JP2005513580A - 画像プロジェクタ及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、高輝度放電ＨＩＤランプ（１１２）を有する画像プロジェクタと、その動作方法とに関する。このようなランプは、これらのボルタイックアークが、動作中に予知できないときにおいて異なった位置の間で前後にジャンプするという欠点を有する。このいわゆるアークジャンプは、ＨＩＤランプ（１１２）によって放射された光の輝度、すなわち全輝度及び／又は輝度分布を変化させる影響を有する。このようなプロジェクタによって投影された画像のビューワに対して、この影響は、この投影された画像の動揺として現れる。このようなビューワに対する影響を避けるために、画像プロジェクタのビーム経路における光の輝度における変化が検出されることが、本発明によって最初に提案される。アークジャンプによって生じた輝度における変化が検出されたらすぐに、この輝度を、アークジャンプの前の瞬時ｔ−２において検出された輝度にリセットし、その後の順序において、これを、予め決められた期間中に、アークジャンプから結果として生じた輝度に変換する。このリセットは、アークジャンプの後すぐに生じなければならず、変換は、アークジャンプから結果として生じるピクチャスクリーン装置（１１８）において入射した光の輝度における変化と、リセットと、変換とが、人間の目に知覚されないほどゆっくりと生じなければならない。

Description

本発明は、請求項１の序文において規定される高輝度放電ＨＩＤランプを有する画像プロジェクタと、請求項１７の序文において規定されるその動作方法とに関する。

このようなＨＩＤランプを有する画像プロジェクタは、先行技術から基本的に知られており、これらは、ビデオ又はプレゼンテーション目的に主に使用される。これらのランプは、小さい体積との組み合わせにおけるきわめて高い発光効率によって認知されている。しかしながら、これらは、これらのアークが制御されない方法において、すなわち予知できない時間において突然ジャンプするという欠点を有する。ジャンプは、アークが元の位置から約１０から２５０μｍより遠く離れた新たな位置をとることを意味する。人間の目は、このアークジャンプを、表示又は投影された画像における短い動揺として知覚する。敏感な目を有する人に対して、この影響は、画像をみているときに邪魔になるおそれがあり、したがって、これを除去する必要がある。

ランプの出力に接続されたプロジェクションシステムの特性は、アークジャンプが、輝度、すなわち、表示画像の輝度分布及び／又は全輝度を、数パーセントポイントの大きさのオーダにおいて変化させる物理的な影響を有することを意味する。

欧州特許出願公開明細書第７６６９０６号は、このようなアークジャンプの影響と、画像プロジェクタのビーム経路における光の輝度における関係する変化とを回避するきわめて効率的な方法を開示している。ここで開示された方法は、整流直前の追加のパルスＨＩＤランプに、その流れが整流の少し前の追加のパルスを表す電流を供給することを準備する。しかしながら、この既知の方法の欠点は、タイムシーケンシャル表示方法を使用する現代の表示装置と互換性がないことである。このような表示装置は、一定の全輝度及び輝度分布を有するランプを必要とし、このようなランプは、追加の電流パルスのため、欧州特許出願公開明細書第７６６９０６号から既知の方法で保証することができない。

この先行技術から開始して、したがって本発明の目的は、既知の画像プロジェクタ及びその動作方法を、ピクチャスクリーン装置において投影された画像の全輝度及び／又は輝度分布における変化の形態におけるアークジャンプの影響が、人間の目に知覚できないような方法において開発することである。

この目的は、請求項１の主題によって達成される。したがって、既知の画像プロジェクタは、異なった時間において表示領域に入射する光の輝度、特に輝度分布及び／又は全輝度を検出するセンサ装置と、以前の瞬時ｔ−２と、瞬時ｔ−２よりも時間において後の瞬時ｔ−１において前記センサ装置によって検出された光の輝度を比較し、瞬時ｔ−２とｔ−１との間にＨＩＤランプにおいて生じたアークジャンプによって引き起こされた輝度における変化を表す輝度制御信号を発生する比較器装置と、前記輝度生後信号に応じた検出された輝度における変化を、ｔ−１より後の瞬時ｔ０においてピクチャスクリーン装置（１１８）に入射した光の輝度を特に以前の瞬時ｔ−２において記録された輝度に応じてリセットし、その後、予め決められた期間Ｔ中にリセット輝度をより後の瞬時ｔ−１に記録された輝度に変換することによって補正する制御装置とを具え、前記輝度のリセットはアークジャンプ後すぐに生じ、期間Ｔ中の輝度の変換は非常にゆっくり生じ、前記アークジャンプによって生じたピクチャスクリーン装置（１１８）に入射した光の輝度における変化と、リセットと、変換とは、人間の目に知覚不可能である。

本発明に関して、用語「輝度」は、常に、それと反対に述べられなければ、全輝度及び／又は輝度分布として理解されるべきである。

ピクチャスクリーン装置において入射した光、又は、ピクチャスクリーン装置において投影された画像の、上記で規定した意味における輝度は、画像プロジェクタの光学系における種々の構成要素によって影響される。すなわち、知られているように、光の開始点はＨＩＤランプであり、ＨＩＤランプは、光を光学系に常に同じようには結合せず、アークジャンプのため、特に時間において変化する。この可変時間における結合は、結果として、時間が経つうちにＨＩＤランプから放射された光の輝度における変化を生じる。さらに、ビーム経路において与えられた表示領域と、本発明の特別な実施例に関して与えてもよい光学フィルタとの双方は、前記ピクチャスクリーン装置に衝突する前の光の輝度に影響を及ぼすであろう。全輝度ではないが、光の輝度分布は、ビーム経路において追加で与えられた光積分器によって適用可能なところで影響を受けるであろう。本発明に関して、理想的な場合は、光の輝度において影響を及ぼさない、すなわち理想的に透明であるとみなされるレンズユニットに関して仮定される。本発明は時間変化する光の影響に関係するため、レンズユニットによって及ぼされるもののような他の変化のない影響の議論は、この時点において必要ない。

