TW200531595A - Projection system - Google Patents

Description

200531595 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一影像顯示器之投影系統，該系統具有至少 一燈泡及至少一感測器，而該感測器用於偵測由該至少一 燈泡所傳送光通量變化，及透過該影像顯示器及/或一燈泡 之適當控制，補償這些變化。 【先前技術】 一個或多個高壓氣體放電燈泡（HID[高強度放電]燈泡或 UHP[超高性能]燈泡）通常用作投影系統之光源。這些燈泡 優點特別在於其具有一相當短地放電電弧及一非常小之發 光表面’利用例如在該放電電弧所定位焦點之反射器，以 便4所產生光線之一非常高比例導引至影像系統。該幾乎 是點狀光線發射之優點也可相對使用於其它應用，例如在 聚光情形或為照明目的，因為反射器之放射特徵大約能更 接近一所想要之理想梯度。 然而’小型發光區域也涉及該系統，在反射器及燈泡或 放電電弧間僅有-小型局部性位料，產生焦,點偏移之危 險，因此該放射特徵及已知位置之光通量會有可觀之變 化。這些位移特別是由放電電弧跳躍，例如由於該電極腐 蝕及其形狀或其狀態所伴隨之變化產生。 特別是在一影像系統之中， 有干擾性波動，使人感到不悅 統之比例對應改變。 這會導致所產生影像亮度具 ，因為光線耦合至該影像系 93653.doc 200531595 二操作模式具有其優點及 、m、、5 使用父流電，以僻备雷技 快速腐蝕及燈泡發光效率 電極 極性變化不穩定，插〜 電弧放電通常由於 生。秋而，就直仔週期性亮度波動或其它影像干擾發 特別^心 其不能排除電弧放電不穩定發生， 特別當刼作期限增加g车 、 例如由於電極間隔在干擾時間變 、特別會在電弧跳躍形式中顯露。 為：個放電燈泡壽命期間確保具有最佳化、無干擾之影 像品y因此’感測器必須以二種操作模式中提供，以監 視所提供光通量及接彳j£ Μ # 、紐期波動（及也可能是長期發光減 量）之適當補償。 所發射光通量波動會變得特別令人不悅，特別在利用連 續時間彩色表現法操作之彩色投影系統，或如果該顯示器 特疋,¾/像區域中一彩色党度與該顯示器其它區域亮度不同 時。 二連續時間彩色顯示法現在特別加以區分及使用·· 在第方法中，該彩色影像透過三基本彩色（”場連續彩 色），可能加上第四個白色影像之全晝面連續表示法於該 顯示器產生。此方法此刻例如在大多數DLp(數位光線處理） 投影機中使用。 在第二方法中’該彩色影像之產生係該等原色以彩色光 束或彩色色帶（”捲動彩色，’）形式一個接一個在該顯示器運 作。此方法例如以現在申請者LCOS(矽上液晶）顯示器（比 較，Shimizu : "HDTV後投影之捲動彩色L〇cs”，技術論 文文摘，2001年32冊1072至1075頁）及SCR-DMD(連續彩色 93653.doc 200531595 重新補捉-數位微鏡面）投影顯示器（比較， Dewald，Penn，DaWs :，，連續彩色重新補捉及動態濾波··一種 捲動彩色方法’’，技術論文文摘，2〇〇1年32冊1076至1079 頁）。 這些系統包含一彩色分離或彩色濾波及一調變器，以調 ft:该燈泡及顯示器間彩色成份，產生具有三原色之光線。 該彩色分離及該調變器可彼此整合至一較大或較小範圍。 這樣’該彩色濾波及調變藉由該SCR系統中之旋轉濾波轉 輪完成，而該彩色濾波利用鏡面發生且利用本申請者LC〇s 系統中之棱鏡調變。