DE10258990A1

DE10258990A1 - Arrangement for eliminating digital projection system intensity fluctuations has partly transparent mirror so light from source falls on light receiver measuring light intensity for modulator control

Info

Publication number: DE10258990A1
Application number: DE2002158990
Authority: DE
Inventors: Dirk MÜHLHOFF
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-01

Abstract

The arrangement has a partly transparent mirror (2) arranged after the light source (1) of the projection system so that light emitted by the source falls on at least one light receiver (4) arranged after the mirror to measure the light intensity of the source so that a modulator (3) and hence the light power incident on a projection wall (7) can be regulated by an evaluation and control unit (5).

Description

Die Erfindung betrifft Anordnung zur Beseitigung von Helligkeitsschwankungen insbesondere bei digitalen Projektionssystemen, wobei ein Bildflimmern durch die Helligkeitsschwankungen einer Lichtquelle entsteht und wobei das digitale Projektionssystem insbesondere eine Lichtquelle zur Abgabe eines Lichtflusses, einen Modulator und ein Projektionsobjektiv zur Abbildung eines Bildes auf eine Projektionsleinwand umfaßt.The invention relates to arrangement to eliminate fluctuations in brightness, especially with digital ones Projection systems, an image flickering due to the fluctuations in brightness a light source is created and the digital projection system in particular a light source for emitting a light flow, a Modulator and a projection lens for imaging an image on a projection screen.

Aus dem Stand der Technik sind zur Unterdrückung bzw. der Beseitigung eines unerwünschten Bildflimmerns oder des Zeilenflimmerns auf Anzeigen unterschiedlichste Verfahren und Anordnungen bekannt, da starkes Bildflimmern neben einer Beeinträchtigung der Struktur und der erzielbaren Wiedergabequalität eines projizierten Bildes auch eine störende Belastung für den Schärfeeindruck bzw. den Anzeigenkontrast darstellt.From the prior art suppression or the removal of unwanted image flicker or line flickering on a variety of methods and arrangements known because of strong image flickering in addition to impairment the structure and achievable playback quality of a projected image also a distracting Burden for the sharpness impression or the ad contrast.

Da die heute eingesetzten Hochleistungsprojektionssysteme vielfach Xenon-Lampen als Lichtquelle verwenden, besteht ein Problem darin, dass diese Lampen einem stetigen Verschleiß unterliegen, was dazu führt, dass sich in fortgeschrittenem Betriebsalter der Lampen der Lichtbogen in Form und Stabilität verändert, was als Helligkeitsschwankungen wahrgenommen wird. Dieses Problem der Helligkeitsschwankungen tritt aber auch bei allen anderen Lampentypen auf.Because the high-performance projection systems used today often use xenon lamps as a light source, there is a problem that these lamps are subject to constant wear, which leads to, that in the advanced operating age of the lamps the arc in shape and stability changed what is perceived as fluctuations in brightness. This problem however, the brightness fluctuations also occur with all other lamp types on.

