投影系统的制作方法

专利名称：投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影系统，用于借助于至少一个灯以及一个用于产生监视所述至少一个灯产生的光通量中的变化的传感信号的传感器进行图像再现，并用于通过图像再现的适当控制补偿这些变化。
背景技术：
用在一个投影系统中的光源通常由一个或几个高压气体放电灯(HID[高强度放电]灯或UHP[超高性能]灯)形成。这些灯原则上可以用直流和交流操作。两种操作模式都具有它们的优点和缺点。AC操作能够防止电极的快速腐蚀并能够增加灯的发光效力，但是由于极性改变，电弧放电通常是不稳定的，从而能够发生周期性亮度波动或其他图像干扰。但是，它们都不能在DC操作灯中排除，不稳定性还是会出现在电弧放电中，尤其是操作持续时间增加时，例如由于同时发生的不规则电极距离，尤其在电弧跳跃形式下，可能把不稳定性自身显示出来。
因此，为了在放电灯的整个操作寿命中保持一个最佳、无干扰的图像质量，最好提供兼具用于监视产生的光通量的操作和用于提供短期波动的适当补偿模式的传感器。
如果原色之一用相对于其他原色不同的亮度再现，或者如果其在特定图像区域中的亮度与其他图像区域中的亮度不同，产生的光通量中的波动可能在一个时序中使用彩色再现处理操作的彩色投影显示器的情况下表现的尤其有干扰。
现在存在两种时序彩色再现方法并被应用。
在第一种方法中，彩色图像通过用三原色(《场序色》)和有可能第四种，显示器上的白图像，的全图像连续再现产生。例如，现在这一方法使用在大多数DLP(数字光处理)投影仪中。
在第二种方法中，彩色图像以彩色条或者彩色行形式的所有原色一个接一个通过显示器的方式产生(“滚动彩色”)。例如，这一方法由LCOS(硅上液晶)显示器(cf.Shimizu《Scrolling Color LCOSfor HDTV Rear Projection》，在SID 01 Digest of TechnicalPapers，vol.XXXII，1072到1075页，2001)和SCR-DMD(连续彩色取回-数字微镜)投影显示器(cf.Dewald，Penn，Davis《SequentialColor Recapture and Dynamic FilteringA Method of ScrollingColor》，在SID 01 Digest of Technical Papers，vol.XXXII，1076-1079页，2001)所使用。
这些系统包括排列在光源和显示器之间的一个彩色调制器，用于用三原色产生光，调制器可以引起系统中的相当大的亮度波动。这造成不允许上述用于监视由灯产生的光通量的传感器记录这些波动的问题。相反，在理想情况下，在光学集成随着时间平均之后，传感器将产生与照射到显示器上的光通量成正比的信号。因为光学集成和彩色调制互相接近的排列并且在上述投影系统中互相连接，但是，为传感器找到从而使传感器能够记录所述光通量且不受干扰的适当的位置是相当困难的。
已知一种用于操作一个HID或UHP灯的电子电路，例如，从DE10136474.1中获得，它包括一个灯驱动电路，用于提供用于灯的受控灯电流，和一个亮度传感器，用于产生表示由灯产生的光通量的传感信号。而且，提供一个高通或带通滤波器，借助于它传感信号被滤波并接着提供到用于控制灯电流的灯驱动电路。
高通或带通滤波器将由电弧跳跃引起的短期波动与灯产生的光通量中的长期变化分离，特别是在灯寿命过程中的光通量下降，从而只有后者的波动用于灯驱动电路的灯功率的有效控制。
但是，如果传感器信号与干扰成分重叠，这种有效控制(LOC-光输出控制)不能可靠操作，其中干扰成分如以上解释的由从一个彩色调制器产生的亮度波动引起。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种起始段落中提到的那种投影系统，其中由光源产生的光通量中的无意的变化引起的图像质量损伤至少被充分避免，而且存在由投影系统的光学部件引起的周期亮度波动时也是这样。
特别是，本发明提供一种投影系统，它包括至少一个高压气体放电灯，其中由于产生的光通量的波动，特别由不稳定的电弧放电引起的图像质量的损伤至少被充分避免，当使用时序彩色显示器时也是这样。
最后，本发明提供一种具有由时序方法产生的彩色显示器的投影系统，其中由光源产生的光通量的一个不经意的改变引起的彩色虚影至少被充分的避免，特别是在使用的光源由用交流电操作的一个或几个高压放电灯形成的情况下。
根据权利要求1，本发明通过一种用于图像再现的投影系统实现，这借助于至少一个灯以及一个传感器进行，该传感器用于产生用于监视由所述至少一个灯产生的光通量变化的传感信号并用于通过适当的控制图像再现补偿这些变化，该补偿用具有一个用于从至少一个传感器产生的传感信号中充分除去周期性的干扰成分的装置实现。
传感信号中的周期干扰成分可能由光学部件引起的亮度波动(调制)产生。这样的一个光学部件可能特别是一个彩色调制器，其中干扰成分主要从不同的原色产生，即由传感器对不同原色的灵敏产生。
