專利名稱：圖像投影儀及其操作方法
技術領域：
本發明涉及由權利要求1的前序部分中規定的、具有高強度放電HIP燈的圖像投影儀和由權利要求17的前序部分中規定的、操作該圖像投影儀的方法。
這樣的具有HID燈的圖像投影儀基本上可從現有技術獲知，其中它們主要使用于視頻或呈現目的。這些燈以非常高的發光效能與小體積相組合而出名。然而，它們具有缺點它們的電弧以不受控制的方式突然發生跳動，即，在不可預期的時間出現。跳動是指電弧占用離原先的位置約10到250μm以上的距離的新的位置。人的眼睛把這種電弧跳動感知為在顯示的或投影的圖像上短暫的搖晃。對于具有敏感的眼睛的人們來說，當觀看圖像時這種效應會是一種擾動，所以，必須消除它。
被連接到燈的輸出端的投影系統的性質表示，電弧跳動具有改變顯示的圖像的亮度(即亮度分布和/或總亮度)約幾個百分點的物理效果。
EP 766906 A1揭示了一種避免這種電弧跳動的影響以及在圖像投影儀的光束路徑上光的亮度的相關的改變的非常有效的方法。那里所揭示的方法給HIP燈饋送一個電流，它的流動表現為在換流前不久的一個附加的脈沖。然而，這種已知的方法的缺點在于，它與使用時間順序顯示方法的現代顯示設備不兼容。這樣的顯示設備要求燈具有恒定的總亮度和亮度分布，這是從EP 766906 A1獲知的方法不能保證的，因為它用附加的電流脈沖。
從這種現有技術出發，所以，本發明的目的是改進已知的圖像投影儀和操作它的已知的方法，以使得以在圖像屏幕裝置上投影的圖像的總亮度和/或亮度分布的改變的形式體現的電弧跳動的影響可以不被人的眼睛覺察。
這個目的是通過權利要求1的內容要點達到的。因此，已知的圖像投影儀包括傳感器裝置，用于檢測在不同的時間投射在顯示區的光的亮度，尤其是亮度分布和/或總亮度；比較器裝置，用于比較在先前的時刻t-2和比時刻t-2遲的時刻t-1由傳感器裝置檢測的光的亮度，和用于生成代表在時刻t-2與t-1之間在HID燈中發生的電弧跳動引起的亮度改變的亮度控制信號；以及控制裝置，用于響應于亮度控制信號補償檢測的亮度改變，通過在遲于t-1的時刻t0重新設置投射到圖像屏幕裝置(118)上的光的亮度，具體地響應于在以前的時刻t-2記錄的亮度，以及其后在預定的時間間隔T期間把重新設置的亮度轉換為在以后的時刻t-1記錄的亮度，亮度的重新設置在電弧跳動后發生得如此快，以及在時間間隔T期間亮度的轉換發生得如此慢，以使得由電弧跳動、重新設置、和轉換造成的被投射到圖像屏幕裝置(118)的光的亮度的改變對于人的眼睛是不可覺察的。
對于本發明，術語“亮度”應當總是被理解為總亮度和/或亮度分布，除非相反地闡述。
在以上規定的意義上，被投射到圖像屏幕裝置上的光的亮度，或在圖像屏幕裝置上投影的圖像的亮度，受到圖像投影儀的光學系統的各個部件影響正如已知的，光的出發點是HID燈，它不是總是以同一個方式把光耦合到光學系統，而是具體地因為電弧跳動而隨時間變化。這種在變化的時間的耦合最后導致從HID發射的光的亮度的改變。而且，在光束路徑中提供的顯示區和可提供用于本發明的特殊的實施例的濾光鏡在光投射到圖像屏幕裝置之前將影響光的亮度。在光束路徑中附加地提供的光學積分器可應用的場合下，不單影響光的總亮度，也影響光的亮度分布。對于本發明，假設透鏡是理想的情形即它對于光的亮度不產生影響，即，它被看作為理想地透明的。因為本發明涉及時變的光的影響，所以，這時不需要討論其他的、靜止的影響，諸如由透鏡單元加上的影響。
因為在上述的光學系統的光束路徑中許多光學元件，光的總亮度和亮度分布在光束路徑上不同的地點是不同的。由于權利要求的圖像投影儀的實施例的結果，尤其是由HID燈的電弧跳動引起的、在從HID燈發射的光的總亮度和亮度分布的擾動或改變，對投射到圖像屏幕裝置的光或在圖像屏幕裝置上投影的圖像上沒有人的眼睛可以看見的影響。正如在權利要求1的揭示內容中要求的，這是這樣達到的在由HID燈輸出的光的亮度中所描述的擾動在光投射到圖像屏幕裝置之前在光束路徑中被補償。該補償是通過把時刻t0的亮度重新設置到時刻t-2的亮度和以后把在時間間隔T期間的亮度轉換成時刻t-1的亮度發生的，正如權利要求1中描述的。
權利要求所要求保護的時間比值在這里是特別重要的。按照本發明，在發生電弧跳動、通過比較識別亮度的改變、和把投射到圖像屏幕裝置上的光的亮度重新設置到在電弧跳動前在時刻t-2的亮度之間的持續時間被選擇為這樣短，以使得人的眼睛不會覺察在此期間發生的亮度的改變；換句話說，人的眼睛感知的時刻t0的亮度與時刻t-2的亮度是沒有改變的。
按照本發明，只在時刻t0的亮度的重新設置后，才有對于由電弧跳動引起的改變的亮度的逐漸的調節/轉換。這種亮度到在以后的時刻t-1檢測的亮度的轉換發生得如此慢，以使得它同樣不被人的眼睛覺察。
