜色χ值可被用于寻找相应的马蹄1，由来自输入颜色的垂直线的交点给出，或者在一个更窄的可调谐绿光的示例中，到最近的可获得波长的线。这给出了马蹄xy坐标以及因此给出了对于合适的颜色生成而言所期望的波长。另外，查找表可用于最小化计算波长的时间和能量，其可以比可用于计算适当的波长和调制可调谐激光器到期望的波长花费更多处理能力和时间。这种用于确定在具有一个或多个可调谐激光器的三色激光器的情况中使用什么波长的通常方法的一种附加优化包括相对于调制速度的上限的优化。对于较不敏捷的可调谐激光器，激光波长调制和激光强度调制的结合可被用于许多颜色。例如，对于之前提到过的固定红光和蓝光以及可调谐绿光激光器，许多颜色对于由绿光激光器波长的多样性所定义的色域的多样性来说是共同的。当显现光栅扫描图像时，如果之前显现的颜色使用了绿光波长《0，并且如果用于Gamp、Ramp和Bamp的等式的系统对目前的目标颜色使用wO具有可实现的解，那么绿光激光器不需要被波长调制，而是或许幅度需要调制，其通常更容易被执行。因此，可调谐激光器不需要被调制，除非视频颜色被确定不属于目前可调谐波长的域。进一步，一种前瞻(look-ahead)方法可以被是用来预期给定可调谐激光器的波长调制，考虑到需要在给定的时间间隔内被显现的所有颜色，且计算容纳所有需要颜色的随着时间推移的波长轨迹。因此相对低重复率的可调谐激光器可以可行地实时以高清分辨率显现自然视频。图10是使用本发明实施例的个示例系统200的框图。系统200包括以上参照图 8描述的固定红光激光器和宽可调谐蓝-绿光激光器。系统200包括被馈送到一对查找表(LUT) 212、214的视频输入210。第一 LUT 212 用于确定所得到的视频的红光分量的幅度，而第二 LUT 214用于确定另一分量的幅度以及期望波长。记得红光发生器，例如红光激光器的波长是固定的，因此系统200不需要计算红光的波长。而且在一些实施例中，LUT212、214的两者或其中之一可被消除，并且值可通过使用以上参考图9描述的系统从输入视频210来计算。在LUT 212,214生成了它们的适当值之后，激光波长控制器220调制可调谐激光器234到期望波长以用于适合的颜色生成。换句话说，波长控制器220确定饱和颜色信号将来自彩色马蹄曲线的什么位置。一对激光器驱动222、224生成适当的功率输出，或者其它可控参数来驱动它们连接的激光器232、234以生成适合的幅度信号。激光器232、234的输出的组合被组合以产生期望的颜色，如从输入视频210所确定的。一旦生成期望的输出颜色，系统200然后通过传统的光学设备240生成像素或显示器的其它部分。例如，通过结合激光器232、234而生成的颜色可通过使用DLP (数字光处理器)或其他投影技术形式而投影到屏幕上。当然，系统200是参照固定红光激光器和可调谐蓝-绿光激光器来描述的。之前描述的其它实施例可在使用LUT、激光器驱动、波长控制和与用在此类系统中的激光器数目相称的激光器的系统中实施。在参照所说明的实施例对本发明的原理进行了描述和说明之后，将会认识到所说明的实施例可以在配置和细节上被修改而不脱离此类原理，而且可以以任何期望的方式被结合。并且尽管上述讨论聚焦在特定实施例上，然而其它的配置是可以预期的。特别是，即使本文使用了例如“根据本发明的一个实施例”或类似的表述，这些措辞也表示通常参照实施例可能性，且不是打算将发明限制为特定的实施例配置。如在本文中使用的这些术语可参照可结合到其它实施例中的相同或不同的实施例。因此，鉴于对本文中描述的实施例的改变的宽泛变化性，该具体描述和所附材料仅用于说明，而不应看作是对本发明范围的限制。因此，本发明所要求保护的是所有此类在下述权利要求的范围和精神之内以及与之等效的修改方式。
权利要求
