WO2004052022A1 - Brightness control of a projection appliance - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the brightness control in projection apparatus.
- Projection devices are used to project an image onto a projection screen.
- the invention is directed to projection apparatuses which have an image generator for displaying the image on a reduced scale, an illumination unit with condenser optics and / or a focusing lamp reflector (for example in an elliptical or more complex form) for illuminating the image generator, and a projection device comprising a projection lens to magnify the image displayed by the imager on the projection screen, a spatial light mixing device to compensate for local differences in the brightness distribution and a variable intensity attenuator
- Regulating the luminous flux which is arranged in the beam path between the lamp of the lighting unit and the imager, include.
- the image generator and / or the projection device for adjusting the position of the projected image on the projection screen is fastened in or on the projection apparatus in a position that can be adjusted with adjustment elements.
- a difference between reflected light projectors and rear projection systems consists in the fact that mostly further optical elements such as deflecting mirrors and projection screens are contained in rear projection apparatuses, which are not used in reflected light projectors.
- the imaging device can be a transmitted light imaging device, that is to say an imaging device that is transmissively illuminated by an illuminating device for illuminating the imaging device, or a reflecting imaging device that is illuminated by the illuminating device.
- transmitted-light liquid-crystal imaging devices or reflective liquid-crystal imaging devices or DMDs are used.
- An illumination unit for illuminating the image generator or for illuminating the transmitted light image generator generally comprises a light source, a reflector and one or more condenser lenses for illuminating the image generator. Furthermore, additional light mixing devices, for example for optimally illuminating a rectangular image format, can be provided. It is also possible to dispense with the condenser optics when using a focusing, for example elliptical, lamp reflector.
- the projection device or the lighting unit is either integrated into the projection apparatus or attached to it.
- a projection apparatus is thus a closed, complete unit for displaying an image, a screen for viewing the image being integrated in a rear projection apparatus.
- Rear projection modules in particular are widely used in cases where a complex image, for example consisting of various video or computer images, is to be displayed over a large area. Widespread areas of application for such rear projection apparatus are screens which are viewed by several people at the same time. Large screen rear projection is particularly widespread in modern control room technology.
- the image displayed is to exceed a certain size and complexity given the quality requirements, this is no longer possible with a single rear projection module.
- the image is composed of partial images, each of which is displayed by a rear projection module.
- the image displayed by a rear projection module is a partial image of the overall image of the screen displayed by all rear projection modules.
- the number of rear projection modules that are put together to form a projection screen is up to 150 or more.
- the projection apparatus has a spatial light mixing device for compensating differences in brightness distribution.
- a spatial light mixing device which extends in the direction of propagation of the light, in particular a light mixing rod, is preferably used here.
- Light mixing rods are known in the prior art. Known embodiments include, for example, hollow mixing bars (see, for example, US Pat. No. 5,625,738) and full mixing bars (see, for example, DE 10103099 AI).
- the homogenization effect of a light mixing rod depends on the ratio of the length to the cross section for a given angular distribution of the lighting. The larger this ratio, the higher the degree of integration.
- the ratio for a conventional light mixing rod is approximately 5 to 10 with a length of 50 mm.
- a highly integrating mixing stick is about twice the length, i.e. a ratio of 10 to 20.
- the degree of integration that can be achieved in practice is limited.
- the luminous flux of the lamps which can be used for the projection apparatus changes over the life of the lamps. This aging process is also dependent on the lamp. This requires repeated brightness adjustment of the projection apparatus.
- the lamps are selected to a high degree in order to overcome minimal manufacturing tolerances that cannot be exceeded. This is associated t-consuming and costly.
- a brightness adjustment is carried out during the installation of a projection apparatus or a screen and / or at fixed service intervals.
- the brightness distribution is measured on the screen. This is complex and cost-intensive, requires trained personnel and requires an interruption of ongoing operations. Image quality may deteriorate between service intervals. Taking into account the average change in luminous flux during the operating period based on experience. However, the deviation of individual lamps from an average time-dependent change in luminous flux is so great that they lead to visible image artifacts without individual correction.
- a determination of the luminous flux by measuring the lamp power by means of electrical measurement of the lamp current and lamp voltage.
- the available lamp drivers allow such an electrical measurement, and the electrical power of the lamps is not fully correlated with the resulting light flux from the projector.
- a regulation of the lamp power to stabilize the optical power of the projector means that the lamp would be operated with varying electrical power. This results in an undesirable change in the color tone and a shortening of the lamp life in the commonly used high-performance discharge lamps, which has a disadvantageous effect, in particular for continuous use in picture walls.
- a variable intensity attenuator in the form of an aperture diaphragm is used to regulate the luminous flux. turns, which is arranged in the beam path of the illumination optics or the projection optics. However, it has been shown that this changes the primary colors and the contrast. In addition, the homogeneity of the illumination is deteriorated.
- a video projector is known from document DE 198 19 245 C1, in which two deflecting mirrors are arranged between the light source and the image generator and a rod-shaped light mixing device is arranged between the deflecting mirrors.
- a device for setting or regulating the light flow of the light emitted by the light source onto the entry surface of the light mixing rod or onto the image generator is not provided in the known device.
- An endoscope is known from document DE 35 86 855 T2, in which light is coupled into an optical fiber by means of a condenser system, an iris diaphragm which can be variably adjusted being arranged in the focal point of the condenser system.
- the iris diaphragm does not perform the function of a variable intensity attenuator, since the light intensity is regulated via the lamp power by means of a light source driver stage, but has only the purpose of cutting off stray light.
- the iris diaphragm were used as a variably adjustable light attenuator to regulate the luminous flux and cut the light flux, the fact that an optical fiber is made up of a fiber bundle would result in specific disadvantages which are similar to the above-mentioned disadvantages of an aperture diaphragm: a changed object contrast and a deterioration in the homogeneity of the illumination.
- the invention is based on the object of carrying out a satisfactory solution for the brightness control in the above-mentioned projection apparatus. This object is achieved according to the invention by a projection apparatus with the features of the attached independent device claim or by a method with the features of the attached independent method claim. Preferred refinements and developments of the invention result from the dependent claims and the following description with associated drawings.
- a projection apparatus for projecting an image on a projection screen thus comprises an image generator for displaying the image on a reduced scale, an illumination unit with condenser optics and / or a lamp with a focusing reflector for illuminating the image generator, a projection device comprising a projection lens for magnifying the image of the image displayed on the projection screen by the image generator, a spatial light mixing device for compensating for local differences in the brightness distribution and a variable intensity attenuator for regulating the luminous flux, which is arranged in the beam path between the lamp of the illumination unit and the image generator, and it points out according to the invention the special feature that the intensity attenuator is arranged in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics or the focal plane of the focusing lamp reflector of the lighting unit.
- a method for regulating the brightness of the projected image of a projection apparatus for projecting the image onto a projection screen comprising an image generator for displaying the image in one reduced scale, an illumination unit with condenser optics and / or a focusing lamp reflector for illuminating the image generator, a projection device comprising a projection lens for magnifying imaging of the image represented by the image generator on the projection screen, a spatial light mixing device for compensating for local differences in the brightness distribution and
- a variable intensity attenuator for regulating the luminous flux which is arranged in the beam path between the lamp of the lighting unit and the imaging device, has the special feature that the luminous flux is regulated by means of an intensity attenuator which is in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics of the illuminating unit or the focal plane of a focusing lamp reflector is arranged.
- the invention thus achieves goals which the professional community has long sought.
- the following measures are preferably used individually or in combination with one another.
- the intensity attenuator is less than 12 mm, preferably less than 6 mm, from the focal plane of the condenser of the lighting unit or the focal plane of a focusing lamp reflector.
- the light entry surface of the spatial light mixing device is arranged in or in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics of the lighting unit or the focal plane of a focusing lamp reflector.
- the intensity attenuator can be designed in various ways.
- An advantageous embodiment can consist in that the intensity attenuator has one or more light-reducing elements, which are distributed over the cross-section of the beam path and attenuate, absorb or reflect the light.
- the distribution of the light-reducing elements can be regular or irregular to avoid interference or image artifacts.
- One possible embodiment of such an intensity attenuator comprises a transparent pane, for example a glass pane, which has a structured coating with the light-reducing elements.
- the intensity attenuation can also be designed as an intensity diaphragm that cuts the beam path, for example in the form of a continuously adjustable aperture diaphragm in the form of an iris diaphragm known from the prior art.
- Another advantageous embodiment can consist in the fact that the intensity diaphragm has a diaphragm body, for example a disk, in which several diaphragm openings of different sizes are formed next to one another. In this case, the intensity can be adjusted in the discrete steps corresponding to the diaphragm openings.
- a preferred embodiment of an intensity diaphragm is that it is designed as a continuously or stepped tapering slot or gap in a diaphragm body, for example a carriage or a disk.
- the intensity attenuator advantageously comprises an aperture drive with which the intensity attenuator or the degree of intensity attenuation can be set.
- the diaphragm drive can be designed, for example, to rotate or shift the intensity attenuator in order to increase or decrease the luminous flux by changing the position of the intensity attenuator.
- a practically particularly advantageous embodiment of an intensity attenuator consists in a rotatable disk, in particular a circular disk. If the decrease in intensity is due to a continuously or graduated tapering slit or gap in the Disc is realized, this advantageously extends in the direction of rotation of the disc. The intensity can then be changed by turning the disc.
- the arrangement according to the invention of an intensity attenuator in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics of the lighting unit or the focal plane of a focusing lamp reflector can be used particularly advantageously in projection apparatuses in which the imager can be controlled pixel by pixel and the projection apparatus to implement the time-sequential additive color mixing a color filter that is variable over time - hereinafter referred to as dynamic color filter - for the generation of primary colors.
- the imager is preferably a digital micromirror device (DMD).
- a preferred embodiment of a dynamic color filter is a rotating color wheel. According to a particularly advantageous feature, it is provided that the distance between the intensity attenuator and the light entry surface of the dynamic color filter is less than 12 mm, preferably less than 6 mm.
- Novel projection apparatuses use only one image generator based on the time-sequential additive color mixture, the entire image being broken down into three single-color partial images with respect to the primary colors red, green and blue.
- the imager is sequentially illuminated with the primary colors.
- the image data to be displayed are sent to the image generator in accordance with the color just reaching the image generator.
- the eye combines the colored partial images into a single full-color image.
- the eye also combines successive video images and video partial images into a full motion image.
- Such a system requires a device for sequentially illuminating the imager with primary colors.
- the simplest way to set up a dynamic color filter suitable for this is a rotating color wheel, which is used to filter out the desired color from the white spectrum of a lighting unit.
- Color wheels of this type for changing the color of the light coupled out from the projection lamp are generally produced from dichroic filters. Due to the manufacturing process, however, the filters have deviations in their spectral filter characteristics, which are reflected in the fact that the edge positions of the filters differ. As a result, there are differences in the perception of the primary colors and the mixed colors.
- the image generators currently used in connection with time-sequential image generation are so-called digital micromirror devices, which are described, for example, in US Pat. No. 5,079,544. They comprise an arrangement of small movable mirrors for deflecting a light beam either towards the projection lens (on) or away from the projection lens (off). A gray scale can be achieved by quickly switching the pixels represented by the mirrors on and off.
- DMDs for digitizing light is also known as DLP (Digital Light Processing).
- a DLP projection system comprises a light source, optical elements, color filters, digital control and formatting, a DMD and a projection lens.
- a digital micromirror device (DMD) is preferably used as the imager in time-sequential additive color mixing.
- other imaging devices for example those mentioned at the beginning, can also be used within the scope of the invention.
- the dynamic color filter for the time-sequential generation of primary colors is advantageously a color wheel.
- Fig. 1 is a schematic representation of components of a projection apparatus according to the prior art
- FIG. 2 shows the projection apparatus of FIG. 1 with the diaphragm still closed
- FIG. 5 shows the image brightness of the projection apparatus from FIG. 4 without brightness correction
- FIG. 6 shows the brightness of the projection apparatus from FIG
- FIG. 4 with brightness correction according to the prior art 7 test points in the beam path of the illumination optics
- FIG. 8 angular distributions at test points outside the focal plane of the condenser optics
- FIG. 9 angular distributions at test points in the focal plane of the condenser optics
- FIG. 10 integral angle distributions and the effect of an aperture outside the focal plane of the condenser optics
- FIG. 11 integral angle distributions and the effect of an aperture in the focal plane of the condenser optics
- FIG. 12 shows a detail of a projection apparatus according to the invention
- FIG. 13 shows a top view of an inventive one
- FIG. 14 shows a detail of a projection apparatus according to the invention with a control device.
- a projection apparatus 1 shows the optical components of a projection apparatus 1 according to the prior art. It comprises an illumination unit 2 with a lamp 3 as the light source, preferably a discharge lamp, and condenser optics 4.
- the light emerging at the light mixing rod 8 is imaged on an imaging device 11 by means of imaging optics 9, which is also referred to as relay optics.
- the image generated by the image generator 11 is magnified on a projection screen (not shown) by means of a projection lens 12 of a projection device, ie projects the image generated by the image generator 11 in transmission or reflection onto a projection screen not shown.
- the projection apparatus 1 is a rear projection apparatus and the image projected by the projection objective 12 is a partial image of an image wall containing a plurality of projection apparatuses or rear projection apparatuses.
- the projected image is constructed using the time-sequential mixture of successive monochrome partial images in the primary colors red, green and blue.
- the sequence can also contain a fourth partial image in black and white, which is mixed in to increase the image brightness.
- the sequence of the partial images follows at a sufficiently high speed that the eye cannot follow the color change and a physiological color mixture takes place.
- the color wheel 6 is used to generate the primary colors red, green and blue from the white light of the lamp 3 for illuminating the image generator 11.
- Imager 11 is preferably a DMD. With appropriate synchronization, imager 11 can generate the monochrome partial images that are assembled by the eye of the viewer of the projected image.
- the light from the lamp 3 is focused on the entry of the light mixing rod 8 by means of the condenser optics 4.
- the rotating color wheel 6 has segments of different colors in the primary colors which, depending on the rotational position of the color wheel 6, contain the spectral components of the lamp 3. speaking to the color filter currently in the beam path.
- the light mixing rod 8 ensures homogenization of the illumination, and the imaging optics 9 represent the light distribution at the output of the light mixing rod 8 on the imager 11.
- the color wheel 6 is arranged in the vicinity of the input or the output of the light mixing rod 8.
- the basic brightness of the projected image i.e. the brightness of an image with fully white image content depends on the luminance at the location of the imager 11. Because of the problems mentioned at the outset, it is therefore desirable to control the luminance at the location of the imager 11.
- the light flow is controlled by stopping down.
- Different aperture diaphragms which are equivalent to one another, come into consideration, namely a diaphragm 13 in the projection objective 12, a diaphragm 14 in the imaging optics 9 or a diaphragm 15 in front of the condenser optics 4.
