本發(fā)明涉及一種顯示數(shù)據(jù)處理的方法,尤其是設(shè)計(jì)一種空間光調(diào)制器調(diào)制數(shù)據(jù)的方法及投影系統(tǒng)。
背景技術(shù):
目前,空間光調(diào)制器(數(shù)字微鏡DMD)在投影顯示領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,其中DMD以其響應(yīng)速度快的特點(diǎn),可以用時(shí)序切換的基色光來實(shí)現(xiàn)彩色投影顯示,由此使得單片式DMD投影系統(tǒng)成為一種較為成熟的技術(shù)。單片式DMD投影系統(tǒng)以其結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,在中低端市場廣泛應(yīng)用。美國專利US7547114B2提供了一種半導(dǎo)體激光器激發(fā)色輪上不同熒光粉色段以形成不同基色光的方法,該方法具有光效高,光學(xué)擴(kuò)展量小的優(yōu)勢,因此發(fā)展迅速,成為投影儀光源的理想選擇。在現(xiàn)有的激光激發(fā)熒光粉光源中,由于產(chǎn)生紅光的紅光熒光粉或者橙光熒光粉激發(fā)效率較低,同時(shí)產(chǎn)生的熒光還需配合相應(yīng)的濾光片濾除短波長光使得紅光更純,這導(dǎo)致最終得到的紅光熒光效率很低。因此對于系統(tǒng)而言,紅光亮度在總體亮度中所占比例較低,即Red content較低。同時(shí)色坐標(biāo)與色域標(biāo)準(zhǔn)比如REC.709或者DCI存在差距。
針對該問題,可以改進(jìn)光源系統(tǒng),通過添加激光,與熒光合光,使得熒光效率、亮度以及色坐標(biāo)均得到改善,同時(shí)激光的散斑也在可以接受的范圍內(nèi),這是一種比較可行的方案。為此通過在時(shí)序上將橙色熒光和紅激光進(jìn)行混合,能夠高效地利用紅激光和橙色熒光發(fā)光,有效節(jié)省成本?;谠摴庠?,與之相對應(yīng)的DMD控制裝置成為投影系統(tǒng)中重要的一部分。然而現(xiàn)有的DMD控制系統(tǒng)中,四段式色輪對應(yīng)四基色,如果應(yīng)用到上述光源中,會(huì)使得紅激光與橙色熒光成為兩種基色光,此時(shí)系統(tǒng)的紅光均由紅激光提供,不僅亮度不夠,同時(shí)散斑現(xiàn)象會(huì)非常嚴(yán)重,失去了激光和熒光時(shí)序合光的初衷。因此,如何實(shí)現(xiàn)一種針對激光和熒光時(shí)序合光的控制方法,以使兩種顏色的光融合,從而提高顯示亮度同時(shí)降低散斑,成為影響該光源能否應(yīng)用于實(shí)際投影系統(tǒng)的最關(guān)鍵問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種空間光調(diào)制器調(diào)制數(shù)據(jù)的方法,包括以下步驟:
將待調(diào)制數(shù)據(jù)的每一幀轉(zhuǎn)換為n個(gè)位區(qū)段,每個(gè)位區(qū)段賦予不同的位權(quán)重;
把至少一個(gè)位區(qū)段至少分為第一子位區(qū)段和第二子位區(qū)段,將轉(zhuǎn)換為位區(qū)段的待調(diào)制數(shù)據(jù)幀載入空間光調(diào)制器;
至少一種待調(diào)制的基色光,該基色光包括第一光和第二光,所述調(diào)制單元的至少一個(gè)位區(qū)段的第一子位區(qū)段調(diào)制所述第一光,第二子位區(qū)段調(diào)制所述第二光。
進(jìn)一步的,所述第一光為激光,所述第二光為熒光。
進(jìn)一步的,所述待調(diào)制的基色光的光強(qiáng)恒定,將一幀待調(diào)制數(shù)據(jù)的最低有效位設(shè)為第一位區(qū)段,其位權(quán)重設(shè)為1,對應(yīng)的調(diào)制時(shí)長設(shè)為t,第n位區(qū)段的位權(quán)重為2n-1,第n位區(qū)段調(diào)制時(shí)長為2n-1t。
進(jìn)一步的,將各位區(qū)段平均劃分為偶數(shù)個(gè)子位區(qū)段,所述各位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長平均分配在各自的子位區(qū)段上。
進(jìn)一步的,把位權(quán)重較高的位區(qū)段劃分的子位區(qū)段數(shù)多于位權(quán)重較低的位區(qū)段劃分的子區(qū)段數(shù)。
