DE60312878T2

DE60312878T2 - Kompensieren eines Lichtquellenintenstiätsimpulses in Projektionssystemen des Rollfarbentyps

Info

Publication number: DE60312878T2
Application number: DE60312878T
Authority: DE
Inventors: Adrianus J. De Vaan
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: AU2003260886A1; DE60312878D1; TW200413819A; JP2006501511A; CN100336404C; ATE358393T1; US20050280782A1; WO2004032522A1; CN1689338A; US7303287B2; EP1552706B1; EP1552706A1; KR20050061502A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rollfarbenprojektionssystem, das eine gepulste Lampe und einen Farbscanner zum Erzeugen eines Lichtbündels mit einer Vielzahl von rollenden Farbfeldern umfasst, die eingerichtet sind, eine Anzeigeeinrichtung zu beleuchten, um eine Projektion eines Bildes, das durch die Anzeigeeinrichtung gebildet wird, zu erzeugen.
Derartige Projektionssysteme sind dahingehend besonders, dass Licht von einer Lichtquelle in mehrere Strahlenbündel unterteilt wird, die nacheinander über eine Anzeigeeinrichtung, z. B. eine Reflexions-LCD, gerollt und anschließend mittels einer Linse projiziert werden. Die drei Strahlenbündel (R, G, B) sind normalerweise so angeordnet, dass sie drei horizontale Balken mit einer Gesamthöhe bilden, die ausreichend groß ist, um die Reflexionsanzeige abzudecken. Die Balken werden gerollt, z. B. von oben nach unten, und mit der Anzeige in der Weise synchronisiert, dass sie eine Rollsequenz innerhalb eines Bildrahmens vervollständigen.
Bei derartigen Projektorsystemen ist es vorteilhaft, eine Lichtquelle, z. B. eine UHP-Lampe (Hochleistungslampe) von Philips, mit einem überlagerten Stromimpuls, der die Lichtbogenposition stabilisiert, zu verwenden. Bei einem Projektionssystem des Rollfarbentyps kann ein derartiger Stromimpuls den Farbscanner stören und sichtbare Interferenzmuster im projizierten Bild zur Folge haben. Der Impuls wirkt im Prinzip wie ein Stroboskop, indem ein momentanes Bild des Scanners hervorgehoben wird, und kann Interferenzmuster in Form von Farbbalken oder Zwischenfeldern (Speichen), die auf dem Bildschirm sichtbar sind, bilden. Wenn die Impulsfrequenz eine Teilfrequenz der Rahmenrate ist, ist das Interferenzmuster feststehend, und wenn die Lampenfrequenz zur Rahmenrate phasenverschoben ist, rollen die Balken über den Bildschirm.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rollfarbenprojektorsystem mit einer reduzierten Bildinterferenz bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen erfindungsgemäßen Projektor, wie in Anspruch 1 beschrieben.
Das Filterelement entfernt somit wirkungsvoll den Einfluss des Stromimpulses auf die Lichtintensität, was eine konstante Intensität im projizierten Bild zur Folge hat. Deswegen treten die erwähnten Interferenzmuster nicht auf.
Das Filterelement kann an einer beliebigen Stelle im Strahlengang, z. B. hinter der Projektionslinse oder vor dem Farbscanner, angeordnet sein. Ein Filterelement, das nahe der Lampe angeordnet ist, muss eine gute Widerstandsfähigkeit besitzen, um die höhere Lichtintensität auszuhalten. Ein Filterelement, das nahe der Anzeige angeordnet ist, muss verzerrungsfrei sein (z. B. ohne Partikel auf der Oberfläche), da solche Verzerrungen im projizierten Bild sichtbar sein können. Ein weiterer Faktor ist die Größe des Filterelements, die sich längs des Strahlengangs verändert.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Filterelement eine Flüssigkristallzelle (LC-Zelle). Die Durchlässigkeit der Zelle wird dann in der Weise gesteuert, dass sie mit dem Lampenstrom synchronisiert und entsprechend dem Betrag des Spitzenwerts der Lichtintensität eingestellt ist, um die konstante Intensität zu realisieren. Um eine lange Lebensdauer sicherzustellen, wird die LC-Zelle vorzugsweise hinter der Projektionslinse angeordnet, wo die Lichtintensität geringer ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Filterelement eine rotierende Scheibe, die ein Feld mit verringerter Durchlässigkeit aufweist. Die Drehzahl dieses Rads ist mit dem Lampenstrom synchronisiert, sodass das Feld den Strahlengang durchquert, wenn der Spitzenwert der Intensität auftritt. Durch Anpassen der Durchlässigkeit des Felds entsprechend dem Betrag des Spitzenwerts kann eine konstante Lichtintensität erreicht werden.
Diese sowie weitere Aspekte der Erfindung werden aus den bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben werden. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Rollfarbenprojektionssystems nach dem Stand der Technik;
2 eine Scannerausgabe des Projektionssystems von 1;
3 eine Darstellung einer Stromkurve für eine UHP-Lampe mit Stabilisierung des gepulsten Lichtbogens;
4 eine Darstellung eines Lampenflussausgangs, der dem Strom von 3 entspricht;
5 eine schematische Ansicht eines Rollfarbenprojektionssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine schematische Ansicht eines Rollfarbenprojektionssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
7 das rotierende Dichtefilter der Ausführungsform von 6.
Ein Projektionssystem mit Rollfarbenabtastung gemäß dem Stand der Technik, das außerdem als "Scrolling Colour Sequential"-System (SCS-System) bezeichnet wird, ist in 1 dargestellt. Das System umfasst einen Anzeigetreiber 1, der so eingerichtet ist, dass er einen Eingabedatenstrom 2 z. B. von einem Personal Computer oder einem Videokassettenrecorder (nicht gezeigt) empfängt und eine Anzeigeeinrichtung 3, wie etwa eine Reflexions-LCD, ansteuert. Eine Lichtquelle 4, die vorzugsweise eine UHP-Lampe mit nachgeschaltetem Integrator ist, wird durch einen Lampentreiber 12 gesteuert, um ein Lichtbündel 5a zu erzeugen, das durch einen Farbscanner (6, 8a, 8b, 8c, 9) verläuft. Der Farbscanner wandelt das Lichtbündel 5a von der Lampe 4 in ein Strahlenbündel 5b um, das eine Vielzahl von unterschiedlich gefärbten Feldern aufweist, typischerweise drei Farbbalken (R, G, B), die ständig von oben nach unten rollen (siehe 2).
