DE69424858T2 - Bildprojektionsvorrichtung und lampensteuerungssystem zur verwendung darin - Google Patents

Bildprojektionsvorrichtung und lampensteuerungssystem zur verwendung darin

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildprojektionseinrichtung, welche die nachfolgenden Elemente aufweist:
  • - eine Lampe zum Aussenden eines Strahles weißen Lichtes,
  • - ein Lichtventil zum entsprechend einem Videosignal pixelweisen Modulieren von Licht, das von der Lampe darauf trifft,
  • - Mittel zum Umwandeln des von der genannten Lampe ausgesendeten Strahles weißen Lichtes in einen Strahl mit zeitsequentiell verschiedenen Farben, wobei die genannten Umwandlungsmittel zwischen der genannten Lampe und dem genannten Lichtventil liegen.
  • Die meisten kommerziell erhältlichen Bildprojektionseinrichtungen, wie Video-Projektionseinrichtungen benutzen separate Kanäle für jede der drei Primärfarben. Auf diese Weise erfordert das System ein rotes, grünes und blaues Lichtventil und optische Strecken, die genau auf den Schirm konvergiert sein sollen. Neulich wurden Projektionsfernseheinrichtungen entwickelt, bei denen nur ein einziges Lichtventil benutzt wird. Ein derartiges System ist ein farbfeldsequentielles System, wobei das normale Videobild, 1/60 einer Sekunde (16 ms) in drei Teile, Farbfelder, zerlegt wird. Diese Teile sind normalerweise von gleicher Länge, so dass jedes Farbteilfeld 1/180 einer Sekunde (5,33 ms) ist. Es sei bemerkt, dass 1/60 einer Sekunde eines Videobildes für Hz-NTSC-Systeme gilt, 50-Hz-Nicht-NTSC-Systeme würde 1/50 einer Sekunde (20 ms) eines Videobildes gelten.
  • Während der drei Farbteilfelder wird das Lichtventil sequentiell mit rotem, grünem und blauem Licht beleuchtet. Während das Lichtventil mit jeder beliebigen bestimmten Farbe beleuchtet wird, werden die Videodaten entsprechend dieser Farbe am Lichtventil wiedergegeben. Das Auge fügt die drei farbigen Teilfelder zu einem einzigen Vollfarbbild zusammen. Das Auge fügt ebenfalls aufeinanderfolgende Videobilder und -teilbilder zu einem Vollbewegungs-Vollfarbbild zusammen. Dieses System erfordert eine Einrichtung zum sequentiellen Beleuchten des Lichtventils mit jeder der drei Farben. Die einfachste Einrichtung solcher Einrichtungen ist ein sich drehendes Farbrad, das dazu dient, drehend die Farbe einer weißen Projektionslampe zu ändern. Ein derartiges Rad bildet ein obengenanntes Mittel zum Umwandeln des weißen Strahles in einen Farbstrahl, wobei dieses Mittel ebenfalls bezeichnet werden kann als: Mittel zum Ändern der Farbe.
  • Neulich sind verbesserte Lichtventile verfügbar geworden, die sich insbesondere zur Verwendung bei Bildprojektionssystemen geeignet sind. Eine solche Einrichtung ist eine sog. verformbare Spiegeleinrichtung (manchmal auch als digitale Spiegeleinrichtung bezeichnet), die in dem US-Patent Nr. 5.079.544 dargestellt ist (deren Beschreibung durch Bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet wird) sowie in darin genannten Patenten, wobei das Lichtventil aus einer Anordnung kleiner bewegbarer Spiegel besteht zum Ablenken eines Lichtstrahls, entweder zu der Projektionslinse (Ein) oder weg von der Projektionslinse (Aus). Durch schnelles Ein- und Ausschalten der Spiegelpixel kann eine Grauskala erzielt werden. Der Spiegel ist im Vergleich zu einer vergleichbaren Flüssigkristall-Wiedergabezelle klein bemessen. Die Einrichtung erfordert, dass das ganze Licht der Projektionslampe auf die relativ kleine Oberfläche fokussiert wird, was die Typen von Projektionslampen beschränken kann, die bei einem derartigen System verwendbar sind. Aber viele anderweitig verwendbare Lampen können unzureichend sein im Farbspektrum. Solche Lampen können durch Alterung auch eine Verschiebung in der Farbtemperatur zeigen.