- FIG. 3 illustrates how the effective integral transmission T changes as a function of the wavelength ⁇ of the color wheel 6 when the angle distribution of the incident light changes by dimming according to FIGS. 1 and 2.
- the degree of homogenization of the illumination of the projected image achieved by the light mixing rod 8 depends approximately on the number of reflections in its interior. If the angular distribution is restricted when dimming according to FIG. 2, this results in a lower average number of reflections in the light rod 8. This causes the homogeneity of the image brightness to deteriorate.
- the different optical efficiencies of the two projection devices la and lb which e.g. based on tolerances of the lamps or optical components used, lead to a different image brightness H on the two projection screens 17a and 17b in the uncorrected state.
- the contrast of the two projection apparatuses la and lb i.e. H (white) / H (black) is, however, since it is mainly determined by the imager 11 used, an almost constant size for the two projection apparatuses la and lb.
- the result of this is that the "black" state is also differently bright for the two projection apparatuses la and lb. 5 illustrates the above explanations without correction of the image brightness H.
- FIG. 4 illustrates how the image data stream from the data source 18 to the projection apparatuses la and lb is individually adapted by a multiplier stage Xla and Xlb in a simple model.
- the darker first projection apparatus la would receive an unchanged data stream, ie Xla is set to 100%.
- the second projection apparatus 1b receives a weakened data stream, ie Xlb is set to less than 100%.
- FIG. 7 shows an illumination unit 2 with a lamp 3 and condenser optics 4.
- the envelope 19 in the focal plane 20 of the condenser optics 4 and the light mixing rod 8 are also shown.
- Six test points TP1, TP2, TP3, TP4, TP5 and TP6 are shown, of which the test points TP1, TP2 and TP3 lie in a plane that is distant from the focal plane 20, and the test points TP4, TP5 and TP6 in the focal plane lie.
- FIGS. 8 and 9 show the distribution P of the light as a function of the angle ⁇ at the six test points, where ⁇ denotes the amount of the angle between the optical axis 21 and the direction of the individual light beams.
- FIG. 9 shows an angular distribution at the test points TP4, TP5 and TP6. It can be seen that the distributions are identical or almost identical, except in terms of absolute scaling. Therefore, as shown in FIG. 11, the integral angular distribution does not change or changes only insignificantly if an aperture is used in the focal plane 20. This knowledge according to the invention creates the precondition for the fact that the contrast, the color and the illumination homogeneity do not change or do not change significantly when the aperture is dimmed.
- any intensity attenuator of any design can be used without disadvantages, which reduces the amount of light, regardless of whether the amount of useful light is cut, for example, by an arbitrarily shaped aperture or any elements that are arranged homogeneously or inhomogeneously over the cross section of the beam path are reduced, light-cutting or light-attenuating elements.
- the advantages according to the invention can be achieved not only by changing the intensity by means of an intensity diaphragm which cuts the beam path and having an aperture, but also by an intensity attenuator which is one or more across the cross-section of the Beam path arranged arranged light-reducing elements that the light weaken, absorb or reflect.
- an intensity attenuator which can be designed, for example, as a structured coated transparent pane, in particular as a glass pane, not only are attenuated when the intensity is reduced, as is the case with a diaphragm, the beams lying away from the optical axis 21, but also further 19 light rays lying within the envelope.
- FIGS. 12 and 13 illustrate a preferred embodiment of an intensity attenuator according to the invention in the form of an intensity diaphragm, which is designed as a diaphragm disk 22 with a continuously tapering slit as a diaphragm opening 23, the slit extending in the direction of rotation of the disk, so that by rotating the diaphragm disk 22 the effective aperture 23 effective in the beam path is changed.
- the color wheel 6 with the color wheel drive 25 is shown in FIG. As explained above, the color wheel 6 could also be arranged on the light exit side of the light mixing rod 8.
- the focal plane 20 should lie in the light entry surface 26 of the light mixing rod 8 in order to achieve the highest possible coupling efficiency of the light generated by the lighting unit 2 into the light mixing rod 8, there is a mechanical conflict: the light entry surface 26 of the light mixing rod 8 , the color wheel 6 and the intensity attenuator, that is, in the exemplary embodiment shown, the diaphragm disk 22 should be positioned at the same location if possible. A compromise solution can therefore be found in practice.
- the advantages according to the invention are achieved with common sizes of project tion apparatus 1, lighting units 2, lamps 3 and light mixing rods 8 achieved if one or more of the following conditions are met:
- the distance A between the intensity attenuator (aperture disk 22) and the focal plane 20 of the condenser optics 4 of the illumination unit 2 is less than 12 mm, preferably less than 6 mm.
- the light entry surface 26 of the spatial light mixing device (light mixing rod 8) is arranged in the focal plane 20 or in the immediate vicinity of the focal plane 20 of the condenser optics 4 of the lighting unit 2, i.e. the distance B is less than 10 mm.
- the distance C between the intensity attenuator (aperture plate 22) and the light entry surface of the dynamic color filter (color wheel 6) is less than 12 mm, preferably less than 6 mm.
- the light entry surface 26 of the spatial light mixing device should be arranged as precisely as possible in the focal plane 20 of the condenser optics 4 of the lighting unit 2 or the focal plane of the focusing lamp reflector, if possible at a distance of less than 6 mm.
- the problem of the spatially sealed arrangement of the light entry surface 26 of the light mixing rod 8, the color wheel 6 and a variable diaphragm is solved by an aperture plate 22 according to FIG. 13 with an aperture opening 23 in the form of an aperture slit with a variable width.
- the circular aperture disk 22 is positioned as close as possible to the color wheel 6 and on the same axis.
- the circular shape with a diameter that corresponds to the diameter of the color wheel 6 suppresses acoustic disturbing noises that could arise as a result of the high speed of the color wheel 6 (approx. 10,000 rpm).
- the effective tive aperture can be adjusted by rotating the circular aperture disc 22 and thus regulate the light flow at the output of the light mixing rod 8.
- FIG. 14 shows an exemplary embodiment of a projection apparatus 1 with a control device for adjusting the aperture in the aperture disk 22. It comprises an internal illumination sensor 27 for measuring the brightness of the luminous flux generated by the illumination unit 2 for illuminating the image generator 11 and a control device by means of which the Brightness of the projected image is controlled by controlling the variably adjustable diaphragm disk 22 as a function of the signal from the illumination sensor 27.
- the sensor 27 has the one emerging from the light mixing rod 8
- the signal from the sensor 27 is thus proportional to the amount of light that would be measurable on the screen if an exclusively white image were projected.
- the signal from the sensor 27 is thus a measure of the basic brightness of the projection apparatus 1.
- This signal is converted in the control device, which includes a data evaluation 28 and a motor control 29, with any predetermined target values into an actuating signal for the diaphragm drive 24, which rotates the diaphragm disk 22 into the desired position by means of the servomotor 30.
- the control device which includes a data evaluation 28 and a motor control 29, with any predetermined target values into an actuating signal for the diaphragm drive 24, which rotates the diaphragm disk 22 into the desired position by means of the servomotor 30.
- the setpoint value for the brightness of the projection apparatus can also be determined by comparison with the neighboring modules. For example, the maximum achievable brightness of all modules can be determined with the cover fully open. As a setpoint then the lowest sensor signal of all measured modules is used.
- the sensor does not necessarily have to be an internal sensor. It is also possible to adapt the basic image brightness to the ambient brightness, which is measured by an external sensor.
- the aperture setting could also be selected in accordance with the current image data stream. This would increase the contrast between light and dark image content.
- the projection apparatus 1 comprises an ambient sensor for measuring the brightness of the ambient light and a regulating device, by means of which the brightness of the projected image is regulated by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the signal from the ambient sensor.
- the projection apparatus comprises an image sensor for determining the brightness value of the image content of the projected image or a corresponding analysis device of the data stream and a control device by means of which the brightness of the projected image is regulated by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the image content.
- the projection apparatus comprises a control device by means of which the brightness as a function of the
- Brightness of the neighboring projection apparatus is regulated.
- the advantages of the invention include the following:
- the image brightness can be regulated in a wide range of more than 50%.
- the overall contrast does not change. This is an important prerequisite for the adjustment of several projection devices on one screen.
- the homogeneity of the illumination does not change. Any electronic corrections can be applied unchanged for all aperture positions. - The color does not change because the primary colors are not distorted when the color is mixed sequentially.
- the operating conditions of the lamp do not have to be adjusted.
- the. Brightness of neighboring modules can be adjusted to each other.
- the brightness of a projection apparatus can be adapted to the ambient brightness, which is particularly advantageous in control rooms for ergonomic reasons.
- the contrast dependent on the image content can be increased by regulating the current image content. Dark scenes can be darkened further, bright scenes remain at full brightness.
- a particular advantage of the invention is that by means of a control device, the projected image can be regulated while the projection apparatus is in operation, that is to say independently of the image content, without interruption or interference with ongoing operation, without a test image having to be projected and a measurement of the light is only required on the lighting side of the imaging device.
Landscapes
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Abstract
The aim of the invention is to regulate the brightness of a projection appliance (1), especially a rear projection appliance (1) of a projecting screen, such that it is neutral in terms of colour, contrast and light homogeneity, the image production preferably being based on the time-sequential mixture of primary colours using a colour wheel (6). To this end, an intensity reducer, for example, in the form of an adjustable diaphragm disk (22) with a slit-shaped diaphragm having a variable width, is arranged directly adjacent to the focal plane (20) of the condenser (4) of the illumination unit (2) or the focal plane of a focussing lamp reflector.
Description
Helligkeitsregelung eines Projektionsapparates Brightness control of a projection apparatus
Die Erfindung betrifft die Helligkeitsregelung bei Projektionsapparaten. Projektionsapparate dienen zum Proji- zieren eines Bildes auf einen Projektionsschirm. Die Erfindung richtet sich auf Projektionsapparate, die einen Bildgeber zum Darstellen des Bildes in einem verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit mit einer Kondensoroptik und/oder einem fokussierenden Lampenreflektor (z.B. in elliptischer oder komplexerer Form) zum Beleuch- ten des Bildgebers, eine ein Projektionsobjektiv umfassende Projektionseinrichtung zum vergrößerten Abbilden des von dem Bildgeber dargestellten Bildes auf den Projektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsver- teilung und einen variablen Intensitätsabschwächer zumThe invention relates to the brightness control in projection apparatus. Projection devices are used to project an image onto a projection screen. The invention is directed to projection apparatuses which have an image generator for displaying the image on a reduced scale, an illumination unit with condenser optics and / or a focusing lamp reflector (for example in an elliptical or more complex form) for illuminating the image generator, and a projection device comprising a projection lens to magnify the image displayed by the imager on the projection screen, a spatial light mixing device to compensate for local differences in the brightness distribution and a variable intensity attenuator
Regeln des Lichtstromes, der im Strahlengang zwischen der Lampe der Beleuchtungseinheit und dem Bildgeber angeordnet ist, umfassen. In der Regel ist der Bildgeber und/oder die Projektionseinrichtung zum Einstellen der Lage des projizierten Bildes auf dem Projektionsschirm in einer mit Justageelenaenten einstellbaren Position in oder an dem Projektionsapparat befestigt.Regulating the luminous flux, which is arranged in the beam path between the lamp of the lighting unit and the imager, include. As a rule, the image generator and / or the projection device for adjusting the position of the projected image on the projection screen is fastened in or on the projection apparatus in a position that can be adjusted with adjustment elements.
Man unterscheidet zwischen Auflicht- und Rückprojektions- apparaten. Ein Unterschied zwischen Auflichtprojektoren
und Rückprojektionssystemen besteht darin, daß in Rückprojektionsapparaten zumeist weitere optische Elemente wie Umlenkspiegel und Projektionsschirme enthalten sind, die in Auflichtprojektoren nicht verwendet werden.A distinction is made between reflected light and rear projection devices. A difference between reflected light projectors and rear projection systems consists in the fact that mostly further optical elements such as deflecting mirrors and projection screens are contained in rear projection apparatuses, which are not used in reflected light projectors.
Sowohl Auflicht- als auch Rückprojektionsapparate dienen zum Anzeigen eines Bildes auf einem großflächigen Projektionsschirm. Der Bildgeber kann dabei ein Durchlicht- Bildgeber sein, also ein Bildgeber, der transmissiv von einer Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Bildgebers durchleuchtet wird, oder ein reflektierender Bildgeber, der von der Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird. Nach dem Stand der Technik werden beispielsweise Durchlicht-Flüssigkristall-Bildgeber oder auch reflektive Flüssigkristall-Bildgeber oder DMDs (Trademark of Texas Instruments Inc., Digital-Micromirror-Device) verwendet.Both incident light and rear projection devices are used to display an image on a large-scale projection screen. The imaging device can be a transmitted light imaging device, that is to say an imaging device that is transmissively illuminated by an illuminating device for illuminating the imaging device, or a reflecting imaging device that is illuminated by the illuminating device. According to the prior art, for example, transmitted-light liquid-crystal imaging devices or reflective liquid-crystal imaging devices or DMDs (Trademark of Texas Instruments Inc., digital micromirror device) are used.
Eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des Bildgebers bzw. Durchleuchten des Durchlicht-Bildgebers umfaßt in der Regel eine Lichtquelle, einen Reflektor und eine oder mehrere Kondensorlinsen zum Ausleuchten des Bildgebers. Ferner können zusätzliche Lichtdurchmischungseinrichtun- gen, beispielsweise zum optimalen Ausleuchten eines rechteckigen Bildformates, vorgesehen sein. Auch kann auch auf die Kondensoroptik bei Verwendung eines fokussierenden, z.B. elliptischen Lampenreflektors verzichtet werden. Die Projektionseinrichtung bzw. die Beleuchtungs- einheit ist entweder in den Projektionsapparat integriert oder an diesem angesetzt. Ein Projektionsapparat ist somit eine abgeschlossene, vollständige Einheit zum Darstellen eines Bildes, wobei in einem Rückprojektionsapparat ein Bildschirm zum Betrachten des Bildes integriert ist .
Insbesondere Rückprojektionsmodule finden eine breite Anwendung in Fällen, in denen ein komplexes Bild, beispielsweise bestehend aus verschiedenen Video- oder Computerbildern, großflächig angezeigt werden soll. Verbrei- tete Einsatzbereiche für solche Rückprojektionsapparate sind Bildwände, die von mehreren Personen gleichzeitig betrachtet werden. Insbesondere in der modernen Leitwartentechnik ist die Großbildrückprojektion verbreitet.An illumination unit for illuminating the image generator or for illuminating the transmitted light image generator generally comprises a light source, a reflector and one or more condenser lenses for illuminating the image generator. Furthermore, additional light mixing devices, for example for optimally illuminating a rectangular image format, can be provided. It is also possible to dispense with the condenser optics when using a focusing, for example elliptical, lamp reflector. The projection device or the lighting unit is either integrated into the projection apparatus or attached to it. A projection apparatus is thus a closed, complete unit for displaying an image, a screen for viewing the image being integrated in a rear projection apparatus. Rear projection modules in particular are widely used in cases where a complex image, for example consisting of various video or computer images, is to be displayed over a large area. Widespread areas of application for such rear projection apparatus are screens which are viewed by several people at the same time. Large screen rear projection is particularly widespread in modern control room technology.