In dem in 1 dargestellten Beispiel teilt eine erste Gruppe von Spiegeln 6 das Strahlenbündel 5a in drei Strahlenbündel 7a, 7b, 7c. Diese Strahlenbündel werden durch drei Abtastprismen 8a, 8b, 8c (rot, grün, blau) geleitet und eine zweite Gruppe von Spiegeln 9 vereinigt die Strahlenbündel, wie oben beschrieben, zu einem Strahlenbündel 5b. Die Spiegel 6, 9 und die Prismen 8a, 8b, 8c bilden gemeinsam den Farbscanner.
Das Strahlenbündel 5b mit den rollenden Farbbalken 23 wird auf eine Anzeigeeinrichtung 3 gerichtet und ein Bild, das durch die Anzeigeeinrichtung 3 erzeugt wird, wird in einen Polarisationsstrahlteiler (PBS) 10 reflektiert. Der PBS 10 lenkt das reflektierte Bild zu einer Projektionslinse 11 zur Projektion auf einen geeigneten Bildschirm (nicht gezeigt).
Die Abtastung, die durch den Farbscanner 8a, 8b, 8c ausgeführt wird, ist mit der Rahmenrate der Videodaten 2 synchronisiert, sodass die Farbbalken 23 des Strahlenbündels 5b in einer Rahmenperiode T_F eine Rollsequenz (Rückkehr zur ursprünglichen Position) vervollständigen. Dies ist in 2 dargestellt.
Das Diagramm in 3 zeigt eine typische Stromkurve 20, die einen Impuls 21 zum Stabilisieren der Lichtbogenposition enthält, mit der Periode T_L in der UHP-Lampe 4. Das Diagramm in 4 zeigt den entsprechenden Lampenfluss 22 von der Projektionslampe 4, der im Wesentlichen die gleichgerichtete Stromkurve 20 von 3 ist. Aus 4 wird deutlich, dass der Lampenfluss 22 einen Gleichspannungsfluss mit einem überlagerten Wechselspannungslichtfluss, der sich aus dem Stabilisierungsimpuls 21 ergibt, umfasst. Als Folge der Gleichrichtung ist die Periode T_AC der Wechselspannungskomponente lediglich die Hälfte von T_L, d. h., die Impulsfrequenz ist gleich der doppelten Lampenfrequenz.
Wie oben erwähnt, wirkt der Wechselspannungslichtfluss, der sich aus dem Stabilisierungsimpuls ergibt, als eine fiktive Lichtquelle und bewirkt einen stroboskopischen Effekt am Farbscanner 8a, 8b, 8c. Wenn die Frequenz dieser Wechselspannungskomponente des Lichtflusses (als Impulsfrequenz bezeichnet) eine Unterschwingung der Rahmenratenfrequenz der Anzeige ist, können die Farbbalken 23 durch den stroboskopischen Effekt „eingefangen" werden, was sichtbare Farbbalken im projizierten Bild zur Folge hat. Wenn die Lampenfrequenz und die Rahmenratenfrequenz synchronisiert sind, sind die sichtbaren Balken in einer Position feststehend. Wenn sie nicht synchronisiert (d. h. asynchron) sind, rollen die sichtbaren Balken über den Bildschirm, da die Lampe und der Scanner asynchron sind. Die Phase zwischen der Lampenfrequenz und der Rahmenratenfrequenz bestimmt die Position der Farbbalken auf dem Bildschirm.
Eine erste Ausführungsform ist in 5 dargestellt. Ein Filterelement in Form einer Flüssigkristallzelle (LC-Zelle) 31 ist im Strahlengang zwischen der Lampe und der Projektion des Bildes, in diesem Fall hinter der Projektionslinse 11, angeordnet. Die LC-Zelle wird durch eine Ansteuerspannung 32 gesteuert, die mittels einer Synchronisationseinheit 33 mit dem Lampenstrom 20 synchronisiert ist. Mit anderen Worten, die Synchronisationseinheit 33 ist mit dem Lampentreiber 12 und der LC-Zelle 31 verbunden.
Die Synchronisationseinheit 33 ist eingerichtet, um die LC-Zelle in der Weise zu steuern, dass die veränderliche Durchlässigkeit, die eine Funktion der Spannung 32 ist, vermindert wird, wenn im Lampenstrom 20 ein Stabilisierungsimpuls 21 auftritt und im Lampenfluss 22 ein Spitzenwert auftritt. Die Verminderung der Durchlässigkeit ist so angepasst, dass der Anstieg der Intensität, der während des Spitzenwerts auftritt, ausgeglichen wird und folglich der Spitzenwert gelöscht wird und im projizierten Bild nicht sichtbar ist. Dies führt zu einer konstanten Intensität im projizierten Bild und Interferenzmuster werden vermieden.
Eine zweite Ausführungsform ist in 6 und 7 dargestellt. In diesem Fall ist das Filterelement eine rotierende Scheibe 41, die aus einem transparenten Material hergestellt ist und ein Graufilter 42 mit neutraler Dichte, auf ihre Oberfläche aufstrukturiert, aufweist. Dabei ist die Scheibe 41 den Spiegeln 6 des Farbscanners vorgeschaltet, jedoch kann sich eine andere Stelle ebenfalls als vorteilhaft erweisen. Wie in 7 gezeigt, kann das Filterfeld 42 ein Sektor der Scheibe 41 sein, es kann jedoch auch zwei oder mehr Sektoren umfassen und/oder eine andere Form besitzen.
Eine Synchronisationseinheit 43 ist mit dem Lampentreiber 12 und einer Scheibensteuereinheit 44 verbunden. Die Synchronisationseinheit 43 ist eingerichtet, um die Scheibensteuereinheit 44 in der Weise zu steuern, dass sich die Scheibe 41 mit einer solchen Phase und Drehzahl dreht, dass das abgedunkelte Filterfeld 42 den Strahlengang passiert, wenn im Lampenfluss 22 ein Spitzenwert auftritt. Des Weiteren ist die Durchlässigkeit des abgedunkelten Felds 42 angepasst, um den Anstieg der Lichtintensität, der während des Spitzenwerts auftritt, auszugleichen, folglich wird der Spitzenwert gelöscht und ist im projizierten Bild nicht sichtbar.
Es ist klar, dass die obige detaillierte Beschreibung zwei spezielle Ausführungsformen der Erfindung betrifft und diese Ausführungsformen den Umfang der beigefügten Ansprüche nicht einschränken. Das Rollprojektionssystem kann insbesondere durch einen Fachmann modifiziert werden, ohne vom erfinderischen Konzept abzuweichen. Der Farbscanner kann z. B. von einem anderen Typ sein als der in den Zeichnungen schematisch dargestellte Farbscanner. Es können außerdem andere Filterelemente vorgesehen sein und längs des Strahlengangs an anderen Stellen angeordnet werden.
Text in den Figuren
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 5, 6