進(jìn)一步的,將一幀待調(diào)制數(shù)據(jù)的最低有效位設(shè)為第一位區(qū)段,其位權(quán)重為1,對應(yīng)的調(diào)制時(shí)長為t,所述待調(diào)制的基色光的光強(qiáng)設(shè)定如下:m個(gè)低位區(qū)段中第m位的光強(qiáng)為2m-1p,p為第一位區(qū)段對應(yīng)的基色光光強(qiáng)值,m個(gè)低位區(qū)段中從第二位區(qū)段起的調(diào)制時(shí)長為均設(shè)置為2t,所述各位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長平均分配在各自的子位區(qū)段上;k個(gè)高位區(qū)段中各區(qū)段對應(yīng)的基色光光強(qiáng)均為8p,p為第一位區(qū)段對應(yīng)的基色光光強(qiáng)值,k個(gè)高位區(qū)段中第k高位調(diào)制時(shí)長為2k-m/2t;上述m個(gè)低位區(qū)段中m的取值為1至n/2之間的整數(shù),k個(gè)高位區(qū)段中k的取值為n/2至n之間的整數(shù),以位區(qū)段對應(yīng)的位權(quán)重劃分高低位區(qū)段。
進(jìn)一步的,將各位區(qū)段平均劃分為偶數(shù)個(gè)子位區(qū)段,所述各位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長平均分配在各自的子位區(qū)段上。
進(jìn)一步的,所述待調(diào)制的基色光的光強(qiáng)設(shè)定步驟還包括,產(chǎn)生所述基色光的光源包括m+1組,m個(gè)低位區(qū)段配置有m組光源,m組光源的開啟根據(jù)各位區(qū)段的光強(qiáng)進(jìn)行組合,以達(dá)到各位區(qū)段的相應(yīng)光強(qiáng);k個(gè)高位區(qū)段共用1組光源,根據(jù)k個(gè)高位區(qū)段中的調(diào)制時(shí)長值以達(dá)到各位區(qū)段的相應(yīng)光強(qiáng)。
進(jìn)一步的,每組光源中包括發(fā)射激光的第一發(fā)光組件和發(fā)射熒光的第二發(fā)光組件;在至少一個(gè)位區(qū)段的第一子位區(qū)段開啟第一發(fā)光組件,第二子位區(qū)段開啟第二發(fā)光組件。
進(jìn)一步的,其特征在于,所述待調(diào)制數(shù)據(jù)在所述第一位區(qū)段上調(diào)制過程為:發(fā)射所述激光的第一發(fā)光組件在關(guān)閉的同時(shí)發(fā)射所述第二成分色的第二發(fā)光組件打開。
進(jìn)一步的,其特征在于,所述激光在所述第一位區(qū)段的前半部分調(diào)制,所述熒光在所述第一位區(qū)段的后半部分調(diào)制。
進(jìn)一步的,所述激光的亮度與所述熒光的亮度之和等于所述基色光的亮度,所述激光與所述熒光混合之后的色坐標(biāo)等于所述基色光的色坐標(biāo)。
進(jìn)一步的,發(fā)射所述激光和所述熒光的光源包括發(fā)光組件和色輪,所述發(fā)光組件包括第一發(fā)光元件和所述第二發(fā)光元件,所述色輪上至少設(shè)有一熒光粉和一散射段,所述第一發(fā)元件發(fā)射的光通過所述散射段后形成激光,所述第二發(fā)光元件發(fā)射光通過熒光粉后轉(zhuǎn)換為熒光。
進(jìn)一步的,所述第一發(fā)光元件為紅光激光器,所述激光為紅激光,所述第二發(fā)光元件為激發(fā)光,所述熒光粉為橙色熒光粉,所述熒光為激發(fā)光經(jīng)橙熒光粉轉(zhuǎn)換后的橙熒光。
進(jìn)一步的,所述第一發(fā)光元件為綠光激光器,所述激光為綠激光,所述第二發(fā)光元件為藍(lán)激光器,所述熒光粉為綠熒光粉,所述熒光為藍(lán)激光器發(fā)出的藍(lán)激光經(jīng)綠熒光粉轉(zhuǎn)換后的綠熒光。
進(jìn)一步的,所述激光和熒光混合后的色坐標(biāo)與所述待調(diào)制數(shù)據(jù)中對應(yīng)基色光的色坐標(biāo)相同,所述激光和熒光混合后的亮度與所述待調(diào)制數(shù)據(jù)中對應(yīng)基色光的亮度相同。
本發(fā)明通過將待調(diào)制的數(shù)據(jù)幀劃分為位區(qū)段,對位區(qū)段進(jìn)一步的劃分為更小的子位區(qū)段,在每個(gè)不同的位區(qū)段的各子位區(qū)段分別加載激光和熒光,如此將兩個(gè)色光在時(shí)序上合光,提高了顯示亮度同時(shí)也降低了散斑。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種投影系統(tǒng),空間光調(diào)制器采用上述方法調(diào)制待投影的數(shù)據(jù),得到一種光利用率均較高的投影系統(tǒng)。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)提 供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1處理數(shù)據(jù)的示意圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1處理最低有效位時(shí)的光源開閉示意圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2處理數(shù)據(jù)的示意圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例3處理數(shù)據(jù)的示意圖;
