CN1550770A - 照明光源的倾斜检测 - Google Patents

Abstract

一种监测包括反射镜(34，34’，78)和灯(24，76)的照明光源(20，72)的方法。此反射镜(34，34’，78)和灯(24，76)的光产生发光体(36，36’)对准以便将来自发光体的反射到所需目标(22，22’，74)光强度最佳化。监测灯(24，76)的取向，并且报告所述取向的变化，作为来自发光体(36，36’)的反射到所需目标(22，22’，74)的光强度下降的指示。

Description

照明光源的倾斜检测

技术领域

本发明涉及监测包括反射镜和灯的照明光源的方法。

背景技术

投影机通常用来在屏幕上显示图像。所投影的图像可基于以下装置接收到的输入视频信号：个人计算机、电视调谐器、数字通用光盘重放机、盒式录像带重放机或者实际上任何其它输出视频信号的装置。大多数投影机包括用于产生高强度或高亮度光的光源，所述高亮度光用来把图像投影到屏幕上。可以通过各种各样的镜子、透镜、彩色转盘和/或其他光学部件来引导所产生的光，以便在屏幕上产生所需的图像。通常，在各种各样放映室内条件下通过比较明亮的光源可以产生具有更大对比度的较好图像。因此，需要使光源的亮度最大化同时把导致达不到最佳光强度的条件减至最少。

发明内容

提供一种监测包括反射镜和灯的照明光源的方法。定义一种参考取向，其中，将反射镜和灯的光产生发光体对准，以便使从发光体向所需目标的反射光强度最佳化。监测灯的取向，并且报告相对于参考取向的变化，作为来自发光体的向所需目标反射的光强度降低的指示。

附图说明

图1用来投影基于接收的视频信号的图像的图像投影系统的示意图。

图2是可能在图1的图像投影系统中找到的图像产生部件的示意图。

图3示出通常水平取向的照明光源，其中等离子体火球处在系统设定位置上。

图4示出一种发光体，所述发光体与投影系统的光轴对准以便使射向调制器的光强度最佳化。

图5示出与投影系统的光轴不对准的发光体。

图6示出图3的在倾斜取向下的照明光源，其中等离子体火球已经离开系统设定位置。

图7示出图3的倾斜90度的照明光源的实例。

图8示出用来检测物体相对于参考轴的倾斜的倾斜检测器。

图9示出图6的在倾斜取向下倾斜检测器。

图10示意地示出配置成测量相对于两轴的斜度的倾斜检测器的实例。

图11示意地示出用来报告检测到的斜度的控制系统。

图12示意地示出展开式图像投影系统。

具体实施方式

图1示意地示出图像投影系统10，它包括图像产生部件12、倾斜传感器14和控制系统16。图像产生部件12用来把图像投影到屏幕或其他观看表面上。如以下参考图像产生部件12的具体实施例所详细描述的，在与一个或一个以上参考轴对准的情况下，图像产生部件可被校准以便产生最佳投影光强度。相对于这些光轴的倾斜可能产生所不希望出现的、小于最佳状态的投影光强度。倾斜传感器14用来检测图像产生部件与参考轴之间的斜度。控制系统16用来报告倾斜传感器检测到的倾斜偏差。这样，可以判断投影光强度的降低并对其进行校正。

图2示意地示出示范的图像产生部件12。应该明白，图像产生部件12是作为本公开范围内的各种各样不同配置的图像产生部件的非限制性实例而提供的。图像产生部件12包括照明光源20和调制器22。照明光源20产生提供给调制器22的相对高强度或高亮度的光线。调制器22用来把从照明光源接收到的光线转换成为受视频信号限定的投影图像。对应于由视频信号描述的每一个像素，调制器把适当的彩色光线射到观看表面上的相应位置，在下文中将更详尽地描述。

