CN1706200A - 具有强度控制光源的图像投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于图像表示的投影系统，它具有一个显示器(61)，至少一个灯(10)，和用于产生传感信号的至少一个传感器(7)，该传感信号用于监视和补偿由至少一个灯(10)提供的光通量中的变化。为了实现尽可能精确并无干扰地监视入射到显示器(61)上的光通量，一个光学部件(31)排列在灯(10)和显示器(61)之间的光路上，该部件允许第一光分量通过并反射第二光分量，从而光分量之一引入到显示器(61)并且其他光分量引入到排列在光路之外的传感器(7)。以这种方式产生的一个传感信号使得有可能通过灯驱动器(101)的控制，以一种有效的方式并且实际无光损耗和不受彩色调制器或系统的其他部件产生的亮度波动影响地补偿由灯(10)提供的光通量的波动。

Description

具有强度控制光源的图像投影仪
技术领域
本发明涉及一种用于图像表示的投影系统，它具有一个显示器、至少一个灯和至少一个用于产生传感信号的传感器，该传感信号对由所述至少一个灯提供的光通量中的变化进行检测和补偿。
背景技术
用在投影系统中的光源通常由一个或几个高压气体放电灯(HID[高强度放电]灯或UHP[超高性能]灯)形成。这些灯可以用直流并且原则上也可以用交流操作。两种操作模式都具有它们的优点和缺点。交流能够防止电极的快速腐蚀并能够提高灯的功效，但是由于极性改变电弧放电通常不稳定，从而可能引起周期亮度波动和其他图像干扰。但是，使用直流操作的灯，能够排除电弧放电引起的不稳定，尤其是操作周期增加，这是由于例如在该周期期间电极距离的不规则性引起的，其中不稳定性可以特别的以电弧跳跃的形式表明。
因此，为了在放电灯的整个操作寿命中保持一个最佳并无干扰的图像质量，最好提供两种操作模式中相应的用于监视产生的光通量和用于补偿短期波动的传感器。
当一个原色用与其他原色不同的亮度显示，或者它的某些图像区域中的亮度与其他图像区域中的亮度不同时，产生的光通量中的波动会以尤其令人不舒服的方式，在使用时序彩色呈现方法操作的彩色投影显示器中变得明显。
两种时序彩色呈现方法有区别并在现今特别使用。
在第一种方法中，彩色图像由三个原色(“场序彩色”)的全图象并可能有第四、白图像的连续表示产生。该方法可用于例如现在的大多数DLP(数字光处理)投影仪中。
在第二种方法中，彩色图像以这种方式产生，即所有原色以彩色光束或彩条(“滚动彩色”)的形式一个接一个在显示器上运行。基于此，该方法是例如LCOS(硅液晶)显示器(cf.Shimizu：“ScrollingColor LCOS for HDTV Rear Projection”，在SID 01 Digest ofTechnical Papers，vol.XXXII，1072-1075页，2001)和SCR-DMD(顺序彩色再捕获-数字微镜)投影显示器(cf.Dewald，Penn，Davis：“Sequential Color Recapture and Dynamic Filtering：A Methodof Scrolling Colour”，在SID 01 Digestof Technical Papers，vol.XXXII，1076到1079页，2001)的操作。
这些系统包括一个用于光源和显示器之间的彩色分量的彩色分离或彩色滤波和调制器，从而产生三种原色的光。彩色分离和调制器可以互相集成到更高或更低的程度。因此，彩色滤波和调制由SCR系统中的一个旋转滤波轮执行，而LCOS系统中的彩色滤波借助于镜子进行，调制借助于棱镜进行。但是，对所有系统来说调制会引起光学系统中的相当大的亮度波动是常见的。而且，通常传感器对各种彩色分量的灵敏度也很不同。这样引起的传感器的输出信号中的波动使得该信号作为灯控制的基础是无效的。