然而，一般就所有系統而言，該調變 使得該光學系統產生可觀之亮度波動。再者，一般感測器 對各種彩色成份敏感度非常不同。配置在該放射路徑或該 顯示器之感測器輸出信號中所產生波動，顯示此感測器無 法控制該燈泡或該影像亮度。 此外，如果該感測器受到良好控制，該感測器所感測信 號將確實與實際打在顯示器之光通量成比例。但這對於感 測器位置外側之光輻射路徑及光線聚合前面之位置，得不 到此項保證。 DE 101 36 474.1例如揭露一操作HID或UHP燈泡之電子 控制電路，該電路包含一燈泡驅動器，以提供一受控燈管 電流供燈泡使用，及一亮度感測器，產生一感測器信號， 以表示該燈泡產生之光通量。進一步提供一高通或帶通遽 波器，由此該感測器信號被過濾，且連續供應至控制該燈 泡電流之燈泡驅動器。 93653.doc 200531595 該高通或帶通遽波器之目的，特別當 減量時，將該燈泡所提供光诵旦夕且* w 、里之長期變化與電弧跳躍產 生之短期波動加以區分，言 該燈泡驅動器之燈泡功率。， 皮動用以主動控制 然而’如果該感測器信號與干擾成份重疊時，.例如該干 擾成份由原自一彩色調變器之哀 σ 儿度波動所產生，如上述解 釋，此—主動控制（L0C_光輪出控制）不能可靠操作。 【發明内容】 與=’/由發明目的提供—種在開始段落所提及種類之投 :變：:；泡(特別由於電弧跳躍)提供光通量所不想 成:所基之產生影像品質之損害’也能在該投影系統光學 77生正規亮度波動時，至少大致上避免。 之二發:月目的特別提供一種包含至少一高壓氣體放電燈泡 宝及其中由於所產生光通量波動之影像品質損 二㈣矣不穩定電弧放電所導致，也能利用-連續時 間：色表示法’至少大致上避免。 投：ί絲本發明目的也在提供一種具有連續彩色表示法之 ^放’其中特別如果以交流電操作之—個或數個高麼 乳體放電燈泡用作兮 通量變 〃 Ά或燈泡組時，由該燈泡所提供光 /不想要之彩色人為因素將至少大致上避免。 感測哭、旦! ★明求項卜利用一種具有至少-燈泡及至少- 、、 像”、、員不态投影系統來達成，該感測器用於偵測 吞亥至少一燈泡傳 .%、，寻一先通^之變化及透過該影像顯示器及/ 三且/之、當控制’補償這些變化，及該系統具有一光積 93653.doc 200531595 分器，由此該燈泡提供光線之至少一部份耦合其中，其中 該感測器以光學方式輕合至該光積分器，使得該感測器谓 測該光積分器中所出現之光強度。 因為進入该光積分器之光、線包括由一彩色調變器可能反 射回到該光線積分器出口表面之光線成份，該光線由多重 反射均勻化，该所產生感測器信號至少大致上不會與該彩 色調變器干擾成份或該投影系統其它光學成份重疊，使得 該信號能控制該影像顯示器及/或燈泡。該光積分器長度之 適當尺寸顯示其可能降低該干擾成份至一可接受位準，或 確實大致上達到任何所須範圍。 此解決方式之特別優點在於此一光積分器通常已經在該 開啟段落中所提及彩色投影系統中出王見，如此在直接光線 路徑中不需量測，且如本發明之投影系統能利用相當小之 額外支出實現。 再者，該感測器不是位於投影系統之光線路徑中，因此 不會產生可感知干擾或陰影效應，即光線損失。 最後，如本發明產生之感測器信號也可用於上述燈泡 (LOC)之主動控制。 该相關申請專利範圍關於本發明進一步有利實施例。 如請求項2、3及4之實施例關於以光學方式耦合該至少一 感測器至該光積分器之較佳方法。 