图3示意地示出包括等离子灯24的照明光源20的非限制性实例。合适的等离子灯的实例包括(但不受限于)高压水银灯、高压氙灯和高压钠灯。灯24包括外壳26，它界定等离子28的体积。延伸到等离子外壳中的是一对电极，也就是正极30和负极32。所述灯还包括反射器34，可以把它成形为锥形表面，例如椭圆面、抛物面、非球面形表面或者具有其他合适的形状，以便把光线射向所需目标。灯24包括倾斜传感器50，它可以安装在相对于电极的固定位置上。倾斜传感器可以安装在相对于电极有固定关系的外壳或任何其它结构上。在图解说明的实施例中，示意地示出固定在电极上的倾斜传感器，以表明相对于电极而言传感器是固定的。可以横跨所述两个电极施加电压，使所述电极之间形成电弧，因而激发等离子体，所述等离子体产生等离子体火球36。等离子体火球36发射出高亮度或高强度的光线，可以通过反射镜34和/或诸如镜子和/或透镜的光学部件使这些光线射向调制器或其它所需目标。等离子体火球36是可以产生射向所需目标的光线的发光体的非限制性实例。

如图4所示，反射镜34可以被对准或适当定位，以便使射向诸如调制器22的所需目标的光线L的强度最大化。在椭圆反射镜的情况下，这通常涉及将反射镜这样定位，使得等离子体火球26与光轴OA对准并且被定位在反射镜的焦点f1上。实际应用中，调制器22可以包括光学元件，如积分棒，用来接收来自反射镜的光线L。此类元件可以与光轴对准，而且孔径A被定位在反射镜的另一个焦点f2上。当灯处在一般水平、正面朝上取向、在正常条件下工作时，反射镜通常是相对于电极在位置上固定的。反射镜的有效性能与相对于给定的等离子体火球位置的适当对准有关。因此，一旦反射镜被适当地对准，如果等离子体火球的位置相对于反射镜改变的话，则射向所需目标的光线L的强度就会下降，如图5所示。图5示意地进行图解说明，以夸大通过孔径A的光线L的减弱，而且应该明白，不定的等离子体火球或其它发光体的质量(degree)、未对准可能导致不定量的光射向所需目标。

如图3中可能见到的，等离子体火球36位于正极30和负极32之间的系统设定位置38上。系统设定位置38对应于灯24的大体上水平取向。等离子体火球36可以产生大量的热，这些热可能在外壳38内部产生对流。对流可能影响等离子体火球的相对位置，使得等离子体火球在与重力G相反的向上方向上升高。其它可移动的发光体可以相似地受到对流和/或其它力的影响。对流矢量40示意地说明对流对等离子体火球的影响，就是使等离子体火球在与重力相反的方向上向上移动。虽然图中示出直接对抗重力的流矢量40，但是应该明白，等离子外壳的形状和/或其它因素可能使对流矢量40歪斜。然而，对于特定的灯来说，对流通常产生始终如一的力，它可预期地影响等离子体火球的位置。对流可以将等离子体火球偏离产生此火球的电极的轴，这种偏离可以被预计到。反射镜与等离子体火球的对准是所述偏离的原因，因此，系统设定位置38可能偏离正极和负极的轴，但仍然定位在系统光轴上反射镜的焦点上。如果对流力的改变明显，那么，等离子体火球可能离开其系统设定位置而脱离光轴，这将可能降低反射到所需目标(如调制器的孔径)的光量。

改变灯的取向也可能降低反射镜反射到所需目标的光强度。如下所解释的，等离子体火球可能离开其在光轴上的系统设定位置，这可能导致射到调制器孔径或其他所需目标的光量的减少。当灯被旋转时，对流矢量继续抗衡重力，导致对流矢量和灯之间的关系发生变化。这样，等离子体火球与灯的相对位置可能发生改变，或者换句话说，等离子火求可能离开系统设定位置38。例如，图6示出在倾斜取向下的灯24。虽然灯被倾斜，但对流矢量40继续对抗重力，因此，矢量不会随着灯的倾斜而倾斜。这样，等离子体火球36离开系统设定位置。因为当等离子体火球在系统设定位置时反射镜通常是对准的，因此，当等离子体火球不在系统设定位置时，被反射镜引导的光线的强度可能小于最佳强度。而且，如图7所示，灯可能被倾斜，使得对流导致等离子体火球至少部分吞没电极，这可能损坏电极并导致灯的过早失效。