  • Die Farbräder zum Ändern der Farbe der Projektionslampe werden im Allgemeinen aus dichroitischen Filtern hergestellt. Diese Filter weisen aber bestimmte Nachteile auf. Die Fertigung dichroitischer Filter ist ein Massenprozess und es gibt von Fall zu Fall Abweichungen in der Kolorimetrie dieser Filter. Außerdem werden, die Farben der dichroitischen Filter verblassen, wenn sie dem kräftigen Licht der Projektionslampe ausgesetzt werden. Die vorliegende Erfindung schafft nun eine Bildprojektionseinrichtung, wobei alle Farbunzulänglichkeiten kompensiert werden. Diese Einrichtung weist dazu das Kennzeichen auf, dass:
  • - die genannten Umwandlungsmittel ein Ausgangssignal liefern, das repräsentativ ist für die dem Lichtstrahl zugefügte Farbe,
  • - die Lampensteuermittel imstande sind, die Intensität der genannten Lampe in Reaktion auf ein Eingangssignal zu ändern, und dass
  • - die Lampensteuermittel vorgesehen sind zum Ändern der Ausgangsleistung der genannten Lampe synchron zu der Farbe des von dem Ausgang der genannten Umwandlungsmittel gelieferten Strahles.
  • Der Farbradtreiber schafft ein Ausgangssignal, das die Lage darstellt, d. h. die Lage des Farbrads gegenüber der Lampensteueranordnung. Die Lampensteueranordnung ist imstande die zum Steuern der Lampe in Reaktion auf die betreffende Farbe des zu dem Zeitpunkt verwendeten Farbradssegmentes benutzte Ausgangsleistung zu ändern. Wenn beispielsweise die Projektionslampe eine Unzulänglichkeit in einer bestimmten Farbe hat, schafft das vorliegende System eine größere Ausgangsleistung der Projektionslampe während des Vorhandenseins des Filters dieser Farbe, Es kann ein Benutzereingangsregelung vorgesehen sein um das Farbgleichgewicht des Systems auf Basis der Vorzüge des Benutzers und/oder auf Basis von Änderungen, die in den dichroitischen Filtern oder in der Projektionslampe auftreten, zu ändern. Es kann eine geschlossene Schleifentechnik angewandt werden, wobei ein Detektor die ausgestrahlt Farbe detektiert und das Farbgleichgewicht automatisch einstellt.
  • Die Beschreibung des US-Patentes Nr. 5.079.544 bezieht sich auf die Verwendung eines variierenden neutralen Dichtefilters zum Variieren der Ausgangsleistung der Projektionslampe während der Adressierung jedes einzelnen Pixels. Es gibt keine Beschreibung der Änderung der Speisung zu der Projektionslampe über eine ganze Farbe. Das US-Patent Nr. 5.079.544 ändert also die Ausgangsleistung der Lampe in der Größenordnung von Microsekunden, während die vorliegende Einrichtung in der Größenordnung von Millisekunden arbeitet.
  • Aus dem US-Patent Nr. 4.546.379 ist ein Lampensteuersystem bekannt, das eine Lampe aufweist zum Aussenden eines Strahles weißen Lichtes, mit Umwandlungsmitteln zum Umwandeln dieses Strahles in einen Strahl mit zeitsequentiell verschiedenen Farben, mit Steuermitteln zum Ändern der Intensität der genannten Lampe und mit Lampensteuermitteln zum Ändern der Ausgangsleistung der genannten Lampe synchron zu der Farbe des genannten Strahles. Bei dem bekannten Lam pensteuersystem wird die Lampenintensität durch die Spannung an einem Ladekondensator in der Lampensteuerschaltung bestimmt und nicht durch den der Lampe zugeführten Strom.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung des verbesserten Farbsteuersystems für ein Farbprojektionsfernsehsystem,
  • Fig. 2a, 2f Diagramme der jeweiligen Ausgangswellenformen, benutzt zum Schaffen von Steuerleistung für die Projektionslampe nach der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 3a und 3b Steuerwellenformen, die eine Austastperiode mit Intensitätskompensation für die Aus-Zeit haben.
