技术领域
[0001] 所公开的本
发明的实施方式涉及投影系统的领域，并且更加具体地涉及用作这些投影仪系统中的照明源的发光器件的定序。
[0002] 背景技术
[0003] 多媒体投影系统对于诸如推销演示、商务会议、课堂培训之类的用途以及家庭影院中的应用已经变得很普及了。在典型的操作中，多媒体投影系统从视频单元接收视频
信号并且将
视频信号转换成数字信息，用以控制一个或更多个数字驱动的光
阀。这些光阀可以具有与所投影的图像
像素相对应的可选择性切换的像元或像素。如果将光阀像素转换成“开”状态，则它将使入射光作为图像承载光继续前行(以反射方式或透射方式)，在典型情况下，图像承载光要穿过额外的光学系统，比如投影镜头。在任意一个时刻从光阀发射出的图像将会是与此刻的所有‘开’像素相对应的光的矩阵。这可以称为
位图图像。最近的研究重点已经转移到了在多媒体投影系统中使用诸如发光
二极管(LED)之类的发光器件作为照明源来提供入射光。
[0005] 在附图的图形中为了举例而不是为了限定而图解说明了本发明的实施方式，在这些附图中，类似的附图标记指代类似的单元，其中：
[0006] 图1例示了根据本发明的实施方式的使用照明源的投影系统；
[0007] 图2a-2b画出了代表根据本发明的实施方式的具有相应像素控制数据的发光器件脉冲序列的
波形图；
[0008] 图3a-3b画出了代表根据本发明的实施方式的具有相应像素控制数据的多个子
帧的发光器件脉冲序列的波形图；
[0009] 图4a-4b画出了代表根据本发明的另一种实施方式的具有相应像素控制数据的基本周期发光器件脉冲序列的波形图；
[0010] 图5a-5b画出了代表根据本发明的另一种实施方式的具有在相继子帧中随同相应的像素控制数据变化的
脉冲持续时间的发光器件脉冲序列的波形图；
[0011] 图6画出了根据本发明的实施方式的将发光器件脉冲值设计成反映出成分
颜色位深度的位值的方法；和
[0012] 图7a-7b画出了根据本发明的另一种实施方式的代表具有在相继子帧中随同相应像素控制数据变化的脉冲幅度的发光器件脉冲序列的波形图。
具体实施方式
[0013] 在下面的详细说明中，将会对构成该详细说明一部分的附图加以参照，在这些附图中，类似的附图标记通篇指代类似的部分，并且在这些附图中以图解说明的方式示出了可以实施本发明的具体实施方式。要理解的是，也可以采用其它的实施方式，并且可以进行结构上或逻辑上的改变，而不会超出本发明实施方式的范围。因此，不要从限定的层面上领会下面的详细说明，本发明实施方式的范围是由所附的
权利要求及其等价内容来定义的。
[0014] 图1例示了根据本发明的实施方式的多媒体投影系统100的简化示图，该多媒体投影系统100使用基于发光器件的照明源104并且该多媒体投影系统100与视频单元116接通。照明源104可以与电源106相接并且与光阀设备108在光学上耦合。光阀设备108可以代表一个或更多个显示器，这些显示器包括但不局限于数字微反射镜器件(DMD)、
液晶显示器(LCD)和
硅载液晶(LCOS)显示器。光阀设备108可以具有可选择性切换的像素(不管是以机械方式还是以
电子方式限定的)，这些可选择性切换的像素对应于一个或更多个图像像素。取决于具体投影系统 的成本、
亮度和图像
质量要求，光阀设备108可以具有不同的尺寸和
分辨率、可以是透射型的或反射型的并且可以用在单显示器结构中或多显示器结构中。
[0015] 照明源104可以通过以脉冲方式激活各成分颜色的一个或更多个发光器件来为光阀108相继提供多种成分颜色的入射光120。可以将这些成分颜色认为是单色，当以适当的量把这些单色合成起来时，会创造出图像像素的目标颜色。在一种实施方式中，成分颜色可以包括红色、绿色和蓝色，不过，其它可选实施方式可以额外地或另外地采用很多其它颜色，包括白色和其它颜色组合。