上述した光学系のビーム経路における多くの光学構成要素のため、光の全輝度及び輝度分布は、前記ビーム経路における異なった場所において異なる。本画像プロジェクタの請求された実施例の結果として、ＨＩＤランプによって放射された光の全輝度及び輝度分布における、特にＨＩＤランプにおけるアークジャンプによって生じた動揺又は変化は、ピクチャスクリーン装置に入射した光、又は、これに投影された画像において、人間の目に見える影響をもたない。これは、請求項１の開示において請求されたように、ＨＩＤランプによる光出力の輝度における上述した動揺が、光が前記ピクチャスクリーン装置に衝突する前に前記ビーム経路において補正されることによって達成される。この補正は、請求項１に記載されたように、瞬時ｔ０における輝度の瞬時ｔ−２の輝度へのリセットと、その後の期間Ｔ中の前記輝度の瞬時ｔ−１の輝度への変換とによって生じる。

請求された時間比率は、ここでは特に重要である。本発明によれば、アークジャンプの発生と、前記比較による輝度における変化の認識と、ピクチャスクリーン装置に入射した光の輝度の、アークジャンプ前の瞬時ｔ−２における輝度へのリセットとの間の期間は、人間の目がその間に起こった輝度における変化を識別しないほど、すなわち、人間の目が瞬時ｔ０における輝度を瞬時ｔ−２における輝度から変化していないとして経験するほど短く選択される。

瞬時ｔ０における輝度のリセット後にのみ、本発明による、アークジャンプによって生じた変化した輝度への徐々の調節／変換がある。後の瞬時ｔ−１において検出された輝度へのこの輝度の変換は、人間の目によって同様に知覚されないほどゆっくりと生じる。

本発明の第１実施例によれば、前記光学系は、ＨＩＤランプと表示領域との間に光積分器を具え、この積分器は、ピクチャスクリーン装置に入射した光の全輝度のではなく輝度分布の所望の均一さを少なくとも部分的に近似する。均一の分布を達成することに向けた輝度分布の他の補正に関する以下の実施例において記載した可能性は、以下に記載した実施例の実現に利用可能であり、又は、より簡単な積分器を有する以下の実施例は、費用又は体積／重量の観点においてより好適であることがわかる。

他の実施例によれば、本発明において請求されるように、ビーム経路における光の輝度分布及び／又は全輝度のリセット及び変換は、ＨＩＤランプと表示領域との間、又は、表示領域とレンズユニットとの間に配置された電気的に制御可能な光学フィルタによって実行される。代わりに、前記リセット及び変換は、前記光学フィルタなしで、画像プロセッサによって与えられた画像に、この画像がスクリーンに表示される前に、その全輝度及び／又は輝度分布が適切に設定されたグレイトーンマスクを重ねることによって実現してもよい。双方の場合において、すなわち、光学フィルタを使用する場合と、画像プロセッサを使用する場合の双方において、輝度のリセット及び変換は、比較器装置によって与えられた輝度制御信号に応じて生じる。

画像プロセッサにおける光学フィルタ及び輝度補正の上述した代わりの使用に加えて、双方の実施例の組み合わせも明らかに可能であり、このとき必要な輝度補正のうち一方は光学フィルタによって与えられ、他方は画像プロセッサによって与えられる。したがって、光学フィルタのみが輝度分布を補正し、画像プロセッサが全輝度を調整する、又はこの逆にするのが、特に好適である。代わりに、しかしながら、光学フィルタ及び画像プロセッサの双方が全輝度及び輝度分布を比例した比において調整するのも好適である。

光学フィルタ及び画像プロセッサは、光学積分器に対比して、輝度、すなわち、ビーム経路における光の全輝度及び／又は輝度分布を補正することができるが、これは、より低い輝度（輝度の損失）の方向においてのみ適用することは、ここで再び強調されるべきである。したがって、光学フィルタ及び画像プロセッサによる補正は、光をフィルタ除去し、積分器による補正は、利用可能な光を再分配する。

本発明の有利な発展によれば、特に輝度リザーブの領域における全輝度の補正は、画像プロセッサ又は光学フィルタによる補正の代わり又はこれらに加えて、ランプドライバの対応する活性化によって実現してもよい。これは、適用可能な場合、画像プロセッサの性能限界を表す１００％の架空の公称全輝度を超えても補正が可能であるという利点を有する。このような１００％を超える補正は、例えば、ＨＩＤランプにおけるアークが、輝度リザーブより大きい輝度の減少が生じる場所にジャンプする場合、又は、輝度リザーブが与えられない（より大きい公称光量）場合、必要であるかもしれない。ＨＩＤランプの放射された光量における、リセット後のアークジャンプによって生じる低下を補正するために必要であるかもしれない。

しかしながら、このような光量の補正は、反対の場合、すなわち、アークジャンプによって生じる光の輝度における増加を、瞬時ｔ０における輝度の、瞬時ｔ−２における輝度ではなく、比較においてわずかに減少した光量への短いリセットによって補正しなければならない場合も得策である。双方の場合において、光量の一様化は、リセット制御が、可視の欠陥が画像において生じることなく、よりゆっくりと起こることができるという利点を有する。

画像プロジェクタの光学系における光の全輝度をランプ制御ユニットを経て調整する電子回路は、例えば、出願番号１０１３６４７４．１の未公開の独国特許出願から既知である。

画像プロセッサ及び／又は光学フィルタによる補正と対比して、ランプドライバ及びランプ制御ユニットによる輝度分布の補正は不可能である。

全輝度を検出するために、センサ装置が１個のセンサ素子のみを具える場合、基本的に十分である。他方において、表示領域に入射した光の輝度分布を検出する場合、異なった場所において位置する少なくとも２個のセンサ素子が必要とされる。

本発明の上記目的は、さらに、上述した画像プロジェクタを動作する請求項１７において請求されたような方法によって達成される。この方法の利点は、画像プロジェクタに関して上述した利点に対応する。本発明の有利な実施例によれば、本方法は、特定のアークジャンプに必要な輝度補正が、数学的な補正時間関数によって計算されることを与える。