Wenn das angezeigte Bild bei gegebenen Qualitätsanforderungen eine bestimmte Größe und, Komplexität überschreiten soll, ist dies nicht mehr mit einem einzigen Rückprojektionsmodul möglich. In solchen Fällen wird das Bild aus Teilbildern, die jeweils von einem Rückprojektionsmodul angezeigt werden, zusammengesetzt. Das jeweils von einem Rückprojektionsmodul angezeigte Bild ist in diesem Fall ein Teilbild des von allen Rückprojektionsmodulen zusammen angezeigten Gesamtbildes der Bildwand.If the image displayed is to exceed a certain size and complexity given the quality requirements, this is no longer possible with a single rear projection module. In such cases, the image is composed of partial images, each of which is displayed by a rear projection module. In this case, the image displayed by a rear projection module is a partial image of the overall image of the screen displayed by all rear projection modules.
Nach dem Stand der Technik ist es möglich, eine großeAccording to the state of the art it is possible to have a large one
Anzahl von Rückprojektionsmodulen in einem modularen Aufbau einer Projektionsbildwand aneinanderzureihen und/oder übereinander zu stapeln, um ein aus vielen einzelnen Teilbildern zusammengesetztes Großbild darzustellen. Die Anzahl der Rückprojektionsmodule, die zu einer Projektionsbildwand zusammengesetzt werden, beträgt bis zu 150 oder mehr.Number of rear projection modules in a modular structure of a projection screen and / or stack one above the other in order to display a large image composed of many individual partial images. The number of rear projection modules that are put together to form a projection screen is up to 150 or more.
Weitere Einzelheiten zu Rückprojektionsmodulen sind dem Dokument EP 0 756 720 Bl zu entnehmen, auf das hiermit bezug genommen wird.Further details on rear projection modules can be found in document EP 0 756 720 B1, to which reference is hereby made.
Zur Erzielung einer homogenen oder homogenisierten Ausleuchtung ist es vorteilhaft, wenn der Projektionsapparat eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Ausgleichen ört-
licher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung umfaßt. Bevorzugt kommt 'hierbei eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Einsatz, die sich in Ausbreitungsrichtung des Lichtes erstreckt, insbesondere ein Lichtmischstab. Lichtmischstäbe sind im Stand der Technik bekannt. Bekannte Ausführungsformen umfassen z.B. Hohlmischstäbe (siehe z.B. US 5,625,738) und Vollmischstäbe (siehe z.B. DE 10103099 AI) .To achieve homogeneous or homogenized illumination, it is advantageous if the projection apparatus has a spatial light mixing device for compensating differences in brightness distribution. A spatial light mixing device, which extends in the direction of propagation of the light, in particular a light mixing rod, is preferably used here. Light mixing rods are known in the prior art. Known embodiments include, for example, hollow mixing bars (see, for example, US Pat. No. 5,625,738) and full mixing bars (see, for example, DE 10103099 AI).
Die auch als Integrationsgrad bezeichnete Homogenisierungswirkung eines Lichtmischstabes hängt bei gegebener Winkelverteilung der Beleuchtung vom Verhältnis der Länge zum Querschnitt ab. Je größer dieses Verhältnis ist, desto höher ist der Integrationsgrad. Bei einer Beleuch- tung mit Blendenzahl f im Bereich 1 bis 1.5 beträgt das Verhältnis für einen üblichen Lichtmischstab etwa 5 bis 10 bei einer Länge von 50 mm. Ein hochintegrierender Mischstab hat etwa die doppelte Länge, d.h. ein Verhältnis von 10 bis 20. Da sich bei einer Vergrößerung des Verhältnisses die mittlere Zahl der Reflexionen im Inneren des Lichtmischstabes vergrößert, entstehen dabei höhere Reflexionsverluste und damit eine geringere Licht- ausbeute. Aus diesem Grund und wegen des praktisch zur Verfügung stehenden Platzes für den Einbau des Licht- mischstabes ist daher der in der Praxis erzielbare Integrationsgrad beschränkt.The homogenization effect of a light mixing rod, also known as the degree of integration, depends on the ratio of the length to the cross section for a given angular distribution of the lighting. The larger this ratio, the higher the degree of integration. In the case of lighting with an aperture number f in the range from 1 to 1.5, the ratio for a conventional light mixing rod is approximately 5 to 10 with a length of 50 mm. A highly integrating mixing stick is about twice the length, i.e. a ratio of 10 to 20. As the ratio increases, the average number of reflections inside the light mixing rod increases, resulting in higher reflection losses and thus a lower light output. For this reason and because of the practically available space for installing the light mixing rod, the degree of integration that can be achieved in practice is limited.
An Projektionsgeräte, insbesondere an modular aus mehreren Projektionsgeräten aufgebaute Bildwände, werden in vielen Fällen hohe Anforderungen gestellt. Ein besonderes Problem besteht dabei in der Erzielung und Einhaltung einer bestimmten und gleichmäßigen Helligkeit des Bildes bzw. der Bilder, was aufgrund folgender technischer Ursachen nach dem Stand der Technik nur unzureichend erfüllt werden kann:
Die in den unterschiedlichen Projektionsapparaten verwendeten Lampen, bei denen es sich in vielen Anwendungen um Hochleistungslampen handelt, haben eine unterschiedliche Grundhelligkeit. Dies erfordert einen auf- wendigen Abgleich der einzelnen Projektionsgeräte, um eine einheitliche Darstellung auf einer Bildwand zu erzielen.In many cases, high demands are placed on projection devices, in particular on projection screens constructed modularly from a plurality of projection devices. There is a particular problem in achieving and maintaining a certain and uniform brightness of the image or images, which can only be inadequately achieved due to the following technical causes according to the prior art: The lamps used in the different projection devices, which are high-power lamps in many applications, have different basic brightness. This requires a complex adjustment of the individual projection devices in order to achieve a uniform display on a screen.
Über die Lebensdauer der Lampen ändert sich der für den Projektionsapparat ausnutzbare Lichtstrom der Lam- pen. Dieser Alterungsprozeß ist zudem lampenabhängig. Dies erfordert einen wiederholten Helligkeitsabgleich der Projektionsapparate.The luminous flux of the lamps which can be used for the projection apparatus changes over the life of the lamps. This aging process is also dependent on the lamp. This requires repeated brightness adjustment of the projection apparatus.
Auch Herstellungstoleranzen der sonstigen optischen Komponenten führen zu Schwankungen des Lichtflusses auf der Projektionsfläche, was einen Helligkeitsabgleich der Projektionsapparate erforderlich macht.Manufacturing tolerances of the other optical components also lead to fluctuations in the light flow on the projection surface, which necessitates a brightness adjustment of the projection apparatus.
Zur Lösung dieser hohen technischen Anforderungen werden nach dem Stand der Technik verschiedene, aufwendige Methoden eingesetzt, die jedoch die genannten Probleme nicht vollständig lösen:According to the state of the art, various complex methods are used to solve these high technical requirements, but they do not completely solve the problems mentioned:
Die Lampen werden in hohem Maße selektiert, um minimale, nicht weiter unterschreitbare Fertigungstoleranzen zu überwinden. Dies ist t aufwendig und mit hohen Kosten verbunden.The lamps are selected to a high degree in order to overcome minimal manufacturing tolerances that cannot be exceeded. This is associated t-consuming and costly.
Während der Installation eines Projektionsapparates bzw. einer Bildwand und/oder in festen Serviceintervallen wird ein Helligkeitsabgleich durchgeführt. Dabei wird die Helligkeitsverteilung auf dem Bild- schirm vermessen. Dies ist aufwendig und kostenintensiv, erfordert geschultes Personal und bedingt eine Unterbrechung des laufenden Betriebes . Zwischen den Serviceintervallen kann sich die Bildqualität verschlechtern.
Die Berücksichtigung der auf Erfahrungswerten beruhenden mittleren Änderung des Lichtstromes während der Betriebsdauer. Die Abweichung einzelner Lampen von einer mittleren zeitabhängigen Lichtstromänderung sind jedoch so groß, daß sie ohne individuelle Korrektur zu sichtbaren Bildartefakten führen.A brightness adjustment is carried out during the installation of a projection apparatus or a screen and / or at fixed service intervals. The brightness distribution is measured on the screen. This is complex and cost-intensive, requires trained personnel and requires an interruption of ongoing operations. Image quality may deteriorate between service intervals. Taking into account the average change in luminous flux during the operating period based on experience. However, the deviation of individual lamps from an average time-dependent change in luminous flux is so great that they lead to visible image artifacts without individual correction.
Eine Bestimmung des Lichtstromes durch eine Messung der Lampenleistung mittels elektrischer Messung von Lampenstrom und Lampenspannung. Aber nur ein kleiner Teil der verfügbaren Lampentreiber erlaubt eine derartige elektrische Messung, und die elektrische Leistung der Lampen ist nicht vollständig mit dem resultierenden Lichtfluß des Projektors korreliert.A determination of the luminous flux by measuring the lamp power by means of electrical measurement of the lamp current and lamp voltage. However, only a small proportion of the available lamp drivers allow such an electrical measurement, and the electrical power of the lamps is not fully correlated with the resulting light flux from the projector.
Eine manuelle Eingabe einer zu berücksichtigenden zeitabhängigen Lichtstromänderung durch die Benutzer. Dies erfordert jedoch eine entsprechende Schulung des Benutzers und die AufSchaltung spezieller Bildinhalte, wodurch der Dauerbetrieb gestört wird.A manual entry of a time-dependent luminous flux change to be taken into account by the user. However, this requires appropriate training of the user and the activation of special image content, which disrupts continuous operation.
Eine Regelung der Lampenleistung zur Stabilisierung der optischen Leistung des Projektors. Eine derartige Regelung der Lampenleistung bedeutet, daß die Lampe mit variierender elektrischen Leistung betrieben würde. Dies zieht bei den üblicherweise verwendeten Hochleistungs-Entladungslampen eine unerwünschte Ver- änderung des Farbtones und eine Verkürzung der Lebensdauer der Lampe nach sich, was sich insbesondere für den Dauereinsatz in Bildwänden nachteilig auswirkt.A regulation of the lamp power to stabilize the optical power of the projector. Such regulation of the lamp power means that the lamp would be operated with varying electrical power. This results in an undesirable change in the color tone and a shortening of the lamp life in the commonly used high-performance discharge lamps, which has a disadvantageous effect, in particular for continuous use in picture walls.
Eine elektronische Kompensation durch Modifikation des Bildinhaltes. Damit geht aber eine nachteilige Vermin- derung des Kontrastes einher, und zudem ist keine Kompensation von Helligkeitsunterschieden bei dunklen Bildinhalten möglich.Electronic compensation by modifying the image content. However, this is accompanied by a disadvantageous reduction in the contrast and, moreover, no compensation for differences in brightness in the case of dark image content is possible.
Es wird ein variabler Intensitätsabschwächer in Form einer Aperturblende zum Regeln des Lichtstromes ver-
wendet, die im Strahlengang der Beleuchtungsoptik oder der Projektionsoptik angeordnet wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dadurch die Primärfarben und der Kontrast verändert werden. Darüber hinaus wird die Homogenität der Ausleuchtung verschlechtert.A variable intensity attenuator in the form of an aperture diaphragm is used to regulate the luminous flux. turns, which is arranged in the beam path of the illumination optics or the projection optics. However, it has been shown that this changes the primary colors and the contrast. In addition, the homogeneity of the illumination is deteriorated.
Aus dem Dokument DE 198 19 245 Cl ist ein Videoprojektor bekannt, bei dem zwischen der Lichtquelle und dem Bildgeber zwei Umlenkspiegel und zwischen den Umlenkspiegeln eine stabformige Lichtmischeinrichtung angeordnet sind.A video projector is known from document DE 198 19 245 C1, in which two deflecting mirrors are arranged between the light source and the image generator and a rod-shaped light mixing device is arranged between the deflecting mirrors.
Eine Einrichtung zur Einstellung oder Regelung des Licht- flusses des von der Lichtquelle auf die Eintrittsfläche des Lichtmischstabes emittierten Lichtes oder auf den Bildgeber fallenden Lichts ist bei der bekannten Vorrich- tung nicht vorgesehen.A device for setting or regulating the light flow of the light emitted by the light source onto the entry surface of the light mixing rod or onto the image generator is not provided in the known device.
Aus dem Dokument DE 35 86 855 T2 ist ein Endoskop bekannt, bei dem mittels eines Kondensorsystems Licht in einen Lichtleiter eingekoppelt wird, wobei im Brennpunkt des Kondensorsystems eine variabel einstellbare Irisblende angeordnet ist. Die Irisblende erfüllt jedoch nicht die Funktion eines variablen Intensitätsabschwächers, da die Lichtintensität über die Lampenleistung mittels einer Lichtquellentreiberstufe geregelt wird, sondern hat nur den Zweck, Streulicht abzuschneiden. Wenn die Irisblende als variabel einstellbarer Lichtabschwächer zur Regelung des Lichtstromes eingesetzt würde und den Lichtfluß beschneidet, würden sich aufgrund der Tatsache, daß ein Lichtleiter aus einem Faserbündel aufgebaut ist, spezifische Nachteile ergeben, die den oben genannten Nachteilen einer Aperturblende ähnlich sind: Es ergibt sich ein veränderter Objektkontrast sowie eine Verschlechterung der Homogenität der Ausleuchtung.
Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine zufriedenstellende Lösung für die Helligkeitsregelung bei oben genannten Projektionsapparaten durchzuführen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Projektionsapparat mit den Merkmalen des beigefügten unabhängigen Vorrichtungsanspruch bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des beigefügten unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- düng ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.An endoscope is known from document DE 35 86 855 T2, in which light is coupled into an optical fiber by means of a condenser system, an iris diaphragm which can be variably adjusted being arranged in the focal point of the condenser system. However, the iris diaphragm does not perform the function of a variable intensity attenuator, since the light intensity is regulated via the lamp power by means of a light source driver stage, but has only the purpose of cutting off stray light. If the iris diaphragm were used as a variably adjustable light attenuator to regulate the luminous flux and cut the light flux, the fact that an optical fiber is made up of a fiber bundle would result in specific disadvantages which are similar to the above-mentioned disadvantages of an aperture diaphragm: a changed object contrast and a deterioration in the homogeneity of the illumination. Taking this prior art into account, the invention is based on the object of carrying out a satisfactory solution for the brightness control in the above-mentioned projection apparatus. This object is achieved according to the invention by a projection apparatus with the features of the attached independent device claim or by a method with the features of the attached independent method claim. Preferred refinements and developments of the invention result from the dependent claims and the following description with associated drawings.
