CN1611069A - 图像投影仪及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有高强度放电HID灯(112)的图像投影仪及其操作方法。这样的灯具有缺点：在工作期间，它们的电弧在不可预期的时间在不同的位置之间来回跳动。所谓的电弧跳动具有改变亮度(即由HID灯(112)发射的光的总亮度和/或亮度分布)的效果。对于用这样的投影仪观看投影图像的观众，这个效果呈现为这个投影的图像的摇晃。为了避免对观众有这样的影响，按照本发明，首先提出检测出在图像投影仪的光束路径中光的亮度的改变。只要检测到由电弧跳动引起的亮度的改变，这个亮度就被重新设置到在电弧跳动之前在时刻t－2时所检测的亮度，以便随后在预定的时间间隔T期间把它转换到由电弧跳动造成的亮度。这种重新设置必须在电弧跳动后很快进行，且该转换必须很慢进行，以使得由电弧跳动造成的、投射到图像屏幕装置(118)的光的亮度的改变、重新设置、和转换对于人的眼睛是不会觉察的。

Description

图像投影仪及其操作方法

本发明涉及由权利要求1的前序部分中规定的、具有高强度放电HIP灯的图像投影仪和由权利要求17的前序部分中规定的、操作该图像投影仪的方法。

这样的具有HID灯的图像投影仪基本上可从现有技术获知，其中它们主要使用于视频或呈现目的。这些灯以非常高的发光效能与小体积相组合而出名。然而，它们具有缺点：它们的电弧以不受控制的方式突然发生跳动，即，在不可预期的时间出现。跳动是指电弧占用离原先的位置约10到250μm以上的距离的新的位置。人的眼睛把这种电弧跳动感知为在显示的或投影的图像上短暂的摇晃。对于具有敏感的眼睛的人们来说，当观看图像时这种效应会是一种扰动，所以，必须消除它。

被连接到灯的输出端的投影系统的性质表示，电弧跳动具有改变显示的图像的亮度(即亮度分布和/或总亮度)约几个百分点的物理效果。

EP 766906 A1揭示了一种避免这种电弧跳动的影响以及在图像投影仪的光束路径上光的亮度的相关的改变的非常有效的方法。那里所揭示的方法给HIP灯馈送一个电流，它的流动表现为在换流前不久的一个附加的脉冲。然而，这种已知的方法的缺点在于，它与使用时间顺序显示方法的现代显示设备不兼容。这样的显示设备要求灯具有恒定的总亮度和亮度分布，这是从EP 766906 A1获知的方法不能保证的，因为它用附加的电流脉冲。

从这种现有技术出发，所以，本发明的目的是改进已知的图像投影仪和操作它的已知的方法，以使得以在图像屏幕装置上投影的图像的总亮度和/或亮度分布的改变的形式体现的电弧跳动的影响可以不被人的眼睛觉察。

这个目的是通过权利要求1的内容要点达到的。因此，已知的图像投影仪包括传感器装置，用于检测在不同的时间投射在显示区的光的亮度，尤其是亮度分布和/或总亮度；比较器装置，用于比较在先前的时刻t-2和比时刻t-2迟的时刻t-1由传感器装置检测的光的亮度，和用于生成代表在时刻t-2与t-1之间在HID灯中发生的电弧跳动引起的亮度改变的亮度控制信号；以及控制装置，用于响应于亮度控制信号补偿检测的亮度改变，通过在迟于t-1的时刻t0重新设置投射到图像屏幕装置(118)上的光的亮度，具体地响应于在以前的时刻t-2记录的亮度，以及其后在预定的时间间隔T期间把重新设置的亮度转换为在以后的时刻t-1记录的亮度，亮度的重新设置在电弧跳动后发生得如此快，以及在时间间隔T期间亮度的转换发生得如此慢，以使得由电弧跳动、重新设置、和转换造成的被投射到图像屏幕装置(118)的光的亮度的改变对于人的眼睛是不可觉察的。

对于本发明，术语“亮度”应当总是被理解为总亮度和/或亮度分布，除非相反地阐述。

在以上规定的意义上，被投射到图像屏幕装置上的光的亮度，或在图像屏幕装置上投影的图像的亮度，受到图像投影仪的光学系统的各个部件影响：正如已知的，光的出发点是HID灯，它不是总是以同一个方式把光耦合到光学系统，而是具体地因为电弧跳动而随时间变化。这种在变化的时间的耦合最后导致从HID发射的光的亮度的改变。而且，在光束路径中提供的显示区和可提供用于本发明的特殊的实施例的滤光镜在光投射到图像屏幕装置之前将影响光的亮度。在光束路径中附加地提供的光学积分器可应用的场合下，不单影响光的总亮度，也影响光的亮度分布。对于本发明，假设透镜是理想的情形：即它对于光的亮度不产生影响，即，它被看作为理想地透明的。因为本发明涉及时变的光的影响，所以，这时不需要讨论其他的、静止的影响，诸如由透镜单元加上的影响。

