专利名称：改进的单光阀投影设备以及投影图像的方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的单光阀投影设备，例如单芯片投影设备。
背景技术：
单芯片投影设备由灯和反射器以及被称为中继光学系统的光学组件组成，该光学组件接收灯-反射器组合的光。
中继光学系统的输出被投射入被称为“全内反射棱镜，，(TIR棱镜)的棱镜中，该棱镜将灯发出的光投射到“数字反射镜器件”(DMD)等光阀元件上。
所述DMD按照设计在其上的数字图形(例如视频图像信号)来反射光，并且将该光图形反射回TIR棱镜中，该TIR棱镜继而引导该光通过投影透镜光学系统，并到达屏幕上。
在灯和中继光学系统之间设置有包含例如红色、绿色和蓝色(RGB)滤色镜等彩色滤色镜的旋转色盘。
由于彩色视频图像由例如红色、绿色和蓝色分量构成，并且仅有一个单光阀元件，因此色盘和光阀元件的组合利用观众眼睛的反应时间将图像的RGB分量重组在屏幕上。
色盘的转动与光阀元件的RGB顺序同步。
当光阀元件显示图像的红色部分时，色盘利用红色滤色镜过滤灯的光，仅将红色光投射在光阀元件上，由此将图像的红色分量的信息投影在屏幕上。对绿色和蓝色分量也同样，由此通过对色彩信息进行排序来得到完全组合的彩色图像。这个过程被称为色彩排序(colorsequencing)。
直到现在，这种单光阀投影设备使用的都是在点燃的同时具有超高压的超高压(UHP)灯。
这种UHP灯非常紧凑，具有纯水银填充物，并且利用交流电流(AC)驱动。
这种UHP灯的缺点在于它们受功率限制，并且具有较低的光输出。
为了使任何光阀投影设备都具有更高的光输出，通常使用氙气灯。
它们都是利用直流电流驱动的高压灯。
这些氙气灯的缺点在于它们的尺寸以及它们非常昂贵并且在非工作条件下也要放置在高压中的事实，这使得这些氙气灯难以用于小型的单芯片光阀投影设备。
可以用于这种光阀投影设备的另一种类型的灯是交流金属卤化物灯。
这种交流金属卤化物灯包括具有电弧腔的玻璃灯泡和位于所述玻璃灯泡内的水银和重金属混合物的组合物，并且在所述电弧腔中相互隔开一定距离并在其间形成空隙地设置有两个电极。
这些灯在非工作条件下具有低压，从而使得它们操作起来比较安全。
使用这种交流金属卤化物灯的缺点在于这种灯的特征在于具有包含两个相互远离的交变热点的相对较长的电弧，这意味着从这种交流金属卤化物灯发出的光在较大的表面上传播，因此由于单光阀相对较小而降低了所发出的光的亮度。
发明内容
本发明目的在于提供一种没有上述以及其它缺点的改进的单光阀投影设备。
为了实现该目的，本发明涉及一种改进的单光阀投影设备，包括金属卤化物灯，利用直流电流(DC)驱动；中继光学系统，由光学组件组成；单光阀元件；旋转的色盘，位于所述金属卤化物灯和中继光学系统之间，并且包含至少两个不同的彩色滤色镜；用于按规则的时间间隔实现流过金属卤化物灯的电流的上升的装置；以及使所述色盘的转速与光阀元件生成不同彩色分量的顺序相同步、从而使特定的彩色滤色镜在所述金属卤化物灯和所述中继光学系统之间的通过与流过金属卤化物灯的电流的上升相一致、并且与光阀元件对相对应的图像分量的投影相一致的装置。
在色盘的一个彩色滤色镜通过的同时，光输出上升，从而导致该投影设备的光输出的色温按照光输出上升时滤色镜的色彩以及上升的强度而变化。
这在例如当使用缺少红色的UHP灯时尤其有利，在这种情况下，可以在红色滤色镜通过的同时使流过该灯的驱动电流上升。