  • Fig. 1 zeigt das Farbsystem 10 für ein Farbvideoprojektionssystem, das eine Lampe 12 aufweist, deren ausgestrahltes Licht von einem Reflektor 14 auf ein Farbrad 16 gerichtet wird. Das Farbrad 16 umfasst drei 120º Segmente dichroitischer Filter verschiedener Farben, in diesem Fall Rot, Grün und Blau. Das Farbrad 16 kann um die Achse sich drehen und wird von einem Radantriebssystem 18 angetrieben, das einen Ausgang 20 liefert, der repräsentativ ist für die Lage des Farbrads 16 und folglich für die betreffende Farbe, die in dem Ausgangsstrahl 21 der Lampe 12 steht. Der Ausgangsstrahl 22 von dem Rad ist sequentiell rot, grün und blau. Der Ausgangsstrahl 22 wird durch einen Strahlspalter 23 auf die Oberfläche eines Lichtventils 24 gerichtet, das in diesem Beispiel eine verformbare Spiegeleinrichtung ist. Der eintreffende Strahl 22 gefärbten Lichtes wird entsprechend der von dem Lichtventil 24 gelieferten Videoinformation durch eine Lichtventilsteuerung 26 moduliert, welche die Videoinformation von einem Videoeingang 28 erhält. Der an der Oberfläche des Lichtventils 24 reflektierte, modulierte Strahl gefärbten Lichtes wird von einer Projektionslinse 30 auf einen Spiegel 32 fokussiert und zu einem Wiedergabeschirm 34 hin reflektiert. Im Betrieb wird jede Farbe sequentiell auf das Lichtventil projiziert, von dem Lichtventil 24 mit der speziellen Videoinformation für diese Farbe moduliert und auf den Schirm 34 projiziert. Die Reihenfolge der Farbbilder findet so schnell statt, dass das Auge die einzelnen Bilder zu einem Vollfarbbild integriert.
  • Das vorliegende Lampensteuersystem ermöglicht eine Kompensation jeder Farbunzulänglichkeit in der Lampe 12, sowie eine Kompensation der Einstellung zum Kompensieren von Schwankungen in der Farbe der dichroitischen, in dem Farbrad 16 verwendeten Filter, wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird. Das Lampensteuersystem sorgt dafür, dass die mittlere Leistung zu der Lampe konstant bleibt und dass die Leistung in den positiven Impulsen zu der Lampe der Leistung in den negativen Impulsen entspricht. Dies vermeidet, dass die Lebensdauer der Lampe durch das Farbkompensationssteuerschema gekürzt wird.
  • Es sind viele verschiedene Konfigurationen zum Schaffen eines Stromausgangs zum Betreiben der Lampe 12 möglich. Fig. 1 zeigt eine Konfiguration, wobei ein Spannungsausgangsgenerator verwendet wird, der mit einem Stromverstärker gekoppelt ist, dessen Stromausgang dem Spannungseingang folgt. Fig. 1 zeigt, dass das Lampensteuersystem 36 einen Signalgenerator 38 aufweist, der imstande ist, Spannungswellenformen zu schaffen, die benutzt werden zum Betreiben eines Stromverstärkers 40, der die Ausgangsleistung zu der Lampe 12 liefert. Ein Eingang zu dem Signalgenerator 38 ist das Steuersignal 20 der Radsteueranordnung 18, wodurch Synchronisation der Position des Farbrades 16 (und folglich des Farbsegmentes des Farbrades 16, das in dem Lichtstrahl steht) zu dem Lampensteuersignal erhalten wird. Mit dem Signalgenerator 38 sind außerdem Benutzereingangsregler 42R, 42B, 42G verbunden, wodurch der Benutzer die Möglichkeit hat, den relativen Anteil an Rot, Blau und Grün in dem Ausgangssignal einzustellen.
  • Fig. 2 zeigt mehrere Impulssteuermoden für die Lampe 12. In jedem Fall wird das Signal von dem Signalgenerator 38 erzeugt und dem Stromverstärker 40 zugeführt, und der von dem Verstärker 40 gelieferte Ausgangsstrom folgt der Wellenform des Signalgenerators 38. Die Lampenintensität folgt dem Stromausgang, so dass, wenn der Stromausgang höher ist, die Lichtintensität höher sein wird. Fig. 2a zeigt eine Standard-Ausgangswellenform (nicht farbkorrigiert). In Fig. 2b wird der erste positive Impuls der Lampe 12 zugeführt, wenn das rote Segment des Farbrades 16 in dem Lichtstrahl 21 steht. Wenn das Ausgangssignal 20 der Radsteuerung 18 angibt, dass das grüne Segment des Farbrades 16 sich in der richtigen Position befindet, wird danach ein negativer Impuls erzeugt und wenn das blaue Segment in dem Strahl 21 steht, wird ein positiver Impuls erzeugt. Wie aus Fig. 2a hervorgeht, haben alle Impul se, positive sowie negative, für jede Farbe die gleiche Amplitude. Jedes Videobild mit roten, grünen und blauen Impulsen beträgt 1/60 Sekunde (16 ms), wobei jedes Farbfeld 1/180 Sekunde dauert. In dieser Betriebsart wird, wenn die Lampe 12 in einer bestimmten Farbe Unzulänglichkeiten aufweist, das resultierende wiedergegebene Bild ebenfalls in dieser bestimmten Farbe Unzulänglichkeiten aufweisen. Außerdem kann solange alle Impulse die gleiche Amplitude haben bei Alterung des Systems keine elektrische Lampeneinstellung durchgeführt werden für die Farbtemperatur.