因为在上述的光学系统的光束路径中许多光学元件，光的总亮度和亮度分布在光束路径上不同的地点是不同的。由于权利要求的图像投影仪的实施例的结果，尤其是由HID灯的电弧跳动引起的、在从HID灯发射的光的总亮度和亮度分布的扰动或改变，对投射到图像屏幕装置的光或在图像屏幕装置上投影的图像上没有人的眼睛可以看见的影响。正如在权利要求1的揭示内容中要求的，这是这样达到的：在由HID灯输出的光的亮度中所描述的扰动在光投射到图像屏幕装置之前在光束路径中被补偿。该补偿是通过把时刻t0的亮度重新设置到时刻t-2的亮度和以后把在时间间隔T期间的亮度转换成时刻t-1的亮度发生的，正如权利要求1中描述的。

权利要求所要求保护的时间比值在这里是特别重要的。按照本发明，在发生电弧跳动、通过比较识别亮度的改变、和把投射到图像屏幕装置上的光的亮度重新设置到在电弧跳动前在时刻t-2的亮度之间的持续时间被选择为这样短，以使得人的眼睛不会觉察在此期间发生的亮度的改变；换句话说，人的眼睛感知的时刻t0的亮度与时刻t-2的亮度是没有改变的。

按照本发明，只在时刻t0的亮度的重新设置后，才有对于由电弧跳动引起的改变的亮度的逐渐的调节/转换。这种亮度到在以后的时刻t-1检测的亮度的转换发生得如此慢，以使得它同样不被人的眼睛觉察。

按照本发明的第一方面，光学系统包括在HID灯与显示区之间的光学积分器，这个积分器至少部分地近似达到所需的均匀性，不单是投射到图像屏幕装置的光的总亮度而且是亮度分布的均匀性。在以下的实施例中描述的、进一步补偿亮度分布以达到均匀分布的可能性，只是在由积分器达到的补偿被认为是不够的以及可以提供附加的财经资源以用于以下描述的实施例的实施方案，或具有更加简单的积分器的以下实施例证明在成本或体积/重量方面是更加有利的情形下，才是必须的。

按照另一个实施例，光束路径中光的亮度分布和/或总亮度的重新设置和转换，正如在本发明中所要求保护的，是由安排在HID灯与显示区之间，或在显示区与透镜单元之间的可电控的滤光镜实现的。替换地，重新设置和转换可以不用滤光镜而是通过在所述图像被显示在屏幕之前，把由图像处理器提供的图像与其总亮度和/或亮度分布被适当地设置的灰色度掩模重叠，而实施的。在所有这两种情形下，即，当使用滤光镜时和当使用图像处理器时，根据由比较装置提供的亮度控制信号进行亮度的重新设置和转换。

除了所描述的另外的滤光镜的使用和图像处理器中亮度补偿以外，两个实施例的组合显然也是可能的，必要的亮度补偿的一部分然后由滤光镜提供，以及另一个部分由图像处理器提供。因此，具体地，滤光镜只补偿亮度分布而图像处理器调整总亮度是可行的，反之亦然。然而，替换的，同时用滤光镜和图像处理器按适当的比值调整总亮度和亮度分布，也是可行的。

这里应当再次强调，与图像积分器相对比，滤光镜和图像处理器可以实施光束路径中光的亮度补偿，即，总亮度和/或亮度分布；然而，这只应用在较低的亮度(亮度损失)的方向上。因此，由滤光镜和图像处理器进行的补偿可以滤光，而由积分器进行的补偿则重新分布可提供的光。

按照本发明的有利的发展，总亮度的补偿，特别是在亮度储备的区域，可以替换地或附加地对于由图像处理器或由滤光镜通过对灯驱动器的相应激励进行的补偿而被实施。这具有优点：如果可用的话，补偿甚至有可能超过代表图像处理器的性能极限的100％的假定的标称总亮度。这样的大于100％的补偿可能是必要的，例如，如果在HID灯中的电弧跳动到引起亮度的减小大于亮度储备，或如果没有亮度储备要提供(更大的标称光量)。也可能有必要补偿在重新设置后由电弧跳动引起的HID灯的光量的减小。

然而，这样的发光量的补偿在相反的情形下也是有益的，即，如果由电弧跳动引起的光的亮度的增加必须通过把在时刻t0的亮度不单短暂地重新设置到时刻t-2的亮度，而且也短暂地重新设置到相比要稍微减小的光量而被补偿。在这两种情形下，光量的均衡具有这样的优点，即重新设置控制可以更慢地进行，在图像上不出现可看见的瑕疵。

在图像投影仪的光学系统中通过灯控制单元调整光的总亮度的电子电路是已知的，例如可以从具有申请号10136474.1的以前未公布的德国专利申请获知。

与藉助于图像处理器和/或滤光镜进行的补偿相反，由灯驱动器和灯控制单元进行的亮度分布的补偿是不可能的。

为了检测总亮度，如果传感器装置只包括一个传感器单元，则基本上是足够的。另一方面，为了检测投射到显示区的光的亮度分布，需要至少两个放置在不同的位置的传感器单元。

本发明的以上的目的还通过如权利要求17中要求的、用于操作所述的图像投影仪的方法而达到。这个方法的优点相应于以上对于图像投影仪所阐述的优点。按照本发明的有利的实施例，本方法提出，对于特定的电弧跳动所必须的亮度补偿可藉助于数学补偿时间函数进行计算。

