投影照明调节系统、方法及投影仪与流程

1.本技术涉及投影技术领域，具体而言，涉及一种投影照明调节系统、方法及投影仪。


背景技术：

2.在投影产品中，投影画面的对比度是非常重要的性能参数，相关技术中，为了提高投影仪的对比度，一般会在投影镜头所在模块中加入光圈，由光圈调节光线的强度，从而达到提高对比度的目的。常见的光圈采用机械式活动叶片结构，将多个可活动的叶片组合，通过控制每个叶片的相对位置和角度，使得多个叶片组成一个大小可变的光孔，通过调节光孔的改变来控制光线的强度，从而改善投影仪的对比度。这类方法是通过改变从空间光调制器调制后的光线来实现对比度提升，但是提升对比度的同时会使画面亮度也随着降低，非常影响画面的整体性能。
3.针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种投影照明调节系统、方法及投影仪，以至少解决投影仪调节投影画面对比度时会影响画面亮度，降低用户观看体验的技术问题。
5.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种投影照明调节系统，包括：光源模块，用于提供三原色光源；合光模块，用于对所述三原色光源进行合光处理以得到第一光束；照明模块，包括：用于对所述第一光束进行匀光处理以得到第二光束的匀光元件，用于对所述第二光束进行成像以得到第三光束的第一光学透镜组，用于基于投影画面信息调整所述第三光束的光强分布以得到第四光束的掩膜元件，用于对所述第四光束进行缩放以得到第五光束的第二光学透镜组，其中，所述第五光束在空间光调制器上形成的光斑与所述空间光调制器的像素节距相匹配；控制模块，用于将所述投影画面信息传输至所述掩膜元件及所述空间光调制器；所述空间光调制器，用于基于所述第五光束及所述投影画面信息调制目标投影画面。
6.可选地，所述控制模块，包括：信号处理模块，用于获取所述投影画面信息，将所述投影画面信息转换为目标电信号；同步模块，用于将所述目标电信号同步传输至所述掩膜元件及所述空间光调制器。
7.可选地，所述掩膜元件为液晶掩膜元件，所述掩膜元件上具有多个液晶单元，其中，每个所述液晶单元均可基于所述投影画面信息调整所述液晶单元的光透过率，以调整通过所述液晶单元的光束的光强。
8.可选地，所述掩膜元件包括：透射式掩膜元件，用于基于所述投影画面信息，透射所述第三光束并调整所述第三光束的光强分布，得到所述第四光束；或，反射式掩膜元件，用于基于所述投影画面信息，反射所述第三光束并调整所述第三光束的光强分布，得到所述第四光束。
9.可选地，所述光源模块包括：所述光源模块包括：第一原色光源，第二原色光源和第三原色光源，其中，所述第一原色光源、所述第二原色光源及所述第三原色光源的偏振方向相同；所述合光模块包括二色性滤光镜，位于所述三原色光源之间，用于对所述三原色光源进行透射或反射处理，以得到所述第一光束；所述匀光元件为通过微透镜阵列构成的复眼结构的匀光元件。
10.可选地，所述第二光束在所述匀光元件上形成的光斑与所述第三光束在所述掩膜元件上形成的光斑，通过所述第一光学透镜组构成高斯物像关系；所述第四光束在所述掩膜元件上形成的光斑与所述第五光束在所述空间光调制器上形成的光斑，通过所述第二光学透镜组构成高斯物像关系。
11.可选地，所述掩膜元件中的液晶单元的数量与所述空间光调制器的像素数相同，其中，所述液晶单元用于基于所述投影画面信息调整所述液晶单元的光透过率，以调整通过所述液晶单元的光束的光强；所述掩膜元件的高度h与所述空间光调制器的高度h具有如下关系：其中，l2为所述掩膜元件与所述第二光学透镜组之间的距离，l
′2为所述空间光调制器与所述第二光学透镜组之间的距离。
12.根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种投影照明调节方法，包括：获取投影画面信息对应的目标电信号；基于所述目标电信号确定目标光线透过率；基于所述目标光线透过率调整通过掩膜元件的第三光束的光强分布，将得到的第四光束投射至第二光学透镜组，其中，所述第二光学透镜组用于对所述第四光束进行缩放，将得到的第五光束投射至空间光调制器，所述空间光调制器用于基于所述第五光束及所述投影画面信息调制目标投影画面。
