CN1314274C - 视频投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种视频投影系统，至少包含一个连接到一个用于使光束会聚的反射镜的光源，一个具有多个光透射分段的电机驱动的色环，所述透射分段中的至少一些是用于红色、绿色以及蓝色的二色滤波器，并且可以由一个控制器改变所述色环的旋转速度，所述视频投影系统至少还包含一个使会聚光束在显示器上成像的透镜系统，一个至少包含一个显示器和一个显示器控制器的显示系统，以及一个投影透镜，其中该视频投影系统具有一种视频投影模式和一种照明模式，以及该色环在照明模式中是静止的，并且该色环的至少一个分段可以处于光束中的一个规定的位置。

Description

视频投影系统

本发明涉及一种视频投影系统，该系统至少包含一个光源，它连接到一个用于使光形成光束的反射镜，一个具有若干个分段的由电机驱动的色环，所述分段中的至少一些是用于红色、绿色以及蓝色的二色滤波器，并且可以由一个控制器可控制地改变所述色环的旋转速度，所述视频投影系统至少还包含一个使会聚光束在显示器上成像的透镜系统，一个至少包含一个显示器和一个显示器控制器的显示系统，以及一个投影透镜。

视频投影系统具有一种特别适合显示或所使用的显示器的要求的结构。

那些带有几个显示器、特别是带有三个显示器并且带有二色滤波器的视频投影系统具有高效率的特点，但是它们要求高的投资。这尤其是由用于投影系统的三个显示器、高科技光学系统以及复杂的安装和对象素有严格要求的调整所必需的费用导致的。

另外，可以获得仅具有一个单个的显示器的便宜一些的投影系统。这些系统通常具有相对简单的光学系统并且按照时间顺序产生色彩，并且按照顺序投影红、蓝和绿图像。这种投影系统的一个劣势在于，由于该方法的特性，大约三分之二的可用光量不能得到利用，这是因为在任意给定的时刻，仅有三种色彩中的一种可以用于投影。因为这特别地减弱了所谓的“白场景”的亮度，所以除了该三彩色序列之外，还有一定比例的白光也被透射。

传统光源产生的光束通常用于上述类型的与反射镜和/或会聚透镜相结合的视频投影系统中。然后，该会聚光束照射到位于光束路径上的一个旋转色环上，该色环产生三彩色序列。该色环受到电机的驱动从而进行规则的旋转，并且旋转速度是大约3600到7200rpm。显示器控制器控制这样产生的色彩变化的速度并且使色彩变化同步。如果需要的话，可以由传统的控制器改变色环的速度，例如连续地改变色环的速度。色环的速度以下列方式发生变化，即色彩变化以通常的方式与图像频率(例如50到60Hz)同步。

色环具有多个分段，这些分段沿着色环的圆周彼此相邻地排列，并且由于色环的旋转，这些分段一个接一个地进入光束中。所述分段例如是红、绿以及蓝的二色滤波器。如果额外有按比例的“白光”要被投影，那么在色环上至少按照相同的方式安排一个透明分段。

安排在视频投影系统的光路上的下一个元件是使会聚光束在显示器上成像的透镜系统。除了显示器，该显示系统还至少包含一个显示器控制器，该控制器特别地用于实现色环的速度与图像频率的之间的同步。离开显示器的光束入射到传统的投影透镜上，从而实现人眼可见的运动形象或视频的投影。通常地，将具有高光照强度的光源用于符合高的光学要求的视频投影系统。就此而言，可以用于视频投影的灯类型例如有短弧金属卤化气体放电灯、氙高压灯以及日益增多的UHP(超高性能)灯。

大体上，具有旋转的色环和仅仅单个的显示器的便宜的投影系统既可以在工作的视频投影模式中工作，也可以在照明模式中工作，其中照明模式即所发出的光束用于照明，例如传统的聚光灯。如果将传统的彩色序列视频投影系统用于使用红光进行照明，那么对于绿光和蓝光，以及可能对于白光序列来说，显示器将会被切换到“暗”，从而这些序列对照明不起作用。在这种照明模式中，彩色序列视频投影系统不能获得具有可以相比的光源的聚光灯的亮度。