本权利要求的投影仪和要求保护的方法的另外的有利的实施例是从属权利要求的内容要点。

下面参照附图所示的实施例描述本发明，然而，本发明并不限于此。

图1显示按照本发明的第一实施例的图像投影仪的硬件结构；

图2a显示按照本发明的、投射到图像屏幕装置上的光的亮度随时间的改变；

图2b显示具有光量补偿的、按照本发明的方法的修正方案；

图2c显示在由HID灯发射的光的亮度与由电弧跳动引起的亮度的减小时投射到图像屏幕装置上的光的亮度之间的关系；

图2d显示在由HID灯发射的光的亮度与由电弧跳动引起的亮度的增加时投射到图像屏幕装置上的光的亮度之间的关系；

图3显示按照本发明的图像投影仪的硬件结构的第二、第三、和第四实施例；

图4显示按照本发明的图像投影仪的硬件结构的第五实施例；

图5a和5b显示在一般情形下在电弧跳动之前和之后亮度分布的改变；

图5c和5d显示在电弧跳动之前和之后只在一个方向不均匀的亮度分布的改变；

图5e显示只需要一个传感器的亮度分布；以及

图6显示因为电弧跳动造成的亮度分布的最大值的移位的估值。

图1显示按照本发明的图像投影仪100的第一实施例。这包括用于在图像屏幕装置118上显示提供的图像的光学系统110。光学系统110包括高强度放电HID灯112，尤其是，超高压UHP灯，以及后面接着是光学积分器112a，显示区114，和透镜单元116，用于把提供的图像投影到图像屏幕装置118。要被投影的图像通过图像处理器120而成为可在显示区114上提供。

光学积分器112a用来至少部分地补偿由灯112发射的光的非均匀的亮度分布，以便达到均匀分布。图像投影仪100还包括灯驱动器131，用于提供适当的工作电压到HID灯112。灯驱动器131本身由外部电压U馈电。

按照本发明，由HID灯112发射的光的、和投射到显示区114的亮度，即，亮度分布和/或总亮度，由传感器装置140在不同的时刻进行检测。这样检测的亮度被馈送到比较装置150，以便检测在时间历程中亮度的任何改变。比较装置150具体地通过比较生成代表时间历程中亮度检测的变化的亮度控制信号。亮度控制信号被馈送到控制装置，即，图像处理器120的部件120’。这个部件120’被设计成使得它根据亮度控制信号，按照如下面描述的本发明的方法调节由图像处理器输出到显示区114的图像的亮度，使得在HID灯112中由电弧跳动引起的灯的亮度的改变不会被图像屏幕装置118的图像的观众觉察。换句话说，图像处理器120的部件120’根据亮度控制信号补偿亮度中出现的改变。

图2a显示按照本发明的、用于补偿由HID灯112中电弧跳动引起的、在光学系统110的光束路径中光的亮度的改变的方法。由于电弧跳动的结果，可引起光的亮度，即亮度分布和/或总亮度的改变。图2a首先用投射到图像屏幕装置118的光的总亮度负方向的改变，即，移位电弧跳动造成的总亮度减小的情形的例子说明该方法。其次，图2a显示按照本发明的、用于补偿由相同的电弧跳动引起的亮度分布的改变的方法，对于每个图像单元出现不同的曲线特性。

正如从图2a可以看到的，总亮度最初在电弧跳动之前被取为恒定的。这个恒定的亮度在时刻t-2由传感器装置140进行检测。如果同一个传感器装置140在比起时刻t-2检测到在以后的时刻t-1的减小的亮度，则总亮度的这种减小将被比较装置150识别。

按照本发明的方法给出，紧接在比较时亮度的改变被记录后，这个改变通过亮度重新设置而被逆转。重要的是重新设置到在时刻t-2电弧跳动之前呈现的亮度应当在电弧跳动后的几毫秒内发生；这是确保观看投影在图像屏幕装置118上的图像的观众在看见图像的摇晃之前不记住由电弧跳动引起的亮度的改变的唯一的方法。按照本发明的方法给出：在重新设置后-如图2a所示-亮度重新设置到电弧跳动之前的亮度被缓慢地转换到由电弧跳动所造成的亮度。这里重要的是，这个转换应当这样缓慢地发生，以使得观看图像屏幕装置118上的图像的人的眼睛也无法注意到这种亮度的转换成为投影的图像上的波动。所以，该转换有利地在被做得足够长的时间间隔T内执行。时间间隔T的长度通常是几秒，以适应观众眼睛的亮/暗调节；但总之，它比起在电弧跳动与在时刻t0的亮度的重新设置之间的消逝的时间要长得多。在按照本发明的快速重新设置和亮度的慢的转换中，利用了人的眼睛的惯性。