如請求項5及/或6之光學積分器在特定區域或位置中至 少一感測器之適當配置或定位，顯示其可能最佳化該光通 量強度之偵測，特別在那些彩色光線成份透過其一出口表 93653.doc -10- 200531595 面L例如由一彩色調變器，反射回至該光積分器之情形。 月长員7係關於一種為補償該燈泡所提供光通量變化目 的之影像表示法之較佳控制。 女明求項8之感測裔信號濾波，顯示其可能使得該光通量 變化之目的導向選擇，在其相關頻率中補償。 最後，請求項9係關於本發明原理之較佳應用。 【實施方式】 本^明現在將利用上述提及（捲動彩色系統）具有 SCR_DMD顯示器第二方法所操作之投影系統加以解釋。此 才又衫系統刼作之結構及方式由Dewald，Penn，等人在 SID01技術論文文摘，於2〇〇1年第32冊1〇76至1〇79頁·，，連 續彩色重新補捉及動態濾波：一種捲動彩色方法，，所引述文 章中詳細加以解釋。此文章將以參考方式包括在本說明中。 圖1揭示此一投影系統發光部份之結構原理。此圖式揭示 一具有至少一燈泡1及至少一反射器2之光源以及一光積分 器（柃型積分器）3 ’其中該燈泡丨所產生光線以該反射器2所 形成光錐L形式，聚焦至入口窗31。該光積分器3在該入口 窗31相反端具有一出口表面32,且在其表面32配置有一彩 色轉輪4。 該燈泡1係一特別高壓氣體放電燈泡（HID[高強度放電] 燈泡或UHP[超高性能]燈泡）。 該光積分器3(使其長度夠長）局部及暫時地在其出口表 面32產生一均勻分佈發光強度。為此目的，該光積分器3包 含一咼反射鞘33 ’以圍封一空心空間34。耦合進入該入口 93653.doc -11 - 200531595 之 窗3!之光線多重反射於該㈣，在該彩色轉輪仪射回來 光線成份透過該出π表面32進人光積分器3，且該光線被均 勾化，當該光積分器3具有—充份長度時，發光強㈣須、 均句分佈在其出口表面32達成。該人口心儘可能縮小， 以便減少因此所產生之光損失。 或者’該光積分器3可由光學導引材料（特別是玻璃或— 適合聚合樹脂）之純光學波導形成。

眾所皆知之，彩色轉輪4配置在該出口表面^。此彩色轉 輪4(衫色凋變态）’包含紅、綠、藍及透明塗層，所有反射 現象以阿基米德蜗線之職圖案形式配置。該圖案尺寸使 任何時間-個或數個彩色蜗線覆蓋該光積分器1〇出口表面 32之截面。該圖案之特徵在於，該彩色轉輪4旋轉時，該彩 色紅色、、綠色及藍色間之邊界，以固定速率在徑向方向移 動。結果’該彩色轉輪4之咖圖案，透過該光積分器3出 口表面32，以大致上固定之速率移動。該出口表面u及彩 色轉輪4間之距離必須儘可能減小，以避免光損失。 與由該彩色轉輪4產生之RGB圖案利用一轉接透鏡（投影光 子元件）方式導引於一 DMD顯示器，二組件未加以表示，其 、二-係以白知方式以一控制裝置控制。彩色轉輪4之旋轉 產生連續橫越該DMD顯示器之彩色色帶，如上述說明。該 DMD顯不器上所產生影像利用透鏡方式最後投影至一壁面 或一螢幕或某個相同項目（未表示）。 提七、至少一感測器5，為避免該燈泡光通量變化所導致影 像冗度波動，例如由於燈泡1所產生電弧跳躍，該感測器連 93653.doc -12- 200531595 接至該燈泡之燈泡驅動器（電源供應器單元）6，該電弧跳躍 由該燈泡電流或其它效應中所不想要之變化導致，該感測 為5基於该偵測發光強度控制該燈泡，這樣該燈泡電流在今 光通量減少時增加，且當該光通亮增加時減少。 €该感測器5以光學方式耦合至該光積分器3，以便該感 測器偵測該光積分器3之發光強度。在此，光線非常均句， 如上所解釋，且不會受到該彩色轉輪4所產生亮度波動影 響。