請求されたプロジェクタ及び請求された方法の他の有利な実施例は、従属請求項の主題である。

本発明は、図面において示されるが、本発明が限定されない実施例への参照と共にさらに説明されるであろう。

図１は、本発明による画像プロジェクタ１００の第１実施例を示す。これは、供給された画像をピクチャスクリーン装置１１８に表示する光学系１１０を具える。光学系１１０は、特に超高圧ＵＨＰランプであり、後段に光積分器１１２ａと、表示領域１１４と、供給された画像をピクチャスクリーン装置１１８上に投影するレンズユニット１１６とが配置された高輝度放電ＨＩＤランプ１１２を具える。投影すべき画像は、画像プロセッサ１２０によって表示領域１１４に利用可能になる。

光積分器１１２ａは、ランプ１１２によって放射された光における一様でない輝度分布を、一様な分布を達成する目的で少なくとも部分的に補正する役目をする。画像プロジェクタ１００は、適切な動作電圧をＨＩＤランプ１１２に供給するランプドライバ１３１も具える。ランプドライバ１３１それ自身は、外部電圧Ｕから給電される。

本発明によれば、ＨＩＤランプ１１２から放射され、表示領域１１４に入射した光の輝度、すなわち、輝度分布及び／又は全輝度は、センサ装置１４０によって異なった瞬時において検出される。このように検出された輝度は、時間の経過における輝度における何らかの変化を検出するために、比較器装置１５０に供給される。比較器装置１５０は、特に比較によって時間の経過における輝度において検出された変化を表す輝度制御信号を発生する。前記輝度制御信号は、制御装置、すなわち、画像プロセッサ１２０の構成要素１２０’に供給される。この構成要素１２０’は、画像プロセッサ１２０による表示領域１４０への画像出力の輝度を、前記輝度制御信号に応じて、本発明による後に説明する方法におけるように、ＨＩＤランプ１１２におけるアークジャンプによって生じた光の輝度における変化が、ピクチャスクリーン装置１１８における画像のビューワによって知覚されないように調節するように設計される。すなわち、画像プロセッサ１２０の構成要素１２０’は、輝度において生じる変化を、前記輝度制御信号に応じて補正する。

図２ａは、ＨＩＤランプ１１２におけるアークジャンプによって生じた光学系１１０のビーム経路における光の輝度の変化を補正する本発明による方法を例示する。光の輝度、すなわち、輝度分布及び／又は全輝度の変化は、アークジャンプの結果として生じるかもしれない。図２ａは、同じアークジャンプによって生じる輝度分布における変化を補正する本発明による方法を例示し、異なった曲線特徴が各画素に関して生じる。

図２ａからわかるように、全輝度は、最初に、アークジャンプ前に一定のものとして得られる。この一定の輝度は、瞬時ｔ−２においてセンサ装置１４０によって検出される。同じセンサ装置１４０が、瞬時ｔ−２と比較して後の瞬時ｔ−１において低下した輝度を検出すると、全輝度におけるこの低下は、比較器装置１５０によって認識される。

本発明による方法は、輝度の変化が比較において示された直後、この変化は、輝度のリセットによって逆にされることを規定する。瞬時ｔ−２におけるアークジャンプより前に存在する輝度へのリセットは、アークジャンプの数ミリ秒後以内に生じるべきであることは重要であり、すなわち、これは、ピクチャスクリーン装置１１８上に投影された画像のビューワが、アークジャンプによって生じた輝度の変化を、前記画像における同様を見ることによって心にとどめないことを保証する唯一の方法である。本発明による方法は、リセット後、図２ａにおいて例示されるように、アークジャンプ前の値へリセットされた輝度は、アークジャンプから結果として生じた輝度へゆっくりと変換される。ここで、この変換は、ピクチャスクリーン装置１１８における画像を観察する人間の目が、この輝度の変換を、投影された画像における動揺として気づかないほどゆっくりと起こるべきであることが重要である。前記変換は、したがって、十分長くされた期間Ｔに渡って有利に実行される。期間Ｔの長さは、通常、ビューワの目の光／暗黒適合に関して調節された数秒であるが、どんな場合も、アークジャンプとｔ０における輝度のリセットとの間の経過時間より相当長い。人間の目の不活発は、本発明による速いリセットと、輝度のゆっくりとした変換との双方において利用される。

図２ａにおいても示されるように、アークジャンプによって生じた（分布１から分布２へ）変化した輝度分布の類似の補正は、最初に、分布１へのリセットと、その後の分布１から分布２への変換とで生じる。アークジャンプ前の分布１の例は図５ａ＋ｃにおいて例示され、アークジャンプ後の個々の関係する分布２は、図５ｂ＋ｄにおいて示される。

図２ｂは、図２ａにおいて例示されたような本発明による方法の変形を示す。領域Ｆ１によって表される、アークジャンプが生じるのと、変化されないアーク位置に関してＨＩＤランプの輝度のその後のリセットとの間の期間において放射されたより少ない光量を補正することを目的とする。本発明によれば、前記補正は、瞬時ｔ０後のランプ１１２の数ｍｓの間の短い過負荷を含む。理想的には、この場合におけるランプ１１２は、領域Ｆ２によって表される追加の光量を正確に放射し、これは、アークジャンプとｔ０との間の期間において表示領域に以前に達した光における減少に等しく、すなわち、Ｆ２は、好適にはＦ１に等しい。図２ｂからわかるように、前記補正の持続時間は、期間Ｔの持続時間より相当短い。

前記補正に必要な追加の光量Ｆ２はきわめて短い時間にのみ必要とされるため、これをＨＩＤランプ１１２の短い過負荷によって容易に実現することができる。したがって、ランプドライバ１３１に割り当てられたランプ制御ユニット１３２は、好適には、この場合において、短く、すなわち数秒のみランプ１１２を過負荷するように設計される。特に、アークジャンプの特性は、過負荷がちょうどしばしば生じることを意味するため、このような短い過負荷は、ＨＩＤランプの全体的な寿命に悪影響を持たない。