13.可选地，所述目标光线透过率t的范围为[t2，t1]，所述目标投影画面的对比度d2为其中，d1为未通过所述掩膜元件调整所述第三光束的光强分布时，所述空间光调制器调制得到的投影画面的对比度。
[0014]
根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述非易失性存储介质所在设备执行上述的投影照明调节方法。
[0015]
根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述的投影照明调节方法。
[0016]
根据本技术实施例的另一方面，还提供了一种投影仪，所述投影仪中包括上述的投影照明调节系统。
[0017]
在本技术实施例中，通过在投影照明调节系统的照明模块中引入可以基于投影画面信息调整通过的光束光强分布的掩膜元件，可以自适应地调节照明到空间光调制器上的光照强度，实现对光源输出的能量进行二次分配，极大降低空间光调制器照射到投影镜头里的能量，从而显著增强投影画面的成像对比度，同时还可以保持画面的整体亮度，显著提升投影画面的观看体验，本技术实施例的投影照明调节系统具有普遍适应性，可以整合到现有光机结构中实现高对比度投影显示，进而解决投影仪调节投影画面对比度时会影响画面亮度，降低用户观看体验技术问题。
附图说明
[0018]
此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0019]
图1是根据本技术实施例的一种投影照明调节系统的结构示意图；
[0020]
图2是根据本技术实施例的另一种投影照明调节系统的结构示意图；
[0021]
图3是根据本技术实施例的一种基于透射式掩膜元件的投影照明调节系统的部分结构示意图；
[0022]
图4是根据本技术实施例的一种掩膜元件的结构示意图；
[0023]
图5是根据本技术实施例的一种液晶光学透过率随驱动电压变化的示意图；
[0024]
图6是根据本技术实施例的一种基于反射式掩膜元件的投影照明调节系统的部分结构示意图；
[0025]
图7是根据本技术实施例的一种高斯物像关系的示意图；
[0026]
图8是根据本技术实施例的一种投影照明调节方法的流程示意图。
具体实施方式
[0027]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
[0028]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0029]
实施例1
[0030]
为了解决现有的投影仪调节投影画面对比度时会影响画面亮度，降低用户观看体验的技术问题，本技术实施例提供了一种投影照明调节系统，通过在投影照明调节系统的照明模块中引入可以基于投影画面信息调整通过的光束的光强分布的掩膜元件，可以实现自适应地调节照明到空间光调制器上的光照强度，从而显著增强投影画面的成像对比度，同时还可以保持画面的整体亮度，显著提升投影画面的观看体验。
[0031]
图1示出了一种可选的投影照明调节系统的结构示意图，如图1所示，该系统中至少包括：光源模块10，合光模块12，照明模块14，控制模块16和空间光调制器18，其中：
[0032]
光源模块10，用于提供三原色光源；
[0033]
合光模块12，用于对三原色光源进行合光处理以得到第一光束；
[0034]
照明模块14，包括：用于对第一光束进行匀光处理以得到第二光束的匀光元件140，用于对第二光束进行成像以得到第三光束的第一光学透镜组142，用于基于投影画面
信息调整第三光束的光强分布以得到第四光束的掩膜元件144，用于对第四光束进行缩放以得到第五光束的第二光学透镜组146，其中，第五光束在空间光调制器18上形成的光斑与空间光调制器18的像素节距相匹配。
[0035]
控制模块16，用于将投影画面信息传输至掩膜元件144及空间光调制器18。
[0036]
空间光调制器18，用于基于第五光束及投影画面信息调制目标投影画面。
[0037]