按照本發明的第一方面，光學系統包括在HID燈與顯示區之間的光學積分器，這個積分器至少部分地近似達到所需的均勻性，不單是投射到圖像屏幕裝置的光的總亮度而且是亮度分布的均勻性。在以下的實施例中描述的、進一步補償亮度分布以達到均勻分布的可能性，只是在由積分器達到的補償被認為是不夠的以及可以提供附加的財經資源以用于以下描述的實施例的實施方案，或具有更加簡單的積分器的以下實施例證明在成本或體積/重量方面是更加有利的情形下，才是必須的。
按照另一個實施例，光束路徑中光的亮度分布和/或總亮度的重新設置和轉換，正如在本發明中所要求保護的，是由安排在HID燈與顯示區之間，或在顯示區與透鏡單元之間的可電控的濾光鏡實現的。替換地，重新設置和轉換可以不用濾光鏡而是通過在所述圖像被顯示在屏幕之前，把由圖像處理器提供的圖像與其總亮度和/或亮度分布被適當地設置的灰色度掩模重疊，而實施的。在所有這兩種情形下，即，當使用濾光鏡時和當使用圖像處理器時，根據由比較裝置提供的亮度控制信號進行亮度的重新設置和轉換。
除了所描述的另外的濾光鏡的使用和圖像處理器中亮度補償以外，兩個實施例的組合顯然也是可能的，必要的亮度補償的一部分然后由濾光鏡提供，以及另一個部分由圖像處理器提供。因此，具體地，濾光鏡只補償亮度分布而圖像處理器調整總亮度是可行的，反之亦然。然而，替換的，同時用濾光鏡和圖像處理器按適當的比值調整總亮度和亮度分布，也是可行的。
這里應當再次強調，與圖像積分器相對比，濾光鏡和圖像處理器可以實施光束路徑中光的亮度補償，即，總亮度和/或亮度分布；然而，這只應用在較低的亮度(亮度損失)的方向上。因此，由濾光鏡和圖像處理器進行的補償可以濾光，而由積分器進行的補償則重新分布可提供的光。
按照本發明的有利的發展，總亮度的補償，特別是在亮度儲備的區域，可以替換地或附加地對于由圖像處理器或由濾光鏡通過對燈驅動器的相應激勵進行的補償而被實施。這具有優點如果可用的話，補償甚至有可能超過代表圖像處理器的性能極限的100％的假定的標稱總亮度。這樣的大于100％的補償可能是必要的，例如，如果在HID燈中的電弧跳動到引起亮度的減小大于亮度儲備，或如果沒有亮度儲備要提供(更大的標稱光量)。也可能有必要補償在重新設置后由電弧跳動引起的HID燈的光量的減小。
然而，這樣的發光量的補償在相反的情形下也是有益的，即，如果由電弧跳動引起的光的亮度的增加必須通過把在時刻t0的亮度不單短暫地重新設置到時刻t-2的亮度，而且也短暫地重新設置到相比要稍微減小的光量而被補償。在這兩種情形下，光量的均衡具有這樣的優點，即重新設置控制可以更慢地進行，在圖像上不出現可看見的瑕疵。
在圖像投影儀的光學系統中通過燈控制單元調整光的總亮度的電子電路是已知的，例如可以從具有申請號10136474.1的以前未公布的德國專利申請獲知。
與藉助于圖像處理器和/或濾光鏡進行的補償相反，由燈驅動器和燈控制單元進行的亮度分布的補償是不可能的。
為了檢測總亮度，如果傳感器裝置只包括一個傳感器單元，則基本上是足夠的。另一方面，為了檢測投射到顯示區的光的亮度分布，需要至少兩個放置在不同的位置的傳感器單元。
本發明的以上的目的還通過如權利要求17中要求的、用于操作所述的圖像投影儀的方法而達到。這個方法的優點相應于以上對于圖像投影儀所闡述的優點。按照本發明的有利的實施例，本方法提出，對于特定的電弧跳動所必須的亮度補償可藉助于數學補償時間函數進行計算。
本權利要求的投影儀和要求保護的方法的另外的有利的實施例是從屬權利要求的內容要點。
下面參照附圖所示的實施例描述本發明，然而，本發明并不限于此。
圖1顯示按照本發明的第一實施例的圖像投影儀的硬件結構；圖2a顯示按照本發明的、投射到圖像屏幕裝置上的光的亮度隨時間的改變；圖2b顯示具有光量補償的、按照本發明的方法的修正方案；圖2c顯示在由HID燈發射的光的亮度與由電弧跳動引起的亮度的減小時投射到圖像屏幕裝置上的光的亮度之間的關系；圖2d顯示在由HID燈發射的光的亮度與由電弧跳動引起的亮度的增加時投射到圖像屏幕裝置上的光的亮度之間的關系；圖3顯示按照本發明的圖像投影儀的硬件結構的第二、第三、和第四實施例；圖4顯示按照本發明的圖像投影儀的硬件結構的第五實施例；圖5a和5b顯示在一般情形下在電弧跳動之前和之后亮度分布的改變；圖5c和5d顯示在電弧跳動之前和之后只在一個方向不均勻的亮度分布的改變；圖5e顯示只需要一個傳感器的亮度分布；以及圖6顯示因為電弧跳動造成的亮度分布的最大值的移位的估值。
圖1顯示按照本發明的圖像投影儀100的第一實施例。這包括用于在圖像屏幕裝置118上顯示提供的圖像的光學系統110。光學系統110包括高強度放電HID燈112，尤其是，超高壓UHP燈，以及后面接著是光學積分器112a，顯示區114，和透鏡單元116，用于把提供的圖像投影到圖像屏幕裝置118。要被投影的圖像通過圖像處理器120而成為可在顯示區114上提供。