[0016] 在一种实施方式中，如果为一种成分颜色使用不止一个发光器件，则平均发射
波长可以是与期望的光颜色对应的中心波长。例如，一种实施方式可以采用中心波长为520nm的绿色光。这种绿色光可以是多个发射例如500nm波长的发光器件与等数量的发射540nm波长的发光器件相组合的产物。在证明由于成本很高或者可获得性很低而造成获得某一波长的发光器件很难的时候，这种实施方式是很可取的。
[0017] 在一种实施方式中，照明源104的发光器件可以包括能够以下面将详细介绍的方式被脉冲激活的固态
光源。这些固态光源的例子可以包括，但不局限于，
发光二极管(LED)和
激光二极管。
[0018] 在一种实施方式中，第一成分颜色(例如，红色)可以在预定时间段内持续照射光阀设备108。在光阀设备108受到红色光照射的同时，可以取决于这一图像帧的这一像素的期望的红色的强度，将特定的光阀像素持续转换到‘开’状态或激活一定的时间量。光阀像素开启的时间量越大，红色的
色调越明亮。可以对剩余的成分颜色(例如，绿色和蓝色)重复进行这种照明处理。得以作为图像承载光124通过的各个成分颜色的量通常决定了这一图像帧的图像像素的投影颜色。
[0019] 光阀设备108可以与
控制器112接通。控制器112可以与电源106相接并且可以适合于从视频单元116接收视频信号(模拟的或者数字的)和向光阀设备108传送光阀
控制信号。视频单元116可以包括但是不局限于，个人或膝上型计算机、DVD、机顶盒(STB)、集成电视调谐器、 摄像机或者向投影系统100传送视频信号的任何其它适当装置。可以将投影系统100实施在多种不同的应用中，包括但不局限于，游戏、电影、电视、广告和数据显示。
[0020] 控制器112可以基于期望的帧频(典型地是以每秒帧数(fps)衡量的)由模拟视频信号产生图像帧。如果流入视频信号是
数字信号，则可以省去这一处理，因为图像帧应当已经限定过了。不过，可能还是有某些情况期望进行源视频信号的帧频转换。在这样的情况下，可以采用本领域中的其它方面公知的帧频转换技术。
[0021] 可以对图像帧进行
像素映射，以使各个图像像素与该图像帧的目标颜色关联起来。可能的目标颜色的选择可能与多种成分颜色中的各个成分颜色的量化(或强度)等级有关。投影系统100能够产生的目标颜色的数量可以由该系统100的色深(color depth)决定。
[0022] 色深或位深(bit depth)是控制器112的帧缓冲
存储器中每像素所分配的位数，它决定帧中给定像素的目标颜色。较大的色深意味着系统100可以供应较大数量的目标颜色。不过，较大的色深也对应于系统100所要求的资源量增大，例如，存储器、处理器能
力等。通常的色深值是16位和24位，不过也可以使用其它的色深值。24位色深(也称为“真彩色”)可以具有例如每帧每像素三字节的存储空间。对于使用三种成分颜色的实施方式，这会造成1字节的数据代表各个成分颜色的256种不同强度的结果。在不同的实施方式中，可以使用结果造成不同数量的位代表各成分颜色的不同位分配。将不同强度等级的三种成分颜色合成起来，可以得到超过160万种可能颜色的选择。为了举例说明，所示的并且下面将要讨论的简化实施方式涉及9位色深，并且将会为三种成分颜色中的每一种分配三位，用来决定这种成分颜色对于这一图像帧的强度等级。对于所图解说明的实施方式，3位应该能够为各个成分颜色实现八种强度等级，这八种强度等级进而又会造成图像像素具有512种目标颜色中的一种的结果(例如，8种红色强度×8种绿色强度×8种蓝色强度)。