圖5為本發(fā)明實(shí)施例3處理最低有效位時(shí)的光源開閉示意圖
圖6為本發(fā)明實(shí)施例4的投影系統(tǒng)圖;
圖7為本發(fā)明實(shí)施例4投影系統(tǒng)的色輪結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。對于本發(fā)明投影系統(tǒng)色域的控制方法在實(shí)施方式中結(jié)合投影系統(tǒng)的進(jìn)行闡述,為節(jié)省篇幅不再另行說明?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例1
出于舉例本實(shí)施方式選用n=8位灰度值的投影系統(tǒng)說明本發(fā)明的控制方法,將本發(fā)明保護(hù)方案中的待調(diào)制數(shù)據(jù)每一幀單色圖像調(diào)制周期劃分為8個(gè)位區(qū)段,位區(qū)段的劃分以每個(gè)像素的灰度值可以用多少位二進(jìn)制數(shù)據(jù)來表達(dá)為依據(jù),例如有256個(gè)灰度值的像素可以用8位二進(jìn)制表達(dá),假設(shè)以每秒60幀的速率發(fā)送圖像,基色光選取3種,以下以其中一種為例進(jìn)行說明,至少有一種基色光包括2種成分的色光,則一幀單色數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)長為5555.6微秒,為了便于說明本實(shí)施方式以紅基色光為例,其包含的成分色光分別為紅激光R和橙熒光O,(當(dāng)然也可以是其他基色光,例如可以是綠激光和綠熒光,本實(shí)施方式出于舉例并不限定各位區(qū)段上的調(diào)制顏色)以下將以R代表紅激光,O代表橙熒光進(jìn)行表述。
對一幀待調(diào)制數(shù)據(jù)的8個(gè)位區(qū)段賦予位權(quán)重,按照位權(quán)重從低到高依次賦予的位權(quán)重為20、21、22、23、24、25、26、27,各位區(qū)段賦予的位權(quán)重值對應(yīng)于8位灰度值,可以實(shí)現(xiàn)1至255的灰階,為了各位區(qū)段在時(shí)序上能夠?qū)t激光和橙熒光合光,對各位區(qū)段進(jìn)一步細(xì)分,各位區(qū)段在劃分為子位區(qū)段時(shí)優(yōu)選各位區(qū)段劃分為2a個(gè)均勻的子位區(qū)段,(0<a<n的整數(shù))。便于說明本實(shí)施方式,除了位權(quán)重為20的第一位區(qū)段也就是最低有效位 之外其余的7位區(qū)段各自均劃分為2個(gè)相同的子位區(qū)段,按照調(diào)制需要也可以按照其他方式劃分子位區(qū)段。
本實(shí)施方式中紅激光R和橙熒光O光強(qiáng)恒定,在每個(gè)位區(qū)段的第一子位區(qū)段調(diào)制紅激光R,在該位區(qū)段的第二子位區(qū)段調(diào)制橙熒光O,由于光強(qiáng)恒定,則每位區(qū)段上的灰度值僅與該位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長相關(guān),因此按照位權(quán)重分配相應(yīng)與各位區(qū)段位權(quán)重的調(diào)制時(shí)間,假設(shè)最低有效位即第一位區(qū)段的調(diào)制的時(shí)長為t,則各位區(qū)段的調(diào)制時(shí)間依次為:20t、21t、22t、23t、24t、25t、26t、27t,例如第8位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長是27t=128t,將其平均分成兩個(gè)子位區(qū)段之后,第八位區(qū)段的第一子位區(qū)段和第二子位區(qū)段調(diào)制時(shí)長均為64t,以此類推。
