具有用于增强对比度的额外串联光阀的投影系统技术方案

本发明专利技术提供了一种投影系统，其使用与传统颜色分离-会聚棱镜串联的附加光阀，以增大投影图像的对比度，其中位序列被生成以用于附加光阀，并且该位序列不会导致与传统彩色光阀位序列的干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及投影系统，更具体地涉及使用与传统颜色分离-会聚棱镜相串联的附加光阀以增大投影图像的对比度的投影系统。
技术介绍
典型的彩色数字投影仪包括灯、照明系统、以及包括颜色分离-复合棱镜（例如氧化铅摄像管棱镜）的光引擎。光引擎的光学功能为使均匀的照明光分离并进入红色通道/绿色通道/蓝色通道，使每个颜色中继到光阀（如DMD（数字微镜装置）上，然后使所有三个通道复合到单个照明光束中，该照明光束通过投影透镜投影到屏幕上。DMD是一种包括数百万个微镜的机电装置，该数百万个微小镜子通过独立地使每个镜子翻转预定的角度而调制光。在颜色分离-复合棱镜上使用三个这种DMD，来自灯的白色光锥被分到红色通道、绿色通道、以及蓝色通道中。每种颜色独立地通过各自的DMD调制，然后通过棱镜复合。在一视频帧期间，DMD通过打开或关闭镜子数次而调制光。基于位序列和帧速率，帧被分成约20至60个具有不同持续时间的位平面。在给定的位平面期间，屏幕上的每个像素通过单个比特控制，并对于该平面的整个持续时间其被驱动为'ON'或'OFF'。\ON\时间的地点、持续时间、以及数目根据帧的时序进行调节，以控制光水平。结合用于给定像素的'ON'时间给予像素其适当的强度。可增加与传统颜色（RGB）DMD串联的附加光阀如白色DMD，以提高图像对比度，并且没有由于使用动态光圈所导致的损害或伪影。附加光阀通过逐像素减少入射在彩色DMD上的光而增强对比度，以使得在不同的时间不同强度水平打开和关闭光。然而，因为DMD通过在一系列位平面中随时间打开和关闭镜子来调制光，因而增加附加光阀在大多数情况下导致白色像素的强度不同于用于该像素的R值、G值或B值之一的强度（即，白色DMD和彩色DMD在不相关的时间打开和关闭）。从而，这样导致不可预知的颜色、强度变化以及图像伪影。虽然通过使用用于附加光阀的某些不同的技术（例如LCOS，LCD）可多少克服不可预知的颜色和强度变化的问题，但是通过使用这些不同的技术引入了其他问题。具体地，这些技术操作使得所有光（即，不仅是关闭状态的光）变暗，从而必须放大输入信号以补偿并使图像光输出回到其原始水平。这种放大必须空间上匹配白色图像。然而，由于无论什么都存在任何的会聚误差，因而准确的空间匹配是不可能的。虽然可通过柔和化白色图像的边缘和应用至图像的增益功能解决后一问题，但是相反地减小了有效增益。此外，白色图像不能包括任何急剧的强度倾斜，因为其将通过任何会聚错误变换至图像伪影。LCOS和LCD技术还是热限制的，并且在高亮度投影仪中不能很好的工作。
技术实现思路
本专利技术的一方面是提供投影系统，其使用与传统颜色分离-会聚棱镜串联的附加光阀，以增大投影图像的对比度，其中位序列被生成用于白色DMD，该位序列不会导致与彩色DMD位序列的干扰。参照附图，通过下文中更全面地描述和要求的详细的构造和操作，本专利技术的以上及其他方面和优点将变得显而易见，在附图中相同的附图标记指示相同的部分。附图说明图1是传统彩色数字投影仪的示意图；图2是图1所示投影仪的光引擎的示意图；图3是示出用于将图像数据应用至图2的光引擎的图像处理模块的框图；图4A是根据本专利技术实施方式的光引擎的电学示意图，其具有额外的白色DMD；图4B是根据图4B的实施方式的光引擎的光学示意图；图5是示出根据实施方式的在图4A和图4B的光引擎中生成用于白色DMD的位平面的框图；图6是示出使用图5的白色面生成模块从红色、绿色及蓝色位平面数据生成白色位平面的示例性时序图；图7A示出了用于一个位平面的绿色数据的示例，图7B示出了使用图5的白色面生成模块所得到的白色位平面的示例，其中白色区域扩展成超过绿色数据的两个像素和一个像素；图8是根据可替代性实施方式的图4所示的光引擎的白色面生成模块的框图，其中白板上具有光的梯形失真校正；图9A示出了根据实施方式光成像板分割成多个部分，图9B示出了根据实施方式的用于图9A所示的部分的显示的位平面的序列。具体实施方式图1示出了典型投影仪，其包括氙灯和用于形成光锥3的抛物面型反射器1，光锥3穿过紫外线滤光器4进入照明系统2。氙灯位于抛物面型反射器1的第一焦点处，用于使光锥3再成像在与聚光柱12相重合的照明系统2内的第二焦点处。聚光柱将来自氙灯的照明图案输出变换为统一矩形图案。