Ein erfindungsgemäßer Projektionsapparat zum Projizieren eines Bildes auf einen Projektonsschirm umfaßt also einen Bildgeber zum Darstellen des Bildes in einem verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit mit einer Kondensoroptik und/oder eine Lampe mit fokussierendem Reflektor zum Beleuchten des Bildgebers, eine ein Projektionsobjektiv umfassende Projektionseinrichtung zum vergrößerten Abbilden des von dem Bildgeber dargestellten Bildes auf den Projektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung und einen variablen Intensitätsabschwächer zum Regeln des Lichtstromes, der im Strahlen- gang zwischen der Lampe der BeJ-euchtungseinheit und dem Bildgeber angeordnet ist, und er weist erfindungsgemäß die Besonderheit auf, daß der Intensitätsabschwächer in unmittelbarer Nähe der Fokalebene der Kondensoroptik bzw. der Fokalebene des fokussierenden Lampenreflektors der Beleuchtungseinheit angeordnet ist.A projection apparatus according to the invention for projecting an image on a projection screen thus comprises an image generator for displaying the image on a reduced scale, an illumination unit with condenser optics and / or a lamp with a focusing reflector for illuminating the image generator, a projection device comprising a projection lens for magnifying the image of the image displayed on the projection screen by the image generator, a spatial light mixing device for compensating for local differences in the brightness distribution and a variable intensity attenuator for regulating the luminous flux, which is arranged in the beam path between the lamp of the illumination unit and the image generator, and it points out according to the invention the special feature that the intensity attenuator is arranged in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics or the focal plane of the focusing lamp reflector of the lighting unit.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Regeln der Helligkeit des projizierten Bildes eines Projektionsapparates zum Projizieren des Bildes auf einen Projektionsschirm umfas- send einen Bildgeber zum Darstellen des Bildes in einem
verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit mit einer Kondensoroptik und/oder einem fokussierenden Lampenreflektor zum Beleuchten des Bildgebers, eine ein Projektionsobjektiv umfassende Projektionseinrichtung zum ver- grδßerten Abbilden des von dem Bildgeber dargestellten Bildes auf den Projektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung und einen variablen Intensitätsabschwächer zum Regeln des Lichtstromes, der im Strahlengang zwischen der Lampe der Beleuchtungseinheit und dem Bildgeber angeordnet ist, weist die Besonderheit auf, daß der Lichtstrom mittels eines Intensitätsabschwächers geregelt wird, der in unmittelbarer Nähe der Fokal- ebene der Kondensoroptik der Beleuchtungseinheit bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist.A method according to the invention for regulating the brightness of the projected image of a projection apparatus for projecting the image onto a projection screen comprising an image generator for displaying the image in one reduced scale, an illumination unit with condenser optics and / or a focusing lamp reflector for illuminating the image generator, a projection device comprising a projection lens for magnifying imaging of the image represented by the image generator on the projection screen, a spatial light mixing device for compensating for local differences in the brightness distribution and A variable intensity attenuator for regulating the luminous flux, which is arranged in the beam path between the lamp of the lighting unit and the imaging device, has the special feature that the luminous flux is regulated by means of an intensity attenuator which is in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics of the illuminating unit or the focal plane of a focusing lamp reflector is arranged.
Mittels der Erfindung ist eine zuverlässige, individuelle Toleranzen und Alterungsprozesse berücksichtigende Rege- lung der Helligkeit des projizierten Bildes in relativ einfacher Weise möglich, ohne daß damit ein nennenswerter Verlust an Kontrast oder eine Änderung der Farbtemperatur einhergeht .By means of the invention, reliable regulation of the brightness of the projected image that takes individual tolerances and aging processes into account is possible in a relatively simple manner, without this being accompanied by a significant loss of contrast or a change in the color temperature.
Besondere praktische Vorteile der Erfindung ergeben sich daraus, daß die Helligkeitsregelung kontinuierlich durchgeführt werden kann, so daß ein Regelkreis mit einer kontinuierlichen Regelung ermöglicht wird. Ferner ist es vorteilhaft, daß keine zusätzlichen Meßgeräte oder Ein- sätze geschulten Personals erforderlich sind, weil der Abgleich automatisch im laufenden Betrieb erfolgen kann. Aus diesem Grund ist auch keine Störung oder Unterbrechung des laufenden Betriebes erforderlich, und auch bei der Verwendung von Beleuchtungseinrichtungen mit einem Doppellampenmodul zur Gewährleistung des unterbrechungs-
freien Betriebs im Fall des Ausfalls einer Lampe . durch Umschalten auf die zweite Lampe ist der Abgleich sofort möglich.Particular practical advantages of the invention result from the fact that the brightness control can be carried out continuously, so that a control loop with continuous control is made possible. It is also advantageous that no additional measuring devices or deployments by trained personnel are required because the adjustment can take place automatically during operation. For this reason, no disruption or interruption of the ongoing operation is required, and also when using lighting devices with a double lamp module to ensure the interruption free operation in the event of lamp failure. By switching to the second lamp, the adjustment is possible immediately.
Mit der Erfindung werden somit Ziele erreicht, um die die Fachwelt sich schon lange bemüht hat. Um dabei besonders gute Ergebnisse erzielen zu können, werden bevorzugt die nachfolgenden Maßnahmen einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt.The invention thus achieves goals which the professional community has long sought. In order to be able to achieve particularly good results, the following measures are preferably used individually or in combination with one another.
Nach einem zusätzlichen vorteilhaften Merkmal wird für Projektionsapparate gebräuchlicher Größe und Bauart vorgeschlagen, daß der Intensitätsabschwächer weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm von der Fokalebene des Kondensors der Beleuchtungseinheit bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors entfernt ist .According to an additional advantageous feature, it is proposed for projection apparatuses of common size and design that the intensity attenuator is less than 12 mm, preferably less than 6 mm, from the focal plane of the condenser of the lighting unit or the focal plane of a focusing lamp reflector.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß die Licht- eintrittsfläche der räumlichen Lichtmischeinrichtung in der oder in unmittelbarer Nähe der Fokalebene der Kondensoroptik der Beleuchtungseinheit bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist.It can advantageously be provided that the light entry surface of the spatial light mixing device is arranged in or in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics of the lighting unit or the focal plane of a focusing lamp reflector.
Der Intensitätsabschwächer kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform kann darin bestehen, daß der Intensitätsabschwächer einen oder mehrere, über den Querschnitt des Strahlengangs verteilt angeordnete lichtreduzierende Elemente aufweist, die das Licht abschwächen, absorbieren oder reflektieren. Die Verteilung der lichtreduzierenden Elemente kann regelmäßig oder zur Vermeidung von Interferenzen oder Bildartefakten auch unregelmäßig sein. Eine mögliche Ausführungs- form eines derartigen Intensitätsabschwächers umfaßt eine transparente Scheibe, beispielsweise eine Glasscheibe,
die eine strukturierte Beschichtung mit den lichtreduzierenden Elementen aufweist.The intensity attenuator can be designed in various ways. An advantageous embodiment can consist in that the intensity attenuator has one or more light-reducing elements, which are distributed over the cross-section of the beam path and attenuate, absorb or reflect the light. The distribution of the light-reducing elements can be regular or irregular to avoid interference or image artifacts. One possible embodiment of such an intensity attenuator comprises a transparent pane, for example a glass pane, which has a structured coating with the light-reducing elements.
In anderen Ausfuhrungsformen kann der Intensitätsabschwä- eher auch als den Strahlengang beschneidende Intensitätsblende ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer aus dem Stand der Technik bekannten kontinuierlich einstellbaren Aperturblende in Form einer Irisblende. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform kann darin bestehen, daß die Intensitätsblende einen Blendenkörper, beispielsweise eine Scheibe, aufweist, in dem mehrere unterschiedlich große Blendenöffnungen nebeneinander ausgebildet sind. In diesem Fall ist die Intensität in den Blendenöffnungen entsprechenden diskreten Stufen einstellbar.In other embodiments, the intensity attenuation can also be designed as an intensity diaphragm that cuts the beam path, for example in the form of a continuously adjustable aperture diaphragm in the form of an iris diaphragm known from the prior art. Another advantageous embodiment can consist in the fact that the intensity diaphragm has a diaphragm body, for example a disk, in which several diaphragm openings of different sizes are formed next to one another. In this case, the intensity can be adjusted in the discrete steps corresponding to the diaphragm openings.
Eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer Intensitätsblende besteht darin, daß sie als ein sich kontinuierlich oder abgestuft verjüngender Schlitz oder Spalt in einem Blendenkörper, beispielsweise einem Schlitten oder einer Scheibe ausgebildet ist.A preferred embodiment of an intensity diaphragm is that it is designed as a continuously or stepped tapering slot or gap in a diaphragm body, for example a carriage or a disk.
Vorteilhafterweise umfaßt der Intensitätsabschwächer einen Blendenantrieb, mit dem der Intensitätsabschwächer bzw. der Grad der Intensitätsabschwächung eingestellt werden kann. Der Blendenantrieb, kann beispielsweise zum Drehen oder Verschieben des Intensitätsabschwächers ausgebildet sein, um durch eine Lageveränderung des Intensitätsabschwächers den Lichtstrom zu vergrößern oder zu verringern.The intensity attenuator advantageously comprises an aperture drive with which the intensity attenuator or the degree of intensity attenuation can be set. The diaphragm drive can be designed, for example, to rotate or shift the intensity attenuator in order to increase or decrease the luminous flux by changing the position of the intensity attenuator.
Eine praktisch besonders vorteilhafte Ausfuhrungsform eines Intensitätsabschwächers besteht in einer drehbaren Scheibe, insbesondere einer 'Kreisscheibe. Wenn die Intensitätsabschwächung dabei durch einen sich kontinuierlich oder abgestuft verjüngenden Schlitz oder Spalt in der
Scheibe realisiert ist, erstreckt sich dieser vorteilhafter Weise in Drehrichtung der Scheibe. Durch Drehen der Scheibe kann dann die Intensität verändert werden.A practically particularly advantageous embodiment of an intensity attenuator consists in a rotatable disk, in particular a circular disk. If the decrease in intensity is due to a continuously or graduated tapering slit or gap in the Disc is realized, this advantageously extends in the direction of rotation of the disc. The intensity can then be changed by turning the disc.
Die erfindungsgemäße Anordnung eines Intensitätsabschwächers in unmittelbarer Nähe der Fokalebene der Kondensoroptik der Beleuchtungseinheit bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors ist besonders vorteilhaft bei Projektionsapparaten einsetzbar, bei denen der Bild- geber pixelweise steuerbar ist und der Projektionsapparat zur Realisierung der zeitsequentiellen additiven Farbmischung ein zeitlich variables Farbfilter - im folgenden dynamisches Farbfilter genannt - zur Erzeugung primärer Farben enthält . Dabei ist der Bildgeber bevorzugt ein Digital-Micromirror-Device (DMD) . Eine bevorzugte Ausführungsform eines dynamischen Farbfilters ist ein sich drehendes Farbrad. Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal wird dabei vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem Intensitätsabschwächer und der Lichteintrittsfläche des dynamischen Farbfilters weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm beträgt .The arrangement according to the invention of an intensity attenuator in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics of the lighting unit or the focal plane of a focusing lamp reflector can be used particularly advantageously in projection apparatuses in which the imager can be controlled pixel by pixel and the projection apparatus to implement the time-sequential additive color mixing a color filter that is variable over time - hereinafter referred to as dynamic color filter - for the generation of primary colors. The imager is preferably a digital micromirror device (DMD). A preferred embodiment of a dynamic color filter is a rotating color wheel. According to a particularly advantageous feature, it is provided that the distance between the intensity attenuator and the light entry surface of the dynamic color filter is less than 12 mm, preferably less than 6 mm.
Viele kommerziell erhältliche Projektionsapparate, beispielsweise Video-Projektionseinrichtungen, benutzen separate Kanäle für jede der drei Primärfarben. Ein solches System erfordert für jede Primärfarbe einen Bildgeber und optische Strecken, die pixelgenau auf den Schirm konvergieren müssen. Neuartige Projektionsapparate verwenden nur einen Bildgeber auf Basis der zeitsequentiel- len additiven Farbmischung, wobei das gesamte Bild in drei einfarbige Teilbilder bezüglich der Grundfarben rot, grün und blau zerlegt wird. Der Bildgeber wird sequentiell mit den Primärfarben beleuchtet. Dabei werden die darzustellenden Bilddaten entsprechend der gerade den Bildgeber erreichenden Farbe an den Bildgeber geleitet.
Das Auge fügt die farbigen Teilbilder zu einem einzigen Vollfarbenbild zusammen. Das Auge fügt ebenfalls aufeinanderfolgende Videobilder und Videoteilbilder zu einem Vollbewegungsbild zusammen.Many commercially available projectors, such as video projectors, use separate channels for each of the three primary colors. Such a system requires an imager and optical paths for each primary color, which must converge on the screen with pixel accuracy. Novel projection apparatuses use only one image generator based on the time-sequential additive color mixture, the entire image being broken down into three single-color partial images with respect to the primary colors red, green and blue. The imager is sequentially illuminated with the primary colors. The image data to be displayed are sent to the image generator in accordance with the color just reaching the image generator. The eye combines the colored partial images into a single full-color image. The eye also combines successive video images and video partial images into a full motion image.
Ein solches System erfordert eine Einrichtung zum sequentiellen Beleuchten des Bildgebers mit primären Farben. Die einfachste Einrichtung eines hierzu geeigneten dynamischen Farbfilters ist ein sich drehendes Farbrad, das dazu dient, die gerade gewünschte Farbe aus dem weißen Spektrum einer Beleuchtungseinheit auszufiltern.Such a system requires a device for sequentially illuminating the imager with primary colors. The simplest way to set up a dynamic color filter suitable for this is a rotating color wheel, which is used to filter out the desired color from the white spectrum of a lighting unit.
Derartige Farbräder zum Ändern der Farbe des von der Projektionslampe ausgekoppelten Lichtes werden im allgemei- nen aus dichroitischen Filtern hergestellt. Die Filter weisen aber herstellungsbedingt Abweichungen in ihrer spektralen Filtercharakteristik auf, die sich darin äußern, daß sich die Kantenlagen der Filter unterscheiden. Infolge dessen gibt es Unterschiede in der Wahrneh- mung der Grundfarben sowie der Mischfarben.Color wheels of this type for changing the color of the light coupled out from the projection lamp are generally produced from dichroic filters. Due to the manufacturing process, however, the filters have deviations in their spectral filter characteristics, which are reflected in the fact that the edge positions of the filters differ. As a result, there are differences in the perception of the primary colors and the mixed colors.