光學積分器112a用來至少部分地補償由燈112發射的光的非均勻的亮度分布，以便達到均勻分布。圖像投影儀100還包括燈驅動器131，用于提供適當的工作電壓到HID燈112。燈驅動器131本身由外部電壓U饋電。
按照本發明，由HID燈112發射的光的、和投射到顯示區114的亮度，即，亮度分布和/或總亮度，由傳感器裝置140在不同的時刻進行檢測。這樣檢測的亮度被饋送到比較裝置150，以便檢測在時間歷程中亮度的任何改變。比較裝置150具體地通過比較生成代表時間歷程中亮度檢測的變化的亮度控制信號。亮度控制信號被饋送到控制裝置，即，圖像處理器120的部件120’。這個部件120’被設計成使得它根據亮度控制信號，按照如下面描述的本發明的方法調節由圖像處理器輸出到顯示區114的圖像的亮度，使得在HID燈112中由電弧跳動引起的燈的亮度的改變不會被圖像屏幕裝置118的圖像的觀眾覺察。換句話說，圖像處理器120的部件120’根據亮度控制信號補償亮度中出現的改變。
圖2a顯示按照本發明的、用于補償由HID燈112中電弧跳動引起的、在光學系統110的光束路徑中光的亮度的改變的方法。由于電弧跳動的結果，可引起光的亮度，即亮度分布和/或總亮度的改變。圖2a首先用投射到圖像屏幕裝置118的光的總亮度負方向的改變，即，移位電弧跳動造成的總亮度減小的情形的例子說明該方法。其次，圖2a顯示按照本發明的、用于補償由相同的電弧跳動引起的亮度分布的改變的方法，對于每個圖像單元出現不同的曲線特性。
正如從圖2a可以看到的，總亮度最初在電弧跳動之前被取為恒定的。這個恒定的亮度在時刻t-2由傳感器裝置140進行檢測。如果同一個傳感器裝置140在比起時刻t-2檢測到在以后的時刻t-1的減小的亮度，則總亮度的這種減小將被比較裝置150識別。
按照本發明的方法給出，緊接在比較時亮度的改變被記錄后，這個改變通過亮度重新設置而被逆轉。重要的是重新設置到在時刻t-2電弧跳動之前呈現的亮度應當在電弧跳動后的幾毫秒內發生；這是確保觀看投影在圖像屏幕裝置118上的圖像的觀眾在看見圖像的搖晃之前不記住由電弧跳動引起的亮度的改變的唯一的方法。按照本發明的方法給出在重新設置后-如圖2a所示-亮度重新設置到電弧跳動之前的亮度被緩慢地轉換到由電弧跳動所造成的亮度。這里重要的是，這個轉換應當這樣緩慢地發生，以使得觀看圖像屏幕裝置118上的圖像的人的眼睛也無法注意到這種亮度的轉換成為投影的圖像上的波動。所以，該轉換有利地在被做得足夠長的時間間隔T內執行。時間間隔T的長度通常是幾秒，以適應觀眾眼睛的亮/暗調節；但總之，它比起在電弧跳動與在時刻t0的亮度的重新設置之間的消逝的時間要長得多。在按照本發明的快速重新設置和亮度的慢的轉換中，利用了人的眼睛的慣性。
還如圖2所示的，由電弧跳動引起的改變了的亮度分布(分布1到分布2)的類似的補償最初是通過重新設置到分布1以及以后把分布1轉換到分布2而進行的。在電弧跳動之前的分布1的例子被顯示在圖5a+c；在電弧跳動之后的各個相關的分布2被顯示在圖5b+d。
圖2b顯示如2a圖所示的、按照本發明的方法的修正方案。其目的在于補償在發生電弧跳動與隨后相對于未改變電弧位置時重新設置HID燈的亮度之間那個時間段內由區域F1所代表的發射出的較低的光量。按照本發明，補償包括在時刻t0后燈112的幾毫秒的短暫過載。理想地，在這種情形下，燈112正好發射由區域F2代表的附加的光量，它等于此前達到顯示區的光在電弧跳動與t0之間的時間段內的減小；即，F2優選地等于F1。正如從圖2b可以看到的，補償的持續時間比起時間段T的持續時間短得多。
由于對于補償所需要的附加的光量F2只是在非常短的時間內才需要，因此有可能用HID燈112的短暫的過載實施這一點。因此，被指定給燈驅動器131的燈控制單元132優選地被設計成在這種情形下它短暫地，即，僅僅在幾秒內，使HID燈112過載。這樣的短暫的過載對于HID燈112的總的壽命沒有負面的影響，特別是由于電弧跳動的特性意味著，欠載正是常常出現的。
剛才對于由電弧跳動引起的亮度減小的情形所描述的對光量的補償，在由電弧跳動引起的亮度增加的情形下同樣能夠很好地進行。這時，補償發生在時刻t0后，其形式為由HID燈112發射的光量有短暫的減小。
如上所述，圖2a顯示投射到圖像屏幕裝置118的光的亮度的改變。然而，這個亮度不同于從HID燈112輸出的總的光的亮度；這很難因電弧跳動改變。
圖2c示意地顯示在由HID燈112發射的光的亮度與由電弧跳動引起的亮度的減小時投射到圖像屏幕裝置118上的光的亮度之間的關系。正如從圖2c可以看到的，在任何時刻，投射到圖像屏幕裝置118上的光的亮度(如在圖2ciii上)是由HID燈112發射到顯示區(114)的光的亮度(如在圖2ci上)經由連接在HID燈112后面的各種光學系統單元，具體地如光的積分器112a和顯示區114的補償的結果；見圖2cii。