然后从聚光柱12输出的矩形光束通过中继透镜系统13成像到光引擎5上，之后通过投影透镜14投影到屏幕（未示出）上以形成图像。如图2所示，光引擎5包括颜色分离-会聚棱镜（通常为氧化铅摄像管（plumbicon）棱镜），其具有三个棱镜元件。棱镜包括分别的红色通道组件9、绿色通道组件8以及蓝色通道组件7，各通道组件均包括光阀10。棱镜元件包括二向色涂层6a、6b，以使进入的白光分离成蓝色、绿色、及红色。然后在每个光阀10处独立地调制每个颜色。根据示例性实施方式，光阀10为DMD。如上所述，DMD为机电装置，其通常包括通过独立地使每个微镜翻转预定角度（例如+-12度，但也可以是其他角度）来调制光的数百万个微镜。每个DMD10反射调制的光，该调制的光通过棱镜再会聚到用于投影在屏幕上的彩色图像光束11中。参照图3，图像像素数据（例如动画）选自源输入，并在模块30处进行测量，在图像处理模块32内进行修改（包括缩放、弯曲、颜色匹配等），以及应用至格式器，格式器包括用于将像素数据变换至二进制位平面的变换器34。变换到位平面中的像素数据均包括一系列帧，其中每个帧包括像素阵列，该像素阵列包括图像。然后位平面加载到帧缓存36中，由此加载到DMD10中。应用至变换器34的像素数据的源可以是图像处理模块32，或存储在存储器中的图像，或通过任何视频接口接收的数据，并且该数据可以但不需要使用模块30进行测量或处理。如果执行测量，其通常包括水平和竖直同步脉冲的频率，并经常还包括活动窗口的位置。上述图像处理功能为几个公知的示例，但是本领域技术人员应理解，还可包括较少或许多其他功能。图4A和图4B分别是根据本专利技术实施方式的光引擎的电学示意图和光学示意图，该光引擎包括用于对比度增强的额外的光阀，即白色DMD10'、以及4色棱镜43，其中4色棱镜43具有用于白色DMD10'和多个彩色DMD10中每个的多个面。棱镜43在图4B中功能性地示为包括颜色分离器43A和颜色复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于投影系统的光引擎，包括：颜色分离‑会聚棱镜，具有多个颜色组件及各自的颜色光阀；至少一个附加光阀，与所述多个颜色组件和所述各自的颜色光阀中至少之一串联；以及用于将源像素数据变换至颜色位平面并从所述颜色位平面生成另一位平面的模块，所述颜色位平面驱动所述各自的颜色光阀并且所述另一位平面驱动所述附加光阀，其中切换所述附加光阀与所述各自颜色光阀的时序相关联，以防止不可预知的颜色、强度变化以及图像伪影。

【技术特征摘要】
2013.01.18 US 13/745,1451.用于投影系统的光引擎，包括：
颜色分离-会聚棱镜，具有多个颜色组件及各自的颜色光阀；
至少一个附加光阀，与所述多个颜色组件和所述各自的颜色光阀中
至少之一串联；以及
用于将源像素数据变换至颜色位平面并从所述颜色位平面生成另一
位平面的模块，所述颜色位平面驱动所述各自的颜色光阀并且所述另一
位平面驱动所述附加光阀，其中切换所述附加光阀与所述各自颜色光阀
的时序相关联，以防止不可预知的颜色、强度变化以及图像伪影。
2.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述模块包括或门，所述或
门用于结合所述颜色位平面并输出白色位平面，以使得：只要所述各自
的颜色光阀中的任意颜色光阀打开，所述附加光阀打开；并且只要所有
所述各自的颜色光阀关闭，所述附加光阀关闭。
3.根据权利要求2所述的光引擎，还包括强度校正模块，所述强度
校正模块用于在所述源像素数据变换至颜色位平面之前将每个颜色的强
度调节至统一的强度。
4.根据权利要求2所述的光引擎，还包括几何校正模块，所述几何
校正模块用于所述白色位平面的梯形失真校正。
5.根据权利要求1所述的光引擎，其中所述附加光阀和所述各自的
颜色光阀为数字微镜装置。
6.根据权利要求5所述的光引擎，其中每个所述数字微镜装置是分
段的，以使得用于一个位平面的数据显示在一段上，与此同时，来自不
同位平面的数据显示在另一段上。
7.根据权利要求6所述的光引擎，其中，每段水平地设置。
8.根据权利要求6所述的光引擎，其中，每段竖直地设置。
9.根据权利要求1所述的光引擎，...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦斯·格岑，
申请(专利权)人：美国科视数字系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US