Die derzeit im Zusammenhang mit der zeitsequentiellen Bilderzeugung verwendeten Bildgeber sind sogenannte Digi- tal-Micromirror-Devices, die beispielsweise in dem Patent US 5,079,544 beschrieben sind. , Sie umfassen eine Anordnung kleiner bewegbarer Spiegel zum Ablenken eines Lichtstrahls entweder zu der Projektionslinse (ein) oder weg von der Projektionslinse (aus) . Durch schnelles Ein- und Ausschalten der von den Spiegeln dargestellten Pixel kann eine Grauskala erzielt werden. Die Verwendung von DMDs zum Digitalisieren von Licht ist auch unter der Bezeichnung DLP (Digital Light Processing) bekannt . Ein DLP-Pro- jektionsSystem umfaßt eine Lichtquelle, optische Elemente, Farbfilter, eine digitale Steuerung und Formatie- rung, ein DMD und eine Projektionslinse.
Als Bildgeber bei der zeitsequentiellen additiven Farb- mischung wird bevorzugt ein Digital-Micromirror-Device (DMD) verwendet. Es sind aber auch andere, beispielsweise eingangs genannte Bildgeber im Rahmen der Erfindung verwendbar .The image generators currently used in connection with time-sequential image generation are so-called digital micromirror devices, which are described, for example, in US Pat. No. 5,079,544. They comprise an arrangement of small movable mirrors for deflecting a light beam either towards the projection lens (on) or away from the projection lens (off). A gray scale can be achieved by quickly switching the pixels represented by the mirrors on and off. The use of DMDs for digitizing light is also known as DLP (Digital Light Processing). A DLP projection system comprises a light source, optical elements, color filters, digital control and formatting, a DMD and a projection lens. A digital micromirror device (DMD) is preferably used as the imager in time-sequential additive color mixing. However, other imaging devices, for example those mentioned at the beginning, can also be used within the scope of the invention.
Das dynamische Farbfilter zur zeitsequentiellen Erzeugung von Primärfarben ist vorteilhafterweise ein Farbrad. Andere, derzeit oder künftig verfügbare entsprechendeThe dynamic color filter for the time-sequential generation of primary colors is advantageously a color wheel. Other corresponding ones currently or future available
Einrichtungen können jedoch im Rahmen der Erfindung ebenfalls verwendet werden.However, devices can also be used within the scope of the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figu- ren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin beschriebene Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Es zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in the figures. Special features described therein can be used individually or in combination with one another to create preferred embodiments of the invention. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von Komponenten eines Projektionsapparates nach dem Stand derFig. 1 is a schematic representation of components of a projection apparatus according to the prior art
Technik mit geöffneter Blende,Technology with open cover,
Fig. 2 den Projektionsapparat von Figur 1 mit weiter geschlossener Blende,2 shows the projection apparatus of FIG. 1 with the diaphragm still closed,
Fig. 3 den Einfluß des Abblendens in Figur 2 auf die Filtercharakteristik eines Farbrades,3 the influence of the dimming in FIG. 2 on the filter characteristic of a color wheel,
Fig. 4 zwei benachbarte Projektionsapparate einer Bildwand,4 shows two adjacent projection apparatuses of a screen,
Fig. 5 die Bildhelligkeit der Projektionsapparate von Figur 4 ohne Helligkeitskorrektur, Fig. 6 die Helligkeit der Projektionsapparate von5 shows the image brightness of the projection apparatus from FIG. 4 without brightness correction, FIG. 6 shows the brightness of the projection apparatus from FIG
Figur 4 mit Helligkeitskorrektur nach dem Stand der Technik,
Fig. 7 Testpunkte im Strahlengang der Beleuchtungsoptik,FIG. 4 with brightness correction according to the prior art, 7 test points in the beam path of the illumination optics,
Fig. 8 Winkelverteilungen an Testpunkten außerhalb der Fokalebene der Kondensoroptik, Fig. 9 Winkelverteilungen an Testpunkten in der Fokal- ebene der Kondensoroptik,8 angular distributions at test points outside the focal plane of the condenser optics, FIG. 9 angular distributions at test points in the focal plane of the condenser optics,
Fig. 10 integrale Winkelverteilungen und die Wirkung einer Blende außerhalb der Fokalebene der Kondensoroptik, Fig. 11 integrale Winkelverteilungen und die Wirkung einer Blende in der Fokalebene der Kondensoroptik,10 integral angle distributions and the effect of an aperture outside the focal plane of the condenser optics, FIG. 11 integral angle distributions and the effect of an aperture in the focal plane of the condenser optics,
Fig. 12 eine Einzelheit eines erfindungsgemäßen Projektionsapparates, Fig. 13 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßenFIG. 12 shows a detail of a projection apparatus according to the invention, FIG. 13 shows a top view of an inventive one
Intensitätsabschwächer in Form einer geschlitzten Kreisscheibe von Fig. 12 undIntensity attenuator in the form of a slotted circular disk from FIGS. 12 and
Fig. 14 eine Einzelheit eines erfindungsgemäßen Projektionsapparates mit einer Regeleinrichtung.14 shows a detail of a projection apparatus according to the invention with a control device.
Fig. 1 zeigt die optischen Komponenten eines Projektionsapparates 1 nach dem Stand der Technik. Er umfaßt eine Beleuchtungseinheit 2 mit einer Lampe 3 als Lichtquelle, vorzugsweise einer Entladungslampe, und einer Kondensor- optik 4. Im Strahlengang folgt ein dynamisches Farbfilter 5 in Form eines Farbrades 6 und eine räumliche Licht- mischeinrichtung 7 in Form eines sich in Ausbreitungs- richtung des Lichtes erstreckenden Lichtmischstabes 8. Das am Lichtmischstab 8 austretende Licht wird mittels einer Abbildungsoptik 9, die auch als Relay-Optik bezeichnet wird, auf einen Bildgeber 11 abgebildet.
Das von dem Bildgeber 11 erzeugte Bild wird mittels eines Projektionsobjektives 12 einer Projektionseinrichtung vergrößert auf einen nicht dargestellten Projektions- schirm abgebildet, projiziert also das vom Bildgeber 11 in Transmission oder Reflektion erzeugte Bild auf einen nicht dargestellten Projektionsschirm. In einem bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung ist der Projektionsapparat 1 ein Rückprojektionsapparat, und das von dem Projektionsobjektiv 12 projizierte Bild ist ein Teilbild einer mehrere Projektionsapparate oder Rückprojektionsapparate enthaltenden Bildwand.1 shows the optical components of a projection apparatus 1 according to the prior art. It comprises an illumination unit 2 with a lamp 3 as the light source, preferably a discharge lamp, and condenser optics 4. A dynamic color filter 5 in the form of a color wheel 6 and a spatial light mixing device 7 in the form of a beam in the direction of propagation follow in the beam path of the light-extending light mixing rod 8. The light emerging at the light mixing rod 8 is imaged on an imaging device 11 by means of imaging optics 9, which is also referred to as relay optics. The image generated by the image generator 11 is magnified on a projection screen (not shown) by means of a projection lens 12 of a projection device, ie projects the image generated by the image generator 11 in transmission or reflection onto a projection screen not shown. In a preferred application of the invention, the projection apparatus 1 is a rear projection apparatus and the image projected by the projection objective 12 is a partial image of an image wall containing a plurality of projection apparatuses or rear projection apparatuses.
Das projizierte Bild wird mittels des Verfahrens der zeitsequentiellen Mischung aus aufeinanderfolgenden mono- chromen Teilbildern in den Primärfarben rot, grün und blau aufgebaut. Die Sequenz kann auch ein viertes Teil- bild in schwarz/weiß enthalten, daß zur Erhöhung der Bildhelligkeit zugemischt wird. Die Sequenz der Teilbilder folgt in einer ausreichend hohen Geschwindigkeit, so daß das Auge dem Farbwechsel nicht folgen kann und eine physiologische Farbmischung stattfindet .The projected image is constructed using the time-sequential mixture of successive monochrome partial images in the primary colors red, green and blue. The sequence can also contain a fourth partial image in black and white, which is mixed in to increase the image brightness. The sequence of the partial images follows at a sufficiently high speed that the eye cannot follow the color change and a physiological color mixture takes place.
Das Farbrad 6 dient dazu, aus dem weißen Licht der Lampe 3 die Primärfarben rot, grün und blau zur Ausleuchtung des Bildgebers 11 zu erzeugen. (Der Bildgeber 11 ist vorzugsweise ein DMD. Bei entsprechender Synchronisierung kann der Bildgeber 11 die monochromen Teilbilder erzeugen, die von dem Auge des Betrachters des projizierten Bildes zusammengesetzt werden.The color wheel 6 is used to generate the primary colors red, green and blue from the white light of the lamp 3 for illuminating the image generator 11. ( Imager 11 is preferably a DMD. With appropriate synchronization, imager 11 can generate the monochrome partial images that are assembled by the eye of the viewer of the projected image.
Das Licht der Lampe 3 wird mittels der Kondensoroptik 4 auf den Eintritt des Lichtmischstabes 8 fokussiert. Das sich drehende Farbrad 6 weist unterschiedlich farbige Segmente in den Primärfarben auf, die je nach Drehstel- lung des Farbrades 6 die Spektralanteile der Lampe 3 ent-
sprechend dem gerade im Strahlengang befindlichen Farbfilter transmittieren. Der Lichtmisehstab 8 sorgt für eine Homogenisierung der Ausleuchtung, und die Abbildungsoptik 9 bildet die Lichtverteilung am Ausgang des Lichtmischstabes 8 auf den Bildgeber 11 ab. Das Farbrad 6 ist in der Nähe des Ein- oder des Ausgangs des Licht- mischstabes 8 angeordnet.The light from the lamp 3 is focused on the entry of the light mixing rod 8 by means of the condenser optics 4. The rotating color wheel 6 has segments of different colors in the primary colors which, depending on the rotational position of the color wheel 6, contain the spectral components of the lamp 3. speaking to the color filter currently in the beam path. The light mixing rod 8 ensures homogenization of the illumination, and the imaging optics 9 represent the light distribution at the output of the light mixing rod 8 on the imager 11. The color wheel 6 is arranged in the vicinity of the input or the output of the light mixing rod 8.
Die Grundhelligkeit des projizierten Bildes, d.h. die Helligkeit eines Bildes bei vollweißem Bildinhalt, hängt von der Leuchtdichte am Ort des Bildgebers 11 ab. Aufgrund der eingangs genannten Probleme ist es daher gewünscht, die Leuchtdichte am Ort des Bildgebers 11 zu regeln.The basic brightness of the projected image, i.e. the brightness of an image with fully white image content depends on the luminance at the location of the imager 11. Because of the problems mentioned at the outset, it is therefore desirable to control the luminance at the location of the imager 11.
Nach dem Stand der Technik wird der Lichtfluß durch Abblenden gesteuert. Dabei kommen verschiedene, zueinander äquivalente Aperturblenden in Betracht, nämlich eine Blende 13 in dem Projektionsobjektiv 12, eine Blende 14 in der Abbildungsoptik 9 oder eine Blende 15 vor der Kondensoroptik 4. In Fig. 2 ist dargestellt, wie sich der Lichtfluß beim Schließen der Blende 13 oder einer hierzu äquivalenten Blende 14 oder 15 verringert .In the prior art, the light flow is controlled by stopping down. Different aperture diaphragms, which are equivalent to one another, come into consideration, namely a diaphragm 13 in the projection objective 12, a diaphragm 14 in the imaging optics 9 or a diaphragm 15 in front of the condenser optics 4. FIG 13 or an equivalent aperture 14 or 15 reduced.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, daß ein derartiges Abblenden nach dem Stand der Technik aus folgenden Gründen nachteilig ist:Within the scope of the invention it was recognized that such a dimming according to the prior art is disadvantageous for the following reasons:
Die durch das Farbrad 6 erzeugten Primärfarben würden sich ändern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Filtercharakteristik der verwendeten Filter, bei denen es sich zumeist um dielektrische Schichten handelt, eine deutliche Abhängigkeit vom Einfallswinkel hat. Für eine bestimmte Verteilung des einfallenden Lichtes als Funktion des Einfallswinkels ergibt sich aus die- sem Grund eine effektive resultierende Filterkurve.
Wenn die Winkelverteilung des Lichtes geändert wird, wie dies beim Abblenden durch eine Bündelbegrenzung geschieht, resultiert eine geänderte effektive Filterkurve, so daß sich die Farbe des projizierten Bildes ändert. In Fig. 3 ist veranschaulicht, wie sich die effektive integrale Transmission T als Funktion der Wellenlänge λ des Farbrades 6 bei einer Veränderung der Winkelverteilung des einfallenden Lichtes durch Abblenden entsprechend den Figuren 1 und 2 verändert. - Der von dem Lichtmischstab 8 erzielte Homogenisierungsgrad der Ausleuchtung des projizierten Bildes hängt näherungsweise von der Anzahl der Reflektionen in seinem Inneren ab. Wenn beim Abblenden gemäß Fig. 2 die Winkelverteilung eingeschränkt wird, resultiert daraus eine geringere mittlere Anzahl von Reflektionen in dem Lichtmisehstab 8. Dadurch verschlechtert sich die Homogenität der Bildhelligkeit.The primary colors generated by the color wheel 6 would change. This is due to the fact that the filter characteristics of the filters used, which are mostly dielectric layers, have a clear dependence on the angle of incidence. For this reason, an effective resulting filter curve results for a specific distribution of the incident light as a function of the angle of incidence. If the angular distribution of the light is changed, as is done by stopping down a beam, a changed effective filter curve results, so that the color of the projected image changes. FIG. 3 illustrates how the effective integral transmission T changes as a function of the wavelength λ of the color wheel 6 when the angle distribution of the incident light changes by dimming according to FIGS. 1 and 2. The degree of homogenization of the illumination of the projected image achieved by the light mixing rod 8 depends approximately on the number of reflections in its interior. If the angular distribution is restricted when dimming according to FIG. 2, this results in a lower average number of reflections in the light rod 8. This causes the homogeneity of the image brightness to deteriorate.
Der Hell-Dunkel-Kontrast bzw. der An-Aus-Kontrast hängt bei den meisten Bildgebern 11, insbesondere bei DMDs von der WinkelVerteilung des einfallenden Lichtes ab. Durch den Einsatz von Aperturblenden nach dem Stand der Technik kommt es also zu einer unerwünschten KontrastVeränderung.The light-dark contrast or the on-off contrast in most imaging devices 11, especially in DMDs, depends on the angular distribution of the incident light. The use of state-of-the-art aperture diaphragms therefore leads to an undesirable change in contrast.
Die vorstehend geschilderten Probleme sind insbesondere bei Bildwänden, bei denen mehrere Projektionsapparate im parallelen Einsatz sind und die Matrixanordnung der Einzelbilder ein Gesamtbild ergibt, problematisch, weil das sehr empfindliche Auge eines Betrachters Helligkeits- , Färb- und Kontrastunterschiede an der Übergangsstelle von einem Bild zum benachbarten Bild deutlich wahrnimmt, auch wenn entsprechende Variationen bei der Betrachtung nur eines Bildes nicht auffallen.