还如图2所示的，由电弧跳动引起的改变了的亮度分布(分布1到分布2)的类似的补偿最初是通过重新设置到分布1以及以后把分布1转换到分布2而进行的。在电弧跳动之前的分布1的例子被显示在图5a+c；在电弧跳动之后的各个相关的分布2被显示在图5b+d。

图2b显示如2a图所示的、按照本发明的方法的修正方案。其目的在于补偿在发生电弧跳动与随后相对于未改变电弧位置时重新设置HID灯的亮度之间那个时间段内由区域F1所代表的发射出的较低的光量。按照本发明，补偿包括在时刻t0后灯112的几毫秒的短暂过载。理想地，在这种情形下，灯112正好发射由区域F2代表的附加的光量，它等于此前达到显示区的光在电弧跳动与t0之间的时间段内的减小；即，F2优选地等于F1。正如从图2b可以看到的，补偿的持续时间比起时间段T的持续时间短得多。

由于对于补偿所需要的附加的光量F2只是在非常短的时间内才需要，因此有可能用HID灯112的短暂的过载实施这一点。因此，被指定给灯驱动器131的灯控制单元132优选地被设计成在这种情形下它短暂地，即，仅仅在几秒内，使HID灯112过载。这样的短暂的过载对于HID灯112的总的寿命没有负面的影响，特别是由于电弧跳动的特性意味着，欠载正是常常出现的。

刚才对于由电弧跳动引起的亮度减小的情形所描述的对光量的补偿，在由电弧跳动引起的亮度增加的情形下同样能够很好地进行。这时，补偿发生在时刻t0后，其形式为由HID灯112发射的光量有短暂的减小。

如上所述，图2a显示投射到图像屏幕装置118的光的亮度的改变。然而，这个亮度不同于从HID灯112输出的总的光的亮度；这很难因电弧跳动改变。

图2c示意地显示在由HID灯112发射的光的亮度与由电弧跳动引起的亮度的减小时投射到图像屏幕装置118上的光的亮度之间的关系。正如从图2c可以看到的，在任何时刻，投射到图像屏幕装置118上的光的亮度(如在图2ciii上)是由HID灯112发射到显示区(114)的光的亮度(如在图2ci上)经由连接在HID灯112后面的各种光学系统单元，具体地如光的积分器112a和显示区114的补偿的结果；见图2cii。

按照本发明的、以上参照图2a描述的方法的有利的实施例，特别有利的是，由图像处理器元件120’执行的总亮度的补偿提供亮度储备，即，所谓的净空高度，如图2cii表示的。这意味着，图像不是以对于图像处理器的100％的最大标称总亮度被输出到显示区114，而是与这一点相比较，以减小的总亮度被输出。图像处理器的亮度储备可被使用来补偿由电弧跳动引起的总亮度的减小。补偿有利地如此快进行，以使得由电弧跳动引起的总亮度的减小不被人的眼睛觉察。然而，所描述的实施例具有缺点，即使在因为没有发生电弧跳动而不必进行亮度补偿时，对于图像屏幕装置上的图像的显示没有完全利用100％标称总亮度，而这对于HID灯和图像处理器在理论上可能的，这个图像代之以只利用了减小的总亮度被显示。

为了至少部分地消除这个缺点，建议使用电弧跳动的另一个性质。因为HID灯的技术性质，电弧跳动典型地在一个阶段发生，即在几小时运行中，完全没有或仅仅非常偶尔地有电弧跳动。相反，在其他阶段期间，电弧跳动经常发生。因此，通过评估来自传感器装置140的信号，比较器装置150例如可以检测存在具有电弧跳动的阶段还是不具有电弧跳动的阶段。如果在至少一个预定的时间间隔Δt1内，例如10分钟，没有出现另外的电弧跳动，则总亮度缓慢地增长到100％。这种100％的总体亮度一直保持到电弧跳动开始为止。例如，比较器装置然后可计算应当允许多少亮度储备以便再次用于当前最强的电弧跳动的完全补偿；计算所使用的算法然后典型地以大于100％透射系数的形式规定这个新需要的亮度储备。基本亮度然后再次被减小，即，重新建立亮度储备，直至由算法检测的和由电弧跳动引起的亮度的最大的改变再次被补偿到使得输出到显示区114的图像有100％透射系数为止。总亮度的相应的数值然后被保持，直至比较器装置再次检测到在至少一个预定的时间间隔Δt1，例如10分钟内没有出现另外的电弧跳动为止。

这个控制机制的结果实际上在于，第一个电弧跳动不能被补偿，所以是完全可看见的。但以后的电弧跳动对光的总亮度的影响在几秒内被不断减小，直至不久图像再次呈现完全稳定，尽管仍在出现电弧跳动。在出现电弧跳动期间，这时亮度被减小一个由短暂地出现的电弧跳动所造成的最大变化的亮度值，即，亮度储备增加，在长时间的较安静阶段，亮度再次上升到100％。