这里至少进行图像再现的所述控制，从而图像亮度的波动或彩色和灰度级中产生的误差不再能由人眼观察到。为了实现这一点，没有干扰成分产生的传感信号可以用于控制一个灯驱动电路和/或一个灰度级掩模和/或一些其他用于影响图像亮度(比如一个可电子控制的光学滤波器)和/或显示的单元。
该解决方案的一个特别的优点在于传感器的定位不再是决定性的，只要获得由光学部件(特别是彩色调制器)引起的亮度波动的影响尽可能小就行。这具有特别的效果，上述灯电流(LOC)的有效控制现在也可以用于时序彩色再现方法，而没有很大的额外支出，在显示器上再现的图像借助于该灯电流的有效控制改变，表现出至少大部分抑制电弧跳跃引起的光通量波动的可能。
特别是，现在有可能提供使用DE10220510.8中描述的图像投影仪并执行其操作，由此消除由电弧跳跃引起的亮度波动，从而使人眼不再看得到亮度波动，当使用彩色调制器时也是这样。
进一步的优点是，在光学部件是彩色调制器并且使用场序制彩色再现方法的情况下，有可能实现色温的(无损耗)微调节和可显示的彩色空间的优化，即，在于传感器输出信号按照相关原色出现根据时间进行变化。
从属权利要求涉及本发明的有利的进一步的实施例。
权利要求2和3通过滤出与传感器信号相关的频率成分消除干扰成分。
权利要求4的实施例使传感信号根据时间进行放大的方法，从而抑制干扰成分，而在权利要求5中干扰成分通过从传感信号中减去适当产生的同步平均值来消除。
权利要求6-8的实施例包括根据权利要求5的实施例的各种使用微控制器的有利的实现方式，从而只需要少量的分立的或外部的电子元件。
权利要求9的实施例具有的优点是，更容易执行和安装，因为没有传感器和传感器板必须安装在投影系统的光路中或光路上。
在特别为具有彩色调制器的投影系统设计的权利要求10-12要求的实施例中，通过相关传感信号的有选择的放大或衰减来补偿传感器或多个传感器对于不同原色的个体灵敏度。
根据权利要求13的实施例包含优选的灯驱动器单元，用于检测沿着光路传播的光以及用于校正相关传感信号的基本上所有必要部件都集成到该驱动器单元中。
权利要求14到16涉及用于控制具有不受干扰成分影响的传感信号的表现图像的亮度，从而补偿灯产生的光通量(例如由跳跃导致的)中的变化的各种替代方式。
最后，权利要求17包含这样的修改，即再现图像的色温能够用理想的方式设置或协调一致。


本发明的进一步的细节、特征和优点将通过随后的优选实施例的说明中变得明显，优选实施例参照附图给出，其中图1示出了表示本发明的第一实施例的基本电子部件的框图中的一个滚动彩色/SCR彩色投影系统的结构原理；图2示出了一个传感器信号梯度；图3图示的说明了各种滤波功能；图4示出了具有表示本发明的第二实施例的基本电子部件的框图的一个滚动彩色/SCR彩色投影系统的结构原理；图5示出了具有表示本发明的第三实施例的基本电子部件的框图的一个滚动彩色/SCR彩色投影系统的结构原理；图6示出了图5所示的系统中的各种电压梯度；图7示出了包括表示本发明的第四实施例的基本电子部件的框图的一个彩色投影系统的结构原理；图8示出了图7所示的第四实施例的第一实现方式的示意框图；图9示出了图7所示的第四实施例的第二实现方式的示意框图；图10示出了图7所示的第四实施例的第三实现方式的示意框图；图11示出了使用第四实施例的几个信号梯度；图12示出了不使用第四实施例的几个信号梯度；图13部分的说明了本发明的第五实施例；和图14部分的说明了本发明的第六实施例。
具体实施例方式
投影系统上再现的图像的亮度借助于以下描述的实施例中的灯驱动电路通过灯电流中的改变来控制(图1，4，5，7，13和14)。但是，在其中可替换或附加地，有可能借助于一个附加地插入到灯和显示器之间的辐射路径中的电可控光学滤波器和/或以因数形式的灰度级掩模改变图像的亮度，通过灰度级掩模影响显示器上图像再现的亮度。这两种替换在DE10220510.8中详细说明，它们尤其适用于DLP系统中使用的非常快速的显示器。该出版文件通过参照包括在本公开中，从而以下不需要单独说明。
本发明将首先参照具有一个由上述第二方法操作的SCR-DMD的投影系统(滚动彩色系统)说明。这种投影系统的操作结构和方式在以下引用文章中详尽的进行了解释，它是Dewald，Penn，Davis在SID 01Digest of Technical Papers中的《Sequential Color Recaptureand Dynamic FilteringA Method of Scrolling Color》，vol.XXXII，1076到1079页，2001。该文章通过参考结合到本说明书中。
图1示出了这样的一个投影系统的照明部分的结构原理。这里示出了具有一个灯10和一个反射器10a和基本光学部件的一个光源，即一个棒状积分器(光谐振器)11，一个颜色轮盘12，一个中继镜头(光学投影镜头)13，和一个DMD显示器20，它以已知的方式由驱动设备驱动。DMD显示器20上产生的图像最终借助于一个镜头投影到一个屏幕或类似设备(未示出)上。