Beispielsweise ist aus der DE 38 80 310 T2 ein spezielles System und ein Verfahren zur Erzeugung eines im wesentlichen flimmerfreien IR- oder UV-Videozielbildes bekannt, das in Echtzeit geregelt werden kann. Eine weitere Anordnung und ein Verfahren zur Unterdrückung von Zeilenflimmern auf Anzeigen mit zeitlich zeilenversetzter Teilbildanzeige einer Anzeigevorrichtung ist aus der DE 198 05 493 A1 bekannt, mit einer Anordnung, bei der ein neuronales Netz als Filter eingesetzt wird, das die Umgebung eines darzustellenden Bildpunktes bei der Berechnung seines Bildanteiles mit einbezieht, wobei das neuronale Filter in einer als Kathodenstrahlröhre ausgebildeten Bildanzeigevorrichtung eingesetzt wird, um eine verbesserte Bilddarstellung von PC-Texten und -Graphiken zu ermöglichen. Aus der DE 689 20 935 T2 ist weiterhin eine Flüssigkeitskristall-Anzeigevorrichtung mit einer aktiven Matrix mit reduziertem Flimmern bekannt, die ein Widerstandselement verwendet und aus der DE 196 35 544 C1 ein Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität beim Transfer von Kino- und Schmalfilmen durch eine gezielte Helligkeitsveränderung der einzelnen Bildpunkte für den Film zur Bestimmung der Flimmerfrequenz und der lokalen Intensitätsmaxima jeder vorhandenen Farbkomponente.For example, from the DE 38 80 310 T2 a special system and a method for generating a substantially flicker-free IR or UV video target image is known, which can be controlled in real time. A further arrangement and a method for suppressing line flicker on displays with a partial line display of a display device staggered in time is shown in FIG DE 198 05 493 A1 is known with an arrangement in which a neural network is used as a filter, which includes the surroundings of a pixel to be displayed when calculating its image component, the neural filter being used in an image display device designed as a cathode ray tube in order to improve the image display of PC Enable texts and graphics. From the DE 689 20 935 T2 a liquid crystal display device with an active matrix with reduced flicker is also known, which uses a resistance element and from which DE 196 35 544 C1 a method for improving the image quality when transferring cinema and narrow films by deliberately changing the brightness of the individual pixels for the film to determine the flicker frequency and the local intensity maxima of each color component present.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, vorzugsweise für digitale Projektionssysteme eine Anordnung zu schaffen, mit der kostengünstig und mit einfachen technischen Mitteln das unerwünschte Bildflimmern, das durch Helligkeitsschwankungen der Lichtquelle entsteht, bei digitalen Projektionssystemen zu reduzieren, bzw. zu beseitigen.The object of the present invention is preferably for digital projection systems to create an arrangement with which economical and with simple technical means the unwanted image flicker caused by Brightness fluctuations in the light source arise in digital projection systems to reduce or eliminate.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Anordnung für ein digitales Projektionssystem vor, bei der einer Lichtquelle ein teildurchlässiger Spiegel so nachgeordnet ist, dass das von der Lichtquelle ausgesendete Licht auf mindestens einen hinter dem teildurchlässigen Spiegel angeordneten Lichtempfänger zur Messung der Lichtleistung der Lichtquelle fällt, derart, dass mittels einer dem Lichtempfänger nachgeordneten Auswerte- und Steuereinheit der Modulator und damit die auf eine Projektionsleinwand auftreffende Lichtleistung regelbar ist.The invention proposes to achieve this object an arrangement for a digital projection system in front of which a light source semi-transparent mirror is so subordinate that the light emitted by the light source to at least one light receiver arranged behind the partially transparent mirror Measurement of the light output of the light source falls in such a way that by means of a the light receiver downstream evaluation and control unit of the modulator and thus the light output striking a projection screen can be regulated is.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass hinter dem teildurchlässigen Spiegel mehrere Lichtempfänger angeordnet sind, wobei den Lichtempfängern ein Bereich des Modulators zugeordnet ist.It is preferably provided that behind the partially permeable Mirror arranged several light receivers are, the light receivers an area of the modulator is assigned.

Eine bevorzugte Ausbildung wird darin gesehen, dass die Lichtempfänger in einer Ebene angeordnet sind, die konjugiert zur Ebene des Modulators ist.A preferred training is in it seen that the light receiver are arranged in a plane which is conjugate to the plane of the modulator.

Eine vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die einzelnen Bereiche des Modulators unabhängig von einander regelbar sind.An advantageous embodiment is seen in the fact that the individual areas of the modulator are independent of are mutually adjustable.

Ebenso ist vorteilhaft vorgesehen, dass mittels der Lichtempfänger Inhomogenitäten in der Ausleuchtung des Modulators kompensierbar sind, so dass das auf der Projektions1einwand erzeugte Bild mit homogener Helligkeit erscheint.It is also advantageously provided that by means of the light receiver inhomogeneities can be compensated for in the illumination of the modulator, so that image produced on the projection screen with homogeneous brightness appears.

Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass der Lichtempfänger zur Messung der integralen Lichtleistung insbesondere in einer Einschnürung, bzw. einem Fokus des Strahlenganges vorgesehen ist, wobei dieser Fokus durch die Anordnung einer weiteren, dem teildurchlässigen Spiegel nachgeordneten Linse erhalten wird.It is also advantageously provided that the light receiver for measuring the integral light output, especially in a constriction, or a focus of the beam path is provided, this focus by arranging another, the partially transparent mirror subordinate lens is obtained.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die Lichtempfänger als Photodioden ausgebildet sind.A particularly advantageous embodiment is seen in the fact that the light receivers are designed as photodiodes are.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind darin zu sehen, dass der Modulator vorzugsweise als eine transmittierende LCD, oder als ein DMD-Bauelement oder als eine reflektierende LCD mit einem Polarisationsstrahlteiler ausgebildet ist.Further preferred embodiments can be seen in the fact that the modulator is preferably a transmitting LCD, or as a DMD component or as a reflective LCD is formed with a polarization beam splitter.

Durch die Erfindung ist es möglich, bei einem digitalen Projektionssystem die durch Verschleiß der Lichtquelle hervorgerufenen Helligkeitsschwankungen mittels Photodioden zu messen, um mittels einer Auswerte- und Steuereinheit den Modulator des Projektionssystems so nachzuregeln, dass die auf einer Projektionsleinwand auftreffende Lichtleistung konstant bleibt. In der einfachsten Ausführungsform enthält die Anordnung nur eine Photodiode. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Anordnung zur Beseitigung des Bildflimmerns besteht darin, dass Inhomogenitäten in der Ausleuchtung des Modulators ebenfalls kompensiert werden, so dass das Bild auf der Projektionsleinwand dennoch mit homogener Helligkeit erscheint.The invention makes it possible, in a digital projection system, to measure the brightness fluctuations caused by wear of the light source by means of photodiodes, in order to readjust the modulator of the projection system by means of an evaluation and control unit so that the light output striking a projection screen remains constant. In the simplest embodiment, ent the arrangement holds only one photodiode. An additional advantage of this arrangement for eliminating the image flickering is that inhomogeneities in the illumination of the modulator are also compensated for, so that the image nevertheless appears on the projection screen with homogeneous brightness.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Beseitigung von Helligkeitsschwankungen mittels Photodioden kann außerdem dazu eingesetzt werden, nicht nur kurzzeitige Schwankungen (Bildflimmern) sondern auch langzeitige Schwankungen (Drift) zu kompensieren. Zusätzlich können auch optische Elemente im Beleuchtungsstrahlengang oder auch die Lampe selbst mittels der Photodioden sowohl manuell als auch automatisch justiert werden.The disposal arrangement according to the invention of brightness fluctuations using photodiodes can also do this are used, not just short-term fluctuations (flickering) but also to compensate for long-term fluctuations (drift). In addition, too optical elements in the illumination beam path or the lamp even manually and automatically using the photodiodes be adjusted.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below the schematic drawings closer explained.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer transmittierenden LCD als Modulator; 1 a schematic representation of an arrangement according to the invention with a transmitting LCD as a modulator;

2 eine Anordnung mit einem DMD-Bauelement als Modulator; 2 an arrangement with a DMD component as a modulator;

3 eine Anordnung mit einer reflektierenden LCD als Modulator. 3 an arrangement with a reflective LCD as a modulator.