提供紅激光R和橙熒光O的光源分別為紅激光器和色輪,色輪上設(shè)有橙色熒光粉段和散射段,激發(fā)光源激勵(lì)橙色熒光粉產(chǎn)生橙熒光O,紅色激光器發(fā)出的紅激光經(jīng)過散射段后形成紅激光R,優(yōu)選的紅激光R和橙熒光O的亮度之和等于紅基色光的亮度,紅激光R和橙熒光O混合后色坐標(biāo)等于紅基色光的色坐標(biāo)。激發(fā)光優(yōu)選445nm的藍(lán)光激光器。通過色輪提供紅激光R和橙熒光O,光源結(jié)構(gòu)簡單,而且紅激光R和橙熒光O優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ),可以保證圖像亮度高散斑少。
受限于目前空間光調(diào)制器的極限翻轉(zhuǎn)速度,最低有效位區(qū)段(LSB)即第一位區(qū)段沒有再進(jìn)行細(xì)分,在第一位區(qū)段,R光占一半時(shí)間(t/2),O光占一半時(shí)間(t/2)。在一幀單色圖像中,最低有效位一般持續(xù)時(shí)長為106/(60*3*255)=21.8μs,也即是圖1中的t=21.8μs,在如此短的時(shí)間內(nèi)要做到紅激光器的關(guān)閉和藍(lán)激光器的打開,對光源要求相當(dāng)高,因此可以采取如圖2的方式,在紅激光器開始關(guān)閉的時(shí)候,打開藍(lán)激光器,二者在t時(shí)段內(nèi)有重疊,達(dá)到混光的效果,這樣對光源的開關(guān)時(shí)長要求降低,更容易實(shí)現(xiàn)。
實(shí)施例2
本實(shí)施方式與實(shí)施例1不同之處僅在于,在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上,為了提高光切換的頻率,避免長時(shí)間段內(nèi)人眼接收不到光而產(chǎn)生flicker效應(yīng)(Flicker效應(yīng)指的是人眼收到明暗光信號的時(shí)間間隔較長導(dǎo)致的閃爍的現(xiàn)象),把位區(qū)段進(jìn)行更大程度的均分,將權(quán)重值較高的位區(qū)段劃分為更多的子位區(qū)段,如圖3所示,將權(quán)重值為27的第8位區(qū)段平均分成8份,R光與O光各分配4份,每個(gè)子位區(qū)段上的調(diào)制時(shí)長為16t;將位權(quán)重為26的第7位區(qū)段平均分成4份,R光與O光各分配2份,每個(gè)子位區(qū)段上的調(diào)制時(shí)長也為16t,與實(shí)施例一相比,R光與O光的切換頻次加大,避免flicker效應(yīng)。
實(shí)施3
主要思想是利用比較大的光強(qiáng)減小位權(quán)重大的位區(qū)段的調(diào)制時(shí)間占比,增加位權(quán)重值比較的小的位區(qū)段時(shí)間占比,這樣就可以使得最低有效位有比較充裕的時(shí)間進(jìn)行調(diào)制,適應(yīng)激光器的開閉時(shí)間。
在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上,同樣選用8位灰度值的投影系統(tǒng)說明本實(shí)施方式的控制方法,將8個(gè)位區(qū)段按照位權(quán)重分為兩組,如圖4所述,第一組為位權(quán)重較小的4個(gè)位區(qū)段,分別是位權(quán)重值為20的最低有效位即第一位區(qū)段,位權(quán)重值為21的第二位區(qū)段,位權(quán)重值為22的第三位區(qū)段和位權(quán)重為23的第四位區(qū)段;第二組為位權(quán)重較大的4個(gè)位區(qū)段,分別是位權(quán)重值為24即第五位區(qū)段,位權(quán)重值為25的第六位區(qū)段,位權(quán)重值為26的第七位區(qū)段和位權(quán)重值為27的第八位區(qū)段。第一組各個(gè)位區(qū)段的光強(qiáng)配置為:第一位區(qū)段光強(qiáng)為p,第二位區(qū)段光強(qiáng)為2p,第三位區(qū)段光強(qiáng)為4p第四位區(qū)段光強(qiáng)為8p;第一組每個(gè)位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長均為2t,t為最低有效位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長。第二組每個(gè)位區(qū)段的光強(qiáng)均配置為8p,調(diào)制時(shí)間配置如下:第五位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長為2t,第六位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長為4t,第七位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長為8t,第八位區(qū)段的調(diào)制時(shí)長為16t。其中將第二位區(qū)段至第八位區(qū)段,每個(gè)位區(qū)段各自均分為2個(gè)子位區(qū)段,則第八位區(qū)段的每個(gè)子位區(qū)段分配到的調(diào)制時(shí)長為8t,則第七位區(qū)段的每個(gè)子位區(qū)段分配到的調(diào)制時(shí)長為4t,……第四位區(qū)段的每個(gè)子位區(qū)段分配到的調(diào)制時(shí)長為t,以此類推。
