投影系统和运行投影系统的方法

专利名称：投影系统和运行投影系统的方法
技术领域：
本发明涉及投影系统和运行投影系统的方法。
这里，一系列颜色是借助于灯产生的，加到灯上的工作电流的电流强度随时间变化。这样的变化具体可用来稳定灯的弧光。因此，在这样的投影系统中，提供了用于及时地控制加到灯上的工作电流的电流强度的装置，优选地用于稳定灯的弧光的装置，以及用于借助于灯产生一系列颜色的装置。所使用的灯具体地可以是高强度放电灯。
以上的投影系统在相当长的时间内，例如已经从WO95/11572获知具有各种形式，例如作为DLP(数字灯光处理的)投影系统。它们通常包括至少一个高强度放电灯(HID灯)，通过它来照射一个阵列，这个阵列是所谓的可变形反射镜装置，或数字反射镜装置，阵列的各个镜形成光栅，通过该光栅产生图象样本，例如，可以显示视频图象。为此，各个反射镜被旋转，以使得它们对于观察呈现为明亮或黑暗，但该观察通常不直接进行。而是，通常把至少一个透镜，偏转镜，和图象屏幕或投影屏幕放置在阵列与观察者的眼睛之间的辐射路径上。
为了产生彩色图象，在投影系统中提供快速旋转的圆盘，该圆盘通常包括至少三个扇形段，带有附加的彩色混合(例如红色、绿色、和蓝色)所需要的基本彩色。彩色圆盘的彩色扇形段通常包括二色滤色镜(所以，滤色圆盘有时也称为滤色转轮)，它只发送给定的颜色的光，所以穿过它们的光呈现为红色或绿色。一个接一个短暂地到达的彩色光线一起加入到眼睛中，以便于形成新的彩色感觉。因此，借助于快速旋转彩色圆盘和各个反射镜的相应的控制，有可能产生任何颜色的图象。
彩色转轮的替换例是可以电先地切换的滤色镜，它可以通过加上控制电压，整体地在各种颜色和白色之间被切换。在G.Scharp等，“Progress in Field Sequential Color Shuttered Technology(在区域顺序彩色快门操纵技术中的进展)”，Proc.SPIE vol.3013,pp.107-111,1997，的论文中描述了这样的元件。
用于产生顺序的彩色序列的旋转的彩色圆盘或装置可以被安排在这样的投影系统中，原则上在从灯到眼睛的辐射路径上的DMD的下游和上游位置。然而，通常，它们被放置在灯和DMD之间。
已知的投影系统通常需要带有恒定的光通量的高强度放电灯，即，灯必须总是提供相同的光量。这样的系统的例子可在美国专利US5,680,180中看到。然而，这样的HID灯对于放电弧光的稳定性和电极的工作寿命是有问题的。运行具有短的弧光的HID灯的方法可从美国专利US5,608,294中获知，其中弧光的稳定性和电极的寿命被很大地改进。在其中工作电流是变动的，以使得获得弧光灯的稳定性。然而，这种方法不能被应用于已知的投影系统，因为这些系统通常需要恒定的光通量。
从WO95/11572获知，改变灯的工作电流的电流强度，以便于补偿由系统造成的彩色偏差，以及调节彩色平衡。按照WO95/11572的教导，重要的是使得HID灯的工作电流的电流强度，适合于投影系统的需要。这有损于灯的性质；具体地，引起灯的弧光的稳定性和电极的问题。
根据以上所述，本发明的目的是提供投影系统和用于运行投影系统的方法，它使得有可能运行具有最佳化的功率和工作寿命的HID灯，而没有由于非恒定的光通量引起的不想要的人工产物，具体地，没有彩色重现时带来的问题。
这个目的是借助于具有如在各个主要权利要求中规定的特征的方法和投影系统。有利的实施方案和进一步的实施例在从属权利要求中给出。
这里应当指出，按照本发明的电流强度的变化确实导致灯的一定量的脉动运行，但这并不是通常称为“脉动运行”的灯的工作类型，其中灯在快速重复时在非常短的时间间隔期间运行，但在大部分时间没有给出灯光。这样的灯有时也被使用于投影系统(例如，参阅EP0865210A2,WO97/24871，或US5,428,408)。这里提出的“脉动运行”涉及随时间渐变的电流强度的特别的形式，它导致灯的弧光的稳定性。灯在所有的时间或至少几乎在所有的时间都提供灯光，但光量随时间不是常数；而是，它遵从稳定性所必须的电流波形。
在这方面明显的是，按照本发明的、用于产生一系列彩色的装置可以按照任何适当的类型被构建。重要的是，这样的设备能够产生一系列不同的彩色，如果必要的话包括白色。另外，本发明并不限于DMD，但它也可包括显示器或投影系统，其中反射镜由铁电LCD代替。本发明特别适合于投影系统，其中彩色以及任何想要的灰度通过在脉冲宽度调制的框架内二进制显示元件的时间调制的切换而被产生。