在长期不存在电弧跳动期间亮度储备的减小和在电弧跳动以后继续发生时亮度储备的增加这两者都是如此缓慢地发生的，以致由于人的眼睛的惯性，总亮度的改变不会被人的眼睛觉察。

这种可变的适配，即滑动的亮度储备，可以相当容易地实施：通过适当地选择的电阻把电容器充电到代表当前的电弧跳动的幅度的电压值，以及以后通过适当的更大的电阻使该电容器放电。这样，电容两端的电压正比于必要的亮度储备。电阻值确定想要的时间常数。

为补偿总亮度而提供所描述的亮度储备，并不限于由图像处理器补偿该总亮度的情形。如果总亮度的补偿由滤光镜实施，同样可以提供亮度储备。

图2d示意地显示与图2c相反的假想情形，即在由HID灯112发射的光的亮度与因为电弧跳动引起的HID灯112发射的光的亮度增加时投射到图像屏幕装置118上的光的亮度之间的关系。正如从图2d可以看到的，补偿是与图2c的情形下完全相反的方式进行的，所以不再给出图2d的说明。

对于刚才描述的按照本发明的、用于补偿由电弧跳动引起的投射到图像屏幕装置118上的光的亮度的改变(即，减小或增加)的方法的实施方案，将提出用于图像投影仪100的按照本发明的许多实施例；这些实施例将在下面再次参照图1，但也参照图3到6更详细地描述。

在图1所示的以上的实施例中，按照本发明的亮度补偿完全由图像处理器120实施。亮度控制信号通知图像处理器120的元件120’：由于电弧跳动发生亮度改变，即，投射到显示区114的光的总亮度和/或亮度分布的改变。响应于这个亮度控制信号，元件120’然后设置输出到显示区114的图像的亮度(透射系数)，以使得投射到图像屏幕装置118上的光的亮度相对于电弧跳动以前的时间不改变。对于由HID灯发射的光的总亮度被电弧跳动减小的例子，如图2ci)所示，作为控制装置的元件120’将首先(即，在时刻t0)按照亮度被减小的量，增加被输出到显示区114的图像的亮度(透射系数)。更准确地说，元件120’将增加图像的光的传输到这样的程度，如图2ciii)所示，以致于在时刻t0，投射到图像屏幕装置118的光的亮度，与电弧跳动之前的时间相比较再次未改变。在以后的转换阶段期间，即，在预定的时间间隔T期间，元件120’将非常逐渐地再次减小图像的亮度或透射系数到这样的程度，以致于在这个时间间隔T消逝后，投射到图像屏幕装置118的光的亮度被调节到因电弧跳动造成的改变了的亮度。重新设置和转换优选地按与具体的实施例无关的预定的补偿时间函数被执行。

图3显示用于实施以上参照图2描述的、按照本发明的方法的第二、第三、和第四实施例。按照第二实施例，补偿(即，亮度的重新设置和转换)不用图像处理器来执行，而用被安排在光束路径中在显示区114之前或之后的滤光镜113执行，在这种情形下，这个滤光镜代表控制装置。这个滤光镜113可以响应于由比较器装置150输出的亮度控制信号以电子线路控制。在这个第二实施例中图像处理器120仅仅把具有恒定亮度的、用于投影的图像输出到显示区114，而按照本发明的、对光束路径中的光的补偿遵循亮度控制信号对滤光镜的所述的作用。滤光镜113优选地被设计为灰色度掩模，以使得在光束路径中光的总亮度和/或亮度分布可按需要而受到适当的作用的影响。换句话说，在按照本发明的方法中，在第二实施例中的滤光镜113，正好像在第一实施例中的图像处理器120的元件120’一样，能够补偿在投射到图像屏幕装置118的光的亮度中由电弧跳动造成的改变。

第三实施例同样地显示于图3。它是第一和第二实施例的组合。更精确地，它提供按照本发明的、通过同时使用元件120’和滤光镜113，按照预定的适度的比值补偿光的亮度的实施方案；在这种情形下，它们一起形成控制装置。为此，必须把亮度控制信号不单馈送到滤光镜113，同时也馈送到元件120’，如图3的点线所示。待决的补偿任务然后按希望按比例分摊给滤光镜113和元件120’。因此，有可能这样做，例如，元件120’只执行对于亮度分布的任何必要的补偿而滤光镜113执行对于总亮度的任何必要的补偿。相反的情形显然也是可行的。作为这两个变例的替换例，元件120’和滤光镜113，每个也可以用来补偿总亮度和亮度分布；但在补偿亮度时元件120’和滤光镜113各自的百分数份额的规定是必须的。

如果滤光镜113不工作，则第三实施例相应于第一实施例，以及如果图像处理器的以及120’不工作，则第三实施例相应于第二实施例。

至今为止描述的图像处理器的全部三个实施例，在光学系统110中光的积分器112a的使用仅仅需要由滤光镜113和/或图像处理器120的元件120’进行的亮度分布的补偿达到这样的程度，以使得亮度分布的补偿需要超过和大于由光的积分器112a达到的补偿。换句话说，如果由光的积分器112a所达到的亮度分布的补偿被判断为是足够的，则滤光镜113和/或元件120’只需要实施总亮度的补偿。这就是图3所示的、用于图像投影仪100的第四实施例。足够地补偿的亮度分布被显示于下面的图5e，以及作为例子在相关的说明中被描述。