Claims

Rollfarbenprojektionssystem, das Folgendes umfasst: eine Lampe (4) mit einem gepulsten Ansteuerstrom (20) und einen Farbscanner (6, 8a, 8b, 8c, 9) zum Erzeugen eines Lichtbündels (5b) mit einer Vielzahl von rollenden Farbfeldern, wobei das Lichtbündel eingerichtet ist, eine Anzeigeeinrichtung (3) zu beleuchten, um eine Projektion eines Bildes, das durch die Anzeigeeinrichtung erzeugt wird, zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterelement (31; 42), das von der Anzeigeeinrichtung verschieden ist und eine steuerbare veränderliche Durchlässigkeit aufweist, im Strahlengang zwischen der Lampe und dem projizierten Bild angeordnet ist, wobei die Durchlässigkeit des Filterelements (31; 41) mit dem Lampenstrom in der Weise synchronisiert ist, dass ein Intensitätsspitzenwert im Lampenfluss gelöscht wird.
Rollfarbenprojektionssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Synchronisationseinheit (33, 43) zum Synchronisieren des Filterelements (31; 41) mit der Lampe (4) umfasst.
Rollfarbenprojektionssystem nach Anspruch 1, das eine Projektionslinse (11) zum Projizieren des Bildes umfasst, wobei das Filterelement hinter der Projektionslinse (11) angeordnet ist.
Rollfarbenprojektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Filterelement dem Farbscanner (6, 8a, 8b, 8c, 9) vorgeschaltet ist.
Rollfarbenprojektionssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei dem das Filterelement eine Flüssigkristallzelle (LC-Zelle) (31) ist.
Rollfarbenprojektionssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei dem das Filterelement eine rotierende Scheibe (41) mit einem Feld (42) ist, das eine verminderte Durchlässigkeit aufweist.
Rollfarbenprojektionssystem nach Anspruch 6, bei dem die Scheibe (41) mit Ausnahme mindestens eines sektorförmigen Feldes (42) transparent ist.