图2为一种具体的投影照明调节系统的结构示意图，以下以图2为例对投影照明调节系统中各模块的组成和功能进行具体说明。
[0038]
具体地，光源模块通常包括：第一原色光源，第二原色光源和第三原色光源，其中，第一原色光源、第二原色光源及第三原色光源的偏振方向相同。如图2中，201、202、203分别表示r、g、b三原色的光源(具体顺序可自行设置，此处不作限定)，其均为偏振方向相同的线偏振光，优选为激光。
[0039]
可选地，光源模块中还包括：用于对第一光源进行准直的第三光学透镜组，用于对第二光源进行准直的第四光学透镜组及用于对第三光源进行准直的第五光学透镜组。以图3为例，图3示出了一种基于透射式掩膜元件的投影照明调节系统的部分结构示意图，其中，302和303组成第三光学透镜组，用于对第一光源301进行准直，305和306组成第四光学透镜组，用于对第二光源304进行准直，308和309组成第五光学透镜组，用于对第三光源307进行准直。
[0040]
合光模块，通常为二色性滤光镜，位于三原色光源之间，用于对三原色光源进行透射或反射处理，以得到第一光束。其中，二色性滤光镜的反射性和透射性可依据光源的具体实例进行选择，如图2所示，二色性滤光镜204对第一光源201进行透射，对第二光源202进行反射，二色性滤光镜205对第一光源201和第二光源202进行透射，对第三光源203进行反射，最终合光得到第一光束；图3中二色性滤光镜310和311作用同理。
[0041]
在照明模块中，匀光元件可以选用通过微透镜阵列构成的复眼结构的光学器件，也可以选用光棒，用于对第一光束进行匀光处理以得到第二光束，参考图2中的206或图3中的312。
[0042]
第一光学透镜组可以是单个光学透镜，也可以由多个光学透镜组成，用于对第二光束进行成像以得到第三光束，参考图2中的207或图3中的313。
[0043]
掩膜元件，可以为液晶掩膜元件，该掩膜元件上具有多个液晶单元，其中，每个液晶单元均可基于投影画面信息调整液晶单元的光透过率，以调整通过液晶单元的光束的光强，参考图2中的208或图3中的314。
[0044]
具体地，液晶掩膜元件调光原理可以参考图4，其中，401为整个液晶掩膜元件的有效区域，402为光透过率随电压可控的单个液晶单元。典型的液晶光透过率与电压之间的关系如图5所示，其中液晶单元可以实现的光透过率调控范围为[t2，t1]。
[0045]
假设不使用本技术实施例中的掩膜元件时，最终调制得到的投影画面的对比度为d1，则使用本技术实施例中的掩膜元件时，最终调制得到的投影画面的对比度d2为
[0046]
在本技术一些可选的实施例中，掩膜元件还可以分为透射式掩膜元件和反射式掩膜元件，其中，透射式掩膜元件用于基于投影画面信息，透射第三光束并调整第三光束的光
强分布，得到第四光束，参考图3中的314；反射式掩膜元件用于基于投影画面信息，反射第三光束并调整第三光束的光强分布，得到第四光束，参考图6中的604。
[0047]
其中，图6示出了一种基于反射式掩膜元件的投影照明调节系统的部分结构示意图，601为光源模块和合光模块，具体结构可参考图3，匀光元件602用于匀化合光模块的光斑，使其通过第一光学透镜组603后，在反射式掩膜元件604上呈现具有清晰轮廓的矩形光斑。
[0048]
第二光学透镜组同样可以是单个光学透镜，也可以由多个光学透镜组成，主要依据掩膜元件的分辨率和空间光调制器的分辨率进行设计，用于对第四光束进行缩放以得到第五光束，该第五光束在空间光调制器上形成的光斑(即调控的照明区域)与空间光调制器的像素节距相匹配，从而实现像素级的照明控制。参考图2中的209或图3中的315或图6中的605。
[0049]
控制模块，主要用于将投影画面信息传输至掩膜元件及空间光调制器。通常，控制模块中包括：信号处理模块，用于获取投影画面信息，并将投影画面信息转换为目标电信号；同步模块，用于将目标电信号同步传输至掩膜元件及空间光调制器。在图2中，信号处理模块211将获取的投影画面信息转换为目标电信号后，通过同步模块212将目标电信号同步传输至掩膜元件的驱动板213及空间光调制器的驱动板214，实现动态实时的照明控制。
[0050]