另外，已知聚光灯是用于满足舞台、运动以及迪斯科照明场地中的高要求的。近来的聚光灯在它们的技术结构方面变得与上面描述的视频投影系统相似，例如电机的电子控制、色环、光阑和透镜系统以及它们的应用，例如静止图像的投影。可以通过US 6113252知道这样一种聚光灯。这里所描述的聚光灯将灯用作它的光源。由一个反射镜将该灯的光形成一个光束，由一个多透镜积分器使该光束均匀化，并且该光束用于照明光阑，并且该光阑在要被照明的场景上成像。可以由电机使所述光阑有规律地进行转换并且所述光阑可以具有特殊的形状，以便例如生成静止图像。将多色环安排在光路上，依赖于这些色环的位置，可以产生所希望得到的任意混合的色彩。为了加大可以显示的色彩空间，可以在光路上一个接一个地放置若干个这样的色环。使用公知的聚光灯不可能实现对运动图像和视频进行投影。

本发明的一个目的是提供一种带有一个显示器的视频投影系统，当处于它的照明模式的时候，该系统具有特别是在所辐射的光的亮度方面带有可比较的光源的聚光灯的特性，并且该系统可以有效地进行工作。

本发明的该目的得以实现，是因为在照明模式中，色环是静止的，该色环的至少一分段可以处于光路上规定的位置，并且可以通过显示器控制而将显示器至少部分地切换为“明亮的”。

一旦从视频投影模式转换到照明模式，就使旋转的色环停顿下来。可以在使色环减速和停止或者从静止位置起动的过程中实现使色环定位在光路中规定的位置处。在技术上最简单的情况下，这仅要求把电机的控制的变化与用于使受到传动轴驱动的色环定位的传统方法和/或公知的设备组合起来。

根据本发明的解决方案提供了一种仅带有一个显示器的视频投影系统，该系统在它的工作功能中将处在视频投影模式中的传统投影系统的主要特性与处于照明模式中的发展成熟的聚光灯的主要特性结合在一起。特别地，这样获得的新系统的视频投影和照明模式中的多功能应用使得专业用户可以实现所谓的“组合设备”的公知的优势，例如为了实现相同的功能和性能，所述新系统与到目前为止必要的两个系统相比，具有降低了的投资和维护费用，并且不会出现显著的性能降低。

使色环或至少一个分段处于光束中规定的位置总是在本发明的范围之内，从而至少部分的光束通过在它的光束中的色环。

本发明范围内的显示器都是目前可以用于视频投影的公知的电子显示器。这些显示器提供两种可能的切换模式，即“明亮的”，即光可以通过，以及“暗的”，即光不能通过。这些显示器还可以提供连续的灰度级。这些显示器是，例如Texas Instrument Inc.公司生成的顺序LCD(液晶显示器)或者DMD(数字微镜设备)系统，它们特别适用于根据本发明的在较高光通量范围内的视频投影系统。

显示系统除了包含显示器作为它们的核心元件之外，还包含所有实现令人满意的工作和外部和/或内部通信所必需的公知的元件和用于连接的接口，例如用于使色环速度与图像频率同步。

特别地，可以提供高光通量的光源是氙高压灯和日益增多的UHP(超高性能)灯(DE 38 13421)。UHP灯可以使用长度低于2mm的电弧进行工作，并且因此在光学系统中具有非常高的效率。除了满足亮度标准和尽可能的是点光源，这种类型的灯提供了视频投影系统所追求的特性，即好的频谱光分布和贯穿灯的整个、长寿命期间的特性的稳定性。

各从属的权利要求涉及本发明的另一些有优势的实施例。

本发明的另一个有优势的实施例涉及生成希望得到的混合色彩，为此，可以使色环以这样一种方式处于照明模式，从而会聚光束入射到色环的两个二色滤波器上。用以上述的方式使色环定位，并因此使色环的一部分处于光束中，这导致光束入射到色环的两个相互邻接的二色滤波器上，由此产生混合色彩。

基本的色彩原理指明，与例如白、灰以及黑的非彩色不同，红、绿以及蓝这样的所谓的彩色的混合导致公知的混合色彩。色度是所有彩色色彩的特性。色度占优势的程度决定了一种彩色色彩的饱和度。每种色彩都具有亮度。可以通过这三种特性来测量和明确地描述每种色彩。

进一步优选的是，所使用的色环除了红、绿以及蓝分段之外，至少还具有一个透明分段。由此可以在视频投影模式中实现公知的优势。如果会聚光束在照明模式中全部入射到透明分段上，那么仅投影“白光”。可以产生具有不同饱和度的色彩，这取决于光束入射到透明分段和二色滤波器上。

特别有优势的是使用具有八个分段的色环，这些分段中的六个是用于红色、绿色以及蓝色的二色滤波器，而其余两分段是透明的，这些分段按照如下所述的顺序在色环的圆周上相互邻接：红、绿、蓝、透明、绿、红、蓝、透明。这种不规则的八个分段的排列，其中每个分段出现了两次，增加了可以以简单的方式生成的混合色彩的数量和具有不同饱和度的色彩的数量。显示器控制器必须在视频投影模式中以适当的方式顾及到八个分段的这一顺序。