图4显示按照本发明的图像投影仪100的硬件结构的第五实施例。这个第五实施例的硬件结构与图3所示的第三或第四实施例的硬件结构的不同点仅仅在于，比较器装置150不单生成用于滤光镜113和/或图像处理器120的元件120’的亮度控制信号，而且也生成用于灯控制单元132的光量信号。这里，灯控制单元132，连同滤光镜113和/或元件120’(在可应用的场合)一起，形成控制装置。

光量信号代表由电弧跳动引起的总亮度的改变，就这一点来说，它不是要由图像处理器120的元件120’或滤光镜113来补偿的。响应于这个光量信号，灯控制单元132因此引起了或者单独地，或者在滤光镜113和元件120’以外还对由电弧跳动引起的总亮度的改变进行补偿。与滤光镜113和元件120’相反，灯控制单元132通过灯112的相应的工作来实施总亮度的补偿。换句话说，取决于必要的补偿方向，灯控制单元132馈送或多或少的功率到HID灯112，以使得灯112发射更亮的或更暗的光。与滤光镜113和元件120’相反，灯控制单元132只能够补偿总亮度，而不补偿亮度分布。但相对于总亮度，必要的补偿性能可以在灯控制单元132、滤光镜113、和图像处理器120的元件120’之间按希望的比例地分摊(正如以上相对于第三实施例的滤光镜和元件120’描述的)。

在第五实施例中，亮度分布的任何必要的补偿也必须由滤光镜113和/或元件120’根据亮度控制信号被执行。

对于所有描述的实施例，在按照本发明的方法中具体地总亮度的调整也可包括供应亮度，即，所谓的净空高度，正如以上参照图2c描述的。

如上所述，在参照图2a的按照本发明的方法的说明中，亮度的补偿，即亮度的重新设置和转换，按照补偿时间函数被执行。

图5a到5e和图6显示参照了具有接近于理想积分器112a的某些典型的亮度分布的例子而对这个滤波函数的计算。

图5a示意地显示例如在时刻t-2，在电弧跳动之前的亮度，特别是亮度分布。这里表示的分布函数在两个方向(X和Y)上都是不均匀的，所以，需要至少三个传感器。图5a显示在参考平面6的边缘处4个传感器单元140-1到140-4的可能的排列的例子。与此对比，图5b显示例如在时刻t-1，在电弧跳动之后的亮度分布。在图5a和5b上两个曲面的球面变形的差别代表由电弧跳动引起的亮度分布的差别。相反，图5a和5b上两个曲面，对于在每个情形中一个相等的点，即，在参考平面6上一个相等的几何位置，与参考平面6相比较的高度的差别代表在电弧跳动之前和之后对于这个点的总亮度的差别。参考平面6与光束路径有一个角度，它例如由显示区114的平面表示。

图5c显示亮度分布只是在一个方向(这里是X方向)非均匀的特殊情形；在某些光学系统110中其亮度分布是非均匀的这些方向是已知的。在这样的情形下，只需要两个传感器单元140-1和140-2。图5d显示在电弧跳动后这样的亮度分布。

图5e显示在参考平面6上几乎均匀的亮度分布，这是由良好的积分器112a达到的。这个分布与理想的均匀分布的偏差是如此小，以致于由电弧跳动引起的分布的移位不会被观众看出有扰动。在这种情形下，不需要记录和评估亮度分布的移位；因此一个传感器单元104-1就足够用来测量和校正总亮度。

现在参照图6更详细地描述为了计算补偿时间函数而对检测到的亮度分布改变的评估。首先，从图6可以看到，传感器装置140例如包含四个传感器单元140-1，...140-4，它们分别排列在由参考平面6所代表的矩形显示区114的边缘中心。替换地，传感器装置140的传感器单元140-1，...140-4，可被排列在显示区114的角上。然而，原则上，传感器的其他排列，例如以上在图5a-d的说明中给出的，也是可能的，这取决于具体情形；相应的计算可以容易地由专家修正。

传感器单元140-n测量在以前的时刻t-2在它们的各个位置的亮度。当这样确定的亮度值被看作为一个整体时，在时刻t-2在显示区114上的亮度分布可被估计。然后重复进行相同的处理过程，以便确定在以后的时刻t-1的亮度分布。取决于当前电弧位置的在任何时间亮度分布和它的幅度(＝总亮度)的情形，可以从亮度分布函数的知识，即，从在光学系统110的显示区114的区域上亮度分布的数学关系出发，用一个例如矢量来唯一地描述。如果在后一个时刻t-1记录下的亮度分布与在以前的时刻t-2记录下的亮度分布之间在以后的比较中检测到差别，则这个差别由差别矢量(vector_t-1-vector_t-2)表示，例如，如图6所示，它代表比起时刻t-2来说，在时刻t-1的亮度最大值的移位。于是，这个差别矢量的垂直分量的长度就是投射到显示区114上的光的总亮度的改变的度量。根据这个矢量，计算出原型函数，它在数学上表示在整个显示区114上亮度分布的改变。这个原型函数的逆函数就是所述补偿时间函数，如上所述，它规定了投射到图像屏幕装置118上的光的亮度随时间的必要的补偿。