該燈泡1所產生光通量變化能因此不受干擾伯測，且能 有效利用該燈泡驅動器6適當控制補償。 邊感測器5較佳配置使其特別横測該光積分器3中所出現 之光線。這能在該感測器5直接安裝在鞘33時達成，如圖i 所示’該鞘具備用於感測器5之至少部份透射窗口。 再者’該感測器5也可以光學方式透過一光學波導連接至 該光積分器3之空心空間34，或其本身甚至可配置在該光積 分器3空心空間34内侧，但必須具有相當之耐溫性。 圖2及3揭示圖1放大尺寸部份。具有其鞘33及空心空間34 之光積分^§ 3洋細揭示於此。一光源光錐l再次導引進入該 入口窗3 1，而一彩色調變器位於該光積分器3之相反端，該 調變器產生該圖解指示原色之紅色（R)、綠色（G)及藍色 (B)。該彩色調變器反射這些原色光成份透過其出口表面 32回到光積分器3。 由此在選擇最佳化感測器位置時，將可考慮該彩色色帶 在該光積分器3整個出口表面32一個接一個移動，假如光積 分器3太短，因為少數反射線，反射回來之光線成份lR可能 93653.doc •13- 200531595 不會與耗合進人該人口窗31之光線L，以最佳化方式混合c 在此情形，該感測器信號將在該彩色色帶頻率中波動。 為避免如此’-感測器位置將被選擇使其儘可能平均地 曝露至所有反射線。這意謂著所有彩色成份射線必須值能 j等地撞擊在感測器上，另外如果這些射線橫過該光積分 器3出口表面32，須與該彩色色帶移動一致。 时圖2利用範例方式揭示一第位，其中為此目的一感測 器表面以光接收帶51(例如由玻璃或聚合樹脂製成）形式提 供於該光積分器3鞘33上，使得該帶51大致上平行該光積分 器3出口表面32延伸，及該鞘33至少部份透射位於該帶51下 方之光積分器3中所出現之光線。該帶51可延伸超過該光積 分器3整個周圍，或僅超過其周圍一部份，或其高度及/或 寬度。該帶5 1寬度較佳在此對應至約一彩色循環。 在此位置中之帶51接收大致直接反射回來之光線成份 LR ’即不會預先反射於該光積分器3之鞘22。 該感測器5可適當沿此帶52配置於一位置，且可例如一習 知半導體感測器，或該帶5 1本身例如建構為一（矽）感測器。 圖3揭示一第一定位，其中提供於該勒3 3上之光接收帶5 1 大致上垂直該出口表面32,即以該光積分器3軸向方向沿其 長度至少一部份延伸。位於該帶51下方，該鞘33再次部份 透射該光積分器3中所出現之光線。該帶5 1寬度大致上依據 該彩色濾波器及該鞘33所反射射線LR之角度而定。 基於此定位，在一反射後，該帶5 1接受大致上反射回到 該光積分器3鞘33之光線成份LR。 93653.doc -14- 200531595 該感測器5可適當沿該帶51配置於一位置，另外在類似情 形，例如一習知半導體感測器，或該帶51本身例如可建構 為一（矽）感測器。 由於二情形中所有光線成份之較佳混合，該光接收帶5 j 之使用改良光線之搞合輸出。 通常，當該光積分器3較長時，該感測器配置及定位較不 嚴格要求。 另外，該感測器配置之優點在於該發光強度局部及暫時 均勻性，在光積分器3出口表面32位置，也因此於該燈泡提 供一固定光通ΐ之時間期間能加以改良。該影像品質之整 個改良以此方式獲得。 當在此所說明亮度感測器以一本發明方式配置之感測器 替換時，本發明原理也有利地與操作DE 1〇1 36 474 1所引 述習知HID或UHP燈泡之電子電路混合。 在上述實施例中，該影像顯示器控制，因此該燈泡所產 生光通量變化得到補償，將透過燈泡電流（及因此影像亮度） 控制發生，其中該感測器信號施加至該燈泡驅動器6。 