  • Die in den Fig. 2b, 2c und 2d dargestellten Wellenformen zeigen die Mittel zum Kompensieren einer Farbunzulänglichkeit, sowie Mittel zum Einstellen der weißen Farbtemperatur. In Fig. 2b ist eine zweite Betriebsart dargestellt, wobei die Impulse die Polarität nach jedem Farbfeld umschalten. Wie ersichtlich, ist die Amplitude der roten Impulse (positive sowie negative) größer als die der blauen Impulse und die Amplitude der blauen Impulse ist wieder größer als die der grünen Impulse. Dies wird eine rote unzureichende Lampe kompensieren (dadurch, dass die Intensität gesteigert wird, wenn der rote Anteil des Farbrades 16 in dem Strahl 21 steht) und eine Weißbalance am Ausgang des Wiedergabesystems schaffen. Mit Hilfe von Eingangssteuerelementen 42R, 42G und 42B für den Benutzer können die roten, grünen und blauen Impulsamplituden einzeln eingestellt werden und sind dadurch für die positiven und negativen Teile des Zyklus gleich.
  • Die in Fig. 2c dargestellten Wellenformen haben dasselbe Ausgangsergebnis wie in Fig. 2b. In Fig. 2c haben aber nur zwei der drei Steuerimpulse zu der Lampe dieselbe Polarität und eine andere Videobildumschaltpolarität. Die in Fig. 2b und in Fig. 2c dargestellte Wellenform sind völlig gleichwertig in Bezug auf deren Möglichkeit der Einstellung der weißen Farbtemperatur in einem System mit drei Primärfarben. Bei einem System mit einer gleichen Anzahl Primärfarben (d. h. Zyan und Magenta) muss die Ausgangsanordnung entsprechend der Fig. 2c funktionieren, damit die Leistung in den positiven Impulsen der Leistung in den negativen Impulsen entspricht. Es wird im Allgemeinen bevorzugt, die Ausgangswellenformen zu benutzen, wie diese in Fig. 2b dargestellt sind, das diese Impulse eine höhere Frequenz haben (da sie bei dem Null-Durchgangspunkt gemessen sind) als die in Fig. 2c. Dies vermeidet einen Eindruck einer "Pulsierung" bei dem Zuschauer.
  • Die Fig. 2d, 2e und 2f zeigen die Ausgangsleistung für ein Bildprojektionssystem, bei dem drei einzelne Lampen benutzt werden statt einer einzigen Lampe 12. Bei einer derartigen Einrichtung ist die einzelne Lampe 12 durch drei Lampen ersetzt worden, eine für jede der Primärfarben. Diese Systeme weisen aber die gleichen Probleme auf wie das System mit nur einer Lampe. Die Lampen können für eine spezielle Farbe oder für spezielle Farben Unzulänglichkeiten aufweisen und die Filter können variieren oder schwanken. In dieser Betriebsart empfängt jede Lampe eine Reihe von Impulsen, die derart zeitlich geregelt sind, dass sie nur eine einzige Lampe bedienen. Die Impulse werden in der Stromamplitude variiert zum Variieren der Farbausgangsleistung zum Schaffen einer Farbkorrektur oder zum Einstellen der bevorzugten Werte des Benutzers. Wie ersichtlich, ermöglicht dieses Steuerschema, dass die Ausgangsleistung der jeweiligen Lampen geändert werden kann zum Schaffen einer Weißbalance am Schirm.