再加上，传感器必须接收一个实际上与入射到显示中的光通量成正比的信号，从而有可能进行正确的控制。这不能保证传感器的位置在光的主光路之外和在光学集成之前。
例如，DE 101 36 474.1公开了一个电子电路，用于操作一个包括一个使得获得一个用于灯的受控灯电流的灯驱动器和用于产生表示灯提供的光通量的传感信号的亮度传感器的HID灯或UHP灯。而且，提供高通或带通滤波器，它对传感信号滤波并接着把它提供到用于控制灯电流的灯驱动器。
高通或带通滤波器的目的是分离由灯提供的光通量中的长期变化，尤其是来自电弧跳跃引起的短期波动的灯寿命过程的下降，从而只有后者的波动借助于灯驱动器用于灯功率的有效控制。
但是，如果传感信号受到添加的干扰成分影响，这样的一个有效控制(LOC-光输出控制)不能可靠操作，如上所述，干扰由例如彩色调制器引起的亮度波动造成。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种上述的投影系统，其中至少基本上避免了由光源提供的光通量中由不想要的变化引起的图像质量的恶化，以及投影系统的光学部件产生的亮度波动的存在。
本发明特别的具有的目的是提供一个包括至少一个高压气体放电灯的投影系统，其中至少基本上避免了由产生的光通量中的波动引起的，特别是由不稳定的电弧放电引起的图像质量的恶化，而且该投影系统使用时序彩色显示器。
最后，本发明的目的也提供一个具有时序彩色表示的投影系统的目的，其中至少基本上避免了由光源提供的光通量中不想要的变化引起的彩色赝像，尤其是如果使用的光源由一个或几个AC操作的高压气体放电灯形成，也能避免其引起的彩色赝像。
本发明根据权利要求1的目的借助于一个用于图像表示的投影系统实现，该投影系统具有一个显示器，至少一个灯，和至少一个传感器用于产生传感信号，该传感信号用于检测和补偿由所述至少一个灯提供的光通量的变化，以及具有一个在灯和显示器之间的光路上排列的一个光学部件，该光学部件允许第一光分量通过并反射第二光分量，从而所述光分量之一引入到显示器并且其他光分量引入到排列在光路之外的传感器。
该解决方案的特别的优点在于传感器不在投影系统的光路中并因此不引起可观察到的干扰或阴影效果，即光损失。而且，无论如何通常能够使用光学部件之一，在它后面传感器能够用相当低的费用安装。而且，在时间上平均，传感信号与实际入射到显示器的光通量高度成正比，不与由灯提供的光通量成正比，这可能受到光学集成和系统的其他部件的影响。
从属权利要求涉及本发明的优选的其他实施例。
权利要求2和3说明了一个优选使用的光学部件，同时权利要求3的实施例具有这样的优点，一方面能够实现与金属镜类似的超过90％的高度反射，另一方面与金属镜不同，少量百分比的剩余部分不被吸收，但它们通过二向色镜并能够用于传感器监视。以这种方式，传感器的照明不造成投影系统中的光损失。
权利要求4的实施例在传感器上投影一个光区域的清晰图像，从而有可能提供实际上聚焦在显示器上的光通量的更精确的检测。
权利要求5的实施例能够更满意的保持出现在系统中与传感器分离的任意散射光分量。
权利要求6最后说明了在彩色投影系统的情况下的优选结构。
附图说明
从随后的优选实施例的说明中本发明的进一步的细节、特征和优点将变得显然，实施例参照附图给出，其中：
图1示出了一个投影系统的原理；
图2示出了第一传感器配置；
图3示出了第二传感器配置；
图4示出了另一个可能的传感器配置；和
图5示出了投影系统的彩色通道。
具体实施方式