In den 1 bis 3 ist der optische Strahlengang eines digitalen Projektionssystems mit den einzelnen optischen Elementen dargestellt.In the 1 to 3 the optical beam path of a digital projection system is shown with the individual optical elements.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Lichtquelle 1 insbesondere als Xenon-Lampe ausgeführt ist. Da die Lichtquelle 1 einem stetigen Verschleiß unterliegt, führt dieser dazu, dass bei fortschreitendem Betriebsalter der Lichtquelle 1 sich der Lichtbogen in Form und Stabilität verändert, was als Helligkeitsschwankungen oder sogenanntes Bildflimmern wahrgenommen wird. Zur Reduzierung bzw. zur Beseitigung solcher durch Verschleiß der Lichtquelle 1 hervorgerufenen Helligkeitsschwankungen wird der Lichtquelle 1 ein teildurchlässiger Spiegel 2 so nachgeordnet, dass das von der Lichtquelle 1 ausgesendete Licht auf einen Modulator 3, beispielsweise eine transmittierende LCD, und auf eine oder mehrere hinter dem teildurchlässigen Spiegel 2 angeordnete Lichtempfänger in Form von Photodioden 4 fällt, die die Lichtleistung der Lichtquelle 1 messen, wobei diese Meßwerte in einer Auswerte- und Steuereinheit 5 ausgewertet und zur Ansteuerung, d.h. einer Nachregelung des Modulators 3 genutzt werden, so dass die über ein Projektionsobjektiv 6 auf einer Projektionsleinwand 7 auftreffende Lichtleistung konstant bleibt. Zur besseren Messung der integralen Lichtleistung kann zusätzlich eine weitere Linse 6a hinter dem teildurchlässigen Spiegel 2 vor den Photodioden 4 angeordnet werden. 1 shows a first embodiment in which a light source 1 is designed in particular as a xenon lamp. Because the light source 1 is subject to constant wear, this leads to the fact that the light source advances as the operating age increases 1 the arc changes in shape and stability, which is perceived as brightness fluctuations or so-called image flickering. To reduce or eliminate them due to wear on the light source 1 caused fluctuations in brightness is the light source 1 a semi-transparent mirror 2 so subordinate that that from the light source 1 emitted light on a modulator 3 , for example a transmitting LCD, and on one or more behind the partially transparent mirror 2 arranged light receivers in the form of photodiodes 4 which drops the light output of the light source 1 measure, these measured values in an evaluation and control unit 5 evaluated and for control, ie readjustment of the modulator 3 be used so that the via a projection lens 6 on a projection screen 7 incident light output remains constant. Another lens can also be used to better measure the integral light output 6a behind the semitransparent mirror 2 in front of the photodiodes 4 to be ordered.

In der einfachsten Ausführungsform der Anordnung ist nur eine Photodiode 4 hinter dem teildurchlässigen Spiegel 2 angeordnet, die die integrale Lichtleistung der Lichtquelle 1 mißt. Weist die Lichtquelle 1 ein kritisches Betriebsalter auf, so ist die gemessene Lichtleistung kleiner und der Modulator 3 muß in seiner mittleren Transmission nachgeregelt werden und die auf die Projektionsleinwand 7 auftreffende Lichtleistung kann als zeitlich konstanter Wert eingestellt werden.In the simplest embodiment of the arrangement there is only one photodiode 4 behind the semitransparent mirror 2 arranged which is the integral light output of the light source 1 measures. Directs the light source 1 a critical operating age, the measured light output is smaller and the modulator 3 must be adjusted in its medium transmission and that on the projection screen 7 incident light output can be set as a constant value over time.