为了重新设置在时刻t0的亮度，正如以上参照图2a-d描述的，补偿时间函数(如在图2cii)上显示的)精确地代表在后一个时刻t-1与以前的时刻t-2测量的两个亮度之间的差别。这时，从时刻t0起，这个补偿时间函数在预定的时间段T期间不断衰减，直至在时刻t0+T，它最后衰减到零为止。在时刻t0+T，不再需要补偿亮度，因为由电弧跳动原先造成的亮度现在被设置，即，在图像屏幕装置118上。

通常，使用越多的传感器单元，在其他区域中亮度分布离均匀分布的偏差量可以测量得越精确。但也可以在后一个时刻t-1与以前的时刻t-2之间的亮度分布的时间改变或移位被记录得越精确，以及补偿时间函数也可被计算得越精确，这又能更加精确地补偿亮度的改变。

在第四实施例中，其中假设按照图5e的亮度，正如以上在对于图5e的说明中解释的，对于记录总亮度一个传感器单元已足够。这样就不需要以上参照图6描述的、藉助于原型函数和补偿时间函数对于亮度分布及其改变的计算。

总之，正如以上在几个实施例中描述的，按照本发明的、亮度分布的补偿与总亮度的补偿的组合可达到对于投影到图像屏幕装置118上的图像的观众主观上来说是恒定亮度的稳定的运行状态。由于亮度分布和总亮度的这个双重调整的结果，实际上出现的电弧跳动仍旧是观众看不到的；特别是，尽管发生了电弧跳动，他将有利地看不到在投影图像上的摇晃。

Claims (21)

1.图像投影仪(100)，具有：

光学系统(110)，包括高强度放电HID灯(112)，尤其是超高压UHP灯，以及在其后面配置有显示区(114)和透镜单元(116)，用于把在显示区(114)上准备好的图像通过透镜单元(116)投影到图像屏幕装置(118)；

灯驱动器(131)，用于把电源电压提供给HID灯；以及

图像处理器(120)，用于为显示区(114)提供图像；

其特征在于

传感器装置(140)，用于检测在不同的时间投射到显示区(114)的光的亮度，尤其是亮度分布和/或总亮度；

比较器装置(150)，用于比较在先前的时刻t-2和在时间上比时刻t-2较迟的时刻t-1由传感器装置(140)检测到的光的亮度，以及用于生成亮度控制信号，它代表在HID灯(112)中在时刻t-2和t-1之间发生的电弧跳动所引起的亮度的改变；以及

控制装置(113，120’，132)，用于根据亮度控制信号通过把在迟于t-1的时刻t0投射到图像屏幕装置(118)上的光的亮度特别地重新设置到在先前的时刻t-2检测到的亮度，以及通过其后在预定的时间间隔T期间把重新设置的亮度转换到在所述较迟的时刻t-1检测到的亮度，来补偿检测到的亮度改变，所述亮度的重新设置在电弧跳动后很快发生以及所述在预定的时间间隔T期间亮度转换很慢地发生，以使得由电弧跳动、重新设置、和转换引起的投射到图像屏幕装置(118)的光的亮度的改变对于人的眼睛是不可觉察的。

2.如权利要求1中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，光学系统(110)包括光学积分器(112a)，它被连接到HID灯(112)的下游，用于至少部分地补偿投射到显示区(114)的光的亮度分布，以便达到均匀分布。

3.如权利要求1或2中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，控制装置被设计为电可控的滤光镜(113)，以及在光学系统(110)的光束路径中被安排在显示区(114)的前面或后面。

4.如权利要求3中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，滤光镜(113)被设计为可调节的灰色度掩模。

5.如权利要求1到4的任一项中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，除了滤光镜(113)之外，如果可应用，则控制装置还包括图像处理器(120)的一个元件(120’)，用于根据亮度控制信号重新设置和转换由图像处理器(120)提供给显示区(114)的图像的亮度。

6.如权利要求5中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，图像处理器(120)被设计成输出图像-只要没有出现电弧跳动-到显示区(114)，其总亮度优选地比起100％的标称总亮度要减小几个百分点；从而，当与时刻t-1比较时，因为这时发生了电弧跳动，检测到与时刻t-2相比较的减小的光的总亮度时，它可以响应于与总亮度有关的亮度控制信号的一部分，把由图像处理器(120)为显示区(114)生成的图像的总亮度如此快速地提升到至多为总亮度的100％的最大值，以使得总亮度的这种改变对于人的眼睛是不可觉察的。