光源包括一个或几个高压气体放电灯10和一个或几个反射器10a，借助于反射器锥形光束10b直射到棒状积分器11的入口表面。
棒状积分器11具有封装一个中空空间114的高反射套。耦合到棒状积分器11中的光被套113反射很多次，并且如果积分器11给出足够的长度使光变均匀，以便在其出口表面获得光强度的基本均匀分布。棒状积分器11可替换的由光学材料特别是玻璃的固体光波导形成。
颜色轮盘12(彩色调制器)包括红、绿、蓝和透明双色反射涂层，它以RGB阿基米德曲线图案的形式排列。该图案确定维数，从而在任意时刻一个或几个颜色的螺旋覆盖在积分器的出口表面的横截面上。该模式具有当颜色轮盘12旋转时，红、绿和蓝颜色之间的边界以固定的速度在辐射方向上移动的特性。结果，RGB图案以基本固定的速度穿过棒状积分器的出口表面移动。棒状积分器11的出口表面和颜色轮盘12之间的距离应当尽可能小，从而避免光损耗。
最后，中继镜头13把RGB图案(彩条)投影到DMD显示器20上。当颜色轮盘12旋转时，该RGB图案在DMD显示器20上连续移动。
而且，在图1中，一个光传感器30与中继镜头13相邻排列。但是，也建议传感器30能够没有空间问题的进行放置的替换位置，因为颜色轮盘12和显示器20之间的区域通常是螺旋形的。一般来说，传感器30这样放置，以便它扫描图像的中心区域。作为一种替换，传感器也能够例如这样排列，相对于中继镜头13横向放置，从而捕获散射光，例如尤其是从镜头13反射回来的光。
图2示意性示出了在示出位置上的传感器30产生的传感信号的时间内的循环步进的梯度，假设传感器30足够小，并且因此除了两个相连彩条之间尽可能短的转换之外(造成对应于传感器信号的阶梯之间的陡度的转换)每次只由一个彩条被照射。从三个彩条的不同亮度或传感器对三原色的不同灵敏度产生三个截然不同的幅度。
一个按照传感器的颜色灵敏度步进的一个类似的传感器信号也从以上提到的第一方法中产生，其中彩色图像由一个时序中的三原色的全图像产生，其中一个附加的白图像将导致对应的第四步骤。
如果由光源产生的光通量的波动将由该传感信号补偿，有必要消除由彩条(或原色图像)引起的传感信号的调制，例如光通量的波动由不稳定的电弧放电、一个灯驱动器电路的控制，和/或由电可控光学滤波器，和/或由显示器的灰度级掩模引起。该调制的两个方面在使用彩条的情况下特别重要(一个对由原色图像引起的调制持有的对应的理由)1)由颜色轮盘12的旋转速度确定的调制频率适当的在人眼的限制频率之上，因为要求彩条(或原色图像)必须在显示器20上不可见；2)调制的频率另外要非常精确的确定并固定，从而维护一个正确的图像建立。这取决于颜色轮盘的同步，同时在颜色轮盘的一个旋转中经过多种颜色的情况下，可能产生另外的调制频率。
该调制的消除通过以下说明的电路部件进行。
在图1所示的本发明的第一实施例中，所述电路部件包括一个放大器31，传感器30的输入信号提供给放大器，一个梳状滤波器32，由放大器31放大的传感信号输送给梳状滤波器，一个连接到梳状滤波器32的输出的HES(人眼灵敏度)滤波器33，和一个可控灯驱动电路34，电源35和HES滤波器33的输出信号提供给可控灯驱动电路34并且它提供受控灯电流给连接到其输出的灯或多个灯10。
梳状滤波器32(I)和HES滤波器33(II)的传输特性在图3中示出。该图另外包含由上述的调制引起的传感信号的一些频率成分(III)。这些是彩条和它的谐波的基本频率。
梳状滤波器32的非发送频率范围这样定位，使得该调制的至少较低频率成分位于这些区域，以便由此由颜色轮盘12引起的传感信号中的干扰至少消除到由不稳定的电弧放电或其他影响引起的光通量产生的波动由传感信号补偿，并因此能够避免图像干扰的程度。
梳状滤波器32确定维度时的另一个标准是对HES滤波器33重要的信号成分将尽可能小地受到影响。为此，消除非发送频率范围的梳状滤波边缘做得尽可能陡。
本发明的一个实施例在这方面特别有利，它在图4中示出。类似或相应的部分给出与图1中相同的附图标记，从而它只是基本上满足论述这些区别的要求。
在这种情况下，由光传感器30产生的信号由放大器31再次放大，由梳状滤波器32和HES滤波器33滤波，并提供到灯驱动电路34，用于驱动至少一个灯10。
而且，示出了一个具有一个图像处理器的图像处理和控制单元21，将被显示的视频信号Vid提供给它，并且它用于驱动显示器20。从单元21导出一个图像同步信号，该信号通过灯驱动电路24控制灯10并且控制颜色轮盘12。一个图像同步信号也提供到梳状滤波器32并按照传感器30上传播的彩条控制滤波器特性。
为此，梳状滤波器由这样一种技术构成，其中滤波器频率能够由时钟信号成比例的影响。这样的滤波器例如是转换电容滤波器或所有种类的数字滤波器。梳状滤波器进行操作的时钟频率现在借助于图像同步信号设置到一个固定的比(通常是多个同步频率；例如用锁相环进行调整)。从而实现滤波器频率总是精确地调谐到彩色频率。