空间光调制器，可以通过液晶分子调制光场的某个参量，如调制光场的振幅，通过折射率调制相位，通过偏正面的旋转调制偏振态，或是实现非相干—相干光的转换，从而将一定的信息写入光波中，达到光波调制的目的。它可以方便地将信息加载到一维或二维的光场中，利用光的宽带宽，多通道并行处理等优点对加载的信息进行快速的处理，它是构成实时光学信息处理、光互连、光计算等系统的核心器件。以dlp(digital light processing，数字光学处理)投影仪为例，空间光调制器具体为dmd(digital micromirror device，数字微镜元件)，其是在半导体芯片上布置一个由微镜片(精密、微型的反射镜)组成的矩阵，每一个微镜片控制投影画面中的一个像素。在本技术实施例中，空间光调制器主要用于基于第五光束及投影画面信息调制目标投影画面，参考图2中的210，或图3中的316和317，或图6中的606和607。
[0051]
在本技术实施例中，在光束处理传播过程中，第二光束在匀光元件上形成的光斑与第三光束在掩膜元件上形成的光斑，通过第一光学透镜组构成高斯物像关系；第四光束在掩膜元件上形成的光斑与第五光束在空间光调制器上形成的光斑，通过第二光学透镜组构成高斯物像关系，具体关系如图7所示。
[0052]
其中，匀光元件701与第一光学透镜组702的距离为l1，掩膜元件703与第一光学透镜组702的距离为l
′1，掩膜元件703与第二光学透镜组704的距离为l2，空间光调制器705与第二光学透镜组704的距离为l
′2，以匀光元件中单个复眼结构为例，将第一光学透镜组简化成焦距为f1的理想透镜，将第二光学透镜组简化成焦距为f2的理想透镜，706为成像光轴，虚线为成像主光线，那么匀光元件701，掩膜元件703以及空间光调制器705之间具有如图7所示的物像关系，其中：
[0053]
[0054][0055]
假设掩膜元件与空间光调制器均包含有n个像素级调控单元，即掩膜元件中的液晶单元的数量与空间光调制器的像素数相同，为了满足空间光调制器上每个像素单元的照明光束能够得到独立控制，那么掩膜元件的有效高度h和空间光调制器的有效高度h需要满足如下关系：
[0056][0057]
在本技术实施例中，通过在投影照明调节系统的照明模块中引入可以基于投影画面信息调整通过的光束光强分布的掩膜元件，可以自适应地调节照明到空间光调制器上的光照强度，实现对光源输出的能量进行二次分配，极大降低空间光调制器照射到投影镜头里的能量，从而显著增强投影画面的成像对比度，同时还可以保持画面的整体亮度，显著提升投影画面的观看体验，本技术实施例的投影照明调节系统具有普遍适应性，可以整合到现有光机结构中实现高对比度投影显示，进而解决投影仪调节投影画面对比度时会影响画面亮度，降低用户观看体验技术问题。
[0058]
实施例2
[0059]
在实施例1的投影照明调节系统的基础上，本技术实施例还提供了一种投影照明调节方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0060]
图8是根据本技术实施例的一种可选的投影照明调节方法的流程示意图，如图8所示，该方法至少包括步骤s802-s806，其中：
[0061]
步骤s802，获取投影画面信息对应的目标电信号。
[0062]
步骤s804，基于目标电信号确定目标光线透过率。
[0063]
步骤s806，基于目标光线透过率调整通过掩膜元件的第三光束的光强分布，将得到的第四光束投射至第二光学透镜组，其中，第二光学透镜组用于对第四光束进行缩放，将得到的第五光束投射至空间光调制器，空间光调制器用于基于第五光束及投影画面信息调制目标投影画面。
[0064]
在本技术一些可选的实施例中，当控制模块中的信号处理模块在获取投影画面信息后，会将投影画面信息转换为目标电信号，然后通过同步模块将目标电信号同步传输至掩膜元件及空间光调制器。
[0065]
掩膜元件在获取投影画面信息对应的目标电信号后，会基于该目标电信号确定目标光线透过率。具体地，掩膜元件通常为液晶掩膜元件，该掩膜元件上具有多个液晶单元，其中，每个液晶单元均可基于目标电信号确定该液晶单元的目标光线透过率，以调整通过该液晶单元的光束的光强，参考图2中的208或图3中的314。