等离子体火球离开其系统设定位置的量和/或方向通常对应于灯相对于可以根据它进行校准(为最大光强度而进行对准)的取向的倾斜量，所述取向可以称为参考取向。更大的倾斜量可能使等离子体火球离开所述对准位置更远，因此，射向所需目标的光强度就会下降，例如通过系统光轴上的固定面积孔径的光强度就会下降。因此，有必要检测倾斜，以便可以判断和校正所述不对准。

图8示出示范的倾斜检测传感器50’。倾斜传感器50’可以配置成检测电极的倾斜。倾斜传感器可相对于电极在位置上固定，使得当正极和负极移动时倾斜传感器50’也移动。气泡倾斜传感器、水银倾斜传感器和电解传感器是可以用于根据本公开的图像投影系统中的各种倾斜传感器的非限制性实例。可以作为用来监测照明光源的取向的设备的非限制性实例提供倾斜传感器。

倾斜传感器50’包括电解传感器，电解传感器包括部分装有导电流体54的导管52。在没有加速度的情况下，重力决定导管52内流体54的位置。倾斜传感器还包括触点56、58和60。如图8所示，当倾斜传感器50处在水平位置时，因为各对触点之间导电流体54的量相同，所以，触点56和触点58之间的电阻与触点5 6和触点6 0之间的电阻也就相同。如图9，当被倾斜时，触点56和触点58之间的电阻与触点56和触点60之间的电阻不一样，那是因为在各对触点之间的导电流体的量不一样。在触点56和触点69之间的导电流体的量多于触点56和触点58之间导电流体的量。一般来说，电阻的差别与传感器被倾斜的量成比例。因此，可以测量传感器之间的电阻来确定传感器被倾斜的量。

虽然倾斜传感器50’只是配置成测量相对于一个参考轴R的斜度，但是，应该明白，各倾斜传感器也可以配置成测量相对于不止一个轴的斜度。例如，图10示意地示出倾斜传感器62，它包括用来测量沿参考轴R的斜度的导管64和用来测量沿不同的参考轴R’的斜度的另一导管66。在这样的配置中，导管之间可以互相垂直取向，使得传感器可以方便地例如测量方位和仰角。在一些实施例中，额外的和/或可供选择的元件也可以包括在倾斜传感器中。例如，倾斜传感器也可以包括判定图像产生部件是正面朝上还是正面朝下的取向检测器。而且，倾斜传感器可以包括用于在图像产生部件旋转超过预定的阈值时测量斜度的不同的导管。上述的倾斜传感器仅作为实例提供，应该明白，也可以选择性地采用其他倾斜传感器。

如图1所示，图像投影系统10包括控制系统16。控制系统可以以工作方式耦合到倾斜传感器并且用来报告由倾斜传感器检测到的并超过预定的最小阈值的斜度偏移。可以在超过可接受的工作范围时和/或以代表变化的倾度的增量值的形式报告所述偏移。作为第一种情况的实例，在可接受的工作范围内，可以对控制系统进行编程，以便考虑小于预定最小阈值(1°，2°，3°，4 °，5°，10°，15°等等)的斜度。例如，已经发现大约10度的预定最小阈值提供大多数高压水银灯可接受的工作范围，但可以设置其它最小值来促进特定灯的优化。如果斜度超越了预定的最小阈值，那么，可以对控制系统进行编程以便报告投影仪的工作超出可接受的范围。此报告结果不一定包括投影仪被倾斜的精确量的细节。作为第二种情况的实例，控制系统可以更加确切地报告投影仪被倾斜到什么程度，例如给出一个显示倾斜度的数值。在一些实施例中，投影仪既能报告反映斜度相对量的增量值，又能报告表示这样的量是否超出可接受的工作范围的指示。