按照本發明的、以上參照圖2a描述的方法的有利的實施例，特別有利的是，由圖像處理器元件120’執行的總亮度的補償提供亮度儲備，即，所謂的凈空高度，如圖2cii表示的。這意味著，圖像不是以對于圖像處理器的100％的最大標稱總亮度被輸出到顯示區114，而是與這一點相比較，以減小的總亮度被輸出。圖像處理器的亮度儲備可被使用來補償由電弧跳動引起的總亮度的減小。補償有利地如此快進行，以使得由電弧跳動引起的總亮度的減小不被人的眼睛覺察。然而，所描述的實施例具有缺點，即使在因為沒有發生電弧跳動而不必進行亮度補償時，對于圖像屏幕裝置上的圖像的顯示沒有完全利用100％標稱總亮度，而這對于HID燈和圖像處理器在理論上可能的，這個圖像代之以只利用了減小的總亮度被顯示。
為了至少部分地消除這個缺點，建議使用電弧跳動的另一個性質。因為HID燈的技術性質，電弧跳動典型地在一個階段發生，即在幾小時運行中，完全沒有或僅僅非常偶爾地有電弧跳動。相反，在其他階段期間，電弧跳動經常發生。因此，通過評估來自傳感器裝置140的信號，比較器裝置150例如可以檢測存在具有電弧跳動的階段還是不具有電弧跳動的階段。如果在至少一個預定的時間間隔Δt1內，例如10分鐘，沒有出現另外的電弧跳動，則總亮度緩慢地增長到100％。這種100％的總體亮度一直保持到電弧跳動開始為止。例如，比較器裝置然后可計算應當允許多少亮度儲備以便再次用于當前最強的電弧跳動的完全補償；計算所使用的算法然后典型地以大于100％透射系數的形式規定這個新需要的亮度儲備。基本亮度然后再次被減小，即，重新建立亮度儲備，直至由算法檢測的和由電弧跳動引起的亮度的最大的改變再次被補償到使得輸出到顯示區114的圖像有100％透射系數為止。總亮度的相應的數值然后被保持，直至比較器裝置再次檢測到在至少一個預定的時間間隔Δt1，例如10分鐘內沒有出現另外的電弧跳動為止。
這個控制機制的結果實際上在于，第一個電弧跳動不能被補償，所以是完全可看見的。但以后的電弧跳動對光的總亮度的影響在幾秒內被不斷減小，直至不久圖像再次呈現完全穩定，盡管仍在出現電弧跳動。在出現電弧跳動期間，這時亮度被減小一個由短暫地出現的電弧跳動所造成的最大變化的亮度值，即，亮度儲備增加，在長時間的較安靜階段，亮度再次上升到100％。
在長期不存在電弧跳動期間亮度儲備的減小和在電弧跳動以后繼續發生時亮度儲備的增加這兩者都是如此緩慢地發生的，以致由于人的眼睛的慣性，總亮度的改變不會被人的眼睛覺察。
這種可變的適配，即滑動的亮度儲備，可以相當容易地實施通過適當地選擇的電阻把電容器充電到代表當前的電弧跳動的幅度的電壓值，以及以后通過適當的更大的電阻使該電容器放電。這樣，電容兩端的電壓正比于必要的亮度儲備。電阻值確定想要的時間常數。
為補償總亮度而提供所描述的亮度儲備，并不限于由圖像處理器補償該總亮度的情形。如果總亮度的補償由濾光鏡實施，同樣可以提供亮度儲備。
圖2d示意地顯示與圖2c相反的假想情形，即在由HID燈112發射的光的亮度與因為電弧跳動引起的HID燈112發射的光的亮度增加時投射到圖像屏幕裝置118上的光的亮度之間的關系。正如從圖2d可以看到的，補償是與圖2c的情形下完全相反的方式進行的，所以不再給出圖2d的說明。
對于剛才描述的按照本發明的、用于補償由電弧跳動引起的投射到圖像屏幕裝置118上的光的亮度的改變(即，減小或增加)的方法的實施方案，將提出用于圖像投影儀100的按照本發明的許多實施例；這些實施例將在下面再次參照圖1，但也參照圖3到6更詳細地描述。
在圖1所示的以上的實施例中，按照本發明的亮度補償完全由圖像處理器120實施。亮度控制信號通知圖像處理器120的元件120’由于電弧跳動發生亮度改變，即，投射到顯示區114的光的總亮度和/或亮度分布的改變。響應于這個亮度控制信號，元件120’然后設置輸出到顯示區114的圖像的亮度(透射系數)，以使得投射到圖像屏幕裝置118上的光的亮度相對于電弧跳動以前的時間不改變。對于由HID燈發射的光的總亮度被電弧跳動減小的例子，如圖2ci)所示，作為控制裝置的元件120’將首先(即，在時刻t0)按照亮度被減小的量，增加被輸出到顯示區114的圖像的亮度(透射系數)。更準確地說，元件120’將增加圖像的光的傳輸到這樣的程度，如圖2ciii)所示，以致于在時刻t0，投射到圖像屏幕裝置118的光的亮度，與電弧跳動之前的時間相比較再次未改變。在以后的轉換階段期間，即，在預定的時間間隔T期間，元件120’將非常逐漸地再次減小圖像的亮度或透射系數到這樣的程度，以致于在這個時間間隔T消逝后，投射到圖像屏幕裝置118的光的亮度被調節到因電弧跳動造成的改變了的亮度。重新設置和轉換優選地按與具體的實施例無關的預定的補償時間函數被執行。