在以下描述的实施例中，在投影显示器上表现的图像的亮度借助于一个灯驱动器通过灯电流的变化进行控制，该控制受到传感信号的影响。但是，作为替代或补充，它也可能借助于一个光学滤波器改变图像的亮度，光学滤波器能够由传感信号电控制并附加提供在灯和显示器之间的辐射路径中，和/或以一个因子形式的灰度级掩码，通过它显示器上图像表示的亮度依赖于传感信号操纵。这两个替换的亮度控制尤其适合于DLP系统中的非常快速的显示器，它们在DE 102 20510.8中详细描述。该公开文件通过参照认为包括在本公开中，从而它不需要在下文中更详细论述。
现在，下面本发明将参照由上述第二方法(滚动彩色系统)操作并包括一个LCOS显示器的投影系统。这样的一个投影系统的操作的结构和方式在引用的文章中详细论述了，该文章是Shimizu的“Scrolling Color LCOS for HDTV Rear Projection”，发表在SID01 Digest of Technical Papers，vol.XXXII，1072到1075页，2001。该文章通过参照看作本公开的一部分。
这样的一个投影系统在图1中示意性示出。这里一个光源包括一个或几个高压气体放电灯10和把一个锥形光束引入到光积分器12的入口表面上的一个或几个反射器11。
光积分器包括一个已知模式的集成光学系统，在它的出口表面产生通过它的横截面的光通量的基本上均匀分布的光束。如果能够应用也提供光阑元件121，从而使横截面表面区域的形状基本上适应LCD显示器61的形状，从而后者能够被均匀照射。
用于与光积分器12相连的彩色分离的光学系统包括四个二向色反射和透射镜21，22，23，24，两个偏转镜31，32和八个透镜。
尤其是，由灯10产生并提供在光积分器12的出口的白光由二向色反射和透射镜21，22，23，24分为红、绿和蓝分量，这些分量分别引入到红、绿和蓝彩色通道R，G，B。每个彩色通道包括具有一个排列在其前面的光阑元件511的旋转棱镜512，522，532。每个光阑元件具有一个缝隙，能够应用的红、绿或蓝光不论哪个都由光积分器12产生的横截面表面区域引入，该面积比缝隙的表面区域稍大。
缝隙表面借助于各个棱镜512，522，532和透镜，以彩色光束或彩条的形式在显示器61上清晰成像(聚焦)。彩色通道为此目的再次组合并用于偏振光束分裂器(PBS)60。该光束分裂器60用于照射(反射)LCD显示器61，图像借助于一个光学投影系统62从显示器投影到图像屏幕63或一个投影屏或类似的部件。这三个彩色光束或彩条在显示器61上以上述方式通过棱镜512，522，532的旋转(滚动彩色系统)连续移动。
图2示出了彩色通道的一部分。该图示出了偏转镜31，从第一二向色反射镜21反射的光束(例如红光分量)入射到该偏转镜。该光束在偏转镜31反射并引入到旋转棱镜512前面的光阑元件511的缝隙。
最好，偏转镜31也是一个二向色镜，它这样设置从而反射入射光的最大可能的比例(即，超过90％)，允许剩余部分通过。这样的一个偏转镜可以例如用具有适当的二向色涂覆的玻璃制造。或者，只透射在可见光谱范围之外的光或者组合了两种特性的偏转镜也可以使用。
由偏转镜31透射的光分量由传感器7检测，传感器7的输出信号提供到一个灯驱动器101，它给灯10提供源电流，并用于控制灯驱动器101从而由灯10提供的光通量中的波动由源电流的适当控制来补偿。
该配置组合了两个实质上的优点。一方面，实际引入到显示器61的光的波动不能由传感器察觉到，因为在投影系统的光路中它不存在，并且通过二向色偏转镜31的光分量(实质上是在传统的金属偏转镜的金属层中吸收的光分量)非常小和/或在光的可见光谱之外。
另一方面，传感信号不受彩色通道R、G、B的亮度波动或从旋转棱镜512，522，532或其他光学部件产生的散射光的影响，因为这些实质上背部反射的分量不能通过偏转镜31到达传感器7，或者至少只有可忽略不计的很小数量的光到达传感器7。