高度同步性使得有可能以相对简单的方式实现非常陡的滤波边缘，因为相同的同步信号同时用于控制颜色轮盘12(并从而彩条穿过传感器并且引起干扰)和用于控制梳状滤波器32的滤波特性，抑制这些干扰。没有容差问题出现，而且，不需要均衡。
梳状滤波器32的输出信号可以任选地输送回图像处理和控制单元21(虚线)，从而显示器20能够被驱动从而替换地或附加地到灯驱动电路34，以便以这种方式相应地控制图像亮度。该替换可以特别有利地用于快速消除剩余的波动，并且尤其与如引用的DE10220510.8中公开的DLP系统中使用的快速显示器特别相关。
图5示出了本发明的第三实施例。相同或类似的部件再次给出与图1和4中相同的附图标记，从而它原则上只是足以讨论这些区别。
由光传感器30产生的信号由放大器31放大并随后输送到一个产生滑动平均值(sliding average)的单元36和与其连接的一个减法器37。减法器37的输出连接到一个HES滤波器33，它的输出信号输送给灯驱动电路34。灯驱动电路34从一个电源35产生一个灯电流，用于操作至少一个灯10。
图5还示出了一个图像处理和控制单元21，将进行显示的视频信号Vid提供给它并且它用于驱动显示器20。一个图像同步信号从该单元21得出，该信号再次借助于马达控制器22用于控制颜色轮盘12。
在该第三实施例中，由颜色轮盘12引起的传感信号中的干扰通过借助于减法器37从传感信号中恰好减去这些干扰而消除。将被减去的部分由单元36产生，其中传感信号与颜色轮盘同步的部分由与彩色频率同步确定的平均值来确定。
用于产生滑动平均值的单元36优选包括一个微控制器，微控制器具有一个控制单元，一个存储器，一个A/D变换器，和一个D/A变换器。在控制单元中执行的程序接着实现，例如，以下的功能和过程首先，一个计数器N借助于同步信号复位到0，并且开始主环路。
任选地，在接收同步信号时测试颜色轮盘的频率是否通过在前的同步信号的距离的比较而改变。如果是这种情况，重新设置平均值。
主环路包括以下步骤-经D/A变换器提供一个取样值XN到单元36的输出，用于从传感信号中减去，-在A/D变换器测量一个新的取样值YN，-按照以下等式通过加权加法形成滑动平均值XN＝XN*Z+YN*(1-Z)，其中Z是加权因子(例如，Z＝0.999)，-提高N的值N＝N+1，-等待直到下一个扫描时刻。
数学上，平均值的这种形成构成具有缓慢降低的加权因子的很长的一串信号延迟成分(全通)。延迟时间由N的最大值(在下一个同步信号之前)和扫描时间确定。从而和减法器联合建立一个基本理想的梳状滤波器。
最简单的形式的减法器37能够用一个运算放大器实现。
因此第三实施例基本上形成一个第二实施例的修改，其中滑动平均值由所描述的数字滤波器产生(在时间范围内滤波)，代替在频率范围内滤波的梳状滤波，其平均值从传感信号中减去。
减法器37的输出信号任选地向回输送到图像处理和控制单元(虚线)，从而显示器20能够因此可替换或附加地驱动到灯驱动电路34，如图4所示的第二实施例所示，从而相应地以相同的方式控制图像亮度。该替换再次特别适用于和快速显示器合并的剩余波动的快速控制，该快速显示器用于引用的DE10220510.8中公开的DLP系统。
图6示出了在图5的第三实施例的多种电路部件条件下测量的电压梯度。曲线(3)表示受到调制(干扰)影响的传感信号，它放大后提供到单元36和减法器37。单元36还接收根据例如从马达控制器22得出的曲线(4)的同步信号。曲线(B)代表在单元36的输出处的计算平均值。减法器37中的减法在其输出处产生信号(D)，信号(D)表示灯的光通量的典型梯度。该梯度不再包括与颜色轮盘12相关联的任何成分，而只有从灯电流产生的光波动。最后，曲线(1)是在灯驱动电路34的输出处的灯电流。
一个另外的可能性是使由减法器37和/或HES滤波器33执行过程发生在单元36的微控制器中。还可能将放大器31、单元36、减法器37和HES滤波器33实现为灯驱动电路34中的一个功能单元。
图7示出了本发明的第四实施例的示意框图，其中几个功能单元例如像图5所示那样互相集成。
按照图5，提供具有灯输出(LOC)的有效控制的灯驱动器单元40，它与电源A连接。A(UHP)灯10与该单元40的输出连接。由灯10产生的光射到光引擎41，它对应于图5中的说明，基本上包括一个光积分器11，一个彩色调制器12，一个中继光学部件12和一个DMD显示器20。借助于该光引擎41，一幅图像投影到一个屏幕42上。光引擎41进一步包括一个光传感器30，用于检测在光引擎41内的传播的光。
传感器30的输出信号输送到传感信号处理单元43(LOC传感器板)的第一输入B，对应于图5，传感信号处理单元43能够包括例如一个放大器31，一个减法器37，一个用于产生传感信号的滑动平均值的单元36和任选地一个HES滤波器33。