上述的US5,680,180建议了一个具有可调节的彩色圆盘的系统，用于调节彩色平衡，比较复杂。
然而，彩色平衡的更简单的控制按照本发明是可能的，在于在产生规定的彩色的时刻，即，当在用于投影的光线的辐射路径上存在彩色圆盘的给定的扇形段时，达到电流强度的最大值。可能希望，借助于带有彩色圆盘的投影系统显示视频序列，彩色圆盘具有三个基本颜色(红色、绿色和蓝色)扇形段，以及还可能有白色，即白色发光扇形段，以便在彩色混合时更注重红色分量。为此，系统被控制，以使得无论何时彩色圆盘的红色扇形段处在辐射路径中时灯光照得特别亮。因此，彩色平衡的调节可通过按照本发明的适当的控制和同步灯的电流和彩色圆盘的旋转而专门地进行。这是有利的，因为这种解决方案比起其它已知的解决方案来说，例如带有不同的彩色圆盘的解决方案，在用于不同的应用目的(数据显示，例如表格显示，对具有尽可能自然的彩色的视频显示)时具有简单性。
虽然精确控制的实现是相对较复杂的，但如果在产生时，最大值精确地以一个颜色，即精确地在一个扇形段出现，则整个安排可被大大地简化控制。
产生至少包括白色的彩色序列的方法的特别有利的实施例是当这样地控制灯的电流以使得在产生白色时达到最大值电流强度时而得到的。这具有的主要优点是，例如，对于稳定灯的弧光所必须的灯的亮度的起伏不造成彩色的变化，而仅仅是彩色的饱和，后者很难被人的眼睛感觉到。
本控制方法的第二个优点是在产生数字图象时灰度(亮度值)的计算仍旧是基于随时间不变的光通量(迄今为止照例进行)，这样可以利用已被证明正确的计算算法。
最后，第三个优点是灯的最高亮度处在白光装置的投影的区域中，产生彩色序列的白色分量的时间持续时间可以更短，这样更多的时间可供产生象素的彩色分量时使用。
优选地，脉冲持续时间基本上相应于通过相关的扇形段。它被这样地保护以使得这个扇形段唯一地受脉冲影响，而其它的扇形段受非脉冲区的影响。在这方面发现，在白色产生的起始和结尾端相对于白色产生的总的持续时间的±5％的偏差，特别是±1％的偏差，给出满意的结果。
当由灯提供的光通量只在短的时间间隔消失或完全没有时，对于灯的稳定度以及对于简单的处理控制是有利的。
同步装置在投影期间用来保护彩色稳定度。显然，对于这样的同步装置，可以利用对于产生彩色序列的装置和用于控制灯的工作电流强度的装置可以想像到的和可实践的所有可能性。例如，这些装置可以由公共的时钟发生器进行时钟同步。替换地，这些装置之一，例如，旋转彩色圆盘，可以提供适当的时钟，它然后可以相应地被利用。
通过可由同步装置使能进行的适当的相位移动，可以以结构上非常简单的方式实行彩色调整。这对于可以及时进行改变和可以通过新的计算或补充计算而被细调节的彩色平衡是特别有利的。
优选地，在投影系统运行期间其间产生白色的持续时间间隔的部分为彩色生成序列的总的持续时间的大约3至15％之间，优选地为大约6至12％之间。这样，相当多的时间可提供用于产生实际的彩色。当使用彩色圆盘时，这意味着，白色扇形段总计为大约彩色圆盘的总的表面积的6到12％，因此在彩色圆盘旋转的大约6到12％的总的持续时间期间被来自HID灯的光线穿透。
附图
显示典型的电流波形，其中灯电流的全部周期等于2*t1/2。按照US5,608,294，在时间间隔tp期间，增加的灯电流I3被使用来稳定灯。虽然适用于灯的稳定性的电流强度I3在灯的连续工作期间保持恒定，电流强度I2在灯的寿命期间被校正到I2’，以便在可能改变的灯的电压的情况下，保证恒定的灯的总功率。
在电流的一个循环期间由灯提供的光量遵从电流波形。结果，在脉冲(光脉冲)期间增加的光量与在其余时间期间提供的光量的比值在灯的连续工作期间发生改变。相应于滤色镜转轮在增加的灯电流时刻的位置的相对彩色分量相应地改变。
为了检验对投影图象的彩色平衡的影响，有利的是把灯的运行频率与图象电流波形以产生彩色序列的频率进行重复的频率同步，从而与图象频率同步。为此，可以提供适当的同步装置，诸如，时钟发生器。理想地，因此确保在同一个彩色的滤色镜扇形段中总是出现增加的光量。
如果光量的相对增加是常数，则它可被使用于彩色平衡的新的计算，以便得出校正因子。