アークジャンプによって生じた輝度における減少の場合に関してちょうど説明した光量の補正は、アークジャンプによって生じた輝度における増加の場合において等しく良好に生じてもよい。前記補正は、このとき、瞬時ｔ０の後に、ＨＩＤランプ１１２によって放射された短く減少された光量の形態において生じる。

上述したように、図２ａは、ピクチャスクリーン装置１１８に入射した光の輝度の変化を示す。しかしながら、この輝度は、ＨＩＤランプ１１２からの合計の光出力の輝度と同一ではなく、すなわち、この輝度は、アークジャンプによって激しく変化される。

図２ｃは、アークジャンプによって生じた輝度の低下に関する、ＨＩＤランプ１１２によって放射された光の輝度と、ピクチャスクリーン装置１１８に入射した光の輝度との間の関係を図式的に例示する。図２ｃからわかるように、任意の瞬時における図２ｃｉｉｉ）におけるようなピクチャスクリーン装置１１８に入射した光の輝度は、図２ｃｉ）におけるようにＨＩＤランプ１１２によって、ＨＩＤランプ１１２の後に接続された、特に、光積分器１１２ａ及び表示領域１１４のような種々の光学系素子を経て表示領域（１１４）に放出された光の輝度の補正の結果として生じ、図２ｃｉｉ）を参照されたい。

本発明による図２ａの参照と共に上述した方法の有利な実施例によれば、図２ｃｉｉ）において示されるような輝度リザーブ、すなわち、いわゆるヘッドルームを与えることは、画像プロセッサ構成要素１２０’による全輝度の補正に特に有利である。これは、画像は、表示領域１１４に、画像プロセッサの１００％の最高公称全輝度で出力されず、これと比較して低下した全輝度で出力されることを意味する。画像プロセッサの輝度反転は、アークジャンプによって生じた全輝度における低下を補正するのに使用することができる。この補正は、有利には、アークジャンプから結果として生じる全輝度における低下が人間の目によって知覚されないほど速く生じる。しかしながら、上述した実施例は、アークジャンプが生じないため輝度補正が必要でないときであっても、ＨＩＤランプ及び画像プロセッサに関して理論的に可能なようなピクチャスクリーン装置における画像の表示に関して１００％の公称全輝度が完全には利用されず、この画像は代わりに、低下された全輝度でのみ表示されるという欠点を有する。

この欠点を少なくとも部分的に除去するために、アークジャンプの他の特性の使用が提案される。ＨＩＤランプの技術的特性のため、アークジャンプは、代表的に、同相において生じ、すなわち、数時間の動作においてアークジャンプが全く、又は、非常に時々しかない。したがって、センサ装置１４０からの信号を評価することによって、比較器装置１５０は、例えば、アークジャンプがある段階が存在するのか又はない段階存在するのかを検出することができる。少なくとも予め規定された期間Δｔ１、例えば１０分の間、それ以上アークジャンプが生じなかった場合、全輝度は、１００％にゆっくりと上昇される。この１００％の全輝度は、アークジャンプが再び生じるまで保持される。例えば、前記比較器装置は、このとき、どのくらい多くの輝度リザーブが、現在最も強いアークジャンプの完全な補正に対して許可されるべきかを計算してもよく、すなわち、この計算に使用されるアルゴリズムは、このとき代表的に、１００％より大きいトランスミッタンスの形態におけるこの新たに要求された輝度リザーブを指定する。前記アルゴリズムによって規定され、アークジャンプによって生じる輝度における最も大きい変化が、表示領域１１４への画像出力の１００％トランスミッタンスでもう一度補正されることができるまで、基本的な輝度はこのときもう一度低下され、すなわち、輝度リザーブはこのとき再び構成される。全輝度に関する対応する値は、このとき、前記比較器装置が、少なくとも期間Δｔ１、例えば１０分の間、それ以上アークジャンプが生じないことを再び検出するまで、保持される。

この制御メカニズムの結果は、第１ジャンプ結果が補正されることができず、したがって完全に可視であることである。しかし、光の全輝度におけるその後のアークジャンプの影響は、しばらくして画像が完全に安定しているように見えるまで、進行しているアークジャンプにもかかわらず、数秒以内にますます減少される。アークジャンプが生じる時間中、輝度は、このとき、短く生じるアークジャンプからの結果として生じる最大に変化された輝度値だけ減少され、すなわち、輝度リザーブは増加され、長い、より静かな段階において、輝度は１００％に再び上昇する。

アークジャンプの長い不在中の輝度リザーブの減少と、アークジャンプがその後再開する時の輝度リザーブにおける増加との双方は、付随する全輝度の変化が、その不活性のため、人間の目によって知覚されることができないほどゆっくりと生じる。

この可変適合、すなわち、変化する輝度リザーブは、キャパシタを、適切に選択された抵抗を経て、現在のアークジャンプの大きさを表す電圧値に充電し、その後、前記キャパシタを、適切なより大きい抵抗を経て放電することによって、全く容易に実現されることができる。前記キャパシタの両端間の電圧は、このとき、必要な輝度リザーブに比例する。前記抵抗の値は、所望の時定数を決定する。

全輝度の補正に関する所望の輝度リザーブの規定は、全輝度が画像プロセッサによって補正される場合に限定されない。輝度リザーブは、全輝度の補正が光学フィルタによって実行される場合、同様に与えられてもよい。

図２ｄは、図２ｃに対する実質的な対応物として、アークジャンプのため、ＨＩＤランプ１１２によって放射された光の輝度における上昇の場合における、ＨＩＤランプ１１２によって放射された光の輝度と、ピクチャスクリーン装置１１８において入射する光の輝度との間の関係を示す。図２ｄからわかるように、補正は、図２ｃにおける場合と正確に逆に生じ、したがって図２の更なる説明は与えられない。

アークジャンプによって生じたピクチャスクリーン装置１１８において入射した光の輝度における変化、すなわち低下又は上昇の補正に関する本発明によるちょうど上述した方法の実現に関して、多数の実施例が、画像プロジェクタ１００に関して本発明によって提案され、これらは、再び図１の参照と共に、しかし、図３ないし６の参照も共に、以下により詳細に記述される。