可以通过各种各样不同的机制来报告倾度的变化，取决于控制系统的特定的实现方案。如图11所示，控制系统16’可以包括屏幕67，例如液晶显示器，它可以用来例如以倾斜警告的方式可视地向用户呈现斜度偏移。也可以额外地或供选择地使用其它更简单的可视指示器，如指示灯。在一些实施例中，控制系统可以发送视频信号到图像产生部件，使得图像产生部件可以把斜度偏移的可视指示投影到显示表面上。控制系统可以额外地或供选择地包括声音换能器68，用于以可以听得见的方式向用户发出倾斜警报，所述倾斜警报包括一个声响、一系列声音、合成信息、录下来的信息或其它传送斜度偏移信息可闻内容。在一些实施例中，控制系统可以发出通知信号到外部设备中，如计算设备中，使所述外部设备可以识别未对准并采取合适的措施。这样的通知信号可以通过有线或无线总线和/或网络来发送。控制系统可通过发出校正指令来调整所述斜度，例如通过自动地平衡投影仪或使等离子体火球与系统的光轴重新对准而附加或供选择地报告所述斜度偏移。如果测量出来的斜度表示潜在的破坏性工作条件，例如等离子体火球会吞没电极，那么，可以停止光线的产生，以便减小永久性破坏的可能性。在一些实施例中，可以把测量的斜度存储在图像投影系统中的存储器中、灯部件专用集成电路中或其他内部和/或外部设备中。

一旦检测到斜度偏移，可通过多种不同的方式校正斜度以便将光强度最佳化。例如，可以把灯调至水平位置以消除倾斜。然而在某些情况下，用户可以有意地使灯保持倾斜，同时要求获得最佳的光强度。例如，用户可把图像投影系统面朝下地安装在天花板上，或者是墙的侧边上。在其它情况下，用户可以使灯向上或向下倾斜，以便使灯指向投影系统上方或下方的显示表面。在这样的情况下，用户可以安装一个按用户所需的灯取向而专门配置的灯。换句话说，如果用户想在90度倾斜的情况下操作灯，那么，可以安装90度灯，它配置成在相同位置或者系统设定位置产生等离子体火球，当在水平取向下工作时标准灯产生等离子体火球。这样，所产生的等离子体火球被恰当地对准而获得最佳光强度。可以把灯配置成具有各种各样灯取向，使得图像投影系统可以以相应的各种各样的倾斜取向工作。可以把这样的灯配置成其电极处在离子体外壳中的不同位置，使得当产生等离子体火球时，对流将把等离子体火球移动到所需的系统设定位置上，所述系统设定位置可以在系统的光轴上和/或在反射镜的焦点上。

在一些实施例中，灯可以具有多个可选择的位置，用于调整等离子体火球的位置来产生最佳的光强度。例如，可以把外壳和电极移动到可选择的位置，以便例如通过例如把等离子体火球放置在椭圆反射镜的焦点上来使光强度最佳化。如果灯被倾斜，那么，可以把外壳和电极重新定位在另一个可供选择的位置上，所述位置以新的倾斜取向使光强度最佳化，其中等离子体火球可能会因为对流而移离系统设定位置。可以通过手动方式来进行灯的配置的调整，例如当接收到控制系统的可视或声音指令时。在一些实施例中，灯的重新取向可能会自动发生。控制系统可以发出一个纠错指令到再匹配装置中，此装置配置成选择性地再确定灯相对于反射镜的位置，例如利用光-机械导向装置。

图12示意地示出包括投影产生部件70的图像投影系统10’。图像产生部件70包括照明光源72、调制器74和倾斜传感器73。为了简化图像产生部件70的说明，图像产生部件在光学意义上已经被”展开”。根据图像产生部件的组成部分，它可以配置成使来自照明光源的光在离开投影系统前改变一次或多次方向。如上所述，照明光源可以包括诸如水银灯或氙灯的等离子灯76和反射镜78。在图示的实施例中，调制器74包括固定的和/或旋转的彩色调制器80以及空间光调制器82。根据图像控制器86接收的视频信号84，图像产生部件70可以配置成在空间上以上色的方式调制光线并且把已调制光射向显示表面88。通过这种方式，可以把基于输入视频信号或由输入视频信号限定的图像显示在显示表面上。