1.一种视频显示系统，包括 用于接受视频信号的输入端；耦合到输入端并且被构造来从视频信号确定期望颜色的颜色发生器； 一个或多个可调谐激光器；以及耦合在颜色发生器和一个或多个可调谐激光器之间的激光波长控制器，所述激光波长控制器被构造来驱动一个或多个激光器中的至少一个至多个光生成波长之一。
2.如权利要求1的显示系统，其中颜色发生器包括被构造来基于来自视频信号的输入来生成输出的颜色计算器。
3.如权利要求1的显示系统，其中颜色发生器包括一个或多个查找表。
4.如权利要求1的显示系统，其中所述一个或多个可调谐激光器包括 具有固定波长输出的红光激光器；具有固定波长输出的蓝光激光器；以及具有可变波长输出的可调谐绿光激光器。
5.如权利要求1的显示系统，其中所述一个或多个可调谐激光器包括被构造来为被调制以产生在约501nm和574nm之间的两个或更多输出值的可调谐绿光激光器。
6.如权利要求1的显示系统，其中所述一个或多个可调谐激光器包括 具有固定波长输出的红光激光器；具有可变波长输出的可调谐蓝光激光器；以及具有可变波长输出的可调谐绿光激光器。
7.如权利要求1的显示系统，其中所述一个或多个可调谐激光器包括 具有固定波长输出的红光激光器；以及具有可变波长输出的宽可调谐蓝-绿光激光器。
8.如权利要求7的显示系统，其中所述蓝-绿光激光器是在约380nm和557nm之间可调谐的。
9.一种生成显示的方法，包括 接受视频信号；从视频信号生成要被显示的期望颜色；以及调谐一个或多个可调谐激光器来为与期望颜色相关的显示生成输出信号。
10.如权利要求9的生成显示的方法，进一步包括根据期望颜色生成波长控制，并且其中调谐所述一个或多个可调谐激光器包括将波长控制应用到所述一个或多个可调谐激光器。
11.如权利要求9的生成显示的方法，进一步包括基于期望颜色为一个或多个可调谐激光器生成一个或多个功率驱动信号，并且用相应的一个或多个功率驱动信号来驱动一个或多个可调谐激光器。
12.如权利要求9的生成显示的方法，其中调谐一个或多个可调谐激光器包括驱动绿光激光器以产生在约501nm和574nm之间的输出。
13.如权利要求9的生成显示的方法，其中所述一个或多个可调谐激光器被构造来生成可见域的所有颜色，但其中调谐一个或多个可调谐激光器来生成输出信号包括生成少于可见域的所有颜色。
14.如权利要求13的生成显示的方法，其中所述一个或多个可调谐激光器是被构造来在约501nm和574nm之间可调谐的绿光激光器，但其中绿光激光器在约501nm和M7nm之间被驱动。
15.一种驱动视频输出显示器的方法，包括 在输入端处接受视频信号；将视频信号解码成分量颜色部分；从分量颜色部分生成颜色信号；用颜色信号驱动一个或多个可调谐激光器；以及组合来自一个或多个可调谐激光器的输出以产生输出信号；以及将输出信号传输到视频输出显示器。
16.如权利要求15的驱动视频输出显示器的方法，其中生成颜色信号包括对分量颜色部分应用转换。
17.如权利要求15的驱动视频输出显示器的方法，进一步包括从颜色信号生成一个或多个波长控制信号。
18.如权利要求15的驱动视频输出显示器的方法，其中将输出信号传输到视频输出显示器包括驱动DLP。
全文摘要
本发明涉及全可见域彩色视频显示器。本发明的实施例使用一个或多个可调谐激光器来产生用于显示的颜色。所得到的显示器可以使用一个或多个可调谐激光器结合一个或多个静态激光器，或者结合传统的静态颜色产生技术。在此类系统中，来自输入视频的颜色被确定，然后查找表或其它方法可用来将输入颜色转换为用于驱动固定和可调谐激光器的信号。这些颜色产生元素然后被投影到屏幕上或者以其它方式用于显示器中以供观看。所得到的显示器具有产生能被人眼辨别的每个或几乎每个可能颜色的能力。
文档编号H04N9/64GK102307305SQ20101062501
公开日2012年1月4日 申请日期2010年12月20日 优先权日2009年12月18日
发明者K.M.费尔古森 申请人:特克特朗尼克公司