In Fig. 4 sind zwei benachbarte Projektionsapparate la und lb einer Bildwand 16 mit Projektionsschirmen 17a und 17b dargestellt. Sie werden beide von der gleichen Datenquelle 18 angesteuert. Zur Vereinfachung der nachfolgen- den Betrachtung soll diese Datenquelle lediglich dieThe problems described above are problematic in particular in the case of picture walls in which several projection apparatus are used in parallel and the matrix arrangement of the individual pictures gives an overall picture, because the very sensitive eye of a viewer shows differences in brightness, color and contrast at the transition point from one picture to the next Perceives the image clearly, even if the corresponding variations are not noticeable when looking at just one image. 4 shows two adjacent projection apparatuses la and lb of a screen 16 with projection screens 17a and 17b. They are both controlled by the same data source 18. To simplify the following consideration, this data source is only intended to be the
Zustände "weiß", d.h. in einer 24-Bit-Darstellung (R, G, B) = (255, 255, 255) und "schwarz", d.h. (R, G, B) = (0, 0, 0) für die gesamte Bildfläche erzeugen.States "white", i.e. in a 24-bit representation (R, G, B) = (255, 255, 255) and "black", i.e. Generate (R, G, B) = (0, 0, 0) for the entire image area.
Die unterschiedlichen optischen Wirkungsgrade der beiden Projektionsapparate la und lb, die z.B. auf Toleranzen der verwendeten Lampen oder optischen Komponenten beruhen, führen im unkorrigierten Zustand zu einer unterschiedlichen Bildhelligkeit H auf den beiden Projektions- schirmen 17a und 17b. Der Kontrast der beiden Projektionsapparate la und lb, d.h. H (weiß) /H (schwarz) ist allerdings, da er hauptsächlich von dem verwendeten Bildgeber 11 bestimmt ist, eine nahezu konstante Größe für die beiden Projektionsapparate la und lb. Dies hat zur Folge, daß auch der Zustand "schwarz" für beide Projektionsapparate la und lb unterschiedlich hell ist. Die Fig. 5 veranschaulicht die vorstehenden Erläuterungen ohne Korrektur der Bildhelligkeit H.The different optical efficiencies of the two projection devices la and lb, which e.g. based on tolerances of the lamps or optical components used, lead to a different image brightness H on the two projection screens 17a and 17b in the uncorrected state. The contrast of the two projection apparatuses la and lb, i.e. H (white) / H (black) is, however, since it is mainly determined by the imager 11 used, an almost constant size for the two projection apparatuses la and lb. The result of this is that the "black" state is also differently bright for the two projection apparatuses la and lb. 5 illustrates the above explanations without correction of the image brightness H.
Nach dem Stand der Technik ist ι es bekannt, außer einer Grundeinstellung der Bildhelligkeit H mittels einer oben beschriebenen Aperturblende 13, 14 oder 15 die Bildhelligkeiten H auch durch eine Modifikation des Datensigna- les von der Datenquelle 18 anzugleichen. In Fig. 4 ist veranschaulicht, wie in einem einfachen Modell der Bilddatenstrom von der Datenquelle 18 zu den Projektionsapparaten la und lb jeweils durch eine Multiplikatorstufe Xla und Xlb individuell angepaßt wird. In dem in Fig. 5 veranschaulichten Beispiel, bei dem der zweite Projektions- apparat lb eine größere Helligkeit als der erste Projek-
tionsapparat la hat, würde der dunklere erste Projektionsapparat la einen unveränderten Datenstrom erhalten, d.h. Xla wird auf 100% gesetzt. Der zweite Projektionsapparat lb erhält dagegen einen abgeschwächten Datenstrom, d.h. Xlb wird kleiner 100% gesetzt. Durch eine geeignete Wahl von Xlb läßt sich auf diese Weise erreichen, daß die Bildhelligkeit H des ersten Projektionsapparates la für weiß gleich der Bildhelligkeit H des zweiten Projektionsapparates lb für weiß ist, d.h. H(la, weiß)=H(lb, weiß). Dies ist in Fig. 6 veranschaulicht.According to the prior art ι it is known to align in addition to a basic setting of the brightness H by means of an above-described aperture stop 13, 14 or 15, the image brightness H by a modification of the detailing data from the data source les 18th FIG. 4 illustrates how the image data stream from the data source 18 to the projection apparatuses la and lb is individually adapted by a multiplier stage Xla and Xlb in a simple model. In the example illustrated in FIG. 5, in which the second projection apparatus 1b has a greater brightness than the first projection tion apparatus la, the darker first projection apparatus la would receive an unchanged data stream, ie Xla is set to 100%. In contrast, the second projection apparatus 1b receives a weakened data stream, ie Xlb is set to less than 100%. Through a suitable choice of Xlb it can be achieved in this way that the image brightness H of the first projection apparatus la for white is equal to the image brightness H of the second projection apparatus lb for white, ie H (la, white) = H (lb, white). This is illustrated in Figure 6.
In Fig. 6 ist aber auch zu erkennen, daß die Helligkeit des Zustandes "schwarz" von dieser Art der Bilddatenkorrektur unbeeinflußt bleibt, da der Datenstrom für schwarz (0, 0, 0) nicht durch einen Multiplikator weiter abgeschwächt werden kann. Dies hat zur Folge, daß auch derart abgeglichene projizierte Bilder bzw. Projektionsapparate la und lb sich um so mehr unterscheidende Bilder erzeugen, je dunkler der Bildinhalt ist. Die einzige Möglich- keit, hierbei eine Verbesserung zu erzielen, besteht darin, dem Bilddatenstrom an Projektor la eine additive Konstante (k,k,k) hinzuzufügen. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel müßte also die Bildhelligkeit H des ersten Projektionsapparates la für den Zustand "schwarz", d.h. H (la, schwarz) erhöht werden und gleichzeitig die Multiplikationskonstante Xla neu justiert werden. Dies ist jedoch nicht nur mit einem erheblichen Mehraufwand zur Erzielung einer Helligkeitskorrektur verbunden, sondern verringert auch den effektiven Kontrast der Bildwand 16 und nutzt die spezifischen Kontrasteigenschaften eines Bildgebers 11 nicht voll aus.6, however, it can also be seen that the brightness of the "black" state remains unaffected by this type of image data correction, since the data stream for black (0, 0, 0) cannot be further attenuated by a multiplier. The result of this is that projected images or projection apparatuses la and lb which are matched in this way also produce more distinctive images the darker the image content. The only way to achieve an improvement here is to add an additive constant (k, k, k) to the image data stream on projector la. In the example described above, the image brightness H of the first projection apparatus la would therefore have to be "black", i.e. H (la, black) are increased and at the same time the multiplication constant Xla is readjusted. However, this is not only associated with considerable additional effort to achieve a brightness correction, but also reduces the effective contrast of the screen 16 and does not fully utilize the specific contrast properties of an imaging device 11.
Die oben erläuterten Nachteile der Einstellung und Korrektur der Helligkeit von Projektionsapparaten nach dem Stand der Technik werden durch die erfindungsgemäße
Anordnung eines Intensitätsabschwächers in unmittelbarer Nähe der Fokalebene der Kondensoroptik der Beleuchtungs- einheit behoben. In den Figuren 7 bis 11 ist die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert.The above-described disadvantages of setting and correcting the brightness of projection apparatuses according to the prior art are overcome by the invention Removed the arrangement of an intensity attenuator in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics of the lighting unit. The mode of operation of the invention is explained in more detail in FIGS. 7 to 11.
In Figur 7 ist eine Beleuchtungseinheit 2 mit Lampe 3 und Kondensoroptik 4 dargestellt. Ferner ist die Einhüllende 19 in der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 und der Lichtmischstab 8 dargestellt. Es sind sechs Testpunkte TPl, TP2, TP3, TP4, TP5 und TP6 eingezeichnet, von denen die Testpunkte TPl, TP2 und TP3 in einer Ebene liegen, die von der Fokalebene 20 entfernt ist, und die Testpunkte TP4, TP5 und TP6 in der Fokalebene liegen. In den Figuren 8 und 9 ist die Verteilung P des Lichtes als Funktion des Winkels θ an den sechs Testpunkten dargestellt, wobei θ den Betrag des Winkels zwischen der optischen Achse 21 und der Richtung der einzelnen Lichtstrahlen bezeichnet .FIG. 7 shows an illumination unit 2 with a lamp 3 and condenser optics 4. The envelope 19 in the focal plane 20 of the condenser optics 4 and the light mixing rod 8 are also shown. Six test points TP1, TP2, TP3, TP4, TP5 and TP6 are shown, of which the test points TP1, TP2 and TP3 lie in a plane that is distant from the focal plane 20, and the test points TP4, TP5 and TP6 in the focal plane lie. FIGS. 8 and 9 show the distribution P of the light as a function of the angle θ at the six test points, where θ denotes the amount of the angle between the optical axis 21 and the direction of the individual light beams.
In Figur 8 sind die Winkelverteilungen für die Testpunkte TPl, TP2 und TP3 außerhalb der Fokalebene 20 dargestellt. Man erkennt, daß sich die. inkelverteilung P in Abhängigkeit von dem Ort des betrachteten Testpunktes, d.h. in Abhängigkeit von dem Abstand von der optischen Achse 21 ändert. Wenn im Bereich der Testpunkte TPl, TP2 und TP3 eine Blende verwendet wird, kommt es bei einer Veränderung der Blendenöffnung zu einer Änderung der integralen, resultierenden Winkelverteilung, da die von der optischen Achse entfernten Bereiche mehr oder weniger stark beitra- gen. Diese Änderung der integralen Winkelverteilung ist in Figur 10 dargestellt. Für Blenden 13, 14 oder 15 (siehe Figur 1) ergibt sich ein vergleichbarer Effekt. Die Veränderung der Winkelverteilung führt, wie oben erläutert, zu einer Veränderung der Farbe.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, daß sich diese Nachteile vermeiden lassen, wenn statt dessen die Blende im Bereich der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 angeordnet wird. In Figur 9 ist eine Winkelverteilung an den Testpunkten TP4, TP5 und TP6 dargestellt. Man erkennt, daß die Verteilungen, ausgenommen hinsichtlich einer absoluten Skalierung, identisch oder nahezu identisch sind. Deshalb ändert sich, wie in Figur 11 dargestellt ist, die integrale Winkelverteilung nicht oder nur unwe- sentlich, wenn in der Fokalebene 20 eine Blende verwendet wird. Diese erfindungsgemäße Erkenntnis schafft die Voraussetzung dafür, daß sich beim Abblenden der Kontrast, die Farbe und die Ausleuchtungshomogenität nicht oder nicht wesentlich ändert.8 shows the angular distributions for the test points TP1, TP2 and TP3 outside the focal plane 20. One recognizes that the. Angle distribution P changes depending on the location of the test point under consideration, ie depending on the distance from the optical axis 21. If a diaphragm is used in the area of the test points TP1, TP2 and TP3, a change in the diaphragm opening leads to a change in the integral, resulting angular distribution, since the areas distant from the optical axis contribute more or less strongly. This change in integral angular distribution is shown in FIG. A comparable effect results for diaphragms 13, 14 or 15 (see FIG. 1). As explained above, the change in the angular distribution leads to a change in the color. Within the scope of the invention it was recognized that these disadvantages can be avoided if the diaphragm is instead arranged in the area of the focal plane 20 of the condenser optics 4. FIG. 9 shows an angular distribution at the test points TP4, TP5 and TP6. It can be seen that the distributions are identical or almost identical, except in terms of absolute scaling. Therefore, as shown in FIG. 11, the integral angular distribution does not change or changes only insignificantly if an aperture is used in the focal plane 20. This knowledge according to the invention creates the precondition for the fact that the contrast, the color and the illumination homogeneity do not change or do not change significantly when the aperture is dimmed.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung eines variablen Intensitätsabschwächers zum Regeln des Lichtstromes in unmittelbarer Nähe der Fokalebene 20 kann somit ohne Nachteile jeder beliebig ausgestaltete Intensitätsab- schwächer eingesetzt werden, der die Lichtmenge reduziert, unabhängig davon, ob die Nutzlichtmenge beispielsweise durch eine beliebig geformte Blende beschnitten oder beliebige, homogen oder inhomogen über den Querschnitt des Strahlengangs verteilt angeordnete, lichtbe- schneidende oder lichtabschwächende Elemente reduziert wird.In the arrangement according to the invention of a variable intensity attenuator for regulating the luminous flux in the immediate vicinity of the focal plane 20, any intensity attenuator of any design can be used without disadvantages, which reduces the amount of light, regardless of whether the amount of useful light is cut, for example, by an arbitrarily shaped aperture or any elements that are arranged homogeneously or inhomogeneously over the cross section of the beam path are reduced, light-cutting or light-attenuating elements.
Anhand der zu Figur 7 angestellten Betrachtungen ist zu erkennen, daß die erfindungsgemäßen Vorteile nicht nur durch eine Intensitätsänderung mittels einer den Strahlengang beschneidenden Intensität-sblende mit einer Blendenöffnung erzielt werden können, sondern auch durch einen Intensitätsabschwächer, der einen oder mehrere, über den Querschnitt des Strahlengangs verteilt angeord- nete lichtreduzierende Elemente aufweist, die das Licht
abschwächen, absorbieren oder reflektieren. • Mit einem derartigen Intensitätsabschwächer, der beispielsweise als strukturiert beschichtete transparente Scheibe, insbesondere als Glasscheibe ausgebildet sein kann, werden beim Reduzieren der Intensität nicht nur, wie dies bei einer Blende erfolgt, die entfernt von der optischen Achse 21 liegenden Strahlen abgeschwächt, sondern auch weiter innerhalb der Einhüllenden 19 liegende Lichtstrahlen.On the basis of the considerations made in relation to FIG. 7, it can be seen that the advantages according to the invention can be achieved not only by changing the intensity by means of an intensity diaphragm which cuts the beam path and having an aperture, but also by an intensity attenuator which is one or more across the cross-section of the Beam path arranged arranged light-reducing elements that the light weaken, absorb or reflect. With such an intensity attenuator, which can be designed, for example, as a structured coated transparent pane, in particular as a glass pane, not only are attenuated when the intensity is reduced, as is the case with a diaphragm, the beams lying away from the optical axis 21, but also further 19 light rays lying within the envelope.
Die Figuren 12 und 13 veranschaulichen eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Intensitätsabschwächers in Form einer Intensitätsblende, die als Blendenscheibe 22 mit einem sich kontinuierlich verjüngenden Schlitz als Blendenöffnung 23 ausgebildet ist, wobei der Schlitz sich in Drehrichtung der Scheibe erstreckt, so daß durch Drehen der Blendenscheibe 22 die im Strahlengang wirksame effektive Blendenöffnung 23 verändert wird.FIGS. 12 and 13 illustrate a preferred embodiment of an intensity attenuator according to the invention in the form of an intensity diaphragm, which is designed as a diaphragm disk 22 with a continuously tapering slit as a diaphragm opening 23, the slit extending in the direction of rotation of the disk, so that by rotating the diaphragm disk 22 the effective aperture 23 effective in the beam path is changed.