随后的本发明的实施例被视为是优选的、可替换的或者联合的以用于实现色环的规定的定位：检测结构、电子整流电机以及/或者用于色彩测量的传感器。

这样一种检测结构(“光电势垒”)检测位于色环的用于使光束通过的部分之外的标记。基于简单的控制环路来改变色环的位置，直到由光电势垒检测到的信号符合给定的要求值。在最简单的情况下，对应于各自的色彩的位置处的标记具有不同的尺寸大小就足够了。

将电子整流电机用作驱动器，由于它的控制作用这将使非常准确的定位成为可能。相关的电路将对应于各自色彩的要求值转换为要求的电机位置。另外，对原色敏感的三个传感器可以测量所产生的光束的实际的色彩值。一种能获取所存储的各自色环的色彩结构数据的反馈电路使色环运动，直到调整到了所希望实现的色彩。

可以通过在色环和透镜系统之间安排一个积分棒(integratingrod)从而改善会聚光束的均匀度。这种安排对于生成混合色彩特别有效。多次内部反射使输入光束混合，从而在积分棒的输出侧可以获得具有混合色彩的均匀照明。

使用一种其上安排有平版印刷(lithography)结构的二色滤波器的色环也是优选的。现在得到广泛应用的这些滤波器在色环上被机械互连，从而使它们的互连位置处通常具有边缘，这些边缘可能会干扰希望得到的光束。通过安排在例如高抗热玻璃(硬玻璃)上的平版印刷结构的二色滤波器，可以尽可能地消除这种干扰。在照明模式中，所描述类型的滤波器还会尽可能少的吸收光。

如果应该可以显示所有色彩或基于红色、绿色以及蓝色所能获得的所有混合色彩，那么优选的是在一个或几个色环上安排全部数量的用于红、绿以及蓝的二色滤波器，从而使这三种色彩中的每种色彩至少直接与其余两种色彩中的一种相邻一次，并且另外这三种色彩中的每种至少与透明分段相邻一次。

在光束中提供第二个色环或更多的色环使得可以进一步拓宽可获得的色彩的范围，即混合色彩的范围。

参考下面的一种实施例，将进一步详细解释本发明。

根据本发明的仅具有一个显示器的视频投影系统可以在视频模式和照明模式中都以高效率进行工作。该视频投影系统具有公知的、相对简单的光学系统，这使得可以按照一个接一个的时间顺序投影所产生的色彩。由视频投影系统中的反射器使由例如UHP灯的传统光源产生的光束会聚。然后，该会聚光照射到旋转的色环1上，该色环被安排在光束中并且具体地产生三种彩色序列。一台电机驱动色环1旋转，转速是大约3600到7200rpm，但是还可以实现替换的速度范围。由显示器控制器使这样产生的色彩变化的速度与色环1上的八个部分2的顺序同步。通过图像频率的传统的、连续的控制来调整色环1的速度。

图1显示了色环1上的分段2的安排，该色环1具有八个在色环1的圆周上一个接一个分布的八个分段2，并且这些分段由于色环1的旋转从而一个接一个地进入光束中。六个分段2是用于红R、绿G以及蓝B的二色滤波器。在色环上安排有两个透明的分段2，用于投影“白光”。可以按照顺时针方向产生色彩的序列：红R、绿G、蓝B、“白”W、绿G、红R、蓝B以及“白”W。

通过在色环和透镜系统之间的光束中安排积分棒可以改善会聚光束的均匀度。多个内部反射使输入光束混合，从而在积分棒的输出侧可以获得均匀照明。在其下游，在视频投影系统的光束中安排有一个透镜系统，该透镜系统将会聚光束投影到DMD显示器上。该显示系统除了包含该显示器之外，至少还包含一个显示器控制器，该控制器实现了色彩变化与图像频率之间的同步。这里的显示器控制器给出一个信号，该信号导致色环的速度的同步。离开显示器的光束入射到传统的投影透镜上，从而可以实现肉眼可见的运动形状或视频的投影。带有旋转的色环和仅一个单个的显示器的该投影系统与具有三个显示器的相比是便宜的，并且可以在照明模式中像例如一个传统的聚光灯那样有效地进行工作。如果将彩色序列视频投影系统用于利用红光照明，那么应该相应地切换显示器，并且使色环在这样一个位置保持静止，从而会聚光束仅入射到用于红色的二色滤波器上。