从彩色调制器12得出的一个同步信号输送到传感信号处理单元43的第二输入C，而电源电压连接到第三输入D。单元43的一个输出E连接到灯驱动器单元40。借助于该传感信号处理单元43，重叠了所述干扰成分的传感器30的输出信号根据以上解释进行处理，从而它不受干扰成分的影响，并可以用于控制灯驱动电路40。
如结合图5所示的第三实施例所描述的，干扰成分基本上由颜色轮盘(彩色调制器)12的变化产生，以便它们与这样的颜色轮盘的旋转同步。
如果如上文所述，检测的传感输出信号借助于一个同步信号进行滑动平均，该同步信号从颜色轮盘的旋转得出并输送到单元43的第二输入C，这些干扰成分能够通过从受干扰的传感信号中减去传感信号的滑动平均值进行消除。通过这种方式产生的传感信号现在至少基本上与射入到屏幕42上的光成比例并且能够用于控制灯驱动器单元40并随后将由灯10产生的光通量保持固定。
借助于图5所示的部件按照图7的集成，实现了模块性，通过该模块性，根据本发明的免于扰动和干扰的传感信号的产生和使用至少基本上与投影系统的种类无关，并且能够有利地应用于SCR系统。
在下文中，将分别参照图8、9、10示例性描述三种替换方式，借此能够实现图7所示的第四实施例并尤其是传感信号处理单元43。
图8表示基本上模拟执行方式的第四实施例的第一实现方式的示意框图。该电路包括一个带有数字信号处理(DSP)的微控制器431，它包括一个模拟/数字转换器A/D、用于产生传感信号的所述平均值的数字单元36a和一个数字/模拟转换器(D/A)的串行连接。
微控制器431的第一输入与传感器30连接，并且从颜色轮盘的旋转得出的同步信号输送到第二输入C。
该电路还包括一个减法器(差动放大器)37，它的第一输入与微控制器431的输出连接，并且它的第二输入与传感器30连接。减法器37的输出与一个比较器433的第一输入连接，它的第二输入提供有一个波形成发生器434的信号。
借助于该电路，传感器30的输出信号首先在微控制器431中数字化。借助于输送到第二输入C的同步信号(触发信号)，数字化的传感信号接着按照以上解释的与颜色轮盘的旋转时间周期同步地滑动平均。平均后的数字信号转换为模拟形式并输送到减法器37的第一输入。
借助于减法器37，产生直接从传感器30提供的(并由干扰成分扰乱的)传感信号和平均后的传感信号之间的差。根据以上与图5所示的第三实施例结合起来的解释，该差动信号与灯(灯光信息)产生的光通量成比例并提供到灯驱动器单元40，用于控制灯电流。为了简化向单元40的传输，减法器37的输出信号以已知的方式借助于比较器433和波形成发生器434转换为脉宽调制信号(PWM)，它能够转换为一个光信号并通过光纤发送。但是，也可以应用其他的调制和传输方法。
图9示出了基本上是数字执行方式的第四实施例的第二实现方式。与图8中的类似或对应的部件已经给出和图8中的相同的附图标记，从而与图8结合作出相关的解释。
与图8所示的电路相比较主要的不同在于减法器37a以数字形式实现并集成为微控制器431，从而差动信号以数字方式计算。因此，滑动平均的传感信号从单元36a的输出输送到数字减法器37a的第一输入，并且但是受到干扰成分扰乱的数字化的传感信号从模拟/数字转换器A/D的输出输送到数字减法器37a的第二输入。
减法器37a的输出与数字/模拟转换器D/A连接，从而差动信号转换为模拟形式并且可在微控制器431的输出获得，用于按照上面的解释再次以脉宽调制信号(PWM)的形式传输到灯驱动器单元40。
图10表示全部数字执行的第四实施例的第三实现方式。与图9中类似或对应的部件已经给出与图9中的相同的附图标记，从而与图9结合作出相关的解释。
与根据图9的电路相比较主要的不同在于整个传感信号处理单元43在微控制器431内实现，从而基本上不需要其他部件来从传感器输出信号中产生用于灯驱动器单元40的控制信号。
而且，微控制器431不包括数字/模拟转换器D/A。可在数字减法器37a的输出获得的差动信号借助于发送单元435转换成输出信号，发送单元最好是一个脉宽调制器(PWM)。输出信号最好作为一个光信号通过光纤发送到灯驱动器单元40，从而不需要进一步的处理。
该执行方式的另一个优点是这样的事实，它可以非常灵活的方式应用于基本上任意投影系统并尤其是找不到传感器位置并不包含扰动或干扰成分的系统中，该系统能够产生适用于控制灯驱动器的传感信号。而且，以一种简单的方式能够提供其他的功能，例如像自动增益控制或优化传感器偏置。
为了完整的目的，注意微控制器431必须具有足够的存储器来存储平均后的传感信号，足够快速的模拟/数字转换器A/D和在高操作频率具有足够高分辨率的PWM发生器。
图11示出了各种信号梯度的图，它们展现在图7所示的电路的应用中并尤其是图8到10的电路的应用中。曲线A表示不受周期性的干扰成分影响的并且是灯产生的光通量的典型的过程的校正后的传感信号。该信号可在单元43或微控制器431的输出E获得并输送到灯驱动器单元40。
曲线B示出了灯功率的过程，灯功率由灯驱动器单元40控制，以实现按照曲线A的固定的光通量。
曲线C示出了在灯驱动器单元40的输出的灯电流的过程，而曲线D示出了提供到单元43或微控制器431和例如从颜色轮盘的旋转得出的同步信号。