In Figur 12 ist neben der Blendenscheibe 22 mit dem Blen- denantrieb 24 auch das Farbrad 6 mit dem Farbradantrieb 25 dargestellt. Wie oben erläutert, könnte das Farbrad 6 auch auf der Lichtaustrittseite des Lichtmischstabes 8 angeordnet sein.In addition to the diaphragm disk 22 with the diaphragm drive 24, the color wheel 6 with the color wheel drive 25 is shown in FIG. As explained above, the color wheel 6 could also be arranged on the light exit side of the light mixing rod 8.
Da zum Erreichen einer möglichst hohen Einkopplungseffi- zienz des von der Beleuchtungseinheit 2 erzeugten Lichtes in den Lichtmischstab 8 die Fokalebene 20 in der Licht- eintrittstlache 26 des Lichtmischstabes 8 liegen sollte, kommt es zu einem mechanischen Konflikt: Die Lichtein- trittsflache 26 des Lichtmischstabes 8, das Farbrad 6 und der Intensitätsabschwächer, d.h. in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Blendenscheibe 22 sollten möglichst am gleichen Ort positioniert werden. In der Praxis ist daher eine Kompromißlösung zu finden. Die erfindungs- gemäßen Vorteile werden bei gängigen Größen von Projek-
tionsapparaten 1, Beleuchtungseinheiten 2, Lampen 3 und Lichtmischstäben 8 erzielt, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt werden:Since the focal plane 20 should lie in the light entry surface 26 of the light mixing rod 8 in order to achieve the highest possible coupling efficiency of the light generated by the lighting unit 2 into the light mixing rod 8, there is a mechanical conflict: the light entry surface 26 of the light mixing rod 8 , the color wheel 6 and the intensity attenuator, that is, in the exemplary embodiment shown, the diaphragm disk 22 should be positioned at the same location if possible. A compromise solution can therefore be found in practice. The advantages according to the invention are achieved with common sizes of project tion apparatus 1, lighting units 2, lamps 3 and light mixing rods 8 achieved if one or more of the following conditions are met:
Der Abstand A zwischen dem Intensitätsabschwächer (Blendenscheibe 22) und der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 der Beleuchtungseinheit 2 beträgt weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm.The distance A between the intensity attenuator (aperture disk 22) and the focal plane 20 of the condenser optics 4 of the illumination unit 2 is less than 12 mm, preferably less than 6 mm.
Die Lichteintrittstlache 26 der räumlichen Licht- mischeinrichtung (Lichtmischstab 8) ist in der Fokal- ebene 20 oder in unmittelbarer Nähe der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 der Beleuchtungseinheit 2 angeordnet, d.h. der Abstand B beträgt weniger als 10 mm.The light entry surface 26 of the spatial light mixing device (light mixing rod 8) is arranged in the focal plane 20 or in the immediate vicinity of the focal plane 20 of the condenser optics 4 of the lighting unit 2, i.e. the distance B is less than 10 mm.
Der Abstand C zwischen' dem Intensitätsabschwächer (Blendenscheibe 22) und der Lichteintrittsfläche des dynamischen Farbfilters (Farbrad 6) beträgt weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm.The distance C between the intensity attenuator (aperture plate 22) and the light entry surface of the dynamic color filter (color wheel 6) is less than 12 mm, preferably less than 6 mm.
Die Lichteintrittsfläche 26 der räumlichen Lichtmischeinrichtung (Lichtmischstab 8) sollte möglichst genau in der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 der Beleuchtungseinheit 2 bzw. der Fokalebene des fokussierenden Lampenreflektors angeordnet sein, möglichst in einem Abstand von weniger als 6 mm.The light entry surface 26 of the spatial light mixing device (light mixing rod 8) should be arranged as precisely as possible in the focal plane 20 of the condenser optics 4 of the lighting unit 2 or the focal plane of the focusing lamp reflector, if possible at a distance of less than 6 mm.
Das Problem der räumlich dichten Anordnung von Lichtein- trittsflache 26 des Lichtmischstabes 8, des Farbrades 6 und einer variablen Blende wird durch eine Blendenscheibe 22 gemäß Figur 13 mit einer Blendenöffnung 23 in Form eines Blendenschlitzes mit variabler Breite gelöst. Die kreisförmige Blendenscheibe 22 wird möglichst nahe zum Farbrad 6 und auf derselben Achse positioniert . Durch die Kreisform mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser des Farbrades 6 entspricht, werden akustische Störgeräusche, die infolge der hohen Drehzahl des Farbrades 6 (ca. 10.000 U/min) entstehen könnten, unterdrückt. Die effek-
tive Blendenöffnung läßt sich durch eine Drehbewegung der kreisförmigen Blendenscheibe 22 einstellen und somit der Lichtfluß am Ausgang des Lichtmischstabes 8 regeln.The problem of the spatially sealed arrangement of the light entry surface 26 of the light mixing rod 8, the color wheel 6 and a variable diaphragm is solved by an aperture plate 22 according to FIG. 13 with an aperture opening 23 in the form of an aperture slit with a variable width. The circular aperture disk 22 is positioned as close as possible to the color wheel 6 and on the same axis. The circular shape with a diameter that corresponds to the diameter of the color wheel 6 suppresses acoustic disturbing noises that could arise as a result of the high speed of the color wheel 6 (approx. 10,000 rpm). The effective tive aperture can be adjusted by rotating the circular aperture disc 22 and thus regulate the light flow at the output of the light mixing rod 8.
Die Figur 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Projektionsapparates 1 mit einer Regeleinrichtung zum Einstellen der Blendenöffnung in der Blendenscheibe 22. Er umfaßt einen projektorinternen Beleuchtungssensor 27 zum Messen der Helligkeit des von der Beleuchtungseinheit 2 zur Beleuchtung des Bildgebers 11 erzeugen Lichtstromes und eine Regeleinrichtung, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung der variabel einstellbaren Blendenscheibe 22 in Abhängigkeit von dem Signal des Beleuchtungssensors 27 geregelt wird. Der Sen- sor 27 weist die aus dem Lichtmischstab 8 austretendeFIG. 14 shows an exemplary embodiment of a projection apparatus 1 with a control device for adjusting the aperture in the aperture disk 22. It comprises an internal illumination sensor 27 for measuring the brightness of the luminous flux generated by the illumination unit 2 for illuminating the image generator 11 and a control device by means of which the Brightness of the projected image is controlled by controlling the variably adjustable diaphragm disk 22 as a function of the signal from the illumination sensor 27. The sensor 27 has the one emerging from the light mixing rod 8
Lichtmenge nach. Das Signal des Sensors 27 ist somit proportional zu der Lichtmenge, die auf dem Bildschirm meßbar wäre, wenn ein ausschließlich weißes Bild projiziert würde. Das Signal des Sensors 27 ist somit ein Maß für die Grundhelligkeit des Projektionsapparates 1.Amount of light after. The signal from the sensor 27 is thus proportional to the amount of light that would be measurable on the screen if an exclusively white image were projected. The signal from the sensor 27 is thus a measure of the basic brightness of the projection apparatus 1.
Dieses Signal wird in der Regeleinrichtung, die eine Datenauswertung 28 und eine Motoransteuerung 29 umfaßt, mit eventuell vorgegebenen Sollwerten in ein Stellsignal für den Blendenantrieb 24 umgerechnet, der mittels des Stellmotors 30 die Blendenscheibe 22 in die gewünschte Stellung dreht. Durch die- Drehbewegung ändert sich die effektive Blendenbreite, so daß die Lichtmenge geregelt wird.This signal is converted in the control device, which includes a data evaluation 28 and a motor control 29, with any predetermined target values into an actuating signal for the diaphragm drive 24, which rotates the diaphragm disk 22 into the desired position by means of the servomotor 30. As a result of the rotary movement, the effective aperture width changes, so that the amount of light is regulated.
Der Sollwert für die Helligkeit des Projektionsapparates kann im Falle einer Bildwand auch durch Vergleich mit den Nachbarmodulen ermittelt werden. So kann beispielsweise bei voll geöffneter Blende die maximal erreichbare Hel- ligkeit aller Module ermittelt werden. Als Sollwert wird
dann das niedrigste Sensorsignal aller vermessenen Module verwendet .In the case of a screen, the setpoint value for the brightness of the projection apparatus can also be determined by comparison with the neighboring modules. For example, the maximum achievable brightness of all modules can be determined with the cover fully open. As a setpoint then the lowest sensor signal of all measured modules is used.
Der Sensor muß nicht unbedingt ein interner Sensor sein. Es ist ebenso möglich, die Grundbildhelligkeit auf die Umgebungshelligkeit, die durch einen äußeren Sensor gemessen wird, anzupassen. Ebenso könnte die Blendeneinstellung entsprechend dem momentanen Bilddatenstrom gewählt werden. Auf diese Weise würde sich eine Steige- rung des Kontrastes zwischen hellen und dunklen Bildinhalten realisieren lassen.The sensor does not necessarily have to be an internal sensor. It is also possible to adapt the basic image brightness to the ambient brightness, which is measured by an external sensor. The aperture setting could also be selected in accordance with the current image data stream. This would increase the contrast between light and dark image content.
Dementsprechend können weitere vorteilhafte Ausbildungen wie folgt sein: - Der Projektionsapparat 1 umfaßt einen Umgebungssensor zum Messen der Helligkeit des Umgebungslichtes und eine Regeleinrichtung, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Signal des Umgebungssensors geregelt wird.Accordingly, further advantageous configurations can be as follows: - The projection apparatus 1 comprises an ambient sensor for measuring the brightness of the ambient light and a regulating device, by means of which the brightness of the projected image is regulated by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the signal from the ambient sensor.
Der Projektionsapparat umfaßt einen Bildsensor zum Ermitteln des Helligkeitswertes des Bildinhaltes des projizierten Bildes oder eine entsprechende Analyseeinrichtung des Datenstromes sowie eine Regeleinrich- tung, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Bildinhalt geregelt wird.The projection apparatus comprises an image sensor for determining the brightness value of the image content of the projected image or a corresponding analysis device of the data stream and a control device by means of which the brightness of the projected image is regulated by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the image content.
Der Projektionsapparat umfaßt eine Regeleinrichtung, mittels der die Helligkeit in Abhängigkeit von derThe projection apparatus comprises a control device by means of which the brightness as a function of the
Helligkeit es benachbarten Projektionsapparates geregelt wird.Brightness of the neighboring projection apparatus is regulated.
Die Erfindung weist u.a. folgende Vorteile auf:
Die Bildhelligkeit kann in einem großen Bereich von mehr als 50 % geregelt werden.The advantages of the invention include the following: The image brightness can be regulated in a wide range of more than 50%.
Der Gesamtkontrast ändert sich dabei nicht. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für den Abgleich mehrerer Projektionsapparate einer Bildwand.The overall contrast does not change. This is an important prerequisite for the adjustment of several projection devices on one screen.
Die Homogenität der Ausleuchtung ändert sich dabei nicht. Eventuelle elektronische Korrekturen können unverändert für alle Blendenstellungen übernommen werden. - Die Farbe ändert sich dabei nicht, da die Primärfarben bei einer zeitsequentiellen Farbmischung nicht verfälscht werden.The homogeneity of the illumination does not change. Any electronic corrections can be applied unchanged for all aperture positions. - The color does not change because the primary colors are not distorted when the color is mixed sequentially.
Die Betriebsbedingungen der Lampe müssen nicht angepaßt werden. - In Bildwänden kann die. Helligkeit benachbarter Module aufeinander angeglichen werden.The operating conditions of the lamp do not have to be adjusted. - In picture walls, the. Brightness of neighboring modules can be adjusted to each other.
Die Helligkeit eines Projektionsapparates kann auf die Umgebungshelligkeit angepaßt werden, was insbesondere in Kontrollräumen aus ergonomischen Gründen vorteil- haft ist.The brightness of a projection apparatus can be adapted to the ambient brightness, which is particularly advantageous in control rooms for ergonomic reasons.
Der vom Bildinhalt abhängige Kontrast kann durch Regelung auf den momentanen Bildinhalt gesteigert werden. Dunkle Szenen lassen sich so weiter abdunkeln, helle Szenen verbleiben bei voller Helligkeit. - Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mittels einer Regeleinrichtung das projizierte Bild im laufenden Betrieb des Projektionsapparates regelbar ist, d.h. unabhängig vom Bildinhalt, ohne Unterbrechung oder Störung des laufenden Betriebes, ohne daß eine Testbild projiziert werden muß und wobei eine Messung des Lichtes nur auf der Beleuchtungsseite des Bildgebers erforderlich ist.
BezugszeichenlisteThe contrast dependent on the image content can be increased by regulating the current image content. Dark scenes can be darkened further, bright scenes remain at full brightness. - A particular advantage of the invention is that by means of a control device, the projected image can be regulated while the projection apparatus is in operation, that is to say independently of the image content, without interruption or interference with ongoing operation, without a test image having to be projected and a measurement of the light is only required on the lighting side of the imaging device. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Projektionsapparat la erster Projektionsapparat lb zweiter Pro ektionsapparat1 projection apparatus la first projection apparatus lb second projection apparatus
2 Beleuchtungseinheit 3 Lampe2 lighting unit 3 lamp
4 Kondensoroptik4 condenser optics
5 Dynamisches Farbfilter5 Dynamic color filter
6 Farbrad6 color wheel
7 räumliche Lichtmischeinrichtung 8 Lichtmischstab7 spatial light mixing device 8 light mixing rod
9 Abbildungsoptik 109 imaging optics 10
11 Bildgeber11 imagers
12 Projektionsobjektiv 13 Blende in 1212 projection lens 13 aperture in 12
14 Blende in 914 aperture in 9
15 Blende in 415 aperture in 4
16 Bildwand16 projection screen
17a Projektionsschirm zu la 17b Projektionsschir zu lb17a projection screen to la 17b projection screen to lb
18 Datenquelle18 Data source
19 Einhüllende 20 Fokalebene19 envelope 20 focal plane
21 optische Achse 22 Blendenscheibe21 optical axis 22 aperture disc
23 Blendenöffnung23 aperture
24 Blendenantrieb24 aperture drive
25 Farbradantrieb25 color wheel drive
26 Lichteintrittsfläche zu 8 27 Beleuchtungssensor
28 Datenauswertung26 light entry surface to 8 27 lighting sensor 28 Data evaluation
29 Motoransteuerung 30 Stellmotor29 Motor control 30 servomotor
A Abstand 20/22 B Abstand 20/26A distance 20/22 B distance 20/26
C Abstand 22/6C distance 22/6
H BildhelligkeitH image brightness
P VerteilungP distribution
T Transmission TPl erster TestpunktT Transmission TPl first test point
TP2 zweiter TestpunktTP2 second test point
TP3 dritter TestpunktTP3 third test point
TP4 vierter TestpunktTP4 fourth test point
TP5 fünfter Testpunkt TP6 sechster TestpunktTP5 fifth test point TP6 sixth test point
Xla Multiplikatorstufe zu laXla multiplier level to la
Xlb Multiplikatorstufe zu lb λ Wellenlänge θ Winkel
Xlb multiplier level to lb λ wavelength θ angle
Claims
1. Projektionsapparat (1) zum Projizieren eines Bildes auf einen Projektionsschirm, umfassend einen Bildgeber (11) zum Darstellen des Bildes in einem verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit (2) mit einer Kondensoroptik (4) und/oder einem fokussierenden Lampenreflektor zum Beleuchten des Bildgebers (11) , eine ein Projektionsobjektiv (12) umfassende Projek- tionseinrichtung zum vergrößerten Abbilden des von dem Bildgeber (11) dargestellten Bildes auf den Pro- jektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung (7) . zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsvertei- lung und einen variablen Intensitätsabschwächer zum Regeln des Lichtstromes, der im Strahlengang zwischen der Lampe (3) der Beleuchtungseinheit (2) und dem Bildgeber (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer in unmittelbarer Nähe der Fokalebene (20) der Kondensoroptik (4) der Beleuchtungseinheit (2) bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist.1. Projection apparatus (1) for projecting an image onto a projection screen, comprising an image generator (11) for displaying the image on a reduced scale, an illumination unit (2) with condenser optics (4) and / or a focusing lamp reflector for illuminating the image generator (11), a projection device comprising a projection lens (12) for magnifying imaging of the image represented by the image generator (11) on the projection screen, a spatial light mixing device (7). to compensate for local differences in the brightness distribution and a variable intensity attenuator for regulating the luminous flux which is arranged in the beam path between the lamp (3) of the lighting unit (2) and the imager (11), characterized in that the intensity attenuator is in the immediate vicinity the focal plane (20) of the condenser optics (4) of the lighting unit (2) or the focal plane of a focusing lamp reflector.
Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensi- tätsabschwächer weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm von der Fokalebene (20) der Kondensoroptik (4) der Beleuchtungseinheit (2) bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors entfernt ist .Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity attenuator is less than 12 mm, preferably less than 6 mm from the focal plane (20) of the condenser optics (4) of the lighting unit (2) or the focal plane of a focusing lamp reflector.
3. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (26) der. räumlichen Lichtmischeinrichtung (7) in der oder in unmittelbarer Nähe der Fokal- ebene (20) der Kondensoroptik (4) der Beleuchtungs- einheit (2) bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist.3. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the light entry surface (26). spatial light mixing device (7) is arranged in or in the immediate vicinity of the focal plane (20) of the condenser optics (4) of the lighting unit (2) or the focal plane of a focusing lamp reflector.
4. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Lichtmischeinrichtung (7) eine sich in Ausbreitungsrichtung des Lichtes erstreckende Vorrichtung, insbesondere ein Lichtmischstab (8) ist.4. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spatial light mixing device (7) is a device which extends in the direction of propagation of the light, in particular a light mixing rod (8).
5. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer als den Strahlengang beschneidende Intensitätsblende ausgebildet ist .5. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity attenuator is designed as an intensity diaphragm which cuts the beam path.
6. Projektionsapparat (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Int;ensitätsblende als kontinuierlich einstellbare Apertur-, Pupillen- oder Irisblende ausgebildet ist .6. Projection apparatus (1) according to claim 5, characterized in that the intensity diaphragm is designed as a continuously adjustable aperture, pupil or iris diaphragm.
7. Projektionsapparat (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitätsblende einen Blendenkörper aufweist, in dem mehrere unterschiedlich große Blendenöffnungen nebeneinander ausgebildet sind. 7. Projection apparatus (1) according to claim 5, characterized in that the intensity diaphragm has a diaphragm body in which several diaphragm openings of different sizes are formed side by side.
8. Projektionsapparat (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnung (23) der Intensitätsblende als ein sich kontinuierlich oder abgestuft verjüngender Schlitz oder Spalt in einem Blendenkörper ausgebildet ist .8. Projection apparatus (1) according to claim 5, characterized in that the diaphragm opening (23) of the intensity diaphragm is designed as a continuously or stepped tapering slot or gap in a diaphragm body.
9. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer einen oder mehrere, über den Quer- schnitt des Strahlengangs verteilt angeordnete lichtreduzierende Elemente aufweist, die das Licht abschwächen, absorbieren oder reflektieren.9. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity attenuator has one or more light-reducing elements which are arranged over the cross section of the beam path and which attenuate, absorb or reflect the light.
10. Projektionsapparat (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer als strukturiert beschichtete transparente Scheibe, insbesondere als Glasscheibe ausgebildet ist.10. Projection apparatus (1) according to the preceding claim, characterized in that the intensity attenuator is designed as a structured coated transparent pane, in particular as a glass pane.
11. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Blendenantrieb (24) zum Einstellen des Intensitätsabschwächers aufweist.11. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it has an aperture drive (24) for adjusting the intensity attenuator.
12. Projektionsapparat (1) nac}ι dem vorhergehenden12. Projection apparatus (1) after the previous one
Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Blendenantrieb (24) zum Drehen oder Verschieben des Intensitätsabschwächers ausgebildet ist.Claim, characterized in that the diaphragm drive (24) is designed to rotate or shift the intensity attenuator.
13. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer als drehbare Scheibe (22) , insbesondere als Kreisscheibe ausgebildet ist. 13. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity attenuator is designed as a rotatable disc (22), in particular as a circular disc.
14. Projektionsapparat (1) nach den Ansprüchen 8 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnung (23) sich in Drehrichtung der Scheibe (22) erstreckend ausgebildet ist.14. Projection apparatus (1) according to claims 8 and 13, characterized in that the diaphragm opening (23) extends in the direction of rotation of the disc (22).
15. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Beleuchtungssensor (27) zum Messen der Helligkeit des von der Beleuchtungseinheit (2) zur Beleuchtung des Bildgebers (11) erzeugten Lichtstromes und eine Regeleinrichtung umfaßt, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Signal des Beleuchtungssensors (27) geregelt wird.15. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an illumination sensor (27) for measuring the brightness of the luminous flux generated by the illumination unit (2) for illuminating the image generator (11) and a control device by means of which the Brightness of the projected image is controlled by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the signal from the lighting sensor (27).
16. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Umgebungssensor zum Messen der Helligkeit des Umgebungs- lichtes und eine Regeleinrichtung umfaßt, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Signal des Umgebungssensors geregelt wird.16. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an ambient sensor for measuring the brightness of the ambient light and a control device by means of which the brightness of the projected image by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the signal of the environmental sensor is regulated.
17. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Bildsensor zum Ermitteln des Helligkeitswertes des Bildinhaltes des projizierten Bildes oder eine entspre- chende Analyseeinrichtung des Datenstromes sowie eine Regeleinrichtung umfaßt, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Bildinhalt geregelt wird. 17. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an image sensor for determining the brightness value of the image content of the projected image or a corresponding analysis device of the data stream and a control device by means of which the brightness of the projected image is controlled of the variably adjustable intensity attenuator is regulated as a function of the image content.
18. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Regeleinrichtung umfaßt, mittels der die Helligkeit in Abhängigkeit von der Helligkeit eines benachbarten Pro- jektionsapparates geregelt wird.18. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a regulating device by means of which the brightness is regulated as a function of the brightness of an adjacent projection apparatus.
19. Projektionsapparat (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Regeleinrichtung das projizierte Bild im laufenden Betrieb des Projektionsapparates regelbar ist.19. Projection apparatus (1) according to one of claims 15 to 18, characterized in that the projected image can be regulated by means of the control device while the projection apparatus is in operation.
20. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber20. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the image generator
(11) pixelweise steuerbar ist und der Projektionsap- parat ein dynamisches Farbfilter (5) zur zeitsequentiellen Mischung, primärer Farben umfaßt.(11) can be controlled pixel by pixel and the projection apparatus comprises a dynamic color filter (5) for time-sequential mixing of primary colors.
21. Projektionsapparat (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (11) ein Digital-Micromirror-Device (DMD) ist.21. Projection apparatus (1) according to the preceding claim, characterized in that the image generator (11) is a digital micromirror device (DMD).
22. Projektionsapparat (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Farbfilter (5) ein sich drehendes Farbrad (6) ist.22. Projection apparatus (1) according to claim 20, characterized in that the dynamic color filter (5) is a rotating color wheel (6).
23. Projektionsapparat (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (C) zwischen dem . Intensitätsabschwächer und der Lichteintrittsfläche des dynamischen Farbfilters (5) weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm beträgt.23. Projection apparatus (1) according to claim 20, characterized in that the distance (C) between the. Intensity attenuator and the light entry surface of the dynamic color filter (5) is less than 12 mm, preferably less than 6 mm.
24. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit (2) eine^ Entladungslampe umfaßt. 24. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the lighting unit (2) comprises a ^ discharge lamp.
25. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Rück- projektionsapparat ist.25. Projection apparatus (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it is a rear projection apparatus.
26. Bildwand (16), enthaltend mehrere Projektionsapparate26. Screen (16) containing several projection apparatus
(I) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.(I) according to one of the preceding claims.
27. Verfahren zum Regeln der Helligkeit des projizierten Bildes eines Projektionsapparates (1) zum Projizieren des Bildes auf einen Projektionsschirm, umfassend einen Bildgeber (11) zum Darstellen des Bildes in einem verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit (2) mit einer Kondensoroptik (4) und/oder einem fokussierenden Lampenreflektor zum Beleuchten des Bildgebers (11) , eine ein Projektionsobjektiv (12) umfassende Projektionseinrichtung zum vergrößerten Abbilden des von dem Bildgeber (11) dargestellten Bildes auf den Projektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung (7) zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung und einen variablen Intensitätsabschwächer zum Regeln des Lichtstromes, der im Strahlengang zwischen der Lampe (3) der Beleuchtungseinheit (2) und dem Bildgeber27. A method for regulating the brightness of the projected image of a projection apparatus (1) for projecting the image onto a projection screen, comprising an image generator (11) for displaying the image on a reduced scale, an illumination unit (2) with condenser optics (4) and / or a focusing lamp reflector for illuminating the image generator (11), a projection device (12) comprising a projection objective (12) for enlarged imaging of the image represented by the image generator (11) on the projection screen, a spatial light mixing device (7) for compensating for local differences in the brightness distribution and a variable intensity attenuator for regulating the luminous flux in the beam path between the lamp (3) of the lighting unit (2) and the imager
(II) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrom mittels eines Intensitätsabschwächers geregelt wird, der in unmittelbarer Nähe der Fokal- ebene (20) der Kondensoroptik (4) der Beleuchtungseinheit (2) bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist. (II) is arranged, characterized in that the luminous flux is regulated by means of an intensity attenuator which is arranged in the immediate vicinity of the focal plane (20) of the condenser optics (4) of the lighting unit (2) or the focal plane of a focusing lamp reflector.
8. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Merkmal eines Projektionsapparates (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 25 umfaßt. 8. The method according to claim 27, characterized in that it comprises a feature of a projection apparatus (1) according to one of claims 2 to 25.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1821534A2 (en) | 2006-02-17 | 2007-08-22 | LG Electronics Inc. | Projection type image display device and brightness control method thereof |
EP1767987A4 (en) * | 2005-06-08 | 2010-11-03 | Panasonic Corp | IMAGE DISPLAY DEVICE |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103713451B (en) | 2012-09-28 | 2016-06-22 | 扬明光学股份有限公司 | Multiple projection system and display system using same |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3481258A (en) * | 1964-06-20 | 1969-12-02 | Citizen Watch Co Ltd | Automatic exposure camera |
JPH0519346A (en) * | 1991-06-18 | 1993-01-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Projection type image display device |
US5597223A (en) * | 1993-12-27 | 1997-01-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Display apparatus |
EP0757278A2 (en) * | 1995-06-07 | 1997-02-05 | Vari-Lite, Inc. | High intensity illuminating projector with reflective liquid crystal modulator |
JP2001100699A (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Canon Inc | Projection display device and its application system |
US20020021569A1 (en) * | 2001-10-05 | 2002-02-21 | Beliveau Richard S. | Multiple light valve lighting device or apparatus with wide color palette and improved contrast ratio |
EP1227687A2 (en) * | 2000-12-30 | 2002-07-31 | Texas Instruments Incorporated | System for reducing color separation artifacts in sequential color displays |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6141114A (en) * | 1984-07-31 | 1986-02-27 | Olympus Optical Co Ltd | Endoscope light source device for solid-state image pickup element |
DE4006189A1 (en) * | 1990-02-28 | 1991-09-12 | Bke Bildtechnisches Konstrukti | Video projection module with front translucent pane - has mirrors for beam deflection in horizontal, vertical, or arbitrary oblique direction |
DE9406273U1 (en) * | 1994-04-15 | 1994-06-09 | Fa. Carl Zeiss, 89520 Heidenheim | Lighting device for optical devices |
DE19510691A1 (en) * | 1995-03-14 | 1996-09-19 | Joachim Maass | Brightness shutter for image projectors |
DE19819245C1 (en) * | 1998-04-29 | 1999-06-10 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Arrangement with imaging objective lens for forming an image of a tilting mirror matrix illuminated by a light beam from a source and controlled to display a video image on a screen |
-
2002
- 2002-12-04 DE DE10256505A patent/DE10256505A1/en not_active Ceased
-
2003
- 2003-12-03 WO PCT/EP2003/013628 patent/WO2004052022A1/en active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3481258A (en) * | 1964-06-20 | 1969-12-02 | Citizen Watch Co Ltd | Automatic exposure camera |
JPH0519346A (en) * | 1991-06-18 | 1993-01-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Projection type image display device |
US5597223A (en) * | 1993-12-27 | 1997-01-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Display apparatus |
EP0757278A2 (en) * | 1995-06-07 | 1997-02-05 | Vari-Lite, Inc. | High intensity illuminating projector with reflective liquid crystal modulator |
JP2001100699A (en) * | 1999-09-29 | 2001-04-13 | Canon Inc | Projection display device and its application system |
US6683657B1 (en) * | 1999-09-29 | 2004-01-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection display device and application system of same |
EP1227687A2 (en) * | 2000-12-30 | 2002-07-31 | Texas Instruments Incorporated | System for reducing color separation artifacts in sequential color displays |
US20020021569A1 (en) * | 2001-10-05 | 2002-02-21 | Beliveau Richard S. | Multiple light valve lighting device or apparatus with wide color palette and improved contrast ratio |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 017, no. 290 (P - 1549) 3 June 1993 (1993-06-03) * |
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 21 3 August 2001 (2001-08-03) * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1767987A4 (en) * | 2005-06-08 | 2010-11-03 | Panasonic Corp | IMAGE DISPLAY DEVICE |
EP1821534A2 (en) | 2006-02-17 | 2007-08-22 | LG Electronics Inc. | Projection type image display device and brightness control method thereof |
EP1821534A3 (en) * | 2006-02-17 | 2011-04-20 | Lg Electronics Inc. | Projection type image display device and brightness control method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10256505A1 (en) | 2004-07-08 |
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