図１において示された上記実施例において、本発明による輝度補正は、画像プロセッサ１２０によって大部分実行される。輝度制御信号は、画像プロセッサ１２０の構成要素１２０’に、表示領域１１４において入射した光に関する、アークジャンプの結果として生じた輝度変化、すなわち、全輝度及び／又は輝度分布における変化を知らせる。この輝度制御信号に応じて、構成要素１２０’は、このとき、表示領域１１４に対する画像出力の輝度（トランスミッタンス）を、ピクチャスクリーン装置１１８において入射した光の輝度が、アークジャンプ前の時に対して変化されないように設定する。アークジャンプによって低下されているＨＩＤランプによって放射された光の全輝度の例に関して、図２ｃｉ）において示されるように、制御装置としての構成要素１２０’は、最初に（すなわち瞬時ｔ０において）、表示領域１１４に対する画像出力の輝度（トランスミッタンス）を、輝度が低下された量にしたがって上昇する。より正確には、構成要素１２０’は、画像の光透過率を、２ｃｉｉｉ）において見られるような、ピクチャスクリーン装置１１８において入射した光の輝度が、アークジャンプ前の時と比べてもう一度変化されない瞬時ｔ０における程度に上昇する。その後の変換段階中、すなわち、予め決められた期間Ｔ中、非常に徐々に、構成要素１２０’は、画像の輝度又はトランスミッタンスを、この期間Ｔの終了に応じてピクチャスクリーン装置１１８において入射した光の輝度がアークジャンプによる結果として生じる変化された輝度に調節される程度にもう一度低下する。前記リセット及び変換は、好適には、具体的な実施例には関係のない予め決められた補正時間関数によって実行される。

図３は、図２の参照と共に上述した本発明による方法を実現する第２、第３及び第４実施例を示す。第２実施例によれば、輝度の補正、すなわちリセット及び変換は、画像プロセッサによって実行されず、ビーム経路において表示フィールド１１４の前又は後に配置された光学フィルタ１１３によって実行され、この場合において、この光学フィルタは制御装置を表す。この光学フィルタ１１３は、比較器装置１５０による輝度制御信号出力に応じて電気的に制御されることができる。この第２実施例における画像プロセッサ１２０は、一定の輝度に関する投影の画像を表示領域１１４に単に出力するが、ビーム経路における光に関する本発明による補正は、前記輝度制御信号による光学フィルタの活性化から続く。光学フィルタ１１３は、好適には、ビーム経路における光の全輝度及び／又は輝度分布が、適切な活性化によって必要なときに影響を受けられるように、グレイトーンマスクとして設計される。すなわち、本発明による方法において、ちょうど第１実施例における画像プロセッサ１２０の構成要素１２０’のような第２実施例における光学フィルタ１１３は、ピクチャスクリーン装置１１８において入射した光の輝度においてアークジャンプによって生じた変化に関する補正を可能にする。

第３実施例は、図３において同様に示される。これは第１及び第２実施例の組み合わせである。より正確には、これは、この場合においては一緒に制御装置を形成する構成要素１２０’及び光学フィルタ１１３の双方の同時使用によって、予め決められた比例比率にしたがって、光の輝度に関する本発明による補正の実現に備える。この目的のために、前記輝度制御信号は、光学フィルタ１１３だけでなく、図３において点線で示されるように、構成要素１２０’にも供給される必要がある。未決定の補正タスクは、光学フィルタ１１３及び構成要素１２０’に対して望まれるように分配されてもよい。したがって、例えば、構成要素１２０’が、輝度分布の任意の必要な保証のみを行い、光学フィルタ１１３が、全輝度の任意の必要な補正を行うのが実行可能である。反対の場合も明らかに実行可能である。これら２つの変形例の代案として、構成要素１２０’及び光学フィルタ１３０は、各々、全輝度及び輝度分布の双方を補正するのに使用されてもよいが、このとき、輝度の補正における構成要素１２０’及び光学フィルタ１１３の個々の比率分担の定義は必要である。

光学フィルタ１１３が活性化されない場合、第３実施例は第１実施例に対応し、画像プロセッサの構成要素１２０’が活性化されない場合、第２実施例は第２実施例に対応する。

ここまでに説明した画像プロジェクタの３つの実施例すべてに関して、光学系１１０における光積分器１１２ａの使用は、光学フィルタ１１３及び／又は画像プロセッサ１２０の構成要素１２０’による輝度分布の、光積分器１１２ａによって達成された補正を上回る輝度分布の補正が要求される程度までの補正を必要とするだけであることは適用される。すなわち、光積分器１１２ａによって達成された輝度分布の補正が適切であると判断された場合、光学フィルタ１１３及び／又は構成要素１２０’は、全輝度の補正を実行すればいいだけである。これは、画像プロジェクタ１００に関する図３において示される第４実施例である。適切に補正された輝度分布は、図５において示され、関連する記述において例として記述される。

図４は、本発明による画像プロジェクタのハードウェア構成に関する第５実施例を示す。この第５実施例に関するハードウェア構成は、比較器装置１５０が、光学フィルタ１１３及び／又は画像プロセッサ１２０の構成要素１２０’に関する輝度制御信号だけでなく、ランプ制御ユニット１３２に関する光量信号も発生することにおいてのみ、図３におけるような第３又は第４実施例のハードウェア構成と異なる。ここで、ランプ制御ユニット１３２は、光学フィルタ１１３及び／又は構成要素１２０’と共に、適用可能な場所で制御装置を形成する。