7.如权利要求5中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，图像处理器(120)被设计成如果在至少预定的时间段Δt1中没有另外的电弧跳动，则增加输出到显示区(114)的图像的总亮度，从减小了的总亮度开始到100％的标称总亮度，以便其后如果电弧跳动继续发生则再次把要输出到显示区(114)的图像的基本亮度减小到一个适当的总亮度值，从而补偿由电弧跳动引起的总亮度的改变。

8.如权利要求7中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，总亮度提升到100％以及亮度的减小都如此慢地发生，优选地在几秒内，以使得它们对于人的眼睛是不可觉察的。

9.如前述权利要求的任一项中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，控制装置优选地除了滤光镜(113)和/或图像处理器的元件(120’)以外还包括被连接到灯驱动器(131)的灯控制单元(132)，用于根据由比较器装置(150)生成的光量信号来控制由HID灯(112)发射到光学系统(110)的光量，由于总亮度还没有由滤光镜(113)或图像处理器(120)的适当工作而被补偿，该光量信号代表亮度控制信号的总亮度分量。

10.如权利要求9中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，灯控制单元(132)被设计成在补偿由电弧跳动引起的总亮度的减小时实施必要的超过100％的标称总亮度的补偿。

11.如权利要求10中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，

该灯控制单元(132)被设计成这样来激励HID灯(112)，以使得紧接在时刻t0后，灯(112)把相同的光量(F2)附加地馈送到光学系统，这是因为它在先前的电弧跳动与时刻t0之间的时间段内由于由电弧跳动引起的光的亮度的减小，使得馈送到光学系统的光量(F1)相对于标称光量太少；或

该灯控制单元(132)被这样来激励HID灯(112)，以使得紧接在时刻t0后，灯(112)把相同的光量(F2)较少地馈送到光学系统，这是因为它在先前的电弧跳动与时刻t0之间的时间段内由于由电弧跳动引起的光的亮度的增加，使得馈送到光学系统的光量(F1)相对于标称光量太多。

12.如前述权利要求的任一项中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，传感器装置(140)被设计成用于同时检测光的总亮度和/或亮度分布。

13.如权利要求1到11的任一项中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，传感器装置(140)包括至少两个传感器单元(140-1，140-2，...)，它们被安排在光学系统的光束路径中的不同的位置。

14.如权利要求13中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，传感器单元(140-1，140-2，...)以分布的方式被安排在显示区(114)的表面和/或边缘。

15.如权利要求14中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，显示区(114)设计成多边形，尤其是矩形，以及传感器单元每次被安排在显示区(114)的边缘部分的中心和/或角上。

16.如权利要求12中要求的图像投影仪(100)，其特征在于，光学系统(110)包括光学光去耦装置，尤其是二色无源反射器，用于把投射到显示区(114)的光的代表部分去耦，以及传感器装置(140)被安排在光束路径以外的合适的位置上，用于检测光的去耦部分。

17.操作图像投影仪(100)的方法，该图像投影仪具有高强度放电HID灯(112)，尤其是超高压UHP灯、显示区(114)和透镜单元(116)，该方法包括以下步骤：

藉助于HID灯(112)把在显示区(114)上准备好的图像通过透镜单元(116)投影到图像屏幕装置(118)；其特征在于：

检测在不同的时间投射到显示区(114)的光的亮度，尤其是亮度分布和/或总亮度；

比较在先前的时刻t-2和较后的时刻t-1检测到的光的亮度，以及如果在较后的时刻t-1，与先前的时刻t-2相比较，已检测到由于在HID灯(112)中发生的电弧跳动而引起了亮度的改变，

则通过把投射到图像屏幕装置(118)上的亮度，具体重新设置到在先前的时刻t-2记录下的亮度，以便其后在预定的时间段T期间把这个亮度转换到在较后的时刻t-1记录下的亮度，从而来补偿检测到的光的亮度改变，该重新设置在电弧跳动后很快地发生以及在预定的时间段T期间亮度的转换很慢地发生，以使得投射到图像屏幕装置(118)的光的亮度的各相应的相关的改变对于人的眼睛是不可觉察的。

18.如权利要求17中要求的方法，其特征在于，在比较亮度时确定在先前的时刻t-2与较后的时刻t-1之间是否发生由传感器装置(140)检测到的光的亮度分布的最大值的位置的几何位移和/或总亮度的改变。

19.如权利要求18中要求的方法，其特征在于，用于重新设置亮度的步骤包括以下子步骤：

-计算代表检测到的亮度改变的数学补偿时间函数；以及

-按照补偿时间函数修正投射到图像屏幕装置(118)的光的当前亮度，以使得光的亮度再次被设置为先前的时刻t-2的亮度。

20.如权利要求17中要求的方法，其特征在于，把先前时刻t-2的亮度转换到较后的时刻t-1的亮度的步骤与补偿时间函数在时间段T内以预定的方式不断增长的衰减相适应地进行。

21.如权利要求17中要求的方法，其特征在于，时间段T的大小是几秒的范围。

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