圖3顯示用于實施以上參照圖2描述的、按照本發明的方法的第二、第三、和第四實施例。按照第二實施例，補償(即，亮度的重新設置和轉換)不用圖像處理器來執行，而用被安排在光束路徑中在顯示區114之前或之后的濾光鏡113執行，在這種情形下，這個濾光鏡代表控制裝置。這個濾光鏡113可以響應于由比較器裝置150輸出的亮度控制信號以電子線路控制。在這個第二實施例中圖像處理器120僅僅把具有恒定亮度的、用于投影的圖像輸出到顯示區114，而按照本發明的、對光束路徑中的光的補償遵循亮度控制信號對濾光鏡的所述的作用。濾光鏡113優選地被設計為灰色度掩模，以使得在光束路徑中光的總亮度和/或亮度分布可按需要而受到適當的作用的影響。換句話說，在按照本發明的方法中，在第二實施例中的濾光鏡113，正好像在第一實施例中的圖像處理器120的元件120’一樣，能夠補償在投射到圖像屏幕裝置118的光的亮度中由電弧跳動造成的改變。
第三實施例同樣地顯示于圖3。它是第一和第二實施例的組合。更精確地，它提供按照本發明的、通過同時使用元件120’和濾光鏡113，按照預定的適度的比值補償光的亮度的實施方案；在這種情形下，它們一起形成控制裝置。為此，必須把亮度控制信號不單饋送到濾光鏡113，同時也饋送到元件120’，如圖3的點線所示。待決的補償任務然后按希望按比例分攤給濾光鏡113和元件120’。因此，有可能這樣做，例如，元件120’只執行對于亮度分布的任何必要的補償而濾光鏡113執行對于總亮度的任何必要的補償。相反的情形顯然也是可行的。作為這兩個變例的替換例，元件120’和濾光鏡113，每個也可以用來補償總亮度和亮度分布；但在補償亮度時元件120’和濾光鏡113各自的百分數份額的規定是必須的。
如果濾光鏡113不工作，則第三實施例相應于第一實施例，以及如果圖像處理器的以及120’不工作，則第三實施例相應于第二實施例。
至今為止描述的圖像處理器的全部三個實施例，在光學系統110中光的積分器112a的使用僅僅需要由濾光鏡113和/或圖像處理器120的元件120’進行的亮度分布的補償達到這樣的程度，以使得亮度分布的補償需要超過和大于由光的積分器112a達到的補償。換句話說，如果由光的積分器112a所達到的亮度分布的補償被判斷為是足夠的，則濾光鏡113和/或元件120’只需要實施總亮度的補償。這就是圖3所示的、用于圖像投影儀100的第四實施例。足夠地補償的亮度分布被顯示于下面的圖5e，以及作為例子在相關的說明中被描述。
圖4顯示按照本發明的圖像投影儀100的硬件結構的第五實施例。這個第五實施例的硬件結構與圖3所示的第三或第四實施例的硬件結構的不同點僅僅在于，比較器裝置150不單生成用于濾光鏡113和/或圖像處理器120的元件120’的亮度控制信號，而且也生成用于燈控制單元132的光量信號。這里，燈控制單元132，連同濾光鏡113和/或元件120’(在可應用的場合)一起，形成控制裝置。
光量信號代表由電弧跳動引起的總亮度的改變，就這一點來說，它不是要由圖像處理器120的元件120’或濾光鏡113來補償的。響應于這個光量信號，燈控制單元132因此引起了或者單獨地，或者在濾光鏡113和元件120’以外還對由電弧跳動引起的總亮度的改變進行補償。與濾光鏡113和元件120’相反，燈控制單元132通過燈112的相應的工作來實施總亮度的補償。換句話說，取決于必要的補償方向，燈控制單元132饋送或多或少的功率到HID燈112，以使得燈112發射更亮的或更暗的光。與濾光鏡113和元件120’相反，燈控制單元132只能夠補償總亮度，而不補償亮度分布。但相對于總亮度，必要的補償性能可以在燈控制單元132、濾光鏡113、和圖像處理器120的元件120’之間按希望的比例地分攤(正如以上相對于第三實施例的濾光鏡和元件120’描述的)。
在第五實施例中，亮度分布的任何必要的補償也必須由濾光鏡113和/或元件120’根據亮度控制信號被執行。
對于所有描述的實施例，在按照本發明的方法中具體地總亮度的調整也可包括供應亮度，即，所謂的凈空高度，正如以上參照圖2c描述的。
如上所述，在參照圖2a的按照本發明的方法的說明中，亮度的補償，即亮度的重新設置和轉換，按照補償時間函數被執行。
圖5a到5e和圖6顯示參照了具有接近于理想積分器112a的某些典型的亮度分布的例子而對這個濾波函數的計算。