前記光量信号は、アークジャンプによって生じた全輝度における変化を、これが画像プロセッサ１２０の構成要素１２０’又は光学フィルタ１１３によって補正されない限り、表す。この光量信号に応じて、ランプ制御ユニット１３２は、したがって、単独で、又は、光学フィルタ１１３及び／又は構成要素１２０’に加えて、アークジャンプによって生じた全輝度における変化の補正を可能にする。光学フィルタ１１３及び構成要素１２０’と対比して、ランプ制御ユニット１３２は、ランプ１１２の対応する活性化による全輝度の補正を実行する。すなわち、必要な補正方向に応じて、ランプ制御ユニット１３２は、より大きい又はより小さい電力をＨＩＤランプ１１２に供給し、ランプ１１２がより明るい又はより暗い光を放射するようにする。光学フィルタ１１３及び構成要素１２０’と対比して、ランプ制御ユニット１３２は、全輝度を補正できるだけで、輝度分布を補正することはできない。しかし、全輝度に関して、必要な補正性能は、（第３実施例に関してフィルタ及び構成要素１２０’に関して上述したように）ランプ制御ユニット１３２と、光学フィルタ１１３と、画像プロセッサ１２０の構成要素１２０’との中で望まれるように分配することができる。

輝度分布の任意の必要な補正は、第５実施例における輝度制御信号に応じて光学フィルタ１１３及び／又は構成要素１２０’によって行われなければならない。

すべての記述された実施例に関して、本発明による方法におけるような、特に全輝度の調節は、図２ｃの参照と共に上述したように、輝度リザーブ、すなわち、いわゆるヘッドルームの準備を含んでもよい。

図２ａの参照と共に本発明による方法の記述において上述したように、輝度の補正、すなわち、輝度のリセット及び変換は、補正時間関数にしたがって実行される。

図５ａないし５ｅ及び６は、多かれ少なかれ理想的な積分器１１２ａによるいくつかの代表的な輝度分布の例の参照と共にこのフィルタ関数の計算を例示する。

図５ａは、アークジャンプ前、例えば瞬時ｔ−２における輝度、特に輝度分布を図式的に示す。ここで示された輝度分布は、双方の方向（Ｘ及びＹ）において一様でなく、したがって、少なくとも３個のセンサを必要とする。図５ａは、基準面６のエッジにおけるセンサ素子１４０−１ないし１４０−４の可能な配置の一例を示す。対照的に、図５ｂは、アークアンプ後、例えば瞬時ｔ−１における輝度分布を示す。図５ａ及び５ｂにおける２つの曲がった表面の球状の変形における違いは、アークジャンプによって生じた輝度分布における違いを表す。対照的に、各々の場合における１つの等しい点、すなわち、基準面６における１つの等しい幾何学的位置に関して基準面６と比較された図５ａ及び５ｂにおける２つの曲がった表面の高さにおける違いは、アークジャンプ前及び後のこの点に関する全輝度における違いを表す。基準面６は、ビーム経路に対してある角度においてあり、これは、例えば、表示領域１１４の面によって表される。

図５ｃは、輝度分布が一方向のみ（ここではＸ方向）において一様でない特別な場合を例示し、輝度分布が一様でないこのような方向は、いくつかの光学系１１０において知られている。このような場合において、２個のセンサ素子１４０−１及び１４０−２のみが必要とされる。図５ｄは、アークジャンプ後のこのような輝度分布をしめす。

図５ｅは、良好な積分器１１２ａによって達成されるような基準面６に関するほとんど一様な輝度分布を示す。理想的な一様な分布からのこの分布における偏差は、アークジャンプによって生じた分布におけるシフトが、ビューワによって動揺として見られないほど小さい。この場合において、輝度分布におけるシフトを記録し、評価する必要はなく、このとき、１個のセンサ素子１０４−１は、全輝度を測定し、補正するのに十分である。

補正時間係数を計算する目的に関する輝度分布における検出された変化の評価は、図６の参照と共にここでより詳細に記述される。先ず第１に、センサ装置１４０は、例えば、基準面６によって表される長方形表示領域１１４のエッジにおいて中心に配置された４個のセンサ素子１４０−１．．．．１４０−４から成ることが図６からわかる。代わりに、センサ装置１４０のセンサ素子１４０−１．．．．１４０−４は、表示領域１１４のコーナにおいて配置されてもよい。原則として、しかしながら、例えば図５ａ−ｄの記述において上記で与えられたような他のセンサ配置も、個々の場合に応じて可能であり、対応する計算は、専門家によって容易に適合されることができる。

センサ素子１４０−ｎは、前の瞬時ｔ−２においてこれらの個々の位置における輝度を測定する。このようにして決定された輝度値が全体として見られる場合、瞬時ｔ−２における表示領域１１４に関する輝度分布が評価されることができる。次に、同じ手順が、より後の瞬時ｔ−１における輝度分布を決定するために繰り返される。任意の時間における輝度分布及びその大きさ（全輝度）の現在のアーク位置に応じた状況は、例えば、ベクトルによって、輝度分布関数、すなわち、光学系１１０の表示領域１１４の領域に関する輝度分布の数学的関係の知識からユニークに記述されることができる。より後の瞬時ｔ−１において記録された輝度分布と、前の瞬時ｔ−２において記録された輝度分布との間に差が検出された場合、この差は、差ベクトル（ベクトル_ｔ−１−ベクトル_ｔ−２）によって表され、この差ベクトルは、例えば、図６において示されるように、瞬時ｔ−２と比較された瞬時ｔ−１における輝度最大値のシフトを表す。この差ベクトルの垂直成分の長さは、このとき、表示領域１１４において入射した光の全輝度における変化に関する測定である。このベクトルから、表示領域１１４全体に関する輝度分布における変化を数学的に記述するプロトタイプ関数が計算される。このプロトタイプ関数の逆関数は、上述したように、ピクチャスクリーン装置１１８において入射した光の輝度の必要な補正を時間に関して規定する前記補正時間関数である。

図２ａ−ｄの参照と共に上述したように、瞬時ｔ−０において輝度をリセットするために、図２ｃ）ｉｉ）において例示されたように、前記補正時間関数は、より後の瞬時ｔ−１及び前の瞬時ｔ−２において測定された２つの輝度の間の差を正確に表す。瞬時ｔ０から、この補正時間関数は、予め決められた期間Ｔの間、瞬時ｔ０＋Ｔにおいて最終的にゼロにフェードされるまで、ますます減じられる。瞬時ｔ０＋Ｔにおいて、アークジャンプによって元々生じたような、すなわちピクチャスクリーン装置１１８における輝度がここで設定されるため、補正は最早輝度に関して必要とされない。