在本发明的单光阀投影设备的优选实施例中，至少一个所述彩色滤色镜是白色滤色镜，并且所述白色滤色镜在所述金属卤化物灯和所述中继光学系统之间的过程与流过金属卤化物灯的电流的所述上升同步、并与光阀元件对白色图像分量的投影同步。
这种改进的单光阀投影设备可以通过在白色滤色镜通过所述金属卤化物灯和所述中继光学系统之间的过程中使DC驱动的金属卤化物灯的电源脉冲化，来增加光输出，因此它可以使安全的直流金属卤化物灯与投影用途的投影设备的高的整体屏幕光输出相结合。
事实上，该金属卤化物灯由直流电流驱动，从而产生仅具有一个位于灯的电极上的热点的电弧，并且由于这种DC金属卤化物灯仅需要用于实现同样光输出的AC金属卤化物灯的一半功率，因此形成更高的光输出。
根据本发明，在固定时刻使电源上升、更具体地说使流过灯的驱动电流上升，从而产生光输出的峰值。
利用所述同步装置以下述方式使色盘的转速与灯的直流驱动电流的所述上升的频率同步使电流上升的定时、白色图像分量的投影时刻以及白色滤色镜通过所述金属卤化物灯前面的时刻同步，由此暂时使灯的光输出增加，从而使该设备的整体光输出增加。
本发明还涉及一种利用单光阀投影设备来投影图像的方法，该单光阀投影设备包括灯；中继光学系统，由光学组件组成；单光阀元件；旋转的色盘，位于所述灯和中继光学系统之间，并且包含至少两个不同的彩色滤色镜；其中所述方法使用由直流电流驱动的金属卤化物灯，并且该方法包括以下步骤使流过所述灯的驱动电流规则上升；以及使特定的彩色滤色镜在所述金属卤化物灯和所述中继光学系统之间的通过与流过金属卤化物灯的驱动电流的所述上升同步、并与光阀元件对相对应的图像分量的投影同步。
为了更好地说明本发明的特征，以下参考附图将本发明的几个优选实施方式以及利用这种改进的单光阀投影设备投影图像的方法作为不具有任何限定性特征的例子进行说明。其中图1概略地表示出本发明的改进的单光阀投影设备；图2表示金属卤化物灯的电源的上升频率与色盘的转速之间的关系。
具体实施例方式
图1概略地表示出改进的单光阀投影设备1，它包括没有示出的壳体，在该壳体中设置有金属卤化物灯2。
所述灯2主要以传统方式形成，包括玻璃灯泡3，玻璃灯泡3封闭有电弧腔4和相互离开一定距离从而在其间限定出一个间隙地设置在所述电弧腔4中的两个电极5。在所述灯泡3中设置有金属卤化物气体，例如卤化汞。
每个电极5设置有以电导体6的形式延伸到所述灯泡3外部的连接装置。
在所述灯2的后面设置凹镜7。
所述单光阀投影设备1还包括在图1中概略表示的中继光学系统8，该中继光学系统8由光学组件、例如多个透镜、滤色镜或其它光学元件组成。
在这种情况下，所述设备1包括全内反射(TIR)棱镜9以及例如以数字反射镜器件(DMD)的形式存在的单光阀元件10。
在所述中继光学系统8和所述灯2之间设置旋转的色盘11，该色盘11包含至少两个不同的彩色滤色镜，并且在这种情况下包含红色、绿色、蓝色和白色(RGBW)滤色镜。这些滤色镜以如下方式实现例如，红色滤色镜仅让红光通过，相应地，绿色、蓝色和白色滤色镜分别让绿光、蓝光和白光通过。
根据本发明，单光阀投影设备1设置有用于以规则的时间间隔使流过金属卤化物灯2的直流驱动电流I上升的装置。
所述单光阀投影设备1还设置有用于使所述色盘11的转速与所述金属卤化物灯2的驱动电流I的上升频率同步并且与光阀元件10生成不同色彩分量的顺序同步的同步装置12。
在这种情况下，用于使提供给灯2的电源产生规则上升的所述装置被结合在所述同步装置12中。
所述同步装置12被连接到所述灯2的导体6、旋转的色盘11的驱动电动机13以及所述光阀元件10。
所述同步装置12还被连接到例如以交流电源等的形式存在的电源14。