照明光源72可以产生白光，可以通过红外线或紫外线滤光片90使所述白光射向彩色调制器80。在图12中，彩色调制器包括彩色轮盘92，虽然下面将指出，彩色调制器还可以包括用于调制投影光彩色质量的另一机构。彩色轮盘92可以包括多色滤光片，所述多色滤光片在照明光源和空间光调制器之间的光路上快速旋转，利用具有不同滤光特性的各段顺序地过滤所述照明光。作为一个有可能的实例，彩色轮盘92可以包括红、绿和蓝透射段。例如，所述各段可以具有相同的尺寸，每段具有120度的中心角；或者，可以对所述各段进行加权以便以不同的方式过滤各种不同的颜色。此外，可以包括另外的和/或不同的彩色段，例如白光透射段。

彩色轮盘按照光线经过的透射段过滤来自照明光源的白光。例如，当白光经过红色透射段时，蓝光和绿光被过滤掉而红光被发送出去。彩色轮盘92这样旋转，使得来自照明光源的光线顺序地经过不同的段。因此，白色被不同的段所过滤，并且周期性地以对应于彩色轮盘的各不同段的透射颜色的波长来表征从彩色轮盘中输出的光。例如，当红色、绿色和蓝色彩色轮盘旋转时，通过彩色轮盘的光线连续地从红色变成绿色变成蓝色变成红色变成绿色变成蓝色，等等。

可以把来自彩色轮盘的彩色光顺序地投射到空间光调制器82上。图像产生部件可以包括积分棒94、聚光透镜96和场透镜98，它们可以用来把来自彩色轮盘的光线聚焦到空间光调制器上。在图示的实施例中，空间光调制器包括数字微反射镜装置100。应该明白，空间光调制器可以选择性地包括投射式调制器，例如阴极射线管或液晶显示面板；衍射成像元件，例如光栅光阀，反射式成像元件，例如硅上液晶器件；或者基于干涉的成像元件，例如透射式或反射式基于干涉的的调制器。

图12的空间光调制器可以按照从图像控制器86接收的输入信号而选择性地引导光线。由于来自彩色调制器的光顺序地改变波长，所以空间光调制器可以选择性地把彩色光射向显示表面的合适位置。因此，可以逐一地控制投影图像的每个象素，以便顺序地按合适的量显示所选的彩色来产生所需的感觉颜色。可以在时间上控制每个象素，使其呈现特别颜色，因而所述各个象素可以集体地形成彩色图像。可以逐一地改变每个象素的感觉颜色，因而可以改变所述聚合图像。

可以通过投影透镜部件102引导来自空间光调制器的光线，接着，投影透镜部件102将光线射向显示表面。可以或者手动或者自动地调整所述投影透镜部件，以便把所述投影的图像正确地聚焦在投影表面上。下面将指出，图像产生部件70可以包括额外的或供选择的光学部件、调制器、反射镜、聚焦装置等等，有助于形成所需图像并把所需图像投影到显示表面上。同样，图像投影系统10’可以包括额外的组成部分，例如控制系统、联网子系统、处理器、存储器等等，在这里并没有对额外的组成部分进行说明或描述，以便简化对图像产生部件的描述。

虽然以上已经在示范性的图像投影系统方面进行了描述，但是，倾斜传感器或者其它取向测量装置可以在其它图像投影系统以及除了图像投影系统的实际应用中用来投影把来自照明光源的光强度最佳化。此外，倾斜传感器可用来判断和/或校正照明光源或图像投影系统中的其它特性。在这方面，可以对本公开的控制系统进行编程以便进行这样的判断和/或校正。

虽然已经参考前面的工作原则和实施例阐述了本公开，但本专业的技术人员明白，可以在不偏离所附权利要求书中限定的精神和范围的情况下在形式和细节上作处各种不同变化。本公开用来包含所有这样的不同选择、修改和变化，所有这些不同选择、修改和变化都属于所附权利要求书的范围。虽然，本公开或权利要求书列举的”一”，”一个第一”或”另一”(“a”，”a first”，或”another”)元件或其等效物，它们应被理解成包含一个或一个以上这样的元件，既不要求也不排除两个或两个以上这样的元件。