[0023] 根据各个图像像素的期望目标颜色，控制器112可以产生并且送出针对各光阀像素的像素控制数据，以便帮助实现来自照明源104的入射 光120向图像承载光124的调制。可以使像素控制数据与将在下面进行讨论的根据本发明的实施方式产生的发光器件脉冲序列同步。于是可以将图像承载光124传递到投影光学系统128，投影光学系统128可以帮助实现在屏幕、显示器或某种其它机构上的最终成像。投影光学系统128可以包括投影镜头、成像透镜和很多其它的本领域公知的光学组件。
[0024] 在一种实施方式中，在入射光120照射到光阀设备108的(多个)光阀之前，成分颜色的光路应该是相互重合的，从而(这些)光阀沿着相同的路径接收到所有成分颜色的入射光120。这种光路的重叠可以帮助投影系统100的光学扩展量(étendue)或光通量守恒。各种成分颜色的光路可以借助分光合色棱镜(X-cube)、一个或更多个二向色镜或者借助某种其它机构来加以合并。根据另外一种可选方案，来自不同成分颜色的光可以在照射到(多个)光阀之前沿着不同的路径行进。一种具体应用的实施方式可以包括额外的光学组件，用来调整光路，以便帮助实现来自发光器件的光向光阀呈送。这样的组件的例子包括但不局限于，
准直器、积分器、反射镜和成像透镜。
[0025] 图2a画出了代表根据本发明的实施方式产生的发光器件脉冲序列的波形图。具体来说，所给出的代表所得的三种成分颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的发光器件脉冲序列的波形图129、130和131是一个帧周期152内的波形图。各个成分颜色可以由来自一个或更多个发光器件的光组成，如前面所讨论的那样。帧周期152可以相当于控制器发送或者光阀接收包括很多相继图像帧(当这些相继图像帧组合在一起时，会给出象视频影片一样的运动感觉)中的一个静止图像帧的数据所占用的时间段。在各种实施方式中，每秒钟刷新30帧或更多帧。
[0026] 在图2a的实施方式中，各个发光器件具有相等的三分之一占空比，包括一个持续时间为帧周期152的三分之一的脉冲136(1、2和3)。占空比用来代表在给定时间段(例如，帧周期152)内激活发光器件的时间所占的份额。在一种成分颜色开启时，可以关闭其它的成分颜色，这可以使得发光器件能够在为下一个序列而得到激活之前被冷却。在采用固态光源的实施方式中，结型二极管在激活时会发热，这可能会造成光输出在激 活周期内逐渐减少。在激活周期之间有‘关闭’时间可以防止结型二极管由于所产生的热量而经历严重的光输出减少。使得光输出减少可接受的脉冲持续时间是根据应用情况专
门设定的，并且可以以符合本发明范围的多种不同方式来进行操纵。下面讨论的其它一些实施方式会指明可以根据本发明的教导加以实施的其它一些可选用的脉冲序列。
[0027] 在对于各个成分颜色希望有8个量化等级的实施方式中，可以将各个脉冲136(1、2和3)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这些基本周期中的
0-7个基本周期内持续激活光阀像素，为各个成分颜色得出总共8种不同的强度等级。在使用60fps帧频的多媒体投影系统的实施方式中，帧周期152应该是(1秒/60帧＝)16.7毫秒(ms)，并且基本周期应该是((16.7ms/3个颜色周期)×1个颜色周期/7个基本周期＝)0.8ms。
[0028] 在这种实施方式中，假设标称幅度为1，则在一个基本周期内持续激活的光阀像素可以使得1个光单位作为图像承载光通过，这可以相当于这一成分颜色的1个强度等级。可以将本文中使用的幅度理解为施加给有色发光器件的