一般に、より多くのセンサ素子が使用され、一様な分布からの輝度分布の偏差の量は、他の領域においてより正確に測定されることができる。しかし、より後の瞬時ｔ−１と前の瞬時ｔ−２との間の輝度分布の時間変化又はシフトもより正確に測定されることができ、前記補正時間関数もより正確に計算されることができ、これは、今度は輝度における変化のより正確な補正を可能にする。

図５ｅによる輝度が仮定される第４実施例において、１個のセンサ素子は、図５ｅに関する記述において上述されたように、全輝度を記録するために十分である。プロトタイプ関数及び補正時間関数の助けによる輝度分布及びそれに対する変化に関する図６の参照と共に上述した計算は必要ない。

概して、いくつかの実施例において上述したような輝度分布の補正と全輝度の補正との本発明による組み合わせは、ピクチャスクリーン装置１１８において投影された画像のビューワに関する主観的に一定の輝度を有する安定した動作状態を達成する。輝度分布及び全輝度のこの二重の調整の結果として、実際に生じたアークジャンプは、ビューワによって気づかれないままであり、特に、彼は、有利にも、生じたアークジャンプにもかかわらず、投影された画像における動揺に気づかない。

本発明の第１実施例による画像プロジェクタのハードウェア構成を示す。 本発明による、ピクチャスクリーン装置において入射した光の輝度の時間に関する変化を示す。 光量補正に関する本発明による方法の変更を示す。 アークジャンプによって生じた輝度における低下に関する、ＨＩＤランプによって放射された光の輝度と、ピクチャスクリーン装置において入射した光の輝度との間の関係を示す。 アークジャンプによって生じた輝度における上昇に関する、ＨＩＤランプによって放射された光の輝度と、ピクチャスクリーン装置において入射した光の輝度との間の関係を示す。 本発明による画像プロジェクタのハードウェア構成の第２、第３及び第４実施例を示す。 本発明による画像プロジェクタのハードウェア構成の第５実施例を示す。 一般的な場合における、アークジャンプの前後の輝度分布における変化を示す。 一般的な場合における、アークジャンプの前後の輝度分布における変化を示す。 アークジャンプの前後の、一方向においてのみ一様でない輝度分布における変化を示す。 アークジャンプの前後の、一方向においてのみ一様でない輝度分布における変化を示す。 １個のセンサのみが必要とされる輝度分布を示す。 アークジャンプによる輝度分布の最大値のシフトの評価を示す。

Claims (21)