与此相比较，图12示出了在单元43或微控制器431没有起动，传感信号没有任何校正的提供到灯驱动器单元40的情况下，这些曲线A到D的过程。从曲线A尤其明显看出，传感信号包含周期性干扰分量，从而由灯10产生的光通量也包括这些干扰成分。
图7所示的第四实施例的一个修正能够以这种方式作出，从而输送到传感信号处理单元43和用于平均传感信号的同步信号由传感信号处理单元43本身产生，而不从彩色调制器提供给它。
为了实现这一目标，输送到单元43或微控制器431的传感信号能够相对于周期性重复的波形进行分析。当检测到这样的周期波形时，按照这些波形校正的同步信号通过数字信号处理由单元43或微控制器431产生，从而不需要额外的电路或光学或电连接来从彩色调制器产生并提供外部同步信号到单元43。
该修正非常有利并展示了将传感信号处理单元43集成到灯驱动器单元40的可能性，因为只有需要的外部连接用于传感器。
在这种情况下，最好传感器30也集成到灯驱动器单元40中。为了检测光引擎41中的光传播，提供一个一端与传感器30连接的光纤。光纤的另一端具有一个未耦合部分，例如以一个镜头单元的形式，并且排列在光发动机41的光路内。
该修正方案提供非常高度的灵活性，因为安装投影系统时，只有一个用于光纤的未耦合端的适当的位置必须找到，用于以能够检测到在光发动机41中传播的光的这种方式排列。因此，不再需要安装包括传感器30的大型传感器电路板，并不再需要在光发动机41内或在光发动机41上的发送电路。通过这种方式，用于提供电源的相关部件也是多余的。
进一步的优点在于没有关于主要绝缘的问题发生。通常这种问题必须通过使用在传感器侧的一个脉宽调制器和一个电-光耦合器和在传感信号处理单元43一侧的光-电耦合器和一个脉宽解调器来避免，因此这些部件也是多余的。
因为以这种方式整个系统包含较少的电子部件，相对这些部件的电子容差也很不灵敏。
图13和14分别示出了本发明的第五和第六实施例。在这些图中，投影系统的照明部分以用L表示的一个块示出。按照图1，4和5，该照明部分L主要包括一个具有一个灯的光源、一个反射器、一个棒状积分器、一个彩色调制器、一个中继镜头(光学投影单元)和一个显示器。而且，这些图示出了一个可控灯驱动电路34，传感器30或传感器301、302、303的输出信号提供给它并且在图1、4和5所示的实施例中它用作灯10的电源。
在第五实施例(图13)中，由彩色调制器引起的传感信号的干扰部分(调制)由于传感器提供至少基本上与三原色相等的信号而消除。结果，由彩色调制器顺序产生的每个颜色每次产生基本上有相同电平的传感信号。如果灯10的光通量固定，传感信号因此而固定，并只按照该光通量的一个变化而改变。
为了实现这个目的，一小部分光在可以任意选择灯和投影显示器之间的照明部分L的位置分叉并提供到第一光束分裂器340。
例如，在玻璃光纤的形式中，三个光通道连接到第一光束分裂器340的输出，从而把光射到一个滤波装置，滤波装置包括第一彩色滤波器310，第二彩色滤波器320，和第三彩色滤波器330。这些彩色滤波器每个只发送三原色中的一种。彩色滤波器的下行方有彩色-非彩色传输滤波器311、321、331，它们的透射系数分别根据各个光通道的原色的光谱范围中的传感器的灵敏度来确定，这将在以下将进一步解释，从而传感器对三原色的不同的灵敏度借助于传输滤波器311、321、331通过适当的衰减而补偿。
导引到三个通道的光部分接着再次在第二光束分裂器341中组合并射到传感器30。灯驱动器电路34随后由传感器30的输出信号控制，这已经在上文中提到，从而防止由灯产生的光通量的亮度波动。
该操作原理基于以下考虑，用于所有三原色R、G、B的电响应信号按照以下的第一等式做成相同的r(R)＝r(G)＝r(B)。
随后，传感器的电响应信号拥有第二等式r(λ)＝cI(λ)T(λ)S(λ)F(λ)，其中c是一个常量，I(λ)是灯光的功率谱，T(λ)是光学系统和滤波器系统的透射系数，S(λ)是传感器的光谱灵敏度，和F(λ)是传感器前方的附加滤波器的透射系数。
最后，下面，表示由系统确定的原色的边界的波长λ1和λ2之间的每个颜色的平均光量拥有第三等式I(cRGB)＝∫dλI(λ)。
这三个等式可以用于计算传输滤波器311、321、331的透射系数值F(λ)，每个原色通过以上滤波器从而获得与所有原色相同的传感器30的灵敏度。
代替三个单独的彩色滤波器310，320，330和三个单独的传输滤波器311、321、331，或者也可以使用在原色中具有三个传输区域的单个滤波器(未示出)。在那种情况下，透射系数按照以上等式再次为每个光谱原色范围确定，从而传感器对三原色的不同灵敏度通过适当的衰减被补偿。在这种情况下，两个光束分裂器340、341都不需要。
图14示出了本发明的第六实施例，其中与图13中相同的部件已经给出相同的附图标记。