圖5a示意地顯示例如在時刻t-2，在電弧跳動之前的亮度，特別是亮度分布。這里表示的分布函數在兩個方向(X和Y)上都是不均勻的，所以，需要至少三個傳感器。圖5a顯示在參考平面6的邊緣處4個傳感器單元140-1到140-4的可能的排列的例子。與此對比，圖5b顯示例如在時刻t-1，在電弧跳動之后的亮度分布。在圖5a和5b上兩個曲面的球面變形的差別代表由電弧跳動引起的亮度分布的差別。相反，圖5a和5b上兩個曲面，對于在每個情形中一個相等的點，即，在參考平面6上一個相等的幾何位置，與參考平面6相比較的高度的差別代表在電弧跳動之前和之后對于這個點的總亮度的差別。參考平面6與光束路徑有一個角度，它例如由顯示區114的平面表示。
圖5c顯示亮度分布只是在一個方向(這里是X方向)非均勻的特殊情形；在某些光學系統110中其亮度分布是非均勻的這些方向是已知的。在這樣的情形下，只需要兩個傳感器單元140-1和140-2。圖5d顯示在電弧跳動后這樣的亮度分布。
圖5e顯示在參考平面6上幾乎均勻的亮度分布，這是由良好的積分器112a達到的。這個分布與理想的均勻分布的偏差是如此小，以致于由電弧跳動引起的分布的移位不會被觀眾看出有擾動。在這種情形下，不需要記錄和評估亮度分布的移位；因此一個傳感器單元104-1就足夠用來測量和校正總亮度。
現在參照圖6更詳細地描述為了計算補償時間函數而對檢測到的亮度分布改變的評估。首先，從圖6可以看到，傳感器裝置140例如包含四個傳感器單元140-1，...140-4，它們分別排列在由參考平面6所代表的矩形顯示區114的邊緣中心。替換地，傳感器裝置140的傳感器單元140-1，...140-4，可被排列在顯示區114的角上。然而，原則上，傳感器的其他排列，例如以上在圖5a-d的說明中給出的，也是可能的，這取決于具體情形；相應的計算可以容易地由專家修正。
傳感器單元140-n測量在以前的時刻t-2在它們的各個位置的亮度。當這樣確定的亮度值被看作為一個整體時，在時刻t-2在顯示區114上的亮度分布可被估計。然后重復進行相同的處理過程，以便確定在以后的時刻t-1的亮度分布。取決于當前電弧位置的在任何時間亮度分布和它的幅度(＝總亮度)的情形，可以從亮度分布函數的知識，即，從在光學系統110的顯示區114的區域上亮度分布的數學關系出發，用一個例如矢量來唯一地描述。如果在后一個時刻t-1記錄下的亮度分布與在以前的時刻t-2記錄下的亮度分布之間在以后的比較中檢測到差別，則這個差別由差別矢量(vectort-1-vectort-2)表示，例如，如圖6所示，它代表比起時刻t-2來說，在時刻t-1的亮度最大值的移位。于是，這個差別矢量的垂直分量的長度就是投射到顯示區114上的光的總亮度的改變的度量。根據這個矢量，計算出原型函數，它在數學上表示在整個顯示區114上亮度分布的改變。這個原型函數的逆函數就是所述補償時間函數，如上所述，它規定了投射到圖像屏幕裝置118上的光的亮度隨時間的必要的補償。
為了重新設置在時刻t0的亮度，正如以上參照圖2a-d描述的，補償時間函數(如在圖2cii)上顯示的)精確地代表在后一個時刻t-1與以前的時刻t-2測量的兩個亮度之間的差別。這時，從時刻t0起，這個補償時間函數在預定的時間段T期間不斷衰減，直至在時刻t0+T，它最后衰減到零為止。在時刻t0+T，不再需要補償亮度，因為由電弧跳動原先造成的亮度現在被設置，即，在圖像屏幕裝置118上。
通常，使用越多的傳感器單元，在其他區域中亮度分布離均勻分布的偏差量可以測量得越精確。但也可以在后一個時刻t-1與以前的時刻t-2之間的亮度分布的時間改變或移位被記錄得越精確，以及補償時間函數也可被計算得越精確，這又能更加精確地補償亮度的改變。
在第四實施例中，其中假設按照圖5e的亮度，正如以上在對于圖5e的說明中解釋的，對于記錄總亮度一個傳感器單元已足夠。這樣就不需要以上參照圖6描述的、藉助于原型函數和補償時間函數對于亮度分布及其改變的計算。
總之，正如以上在幾個實施例中描述的，按照本發明的、亮度分布的補償與總亮度的補償的組合可達到對于投影到圖像屏幕裝置118上的圖像的觀眾主觀上來說是恒定亮度的穩定的運行狀態。由于亮度分布和總亮度的這個雙重調整的結果，實際上出現的電弧跳動仍舊是觀眾看不到的；特別是，盡管發生了電弧跳動，他將有利地看不到在投影圖像上的搖晃。
權利要求
1.圖像投影儀(100)，具有光學系統(110)，包括高強度放電HID燈(112)，尤其是超高壓UHP燈，以及在其后面配置有顯示區(114)和透鏡單元(116)，用于把在顯示區(114)上準備好的圖像通過透鏡單元(116)投影到圖像屏幕裝置(118)；燈驅動器(131)，用于把電源電壓提供給HID燈；以及圖像處理器(120)，用于為顯示區(114)提供圖像；其特征在于傳感器裝置(140)，用于檢測在不同的時間投射到顯示區(114)的光的亮度，尤其是亮度分布和/或總亮度；比較器裝置(150)，用于比較在先前的時刻t-2和在時間上比時刻t-2較遲的時刻t-1由傳感器裝置(140)檢測到的光的亮度，以及用于生成亮度控制信號，它代表在HID燈(112)中在時刻t-2和t-1之間發生的電弧跳動所引起的亮度的改變；以及控制裝置(113，120’，132)，用于根據亮度控制信號通過把在遲于t-1的時刻t0投射到圖像屏幕裝置(118)上的光的亮度特別地重新設置到在先前的時刻t-2檢測到的亮度，以及通過其后在預定的時間間隔T期間把重新設置的亮度轉換到在所述較遲的時刻t-1檢測到的亮度，來補償檢測到的亮度改變，所述亮度的重新設置在電弧跳動后很快發生以及所述在預定的時間間隔T期間亮度轉換很慢地發生，以使得由電弧跳動、重新設置、和轉換引起的投射到圖像屏幕裝置(118)的光的亮度的改變對于人的眼睛是不可覺察的。