电流的乘数。所以虽然各个有色发光器件可以具有相同的幅度，但是并非必然表明它们具有相同的施加电流，仅仅意味着所施加的电流相互成比例。一个脉冲期间可得到的光单位的数量也可以称为脉冲值。例如，本实施方式中的各个脉冲136(1、2和3)具有(7个基本周期×1个幅度＝)7个光单位的脉冲值。
[0029] 可以注意到，光单位并非必须与所发射的光通量或
光子相对应，它们仅仅用于帮助发光器件时序序列和不同颜色的量化的讨论。为了实现适当的色平衡，可能需要各个帧包含不同流明量的各种成分颜色。例如，在一种实施方式中为了实现白色光，可能希望使接近60％的光通量为绿色、30％的光通量为红色并且10％的光通量为蓝色。因此，取决于各个发光器件的效率，可以将各个发光器件的驱动功率调节成能够实现这种比例。对于具体实施方式的实施，可以考虑包括发光器件的效率、期望的颜色比例、额定电流等的具体工作参数。
[0030] 图2b表示代表帧周期152内的图像像素的目标颜色的像素控制数据 132。帧周期152内的图像像素是由例如强度为5的红色、强度为4的绿色和强度为7的蓝色限定的目标颜色。基于这一信息，像素控制数据132将会通过在红色脉冲1361期间持续激活光阀像素五个基本周期133来使得5个光单位的红色光作为图像承载光通过。类似地，在绿色脉冲1362 期间，将会持续激活光阀像素四个基本周期134；并且在蓝色脉冲1363 期间将会在所有七个基本周期135内持续激活光阀像素。
[0031] 虽然上面的实施方式将红色、绿色和蓝色作为成分颜色来进行举例说明，但是其它一些实施方式可以额外地或另外地采用其它颜色，比如，但是不局限于，青色、黄色和品红色。此外，一种实施方式可以包括增补其它有色光源的白色发光器件，用以增加有效亮度。这可以通过在整个帧周期152内持续激活白色发光器件来实现，或者，根据另外一种可选方案，可以随同效率不足的器件或者期望产生较高光通量的器件一起以脉冲方式对白色发光器件进行激活。
[0032] 图3a画出了代表根据本发明的实施方式产生的发光器件脉冲序列的波形图。具体来说，波形图140、144和148表示在一个帧周期152期间以脉冲方式多次激活成分颜色发光器件，例如红色、绿色和蓝色发光器件。与前面的实施方式类似，各种成分颜色可以具有1/3占空比，以使各种成分颜色‘开启’帧周期152的三分之一时间。帧周期152可以进一步分为两个子帧周期156和164，各个子帧周期包含来自各个成分颜色的一个脉冲。而且，与前面的实施方式类似，各个成分颜色的总激活时间可被分割为例如7个基本周期，以便为各种成分颜色供应8个量化等级。在这种实施方式中，第一子帧156具有用于各种成分颜色的4个基本周期的脉冲序列160(1、2和3)。因此，第二子帧164具有包括剩下的3个基本周期的脉冲序列162(1、2和3)。
[0033] 如前面那些实施方式所画出的那样以脉冲方式激励各种成分颜色帧周期152的三分之一时间并非必须的，而是有可能在这一时间内从某一发光器件得到帧周期152内全部的流明产量(lumen production)。可以用远超出额定电流参数的电流来脉冲激励发光器件而不会严重影响发光器件相对于产品的寿命，只要针对给定帧的平均施加电流不高于发光器件 的额定电流(由制造厂家决定)。总光输出(可以看作是发光器件发射的光子的数量)一般与所施加的电流成线性比例。因此，每发光器件每帧可以/能够发射的光子的数量受到该帧的平均电流的限制。所以，假设有n个相继脉冲激励的成分颜色，能够将施加给这些成分颜色的发光器件的电流增大到它们对应于1/n占空比的额定电流的n倍。例如，在本实施方式具有三种成分颜色的情况下，用它们对应于1/3占空比的额定电流的三倍对发光器件进行脉冲激励将会产生与在整个帧周期152内以额定电流持续开启各个发光器件相同的每帧周期152光子量。因此，因为各种成分颜色的发光器件可以在单独的时间激活，所以它们可以分时使用同一光阀118，而不会明显减少光输出。