Claims (10)

1.一种监测照明光源(20，72)的方法，所述照明光源包括反射镜(34，34’，78)和灯(24，76)，其中来自灯(24，76)的光从可移动的发光体(36，36′)发出，所述方法包括以下步骤：把所述反射镜(34，34’，78)和所述发光体(36，36′)对准，以便把来自所述发光体(36，36′)的反射到所需目标上(22，22’，74)的光强度最佳化；监测所述灯的取向；报告所述灯(24，76)取向的变化，作为来自所述发光体(36，36′)的向所需目标(22，22’，74)反射的光强度下降的指示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述报告灯(24，76)取向的变化的步骤包括报告灯(24，76)相对于参考轴(R，R’)的斜度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述报告斜度的步骤包括在显示屏(67，88)上显示倾斜警告。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述报告斜度的步骤包括可以听得见地发出倾斜警告声音。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括当灯(24，76)的取向变化超过预定最小阈值时，通过调整发光体(36，36′)和反射镜(34，34’′78)的对准来使来自所述发光体(36，36′)的反射到所需目标(22，22’，74)的光强度重新最佳化。

6.一种制造具有图像产生部件(12，70)的投影机(10，10’)的方法，所述方法包括以下步骤：当图像产生部件(12，70)与至少一个参考轴(R，R’)对准时使来自发光体(36，36’)的反射到所需目标(22，22’，74)的光强度最佳化；使倾斜传感器(14，50，50’，62，73)与所述图像产生部件(12，70)相关联以便确定所述图像产生部件(12，70)相对于所述参考轴(R，R’)的斜度；以及在操作过程中把控制系统(16，16’)耦合到所述倾斜传感器(14，50，50’，62，73)，其中，所述控制系统(16，16’)配置成报告所述图像产生部件(12，70)相对于所述参考轴(R，R’)的超过预定最小阈值的斜度。

7.一种图像投影系统(10，10’)，它包括：配置成接收输入信号和投影基于所述输入信号的图像的图像产生部件(12，70)；以及配置成通过确定所述图像产生部件(12，70)和至少一个参考轴(R，R’)之间斜度来判断投影光强度的下降。

8.如权利要求7所述的图像投影系统(10，10’)，其特征在于：所述图像产生部件(12，70)包括照明光源(20，72)，所述照明光源包括：限制导电的等离子体(28)体积的外壳(26)；延伸到所述外壳(26)中的正极(30)；延伸到所述外壳(26)中的负极(32)，其中，所述正极和所述负极共同地配置成在所述外壳(26)中产生等离子体火球(36，36′)；以及配置成把来自所述等离子体火球(36，36′)的光反射到所述投影系统(10，10’)的调制器(22，22’，74)的反射镜(34，34’，78)。

9.如权利要求7所述的图像投影系统(10，10’)，其特征在于：控制系统(16，16’)在操作过程中耦合到所述倾斜传感器(14，50，50’，62，73)并且配置成报告所述确定的斜度。

10.一种照明光源(20，72)，它包括：限制导电的等离子体(28)的体积的外壳(26)；包括延伸到所述外壳中的正极(30)和延伸到所述外壳中的负极(32)的电极对(30，32)，其中，将所述正极(30)和所述负极(32)对准以便产生等离子体火球；配置成反射来自所述等离子体火球(36，36’)的光线的反射镜(34，34’，78)；倾斜传感器(14，50，50’，62，73)，它以相对于所述电极对的固定关系定位并且配置成确定所述电极对(30，32)和至少一个参考轴(R，R’)之间的斜度；以及控制系统，它在工作时耦合到所述倾斜传感器(14，50，50’，62，73)并且配置成报告所述斜度作为被所述反射镜(34，34’，78)反射的光强度的指示。

Images