2.如權利要求1中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，光學系統(110)包括光學積分器(112a)，它被連接到HID燈(112)的下游，用于至少部分地補償投射到顯示區(114)的光的亮度分布，以便達到均勻分布。
3.如權利要求1或2中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，控制裝置被設計為電可控的濾光鏡(113)，以及在光學系統(110)的光束路徑中被安排在顯示區(114)的前面或后面。
4.如權利要求3中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，濾光鏡(113)被設計為可調節的灰色度掩模。
5.如權利要求1到4的任一項中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，除了濾光鏡(113)之外，如果可應用，則控制裝置還包括圖像處理器(120)的一個元件(120’)，用于根據亮度控制信號重新設置和轉換由圖像處理器(120)提供給顯示區(114)的圖像的亮度。
6.如權利要求5中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，圖像處理器(120)被設計成輸出圖像-只要沒有出現電弧跳動-到顯示區(114)，其總亮度優選地比起100％的標稱總亮度要減小幾個百分點；從而，當與時刻t-1比較時，因為這時發生了電弧跳動，檢測到與時刻t-2相比較的減小的光的總亮度時，它可以響應于與總亮度有關的亮度控制信號的一部分，把由圖像處理器(120)為顯示區(114)生成的圖像的總亮度如此快速地提升到至多為總亮度的100％的最大值，以使得總亮度的這種改變對于人的眼睛是不可覺察的。
7.如權利要求5中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，圖像處理器(120)被設計成如果在至少預定的時間段Δt1中沒有另外的電弧跳動，則增加輸出到顯示區(114)的圖像的總亮度，從減小了的總亮度開始到100％的標稱總亮度，以便其后如果電弧跳動繼續發生則再次把要輸出到顯示區(114)的圖像的基本亮度減小到一個適當的總亮度值，從而補償由電弧跳動引起的總亮度的改變。
8.如權利要求7中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，總亮度提升到100％以及亮度的減小都如此慢地發生，優選地在幾秒內，以使得它們對于人的眼睛是不可覺察的。
9.如前述權利要求的任一項中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，控制裝置優選地除了濾光鏡(113)和/或圖像處理器的元件(120’)以外還包括被連接到燈驅動器(131)的燈控制單元(132)，用于根據由比較器裝置(150)生成的光量信號來控制由HID燈(112)發射到光學系統(110)的光量，由于總亮度還沒有由濾光鏡(113)或圖像處理器(120)的適當工作而被補償，該光量信號代表亮度控制信號的總亮度分量。
10.如權利要求9中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，燈控制單元(132)被設計成在補償由電弧跳動引起的總亮度的減小時實施必要的超過100％的標稱總亮度的補償。
11.如權利要求10中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，該燈控制單元(132)被設計成這樣來激勵HID燈(112)，以使得緊接在時刻t0后，燈(112)把相同的光量(F2)附加地饋送到光學系統，這是因為它在先前的電弧跳動與時刻t0之間的時間段內由于由電弧跳動引起的光的亮度的減小，使得饋送到光學系統的光量(F1)相對于標稱光量太少；或該燈控制單元(132)被這樣來激勵HID燈(112)，以使得緊接在時刻t0后，燈(112)把相同的光量(F2)較少地饋送到光學系統，這是因為它在先前的電弧跳動與時刻t0之間的時間段內由于由電弧跳動引起的光的亮度的增加，使得饋送到光學系統的光量(F1)相對于標稱光量太多。