如果要照明一种特定的形状，例如要用特定的色彩呈现一个文本字符或者一个样本，也被称作“gobo”，那么将要被照明的形状显示在显示器上，并且将被选择用于照明的色彩调整到色环所处的位置处。

所以，在这种工作模式中，视频投影系统实现了可以与具有相同能力的光源的聚光灯相比较的亮度。

Claims (11)

1.一种视频投影系统，至少包含：

耦合到一个用于使光会聚成光束的反射镜的光源，

一个具有多个光透射分段(2)的电机驱动的色环(1)，所述分段(2)中的至少一些是用于红色、绿色以及蓝色的二色滤波器，并且可以由一个控制器修改所述色环的旋转速度，所述色环用于接收由所述反射镜会聚的光束，

一个用于接收离开所述色环(1)的光并使会聚光束在显示器上成像的透镜系统，

一个至少包含一个显示器和一个显示器控制器的显示系统，以及，

一个投影透镜，用于接收离开所述显示器的光并用于投影对人眼可见的光，

其中所述视频投影系统不仅具有一种视频投影模式，还具有一种照明模式，

其特征在于，该色环(1)在照明模式中是静止的，并且该色环(1)的至少一个分段(2)可以处于光束路径中的一个规定的位置。

2.根据权利要求1所述的视频投影系统，特征在于在照明模式中，可以使视频序列在显示器上成像。

3.根据权利要求1所述的视频投影系统，特征在于在照明模式中可以使色环(1)定位成，使得会聚光束入射到色环(1)的一个或两个二色滤波器(2)上。

4.根据权利要求1所述的视频投影系统，特征在于色环(1)至少具有一个透明的分段(2)。

5.根据权利要求1所述的视频投影系统，特征在于色环(1)具有八个分段(2)，其中的六个分段(2)是用于红(R)、绿(G)以及蓝(B)的二色滤波器，以及两个分段(2)是透明的(W)，该八个分段(2)按照下面的顺序沿着色环(1)的圆周一个接一个地紧邻：红(R)、绿(G)、蓝(B)、透明(W)、绿(G)、红(R)、蓝(B)以及透明(W)。

6.根据权利要求1所述的视频投影系统，特征在于，所述色环(1)能够借助于以下构造处于一个规定的位置：

检测结构，用于检测安排在色环上用于使光束通过的多个部分的外部的多个标记，所述多个标记彼此不同并定位在对应于色环(1)的规定的位置的色环(1)上的多个位置，所述色环(1)的规定的位置在改变色环(1)的位置的控制环路获得，直到检测结构检测到位于对应于将要获得的色环(1)的规定的位置的所述位置的标记，或

用作驱动色环(1)的电子整流电机，电机的位置对应于色环(1)的位置，通过将电机停在对应于将要获得的色环(1)的规定的位置的电机位置来获得色环(1)的规定的位置，或

用于色彩测量的传感器，所述传感器用于测量离开所述色环(1)的光的颜色，通过传感器测量离开色环(1)的光的实际的色彩值和反馈电路获得色环(1)的规定的位置，该反馈电路访问所存储的色环的色彩结构数据，对色环进行移动直到获得色环(1)的规定的位置。

7.根据权利要求1所述的视频投影系统，特征在于在色环(1)和透镜系统之间的光束中安排有一个积分棒，所述积分棒用于通过经多次内部反射混合输入到积分棒中的光，改善会聚光束的均匀度。

8.根据权利要求1所述的视频投影系统，特征在于色环(1)的至少一个二色滤波器是平版印刷结构的二色滤波器。

9.根据权利要求1所述的视频投影系统，特征在于至少一个第二色环位于色环(1)和透镜系统之间的光束中，所述第二色环与所述色环(1)相结合，与单独利用色环(1)相比扩大了可获得的混合色彩的范围。

10.根据权利要求1所述的视频投影系统，特征在于，用于红、绿和蓝的二色滤波器安排在：

色环(1)上，或

一个色环(1)上或至少一个第二色环上，另外的色环包括位于色环(1)和透镜系统之间的光束中的第二色环，

总体来说，相对于光束方向，这三种色彩中的每种色彩被安排成至少直接与其余两种色彩中的一种相邻一次，并且另外这三种色彩中的每种被安排成至少与透明分段(2)相邻一次，这种配置用于获得宽范围的混合色彩。

11.根据权利要求1到10中的任何项所述的视频投影系统，特征在于该投影系统可以被用作聚光灯。