1. 特に超高圧ＵＨＰランプであり、後段に表示領域と、前記表示領域において準備された画像をピクチャスクリーン装置上に投影するレンズユニットとが配置された高輝度放電ＨＩＤランプを具える光学系と、
   前記ＨＩＤランプに電源電圧を与えるランプドライバと、
   前記画像を前記表示領域に与える画像プロセッサとを有する画像プロジェクタにおいて、
   種々の時間において、前記表示領域において入射した光の輝度、特に輝度分布及び／又は全輝度を検出するセンサ装置と、
   前の瞬時ｔ−２と、瞬時ｔ−２より時間において後の瞬時ｔ−１とにおいて前記センサ装置によって検出された光の輝度を比較し、瞬時ｔ−２とｔ−１との間に前記ＨＩＤランプにおいて生じたアークジャンプによって生じた輝度における変化を表す輝度制御信号を発生する比較器装置と、
   検出された輝度における変化を、前記輝度制御信号に応じて、瞬時ｔ−１より後の瞬時ｔ−０において前記ピクチャスクリーン装置において入射した光の輝度を、特に、前の瞬時ｔ−２において検出された輝度にリセットし、その後、予め決められた期間Ｔ中の前記リセット輝度を、より後の瞬時ｔ−１において検出された輝度に変換する制御装置とを具え、前記輝度のリセットは前記アークジャンプのあとすぐに生じ、前記期間Ｔ中の輝度の変換は、アークジャンプによって生じた前記ピクチャスクリーン装置において入射した光の輝度における変化と、前記リセットと、前記変換とが、人間の目に知覚できないほどゆっくりと生じることを特徴とする画像プロジェクタ。
2. 請求項１に記載の画像プロジェクタにおいて、前記光学系は、均一な分布を達成するために、前記表示領域において入射した光の輝度分布の少なくとも部分的な補正のための、前記ＨＩＤランプの後段に接続された光積分器を具えることを特徴とする画像プロジェクタ。
3. 請求項１又は２に記載の画像プロジェクタにおいて、前記制御装置は、電気的に制御可能な光学フィルタとして設計され、前記光学系のビーム経路において、前記表示領域の舞え又は後において配置されたことを特徴とする画像プロジェクタ。
4. 請求項３に記載の画像プロジェクタにおいて、前記光学フィルタは、調節可能なグレイトーンマスクとして設計されたことを特徴とする画像プロジェクタ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像プロジェクタにおいて、前記制御装置は、適用可能なら前記光学フィルタに加えて、前記画像プロジェクタによって前記表示領域に与えられた画像の輝度を、前記輝度制御信号に応じてリセット及び変換する、前記画像プロセッサの構成要素を具えることを特徴とする画像プロジェクタ。
6. 請求項５に記載の画像プロジェクタにおいて、瞬時ｔ−２と比較して低下した光の全輝度が、その間に生じたアークジャンプのために瞬時ｔ−１との比較において検出された場合、前記表示領域に関して前記画像プロセッサによって発生された画像の全輝度を、全輝度の最高１００％における最大値に、前記輝度制御信号の全輝度に関する部分に応じて上昇させ、この全輝度における変化が、人間の目に知覚できないほど速くするようにできるようにするために、前記画像プロジェクタは、前記画像を、アークジャンプが生じない限り、前記表示領域に、好適には１００％の公称全輝度と比較して数パーセントだけ低下した全輝度で出力するように設計されることを特徴とする画像プロジェクタ。
7. 請求項５に記載の画像プロジェクタにおいて、前記画像プロセッサは、少なくとも予め決められた期間Δｔ１の間、それ以上アークジャンプが生じなかった場合、前記表示領域への画像出力の全輝度を、低下した全輝度から開始して、１００％の公称全輝度まで上昇させ、その後の順序において、アークジャンプが再開された場合、前記表示領域に出力すべき画像の基本的な輝度を、再び、適切な全輝度値に低下させ、アークジャンプによって生じた全輝度における変化を補正するように設計されたことを特徴とする画像プロジェクタ。
8. 請求項７に記載の画像プロジェクタにおいて、前記全輝度の１００％への上昇と、その低下との双方は、これらが人間の目に知覚できないほどゆっくり、好適には数秒に渡って生じることを特徴とする画像プロジェクタ。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の画像プロジェクタにおいて、前記制御装置は、好適には前記光学フィルタ及び／又は画像プロセッサの構成要素に加え、前記ランプドライバに接続され、前記ＨＩＤランプによって前記光学系中に放射される光量を、前記比較器装置によって発生された光量信号に応じて制御するランプ制御ユニットを具え、前記光量信号は、全輝度が前記光学フィルタ又は画像プロセッサの適切な活性化によってまだ比較されていない限りでは、前記輝度制御信号の全輝度の成分を表すことを特徴とする画像プロジェクタ。
10. 請求項９に記載の画像プロジェクタにおいて、前記ランプ制御ユニットは、アークジャンプによって生じた全輝度における低下に関する補正において、１００％の公称全輝度より多くの必要な補正を実行するように設計されたことを特徴とする画像プロジェクタ。
11. 請求項１０に記載の画像プロジェクタにおいて、
    前記ランプ制御ユニットは、前のアークジャンプと瞬時ｔ０との間の期間において、アークジャンプによって生じた輝度における低下のために、前記光学系中に公称光量に関して少なすぎる光量しか供給しなかったとき、瞬時ｔ０の直後、前記ＨＩＤランプが同じ光量を前記光学系に加えて供給するように、前記ＨＩＤランプを活性化するように設計され、又は、
    前記ランプ制御ユニットは、前のアークジャンプと瞬時ｔ０との間の期間において、アークジャンプによって生じた輝度における上昇のために、前記光学系中に公称光量に関して多すぎる光量を供給したとき、瞬時ｔ０の直後、前記ＨＩＤランプが同じ光量を前記光学系に減らして供給するように、前記ＨＩＤランプを活性化するように設計されたことを特徴とする画像プロジェクタ。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の画像プロジェクタにおいて、前記センサ装置は、前記光の全輝度及び／又は輝度分布を同時に検出するように設計されたことを特徴とする画像プロジェクタ。
13. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の画像プロジェクタにおいて、前記センサ装置は、前記光学系のビーム経路における異なった場所において配置された少なくとも２個のセンサ素子を具えることを特徴とする画像プロジェクタ。
14. 請求項１３に記載の画像プロジェクタにおいて、前記センサ素子は、前記表示領域の表面に渡って及び／又はエッジにおいて分散されたように配置されたことを特徴とする画像プロジェクタ。
15. 請求項１４に記載の画像プロジェクタにおいて、前記表示領域は、設計において多角形、特に長方形であり、センサ素子は、その都度、前記表示領域のエッジ部分及び／又はコーナにおいて中心に配置されたことを特徴とする画像プロジェクタ。
16. 請求項１２に記載の画像プロジェクタにおいて、前記光学系は、前記表示領域において入射した光の代表的な部分を分離する光分離装置、特にダイクロイックパッシブ反射器を具え、前記センサ装置は、前記光の分離された部分を検出するために、前記ビーム経路の外側の好適な位置において配置されたことを特徴とする画像プロジェクタ。
17. 高輝度放電ＨＩＤランプ、特に超高圧ＵＨＰランプと、表示領域と、レンズユニットとを有する画像プロジェクタを動作する方法であって、
    前記表示領域において準備された画像を、前記ＨＩＤランプの助けによって、前記レンズユニットを経てピクチャスクリーン装置において投影するステップを具える方法において、
    種々の時間において、前記表示領域において入射した光の輝度、特に全輝度及び／又は輝度分布を検出するステップと、
    前の瞬時ｔ−２とより後の瞬時ｔ−１とにおける光に関して検出された輝度を比較するステップと、より後の瞬時ｔ−１において、前記ＨＩＤランプにおいて生じたアークジャンプによって生じた輝度の変化が、前の瞬時ｔ−２と比較して検出された場合、
    検出された前記光の輝度における変化を、前記ピクチャスクリーン装置において入射した光の輝度を、特に、前の瞬時ｔ−２において記録された輝度にリセットし、その後の順序において、予め決められた期間Ｔ中、この輝度を、より後の瞬時ｔ−１において記録された輝度に変換することによって補正するステップとを含み、前記期間Ｔ中の輝度の変換は、前記ピクチャスクリーン装置において入射した光の輝度における個々の関係する変化が人間の目に知覚されないほどゆっくりと生じることを特徴とする方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、前記輝度の補正において、前記センサ装置によって検出された光の輝度分布に関する最大値の場所における幾何学的シフト及び／又は全輝度における変化が、前の瞬時ｔ−２とより後の瞬時ｔ−１との間に生じたかどうかが確認されることを特徴とする方法。
19. 請求項１８に記載の方法において、前記輝度をリセットするステップが、
    検出された輝度における変化を表す数学的な補正時間関数を計算するサブステップと、
    前記ピクチャスクリーン装置において入射した光の現在の輝度を、前記補正時間関数にしたがって、前記光の輝度が前の瞬時ｔ−２における輝度に再び設定されるように変更するサブステップとを含むことを特徴とする方法。
20. 請求項１７に記載の方法において、前記前の瞬時ｔ−２の輝度をより後の瞬時ｔ−１の輝度に変換するステップが、予め決められた方法において、期間Ｔにわたる前記補正時間関数の増大する減少にしたがって生じることを特徴とする方法。
21. 請求項１７に記載の方法において、期間Ｔのスケールは数秒の範囲内であることを特徴とする方法。

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