或者或此外，然而，由此也可利用光學濾波器方式改變 該影像亮纟’該光學遽波器能以電氣方式由感測器信號控 制，引入（附加地）該燈泡及顯示器間放射路徑，及/或以該 顯示器上影像顯示亮度，依據該感測器信號影響因數之形 式’利用灰階光罩改變影像亮度。 這二種替換亮度控制，特別適合該DLP系統中使用超快 速顯不器，這二種亮度控制詳細在DE丨〇2 2〇 5 ι〇·8中加以 93653.doc -15- 200531595 說明。此公告將以參考方式視為本揭露形成之一部份，因 此不需進一步在此詳細討論。 本發明原理顯然可應用至那些本身不包含光積分器之發 光系統1致此系統之應用及結構顯示一對應光積分器使 用於该光線路徑至少一部份之可能。 【圖式簡單說明】 所示 一本發明進一步細節、特性及優點將由利用 貫施例之後續說明而變得明白，其中·· 例 定仇 圖1概略揭示-SCR投影系統具一第一感測器 要組件； 〜1立之主 圖2揭示—圖1具有一第二感測器定位之細圖；及 圖3揭示—，具有一第三感測器定位之細圖。 【主要元件符號說明】 1 燈泡 2 反射器 3 光積分器 4 彩色調變器 5 感測器 6 燈泡驅動器 31 入口窗 32 出口表面 33 鞘 34 空心空間 51 光接收帶 93653.doc -16- 200531595

L LR 光錐 光線成份

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Claims (1)

1. 200531595 十、申請專利範圍： 1. 一種具有至少一燈泡（1)之影像顯示器投影系統，具有： 至少一感測器（5)，以偵測該至少一燈泡（1)所傳送該光通 量之變化，及透過該顯示器及/或該燈泡之適當控制，補 償這些變化；及具有一光積分器（3)，由此該燈泡（1)所提 供光線之至少一部份耦合其中，其中該感測器〇以光學 方式耦合至該光積分器（3)，使其偵測該光積分器（3)中所 出現之發光強度。 2·如請求項1之投影系統，其中該感測器（5)配置於該光積分 器（3)之鞘（33)，該鞘（33)具有一窗，其至少部份透射該光 積刀器（3)所出現之光線，透過該窗該光線入射在該感測 器（5)上。 3·如請求項1之投影系統，其中該至少一感測器（5)配置在該 光積分器（3)内侧。 4·如請求項丨之投影系統，其中該至少一感測器（5)利用一光 學波導，以光學方式耦合至該光積分器（3)。 5·如請求項丨之投影系統，其中該至少一感測器（^具有一緊 鄰或位於該光積分器（3)内側之感測器表面（51)，其表面 大致上平行該光積分器（3)出口表面（32)延伸。 6. 如明求項丨之投影系統，其中該至少一感測器（5)具有一緊 鄰或位於該光積分器（3)内側之感測器表面，其表面 大致上垂直該光積分器（3)出口表面（32)延伸。" 7. 如請求们之投影系統，其中該影像呈現控制係當該至少 感測盗（5)之輸出信號施加至燈驅動器（6)時發生。 93653.doc 200531595 月=項1之技影系統’其中利用—渡波器濾波該至少一 忍測器(5)之輸出信號，該濾波器係用於補償一具已知頻 率之燈泡（1)所產生光通量變化。 、 9·如請求们之投影系統，包含-光積分器（3)，用於透過在 一顯示器上時間連續產生原色來呈現彩色影像，該至少 一感測器（5)以光學方式耦合至該光積分器。

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