12.如前述權利要求的任一項中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，傳感器裝置(140)被設計成用于同時檢測光的總亮度和/或亮度分布。
13.如權利要求1到11的任一項中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，傳感器裝置(140)包括至少兩個傳感器單元(140-1，140-2，...)，它們被安排在光學系統的光束路徑中的不同的位置。
14.如權利要求13中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，傳感器單元(140-1，140-2，...)以分布的方式被安排在顯示區(114)的表面和/或邊緣。
15.如權利要求14中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，顯示區(114)設計成多邊形，尤其是矩形，以及傳感器單元每次被安排在顯示區(114)的邊緣部分的中心和/或角上。
16.如權利要求12中要求的圖像投影儀(100)，其特征在于，光學系統(110)包括光學光去耦裝置，尤其是二色無源反射器，用于把投射到顯示區(114)的光的代表部分去耦，以及傳感器裝置(140)被安排在光束路徑以外的合適的位置上，用于檢測光的去耦部分。
17.操作圖像投影儀(100)的方法，該圖像投影儀具有高強度放電HID燈(112)，尤其是超高壓UHP燈、顯示區(114)和透鏡單元(116)，該方法包括以下步驟藉助于HID燈(112)把在顯示區(114)上準備好的圖像通過透鏡單元(116)投影到圖像屏幕裝置(118)；其特征在于檢測在不同的時間投射到顯示區(114)的光的亮度，尤其是亮度分布和/或總亮度；比較在先前的時刻t-2和較后的時刻t-1檢測到的光的亮度，以及如果在較后的時刻t-1，與先前的時刻t-2相比較，已檢測到由于在HID燈(112)中發生的電弧跳動而引起了亮度的改變，則通過把投射到圖像屏幕裝置(118)上的亮度，具體重新設置到在先前的時刻t-2記錄下的亮度，以便其后在預定的時間段T期間把這個亮度轉換到在較后的時刻t-1記錄下的亮度，從而來補償檢測到的光的亮度改變，該重新設置在電弧跳動后很快地發生以及在預定的時間段T期間亮度的轉換很慢地發生，以使得投射到圖像屏幕裝置(118)的光的亮度的各相應的相關的改變對于人的眼睛是不可覺察的。
18.如權利要求17中要求的方法，其特征在于，在比較亮度時確定在先前的時刻t-2與較后的時刻t-1之間是否發生由傳感器裝置(140)檢測到的光的亮度分布的最大值的位置的幾何位移和/或總亮度的改變。
19.如權利要求18中要求的方法，其特征在于，用于重新設置亮度的步驟包括以下子步驟-計算代表檢測到的亮度改變的數學補償時間函數；以及-按照補償時間函數修正投射到圖像屏幕裝置(118)的光的當前亮度，以使得光的亮度再次被設置為先前的時刻t-2的亮度。
20.如權利要求17中要求的方法，其特征在于，把先前時刻t-2的亮度轉換到較后的時刻t-1的亮度的步驟與補償時間函數在時間段T內以預定的方式不斷增長的衰減相適應地進行。
21.如權利要求17中要求的方法，其特征在于，時間段T的大小是幾秒的范圍。
全文摘要
本發明涉及具有高強度放電HID燈(112)的圖像投影儀及其操作方法。這樣的燈具有缺點在工作期間，它們的電弧在不可預期的時間在不同的位置之間來回跳動。所謂的電弧跳動具有改變亮度(即由HID燈(112)發射的光的總亮度和/或亮度分布)的效果。對于用這樣的投影儀觀看投影圖像的觀眾，這個效果呈現為這個投影的圖像的搖晃。為了避免對觀眾有這樣的影響，按照本發明，首先提出檢測出在圖像投影儀的光束路徑中光的亮度的改變。只要檢測到由電弧跳動引起的亮度的改變，這個亮度就被重新設置到在電弧跳動之前在時刻t－2時所檢測的亮度，以便隨后在預定的時間間隔T期間把它轉換到由電弧跳動造成的亮度。這種重新設置必須在電弧跳動后很快進行，且該轉換必須很慢進行，以使得由電弧跳動造成的、投射到圖像屏幕裝置(118)的光的亮度的改變、重新設置、和轉換對于人的眼睛是不會覺察的。
文檔編號H05B41/292GK1611069SQ02826614
公開日2005年4月27日 申請日期2002年12月18日 優先權日2002年1月2日
發明者P·呂爾肯斯, C·德佩, X·里德雷爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司