根据图2，传感器7关于偏转镜31的位置和距离这样实现，即传感器位于在显示器61上聚焦的彩条的成像或聚焦平面(B)中。为了实现这一点，传感器7与偏转镜31的距离例如恰好与光阑元件511中的缝隙表面(在显示器上聚焦)与偏转镜31的距离一样大。该位置在图2中示出。
或者，如果透镜的组合安排在偏转镜31和传感器7之间，传感器7可以位于显示器61的聚焦平面中，比如偏转镜31和显示器61之间有一个传感器。
两种情况都导致这样的优点，即实际上也到达显示器61的光区域的(清晰)图像入射到传感器7上，从而显示器上的发光强度的波动能够更精确地监视到。此外，实际上只有有用的光分量和没有散射的光(如虚线所示)入射到图2的配置中的传感器7上。
第二传感器配置和对应的彩色通道的一部分在图3中示意性示出。光束以与图2相同的方式再次碰到偏转镜31，并且从中引入到光阑元件511的缝隙，旋转棱镜位于光阑元件512后面。
与图2的实施例相反，通过偏转镜31的光在这里入射到光阑元件71，光阑元件具有在成像和聚焦平面B中的缝隙开口，传感器7位于该开口的后面。投影系统中的任何散射光分量能够以这种方式甚至更好的保持与传感器的距离。
图4示出了用于图2和3所示的彩色通道的传感器7的另一个位置，这些位置在由偏转镜31发射的光的传播方向中的一个接一个的排列。这些位置可以例如按照传感器表面的尺寸，散射光的强度和/或给定投影系统中的空间条件选择。仅应当考虑到的是，传感器7距离成像和聚焦平面B的距离越增加，碰到传感器7的发光强度和实际到达显示器61的发光强度之间的偏差越大，从而传感信号误差越大。
如果给出传感器位置的多种可能性，可以假定一个对传感器适当的位置能够基本上在每个现存的投影系统中找到，在那里该传感器能够没有任何大的耗费地进行安装，从而监视描述的模式中的光分量。
取代如上所述存在并如上所述涂覆的偏转镜31，根据图5或者也有可能引入辐射路径中的附加的光学部件310，借助于它光的一小部分被分离并引入到适当排列的传感器7，从而光学部件310允许尽可能大的光分量不受它干扰的通过。这样的一个部件可以例如是一个简单的玻璃盘，它可以在某种情况下被偏转，从而不把过多的光反射到传感器上。与通常情况一样，这种情况下的偏转镜31最好是一个金属镜。该实施例其他方面对应于图1所示的结构。
最后，也有可能获得通过存在于图1所示的系统的光学部件反射引入到传感器7的光分量。

Claims (6)

1.一个用于图像表示的投影系统，该投影系统具有一个显示器(61)，至少一个灯(10)和至少一个产生传感信号的传感器(7)，该传感信号用于检测和补偿由所述至少一个灯(10)提供的光通量的变化，以及具有一个在灯(10)和显示器(61)之间的光路上排列的一个光学部件(31；310)，该光学部件允许第一光分量通过并反射第二光分量，从而所述光分量之一引入到显示器(61)并且其他光分量引入到排列在光路之外的传感器(7)。
2.如权利要求1所要求保护的投影系统，其中光学部件是一个偏转镜(31；310)。
3.如权利要求2所要求保护的投影系统，其中偏转镜是一个具有高反射性和低透射性的二向色镜(31)，并且传感器(7)检测由所述镜透射的光分量。
4.如权利要求1所要求保护的投影系统，其中传感器(7)这样排列，从而它位于聚焦到显示器(61)上的一个光分量的成像或聚焦平面(B)中。
5.如权利要求1所要求保护的投影系统，其中传感器(7)排列在一个光阑元件(71)后面，光阑元件位于聚焦到显示器(61)上的光分量的一个成像或聚焦平面中。
6.一种用于通过在显示器(61)上的彩条的时序投影而表示彩色图像的如权利要求1所要求保护的投影系统，它具有一个用于彩色分离的光学系统，其中该光学部件是彩色通道(R，G，B)之一中的二向色涂覆的偏转镜(31)。
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