优选在所述中继光学系统8的后面设置透镜15，但这一透镜15也可以结合在所述中继光学系统8中。
改进的单光阀投影设备1的运行相当简单，且如下所述。
电源14向同步装置12供电，同步装置12继而通过所述导体6向所述灯2的所述电极5提供直流电流I。
由于灯泡3内部金属卤化物的电离，在电极5之间产生电弧，导致光输出。
利用实现驱动电流的上升的所述装置，以规则的时间间隔使流过金属卤化物灯2的驱动电流I上升，从而导致所述灯2的光输出周期性地增加，所述灯2的光被投射通过所述旋转色盘11，并且如图2所示，该色盘11与金属卤化物灯2的所述驱动电流I的上升同步。
为了实现这个目的，同步装置12使金属卤化物灯2的驱动电流I的上升频率与所述色盘11的例如频率驱动的驱动电动机13的转速同步。
根据本发明，色盘11和金属卤化物灯2的驱动电流I的上升之间的同步以以下方式实现在流过灯2的驱动电流I上升的时刻，白色滤色镜通过中继光学系统8和灯2之间。
在通过所述滤色镜之后，该光由中继光学系统8接收，该中继光学系统8继而将该光投射到TIR棱镜9中，该TIR棱镜9将该光投影到光阀元件10上。
为了实现该光阀元件10在驱动电流I上升、并且白色滤色镜通过所述灯2和所述中继光学系统8之间的时刻投射白色图像，利用同步装置12使该光阀元件10与灯2的驱动电流I的上升频率同步。
由于在白色滤色镜通过灯2前面的时刻光输出增加并且恰好在该时刻投射白色图像，从而投影设备1的光输出整体增加。
该光信号被反射入TIR棱镜9，并且向后又反射入中继光学系统8，该中继光学系统8最后将该光投射穿过投影透镜15，该投影透镜15将光投射在屏幕、墙壁或其它任何适合用于该目的的介质上。
在灯2的驱动电流I的两次连续上升之间，存在一个时间间隔A，在该时间间隔A中，与驱动电流I上升的时刻相比，光输出减少。
在这些时间间隔A内，红色、绿色和蓝色滤色镜通过金属卤化物灯2和中继光学系统8之间，并且光阀元件10分别显示出图像的红色、绿色和蓝色部分。
由于彩色视频图像由红色、绿色和蓝色分量构成，并且仅存在一个单光阀元件10，因此色盘11和光阀元件10的组合利用观众眼睛的反应时间来将图像的RGB分量重组在屏幕上，由此通过对色彩信息进行排序来得到完全组合的彩色图像。
在本发明的改进的单光阀投影设备1的这种实施方式中，所述金属卤化物灯2是卤化汞灯。但不排除使用其它类型的金属卤化物灯。
根据本发明，可以在所述色盘11上设置例如顺时针方向显示RGBWRGBW顺序的任意数量的彩色滤色镜。这一变形的主要优点在于所述色盘11可以以所述第一实施方式的一半速度转动，这种情况下意味着色盘11可以以与灯2的驱动电流I的上升频率相同的频率旋转。
根据本发明，也可以向所述色盘11提供一个或多个青色、品红、黄色和白色滤色镜(CMYW)，同时所述光阀元件分别针对青色、品红、黄色和白色图像生成彩色分量，由此光输出也以规则的时间间隔上升。
在一种特殊的实施方式中，所述驱动电动机13通过传动装置与所述色盘11连接。这使得电动机13或色盘11以降低的转速旋转。
根据本发明，也可以在色盘11的彩色滤色镜中的一个通过光束的同时，使灯2的驱动电流I上升。
其结果是投影设备1的光输出的色温将按上述上升产生时滤色镜的颜色以及上升的强度而改变。
例如当使用缺少红色的UHP灯时，这可能是有利的，在这种情况下，可以在红色滤色镜通过的同时使灯输出上升。
显然，本发明并不限于使用反射型光阀元件，也可以使用透射型光阀元件。