然而，通常，在灯的老化期间，相对的光量随机地改变。这可以导致在器具连续工作期间的彩色移位。利用除了具有彩色扇形段以外还具有一个或几个白色扇形段的彩色圆盘的方法的特别有利的实施例，给出了把脉冲放置在滤色镜转轮的一个扇形段或几个白色扇形段。在相对较白色分量中的改变并不导致彩色印象中的移位，例如从自然到浅绿色，但只是导致类似于漂白的彩色饱和的移位。这对于观察者只造成非常小的不舒服。
在一个彩色扇形段通过较短或较长地接通各个反射镜期间，在DMD显示器上产生灰度级别。光量应当尽可能保持为常数，以便达到这样的灰度的线性度的正确的计算。因此，特别有利的装置是其中脉冲持续时间基本上相应于白色扇形段的持续时间的装置，这样，由于脉冲的恒定高度，这些计算也保持正确。
典型的滤色镜转轮可包括36°的白色扇形段，相应于它的旋转周期的10％。这需要电流周期的10％的脉冲持续时间。为了避免可见的人工产物，彩色改变的频率实际上被改变，以使得滤色镜转轮在一个图象(帧频率)期间，旋转二或三圈。给定50Hz的图象频率后，这意味着100或150Hz的滤色镜转轮的旋转频率，从而白色扇形段的通过频率或脉冲频率。因为灯的电流的全部周期包含两个脉冲，灯将以50或75Hz的频率运行。
正如立即看到的，在这样的装置中，彩色向红色的移位是由于在彩色转轮与灯的控制之间的相位移动，由此脉冲被移到红色区域。对于其它彩色扇形段，类似的移位显然也是可能的。
权利要求
1．一种操作具有至少一个灯，优选地，为高强度放电灯的投影系统的方法，由此借助于灯产生一个顺序的彩色序列，以及由此提供给灯的工作电流的电流强度随时间改变，其特征在于灯的工作电流的电流强度变化，以使得当产生给定的彩色，优选地仅仅所述彩色时，电流强度达到最大值。
2．权利要求1的方法，其中彩色序列至少包括白色，其特征在于，灯的工作电流的电流强度的控制这样进行，以使得当产生白色，优选地仅仅是白色时，电流强度达到最大值。
3．权利要求1或2的方法，其特征在于，随时提供给灯的工作电流的电流强度包括稳定灯的弧光的脉冲，所述脉冲的持续时间基本上相应于一种颜色，优选地为白色，的产生的持续时间。
4．权利要求1到3中任一项要求的方法，其特征在于，灯的工作电流的电流强度被改变，以使得在投影系统运行期间由灯提供的光通量只在短的时间间隔内消失或完全不消失。
5．包括至少一个灯，优选地，为高强度放电灯的投影系统，具有用于借助于灯产生一个顺序的彩色序列的装置，以及具有用于随时间控制提供给灯的工作电流的电流强度，优选地用于稳定弧光的装置，其特征在于，所述控制装置用来被链接到用于由同步装置产生一个顺序的彩色序列的装置。
6．权利要求5的投影系统，其特征在于，同步装置包括用于达到在用于产生一个顺序的彩色序列的装置和控制装置之间的相位移位或相位调节的装置。
7．权利要求5或6的投影系统，其中彩色序列至少包括白色，其特征在于，在投影系统运行期间产生白色的持续时间的部分处在彩色生成序列的总的持续时间在大约3至15％之间，优选地在大约6至12％之间。
8．权利要求1到7中任一项的方法和投影系统，其特征在于，用于产生一个顺序的彩色序列的装置包括彩色圆盘，优选地，旋转的彩色圆盘。
9．权利要求8的方法和投影系统，其中彩色圆盘包括至少一个白色扇形段，其特征在于，在投影系统运行期间进入被使用于投影的光线的辐射路径的白色扇形段表面积总计为进入被使用于投影的光线的辐射路径的彩色圆盘的所有扇形段的表面的总的表面积的大约3至15％之间，优选地在大约6至12％之间。
全文摘要
运行具有至少一个高强度放电灯(HID灯)、带有至少三个不同彩色扇形段的可旋转彩色圆盘,和包括多个可单独地移动的反射镜的阵列(DVD)的投影系统的方法,其中提供到HID灯的工作电流的电流强度随时间改变,以使得灯的弧光被稳定,被构建成使得所使用的HID灯的功率和工作寿命被最佳化。HID灯的工作电流的电流强度为此被改变,以使得当在被使用于投影的光线的辐射路径中存在彩色圆盘的给定的扇形段时,优选地仅仅这个扇形段时,电流强度达到最大值。
文档编号G02B26/00GK1324187SQ0111679
公开日2001年11月28日 申请日期2001年5月9日 优先权日2000年5月12日
发明者H·门希, X·里德雷尔 申请人:皇家菲利浦电子有限公司