[0066]
其中，液晶掩膜元件调光原理可以参考图4，401为整个液晶掩膜元件的有效区域，402为光透过率随电压可控的单个液晶单元，典型的液晶光透过率与电压之间的关系如图5所示，其中，目标光线透过率t的范围即液晶单元可以实现的光透过率调控范围，为[t2，t1]，
因此，目标投影画面的对比度d2为d1为未通过掩膜元件调整第三光束的光强分布时，空间光调制器调制得到的投影画面的对比度。
[0067]
在本技术一些可选的实施例中，实现投影照明调节的完整流程为：光源模块提供三原色光源；合光模块对三原色光源进行合光处理以得到第一光束；匀光元件对第一光束进行匀光处理以得到第二光束；第一光学透镜组对第二光束进行成像以得到第三光束；控制模块将投影画面信息传输至掩膜元件及空间光调制器；掩膜元件基于投影画面信息对应的目标电信号调整第三光束的光强分布以得到第四光束；第二光学透镜组对第四光束进行缩放以得到第五光束；空间光调制器基于第五光束及投影画面信息调制目标投影画面。
[0068]
在本技术一些可选的实施例中，掩膜元件可以分为透射式掩膜元件和反射式掩膜元件，其中，透射式掩膜元件用于基于投影画面信息，透射第三光束并调整第三光束的光强分布，得到第四光束，参考图3中的314；反射式掩膜元件用于基于投影画面信息，反射第三光束并调整第三光束的光强分布，得到第四光束，参考图6中的604。
[0069]
在本技术实施例中，掩膜元件可以基于投影画面信息调整通过的光束光强分布，自适应地调节照明到空间光调制器上的光照强度，实现对光源输出的能量进行二次分配，极大降低空间光调制器照射到投影镜头里的能量，从而显著增强投影画面的成像对比度，同时还可以保持画面的整体亮度，显著提升投影画面的观看体验，本技术实施例的投影照明调节系统具有普遍适应性，可以整合到现有光机结构中实现高对比度投影显示，进而解决投影仪调节投影画面对比度时会影响画面亮度，降低用户观看体验技术问题。
[0070]
实施例3
[0071]
根据本技术实施例，还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行实施例2中的投影照明调节方法。
[0072]
根据本技术实施例，还提供了一种处理器，该处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行实施例2中的投影照明调节方法。
[0073]
具体地，在程序运行时执行实现以下步骤：获取投影画面信息对应的目标电信号；基于目标电信号确定目标光线透过率；基于目标光线透过率调整通过掩膜元件的第三光束的光强分布，将得到的第四光束投射至第二光学透镜组，其中，第二光学透镜组用于对第四光束进行缩放，将得到的第五光束投射至空间光调制器，空间光调制器用于基于第五光束及投影画面信息调制目标投影画面。
[0074]
根据本技术实施例，还提供了一种投影仪，该投影仪中包括实施例1中的投影照明调节系统，并可以实现实施例2中的投影照明调节方法。
[0075]
上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0076]
在本技术的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0077]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间
的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0078]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0079]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0080]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0081]
以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。