本发明决不限于以上描述并在附图中表示的实施例，只要不脱离本发明的范围，可以以不同的方式实现这种改进的单光阀投影设备以及利用这种改进的单光阀投影设备来投影图像的方法。
权利要求
1.一种改进的单光阀投影设备，包括金属卤化物灯，利用直流电流(DC)驱动；中继光学系统，由光学组件组成；单光阀元件；旋转的色盘，位于所述金属卤化物灯和中继光学系统之间，并且包含至少两个不同的彩色滤色镜；用于按规则的时间间隔实现流过金属卤化物灯的电流的上升的装置；以及使所述色盘的转速与光阀元件生成不同彩色分量的顺序相同步、从而使特定的彩色滤色镜在所述金属卤化物灯和所述中继光学系统之间的通过与流过金属卤化物灯的电流的上升相一致、并且与光阀元件对相对应的图像分量的投影相一致的装置。
2.如权利要求1所述的改进的单光阀投影设备，其中至少一个所述彩色滤色镜是白色滤色镜，并且所述白色滤色镜在所述金属卤化物灯和所述中继光学系统之间的通过与流过金属卤化物灯的电流的所述上升同步、并与光阀元件对白色图像分量的投影同步。
3.如权利要求2所述的改进的单光阀投影设备，其中所述色盘包含至少四个不同的彩色滤色镜。
4.如权利要求3所述的改进的单光阀投影设备，其中所述色盘设置有至少一个红色、一个绿色、一个蓝色和一个白色滤色镜。
5.如权利要求3所述的改进的单光阀投影设备，其中所述色盘设置有至少一个青色、一个品红、一个黄色和一个白色滤色镜。
6.如权利要求1所述的改进的单光阀投影设备，其中所述光阀元件由数字反射镜器件组成。
7.如权利要求1所述的改进的单光阀投影设备，其中所述色盘设置有以电动机的形式存在的驱动装置。
8.如权利要求7所述的改进的单光阀投影设备，其中所述电动机是频率驱动的。
9.如权利要求1所述的改进的单光阀投影设备，其中在所述中继光学系统和所述光阀元件之间设置全内反射(TIR)棱镜。
10.一种利用单光阀投影设备投影图像的方法，该单光阀投影设备包括灯；中继光学系统，由光学组件组成；单光阀元件；旋转的色盘，位于所述灯和中继光学系统之间，并且包含至少两个不同的彩色滤色镜；其中所述方法使用由直流电流驱动的金属卤化物灯，并且该方法包括以下步骤使流过所述灯的驱动电流规则上升；以及使特定的彩色滤色镜在所述金属卤化物灯和所述中继光学系统之间的通过与流过金属卤化物灯的驱动电流的所述上升同步、并与光阀元件对相对应的图像分量的投影同步。
11.如权利要求10所述的方法，其中至少一个所述滤色镜是白色滤色镜，并且驱动电流的所述上升与所述白色滤色镜在所述金属卤化物灯和所述中继光学系统之间的通过同步、并与光阀元件对白色图像分量的投影同步。
12.如权利要求10所述的方法，其中使用设置有红色、绿色、蓝色和白色滤色镜的滤色镜。
13.如权利要求10所述的方法，其中使用设置有青色、品红、黄色和白色滤色镜的滤色镜。
全文摘要
本发明公开了一种改进的单光阀投影设备，包括金属卤化物灯，利用直流电流(DC)驱动；中继光学系统，由光学组件组成；单光阀元件；旋转的色盘，位于所述金属卤化物灯和中继光学系统之间，并且包含至少两个不同的彩色滤色镜；用于按规则的时间间隔实现流过金属卤化物灯的电流的上升的装置；以及使所述色盘的转速与光阀元件生成不同彩色分量的顺序相同步、从而使特定滤色镜在所述金属卤化物灯和所述中继光学系统之间的通过与流过金属卤化物灯的电流的上升相一致、并且与光阀元件对相对应的图像分量的投影相一致的装置。
文档编号G03B21/14GK1834776SQ20061005922
公开日2006年9月20日 申请日期2006年3月15日 优先权日2005年3月15日
发明者比德·格莱兹, 尼克·库里尔 申请人:巴库股份有限公司