[0034] 图3b示出了代表帧周期152内图像像素的目标颜色的像素控制数据165。帧周期152内的图像像素可以是与前面的实施方式类似的、由例如强度为5的红色、强度为4的绿色和强度为7的蓝色限定的目标颜色。
[0035] 根据所示的实施方式，像素控制数据165可以使光阀像素的操作与第一和第二子帧156和164的成分颜色脉冲同步。可以将强度等级为5的第一成分颜色(例如，红色)168的数据划分为在不比第一子帧156的红色脉冲1601长的持续时间内激励光阀像素的第一信号172。在这个例子中，是在四个基本周期内持续激励光阀像素的。剩下的包括1个剩余光单位的红色数据可以作为信号173来施加，以在第二子帧164的红色脉冲1621期间在剩下的一个基本周期内持续激励光阀像素。这种实施方式的被缩短的脉冲可以使发光器件产生少于单独一个长激励周期的热量，从而有可能减小光输出降低。可以以类似的方式使绿色和蓝色数据169和170与第一和第二子帧156和164的相应脉冲(1602和1603；1622 和1623)同步。
[0036] 图4a表示根据本发明的另一种实施方式产生的发光器件脉冲序列。这种实施方式在色深、帧周期和目标颜色方面类似于前面那些实施方式，不过，在该实施方式中，脉冲174具有减小到与前面讨论过的色深的最低有效位(LSB)相应的程度的脉冲值。在这种实施方式中，不同成分颜色和不同子帧的所有脉冲174具有相等的脉冲值。在很多情况下，并且 如这种实施方式所示，LSB将会是持续单个基本周期的脉冲，但是可能并不总是这种情况。产生这种持续时间的脉冲完全处于现代固态光源的能力之内，某些现代固态光源能够产生纳秒级别的脉冲。在所示的实施方式中，子帧176持续三个基本周期，其中帧周期152内总共有七个子帧176。
[0037] 参照图4b，控制器可以产生可以帮助实现光阀像素与图4a中所描述的脉冲序列同步的像素控制数据179。如图4b所示，不需要在帧周期152中尽可能早地激励光阀像素。例如，不必在前四个子帧176中将四个光单元的绿色数据175都传送给光阀像素。而是可以如图所示那样将它们散布在整个帧周期152内。不过，在另一种可选的实施方式中，可以在帧周期152内尽可能早(或晚)地将成分
颜色数据呈送给光阀像素。
[0038] 图4a所画出的实施方式例示了持续时间和幅度相等的相继子帧176的脉冲。不过，可能并不总是这种情况。例如，可以将一种实施方式设计成这样：相继子帧的脉冲的幅度和持续时间之一或二者可以改变。图5a画出了这样的实施方式的一个示例。
[0039] 在图5a中，给出了根据本发明的实施方式的包括脉冲持续时间不同的脉冲的三个子帧177、180和184。各个子帧177、180和184包括某一脉冲值的脉冲，这一脉冲值可以反映出代表目标颜色的各个成分颜色的位值。
[0040] 图6画出了用于按照与位值相应的脉冲值以脉冲方式激励成分颜色的实施方式的方法。首先，可以确定系统的色深，例如9位(步骤240)。然后可以将这一色深除以该系统中使用的成分颜色的数量，例如3(红色、绿色和蓝色)(步骤250)。这得到成分颜色位深，例如，3位/成分颜色，或者量化等级。因此，各种成分颜色可以由帧缓冲存储器中的三个数据位来代表。可以为成分颜色位深的各个位分配一个位值(步骤260)。例如，3位成分颜色位深的三个位可以具有位值4(MSB)、2和1(LSB)。最后，可以按照与这些位值中的至少一个位值相应的多个脉冲值以脉冲方式多次激励各个成分颜色(步骤270)。例如，参照图5a，第一子帧177的脉冲178(1、2和3)可以具有与MSB相应的脉冲值四(持续时间为四个基 本周期并且幅度为1)，第二子帧180的脉冲182(1、2和3)的脉冲值为二，而第三子帧184的脉冲186(1、2和3)的脉冲值为一。