  • Die Fig. 3a und 3b zeigen Wellenformen, die ein "Austastintervall" in dem Lichtausgang der Projektionslampe 12 schaffen. Wenn ein Strahl weißen Lichtes durch ein Farbrad unterbrochen wird, können zwei Farben gleichzeitig oder nicht einwandfrei versetzt beleuchtet werden. Dies kann dadurch korrigiert werden, dass die Lampe während der Fehlerperiode abgeschaltet wird ("Austastperiode" BP in den Fig. 3a und 3b) und dass die Intensität der Lampe 12 während der "Ein"-Periode gesteigert wird (Intensitätskorrektur IC in den Fig. 3a und 3b) zum Kompensieren des Leistungsverlustes. Fig. 3a zeigt die Wellenform der Austastperiode mit Intensitätskompensation, wobei es zwischen Farben einen Null-Durchgang (+/-) gibt und Fig. 3b zeigt die Wellenform ohne Null-Durchgang, bis die drei Farben wiedergegeben worden sind. Die Austastperiode kann ebenfalls benutzt werden zum "Maskieren" von perioden, wenn das Lichtventil 24 mit Daten geladen wird.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind eine Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung. Dem Fachmann dürften im Rahmen der vorliegenden Erfindung viele Abwandlungen und Variationen einleuchten.

Claims (12)

1. Bildprojektionseinrichtung, welche die nachfolgenden Elemente aufweist:
- eine Lampe (12) zum Aussenden eines Strahles weißen Lichtes (21),
- ein Lichtventil (24) zum entsprechend einem Videosignal (28) pixelweisen Modulieren von Licht(22), das von der Lampe darauf trifft,
- Mittel (16, 18) zum Umwandeln des von der genannten Lampe ausgesendeten Strahles weißen Lichtes in einen Strahl (22) mit zeitsequentiell verschiedenen Farben (R, G, B), wobei die genannten Umwandlungsmittel (16) zwischen der genannten Lampe (12) und dem genannten Lichtventil (24) liegen, dadurch gekennzeichnet, dass:
- die genannten Umwandlungsmittel (16; 18) ein Ausgangssignal (20) liefern, das repräsentativ ist für die dem Lichtstrahl (22) zugefügte Farbe,
- die Lampensteuermittel (36) imstande sind, die Intensität der genannten Lampe in Reaktion auf ein Eingangssignal zu ändern, und dass
- die Lampensteuermittel (38, 40) vorgesehen sind zum Ändern der Ausgangsleistung der genannten Lampe synchron zu der Farbe (R; G; B) des von dem Ausgang (20) der genannten Umwandlungsmittel (16, 18) gelieferten Strahles (22).
2. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannten Umwandlungsmittel ein Farbrad (16) aufweisen.
3. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die genannten Lampensteuermittel (36) die Lampenintensität dadurch steuern, dass der Strom zu der genannten Lampe (12) variiert wird.
4. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 2, wobei das genannte Farbrad (16) Licht durchlassende dichroitische Filter aufweist.
5. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei das genannten Lichtventil (24) eine verformbare Spiegeleinrichtung aufweist mit einer Anordnung von Pixeln zum Modulieren des Lichtes (22) das darauf trifft.
6. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Lampensteuermittel (36) die Intensität der Lampe (12) dadurch variieren, dass der denselben zugeführt Strom variiert wird.
7. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 6, wobei das Ausgangssignal der Lampensteuermittel eine Rechteckwelle ist (Fig. 2).
8. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Umwandlungsmittel (16) das Licht (22) zwischen drei Farben (R, G, B) umschalten und wobei die Amplitude der Rechteckwelle für wenigstens eine der Farben im Vergleich zu den anderen Farben anders ist (Fig. 2b, 2c-2f).
9. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Polarität der Rechteckwelle zwischen jeder der drei Farben umschaltet (Fig. 2c-2f, 3a).
10. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 8, wobei die Polarität der rechteckwelle während jedes aus den drei Farben bestehenden Bildfeldes dieselbe bleibt (Fig. 2b; 3b).
11. Bildprojektionseinrichtung nach Anspruch 8, wobei während des Übergangs (Bp) zwischen zwei verschiedenen Farben der Strom zu der Lampe abgeschaltet wird (Fig. 3a; 3b).
12. Bildprojektionseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die genannten Lampensteuermittel (42R, 42G, 42B) zur weiteren Variation der Ausgangsleistung zu der Lampe in Reaktion auf die bevorzugten Einstellungen des Benutzers.
DE69424858T 1993-10-21 1994-10-19 Bildprojektionsvorrichtung und lampensteuerungssystem zur verwendung darin Expired - Lifetime DE69424858T2 (de)

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