對于第一組四個(gè)位區(qū)段的強(qiáng)度配置采用四組光源組合的方式實(shí)現(xiàn),具體為每組光源包括發(fā)射激光的第一發(fā)光組件和用于發(fā)射熒光的第二發(fā)光組件,其中有三組光源L1、L2和L3的中第一發(fā)光組件和第二發(fā)光組件發(fā)出的激光和熒光的強(qiáng)度均為p,第四組光源L4中的第一發(fā)光組件和第二發(fā)光組件發(fā)出的激光和熒光的強(qiáng)度均為2p;在第一位區(qū)段上述光源組L1開啟,在第二位區(qū)段光源組L2開啟,在第三位區(qū)段光源組L2和L3同時(shí)開啟,在第四位區(qū)段光源組L2、L3和L4同時(shí)開啟。為了節(jié)省光源,第一位區(qū)段和第二可區(qū)段以共用一組光源,通過控制第一發(fā)光組件和第二發(fā)光組件的發(fā)光時(shí)間可以滿足第一位區(qū)段和第二位區(qū)段的要求。
第二組4個(gè)位區(qū)段共用一組光源,同樣包括用于發(fā)射激光的第一發(fā)光組件和用于發(fā)射熒光的第二發(fā)光組件,發(fā)出的激光和熒光的強(qiáng)度均為8p。
如此以來一幀紅光圖像持續(xù)的時(shí)長為(8t+4t+2t+t*4)*2+t=33t,則t=5555.6/33=168.4μs,與實(shí)施例1中最低有效位(LSB)的調(diào)制時(shí)長21.8μs相比,提高了8倍,可以降低光源的調(diào)制速率,如圖5所述,在此時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)R光激光關(guān)閉和B光激光打開,在本實(shí)施方式中由于最低有效位區(qū)段調(diào)制時(shí)長為實(shí)施例1的8倍,紅激光器和藍(lán)激光器在該段時(shí)間內(nèi)有足 夠的時(shí)間開啟和關(guān)閉,因此對于本實(shí)施方式中的最低有效位區(qū)段(LSB)第一發(fā)光組件在前半段開啟,第二發(fā)光組件在后半段開啟,以實(shí)現(xiàn)所述激光在所述第一位區(qū)段的前半部分調(diào)制,所述熒光在所述第一位區(qū)段的后半部分調(diào)制。在整個(gè)最低有效位區(qū)段也會(huì)有激光和熒光。
實(shí)施例4
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種投影系統(tǒng),空間光調(diào)制器采用上述方法調(diào)制待投影的數(shù)據(jù),如圖6所示,該投影系統(tǒng)包括光源501和502,二向色鏡503,收集透鏡504和506,色輪505,方棒507,光中繼系統(tǒng)508,TIR棱鏡509,DMD芯片510及其控制裝置511,投影鏡頭512。
光源501為445nm藍(lán)激光器,502為638nm紅激光器模組,藍(lán)激光器501發(fā)出的藍(lán)激光與紅激光器模組502發(fā)出的紅激光在二向色鏡503處合光,透射藍(lán)光,反射紅光,合光后的光束經(jīng)收集透鏡504聚焦到色輪505上,色輪505為如圖7所示的四段式色輪,其中藍(lán)段、綠段、橙段,分別涂有散射粉、綠色熒光粉、橙色熒光粉,diffuser段為直接透射,藍(lán)光激光在藍(lán)段、綠段和橙段分別激發(fā)產(chǎn)生藍(lán)光、綠色熒光、橙色熒光后透射,在透射式diffuser段,藍(lán)激光器501關(guān)閉,紅激光器模組502打開,經(jīng)準(zhǔn)直透鏡504聚焦到diffuser后透射,色輪505出射的時(shí)序光經(jīng)收集透鏡506后進(jìn)入方棒507,勻光后經(jīng)光中繼系統(tǒng)508到達(dá)TIR棱鏡509處,反射后到達(dá)DMD芯片510,在DMD控制系統(tǒng)511的控制下,DMD對入射光進(jìn)行調(diào)制,出射后透射TIR棱鏡509,最終經(jīng)投影鏡頭512成像。
通過實(shí)施例的上述說明,使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下,在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此,本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。