这里，从照明部分L分叉的光部分再次施加到第一光束分裂器340，分裂为三个光通道，并且对准第一彩色滤波器310、第二彩色滤波器320和第三彩色滤波器330。这些滤波器再次只传输三原色中的一种。与图13的第五实施例相反，传感器301、302、303排列在每个彩色滤波器310、320、330的后面。传感信号由各个放大器312、322、332放大。放大器的放大因子以与上述的透射滤波器311、321、331的投射系数值相同的方式确定，从而传感器对三原色的不同的灵敏度互相相等，结果传感器具有对原色的至少充分相同的灵敏度。
最后，放大器312、322、332的输出信号在一个混合器中合并，随后提供到灯驱动器电路34，用于以上述的方式控制灯电流。
该第六实施例的特别优点在于它也能够用在那些SCR系统中，其中彩色调制器(颜色轮盘)包括一个白色(透明)部分。这通常用于增加图像屏幕上的亮度。
应当注意，这里，在其出现的时间间隔中白色部分将造成与原色相比对灯驱动器电路34的增大的传感信号，并因此造成干扰部分该干扰部分被消除用于没有干扰的获得灯产生的光通量的检测。
为此目的，可以利用白色(透明)部分造成与原色相反对图14的所有三个传感器301、302、303造成一个增大的输出的特性。这能够由混合器342进行检测并通过适当的控制来补偿，其中在该时间间隔，例如，只由一个传感器输出信号进行传递，或者混合器输出信号先知道传感器输出信号的水平，或者所有传感器输出信号被阻挡。
根据参照图1、4、5、13和14描述的本发明，当具有三原色和可能有一个白色图像的图像一个接一个(场序彩色方法)呈现在显示器上时，由彩色条(滚动彩色方法)引起的传感信号中的干扰的消除也能够使用。该方法通常例如用在DLP投影仪中。
在图1和4的第一和第二实施例的情况下，梳状滤波器的频率或用于其调整的图像同步信号与原色图像的重复频率相协调。在图5的第三实施例中，平均值信息将与其重复频率同步。与其分开来说，涉及第一到第三实施例的解释在这里也有效。
而且，如果传感信号具有步进的梯度，例如如图2所示，图4或5所示的第二或第三实施例可以进行修正，从而这里提到的和有图像处理和控制单元21产生的图像同步信号用于根据传感器上瞬间入射的原色，即彩条来改变放大器31的放大因子，从而在灯产生相等的光通量的情况下，对所有颜色产生相同等级的传感信号，结果图2所示的台阶位于相同的等级。接着，可以省略梳状滤波器32或用于产生滑动平均值的单元36和减法器37。
图2所示的传感信号的阶梯的相对位置能够预先从灯光谱、彩色滤波器函数和传感器灵敏度中计算出来，从而也能够计算补偿它们所需的放大因子。
对于各个原色的放大因子的计算这里以与参照图13的第五实施例的传输滤波器311、321、331的投射系数值的计算和参照图14的第六实施例的放大器312、322、332的放大因子的计算相同的方式描述。从而，放大因子的梯度将与(例如图2所示的)未校正的传感信号的梯度相反运行，从而两个梯度的重叠将造成一个充分的直线，因此造成原色和这样产生的传感信号之间的固定的传输函数。
发现在该连接中，传感器信号中的任意短干扰不具有可见的效果，因为它们有充分的高频特性并因此由HES滤波器33抑制，这些短干扰从在阶梯之间的转换的放大因子的切换引起并可以造成传感信号的一个(轻微的)冗余调制，并从而造成灯电流和灯功率的冗余调制。
在第一彩色表现方法(场序彩色)中，最后，色温的(无损)精细调整和呈现的彩色空间的优化是有可能的，因为在固定的传输函数的情况下，传感器或多个传感器对原色的单独的灵敏度互相不相等，但以目的定向的方式互相相对进行调整。
这可以按照上述修正的第二或第三实施例，通过放大因子的适当的切换实现。进一步有可能改变图13中的第五实施例中的传输滤波器311、321、331的透射系数值或图14的第六实施例中的放大器312、322、332的放大因子，从而获得所述传输函数的相应的非线性梯度，因此实现呈现图像的理想色温。
更详细的是，理想的光谱在以上给出的第二等式中被替换，代替灯光的实际功率谱I(λ)，并且为此确定传输滤波器的透射系数值F(λ)(或可以应用放大因子)。
例如，如果理想光谱将包含一个较高的红色内容，位于红色滤波器后面的传输滤波器的透射系数降低(图13)，或者传感信号在红色原色的辐射期间稍微不太强的放大。灯驱动器电路因而在红色原色呈现期间通过电流控制增加灯功率到相应的程度，从而图像的色温向红色区域转移。
或者切换放大因子将在传感器输出信号的各个步骤中减去适当的固定电压值，用于获得所述传输函数的理想梯度。
最后应当注意如果产生并显示的不是三原色，而是不同数量的原色，本发明的原理也能够使用。
权利要求
1.一种投影系统，借助于至少一个灯(10)以及至少一个传感器(30；301，302，303)进行图像再现，该传感器用于产生监视由所述至少一个灯(10)产生的光通量的变化的传感信号并用于通过对图像再现的适当控制补偿这些变化，具有用于从由该至少一个传感器(30；301，302，303)产生的传感信号中基本上消除周期的干扰成分的装置(31；32；36；37；43；431)。