[0041] 并非必须要求脉冲具有从最高有效脉冲(MSP)178(1、2和3)到最低有效脉冲(LSP)186(1、2和3)的顺序，在其它一些实施方式中可以不按照这种顺序。此外，并非必须要求一个脉冲容纳一个位值。例如，在一种实施方式中，可以在分布在整个帧内的数个子帧的脉冲内施加MSB。
[0042] 可以注意到，前面的实施方式假设系统的色深是在成分颜色间等分的。另外一些可选用的实施方式可以采用不同的分配方案。在一种实施方式中，成分颜色的脉冲值可以具体对应于该成分颜色的位值。
[0043] 可以将图5b中画出的红色数据187进行如下划分：使4个光单位在第一子帧177的MSP 1781期间通过，而剩下的1个光单位在下一个子帧180的脉冲1821期间通过。不过，这1个剩余的光单位并非必定要在下一个连贯的脉冲周期中施加。例如，另一种可选的实施方式可以将这1个剩余的光单元与具有最紧密相关的脉冲值的脉冲关联起来，这个脉冲在这一实施方式中应该是第三子帧184的LSP 186。剩下的成分颜色数据188和189可以以类似的处理方式呈送给光阀像素。
[0044] 图7a画出了根据本发明的实施方式的包括幅度变化的脉冲的发光器件脉冲序列。与前面的实施方式类似，有包括具有不同脉冲值的脉冲201(1、2和3)、202(1、2和3)和203(1、2和3)的三个子帧190、194和198。不过，本实施方式的脉冲201(1、2和3)、202(1、2和3)和203(1、2和3)虽然具有不同的幅度204、208和212，但是具有相等的持续时间200。还类似于前面的实施方式，第一子帧190对应于成分颜色位深MSB，第二子帧194对应于中间位值，而第三子帧
198对应于LSB。
[0045] 在图7b中给出了本实施方式的相应像素控制数据216。当在例如第一子帧190的红色脉冲2011期间将‘开启’信号发送到光阀像素时，由于红色脉冲2011的相应脉冲值，该像素传送四个光单位的红色数据。由于仅剩下一个光单位的红色数据，可以在具有脉冲值为1的脉冲2031(持续时间为1个基本周期并且幅度为1)的第三子帧198期间激活光阀像素。在这种实施方式中，在光阀像素的开启/关闭状态的作用下，可以在剩余 数据的光单位大于或等于脉冲的幅度的时候激活光阀像素。
[0046] 可以注意到，根据这种实施方式，照明源104可以用较少的时间产生等量的光，不过，如前面所讨论的那样，施加给发光器件的电流的平均量可以限制每帧光输出的总量。所以，在这种实施方式中，可以将这些脉冲间隔开，以致在各个激活周期之间存在没有发光器件工作的缓冲期。这种缓冲可以补偿光阀像素与发光器件之间的轻微时序不对准。
[0047] 采用较大色深的实施方式可能需要特殊的幅度和/或持续时间调整，以便使这种特定的系统适合于所强加的约束条件。这些调整可能导致针对不同颜色、子帧等的非均一的脉冲。例如，一种实施方式可以包括绿色脉冲值为6、红色脉冲值为3和蓝色脉冲值为1的子帧。
[0048] 虽然本文为了说明的目的图解和介绍了具体的实施方式，但是本领域技术人员会意识到，为实现相同目的而设计的多种多样的备选和/或等效实现方式可以代替所示的和所介绍的实施方式，而不会超出本发明的范围。本领域的技术人员将会很容易地认识到，本发明可以在种类非常繁多的实施方式中得到实现。本
申请是用来涵盖本文所讨论的实施方式的任意改造或变型的。因此，显然，意图是本发明仅由权利要求及其等价内容限定。