Werden mehrere Photodioden 4 verwendet, so wird zur Nachregelung jeder Photodiode 4 ein Bereich des Modulators 3 zugeordnet, der entsprechend unabhängig von den anderen Bereichen geregelt wird. In dieser Ausführungsform befindet sich die Anordnung von Photodioden vorzugsweise in einer Ebene, welche zur Ebene des Modulators 3 konjugiert ist.Will be multiple photodiodes 4 is used to readjust each photodiode 4 an area of the modulator 3 assigned, which is regulated independently of the other areas. In this embodiment, the arrangement of photodiodes is preferably in a plane which is at the level of the modulator 3 is conjugated.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für das digitale Projektionssystem, bei dem der Modulator 8 als DMD-Bauelement (Digital Micromirror Device) ausgebildet ist und zusätzlich zu dem teildurchlässigen Spiegel 2 für den Modulator 8 eine Strahlenfalle 9 vorgesehen ist. 2 shows a second embodiment of the digital projection system in which the modulator 8th is designed as a DMD component (Digital Micromirror Device) and in addition to the partially transparent mirror 2 for the modulator 8th a ray trap 9 is provided.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das digitale Projektionssystem, bei dem zwischen der Lichtquelle 1 und den Photodioden 4 ein Polarisationsstrahlteiler 11 in Verbindung mit einem Modulator in Form einer reflektierenden LCD 10 angeordnet ist. 3 shows a further embodiment of the digital projection system in which between the light source 1 and the photodiodes 4 a polarization beam splitter 11 in conjunction with a modulator in the form of a reflective LCD 10 is arranged.

Mit der neuen Anordnung zur Beseitigung von Helligkeitsschwankungen können auch mittels der Photodioden optische Elemente im Beleuchtungsstrahlengang oder auch die Lampe selbst manuell oder automatisch mittels der Auswerte- und Steuereinheit 5 justiert werden, dann liefert die Photodiode das Signal, welches auf Maximum eingestellt werden muß.With the new arrangement for eliminating brightness fluctuations, optical elements in the illumination beam path or the lamp itself can also be manually or automatically by means of the evaluation and control unit by means of the photodiodes 5 are adjusted, then the photodiode delivers the signal, which must be set to maximum.

11: Lichtquellelight source
22: teildurchlässiger Spiegelsemi-transparent mirror
33: Modulator, transmittierende LCDModulator, transmitting LCD
44: Photodiodephotodiode
55: Auswerte- und Steuereinheitevaluation and control unit
66: Projektionsobjektivprojection lens
6a6a: Linselens
77: Projektionsleinwandprojection screen
88th: Modulator-DMD-BauelementModulator DMD component
99: Strahlenfallebeam trap
1010: Modulator-reflektierende LCDModulator-reflective LCD
1111: PolarisationsstrahlteilerPolarization beam splitter

Claims

Arrangement for eliminating brightness fluctuations in digital projection systems, an image flickering being caused by the brightness fluctuations of a light source and the digital projection system in particular a light source for emitting a light flow, a modulator and a projection lens for imaging an image onto a projection screen, characterized in that a light source ( 1 ) a partially transparent mirror ( 2 ) is so subordinate that the light source ( 1 ) emitted light on at least one behind the partially transparent mirror ( 2 ) arranged light receiver ( 4 ) to measure the light output of the light source ( 1 ) falls in such a way that the light receiver ( 4 ) downstream evaluation and control unit ( 5 ) a modulator ( 3 ) and thus the one on the projection screen ( 7 ) incident light output is adjustable.

Arrangement according to claim 1, characterized in that behind the partially transparent mirror ( 2 ) several light receivers ( 4 ) are arranged, the light receivers ( 4 ) an area of the modulator ( 3 ) assigned.

Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the light receiver ( 4 ) are arranged in a plane that is conjugate to the plane of the modulator ( 3 ) is.

Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the individual regions of the modulator ( 3 ) can be regulated independently of each other.

Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that by means of the light receiver ( 4 ) Inhomogeneities in the illumination of the modulator ( 3 ) can be compensated, so that on a projection screen ( 7 ) generated image with homogeneous brightness appears.

Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that for measuring the integral light output, the light receiver ( 4 ) is located in a constriction or the focus of the beam path.

Arrangement according to claim 6, characterized in that the focus by a further, the partially transparent mirror ( 2 ) downstream lens ( 6a ) is obtained.

Arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized that the light receiver as Photodiodes are formed.

Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the modulator as a transmitting LCD ( 3 ) is trained.

Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the modulator as a DMD component ( 8th ) is trained.

Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the modulator as a reflective LCD ( 10 ) in connection with a polarization beam splitter ( 11 ) is trained.