2.权利要求1所要求保护的投影系统，其中所述装置包括一个梳状滤波器(32)，用于滤波传感信号并用于至少基本上抑制由干扰成分产生的传感信号的频率成分。
3.权利要求2所要求保护的投影系统，其中梳状滤波器(32)的滤波特性能通过一个与引起干扰成分的彩色调制器(12)的控制信号同步的信号控制。
4.权利要求1所要求保护的投影系统，其中该装置包括一个用于传感信号的放大器(31)，传感信号的放大能够按照干扰成分的频率切换，从而实现至少基本上抑制干扰成分。
5.权利要求1所要求保护的投影系统，其中该装置包括一个单元(36；36a)，用于产生与干扰成分同步的传感信号的滑动平均值，以及一个减法器(37；37a)，用于从传感信号中减去该滑动平均值。
6.权利要求5所要求保护的投影系统，具有一个带有数字信号处理的微控制器(431)，它包括一个用于数字化所输送的传感信号的模拟/数字转换器(A/D)，数字装置中的单元(36a)和用于把所述单元(36a)产生的传感信号的数字平均值转换为一个模拟传感信号的数字/模拟转换器(D/A)。
7.权利要求6所要求保护的投影系统，其中微控制器(431)在数字装置中包括减法器(37a)，其中减法器(37a)的一个输入与单元(36a)的输出连接，另一个输入与模拟/数字转换器(A/D)的输出连接，并且其中减法器(37a)的输出与数字/模拟转换器(D/A)的输入连接。
8.权利要求7所要求保护的投影系统，其中微控制器(431)代替数字/模拟转换器(D/A)包括一个发送单元(435)，用于产生一个调制后的传感器输出信号，用于将其发送到灯驱动单元(40)。
9.权利要求6所要求保护的投影系统，其中提供微控制器(431)，用于基于输送到微控制器(431)的传感信号的分析，相对于周期重复的波形产生同步信号，其中同步信号用于滑动地平均传感信号。
10.权利要求1所要求保护的投影系统，具有用于原色的时序产生的彩色调制器(2)，其中所述装置包括一个滤波器装置(310，320，330)，用于把导引到投影系统中的光部分分裂为原色，以及一个装置(311，321，331；312，322，332，342)，用于通过放大和/或衰减相关的原色，补偿至少一个传感器(30；301，302，303)相对于原色的不同灵敏度。
11.权利要求10所要求保护的投影系统，其中所述用于补偿传感器不同灵敏度的装置包括至少一个具有适当确定的透射系数的传输滤波器(311，321，331)。
12.权利要求10所要求保护的投影系统，其中为每一原色提供一带有放大器(312，322，332)的传感器(301，302，303)，并且其中至少一个放大器的放大可进行调整，用于补偿传感器(301，302，303)对原色的不同灵敏度，和提供一个混合器(342)，用于混合放大器的输出信号。
13.权利要求1所要求保护的投影系统，具有一包括至少一个传感器(30；301，302，303)和/或用于从由该至少一个传感器(30；301，302，303)产生的传感信号中基本上消除周期性干扰成分的装置(31；32；36，37；43；431)的灯驱动器单元(40)，其中提供至少一个光纤，用于将该至少一个传感器与由灯(10)产生的光的光路光连接。
14.权利要求1所要求保护的投影系统，其中对图像呈现的控制能够通过对呈现图像的亮度的控制实现。
15.权利要求14所要求保护的投影系统，其中呈现图像的亮度能够通过灯电流的改变来控制。
16.权利要求14所要求保护的投影系统，其中呈现图像的亮度能够由电可控滤波器和/或加入到图像信息的灰度级掩模，和/或显示器的切换周期的修正来控制。
17.权利要求1所要求保护的投影系统，具有时序彩色表示，其中周期性干扰成分由通过彩色调制器产生的原色产生，并且其中原色能够借助于用于消除干扰成分的装置来调整，以便呈现图像的色温为可调。
全文摘要
一种用于图像再现的投影系统，它借助于至少一个灯(10)以及一个传感器(30；301，302，303)，该传感器用于产生监视由所述至少一个灯(10)产生的光通量变化的传感信号并用于通过适当的控制图像再现补偿这些变化。投影系统包括一个装置(31；32；36；37)，用于从至少一个传感器(30；301，302，303)产生的传感信号中充分除去周期的干扰成分。这些干扰成分可以由光学成分阐述那个，比如尤其是投影系统的彩色调制器(12)。本发明从而在投影系统中的传感器(30)的位置不重要的那些彩色系统中，有可能至少充分的免于干扰的补偿由灯(10)产生的光通量的波动，例如由于不稳定的电弧放电产生的波动。
文档编号H05B41/288GK1685737SQ03822913
公开日2005年10月19日 申请日期2003年9月18日 优先权日2002年9月26日
发明者H·门希, P·吕尔肯斯, C·德佩, W·D·库温伯格, J·A·A·托宁, R·H·A·M·聪德尔特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司