DE102008022949A1 - Projection device, has sensor detecting temperature of light sources, and control unit controlling illuminating unit under consideration of signal from sensor and detected temperature such manner that image parameter of image is adjusted - Google Patents
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Abstract
Translated fromGermanDescription
Translated fromGermanDievorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsvorrichtung und einVerfahren zum Betrieb einer Projektionsvorrichtung. Insbesonderebetrifft die Erfindung eine Projektionsvorrichtung, bei der einFarbbild durch zeitsequentielle Ansteuerung mehrerer Farblichtquellenerzeugt wird.TheThe present invention relates to a projection apparatus and aMethod for operating a projection device. Especiallythe invention relates to a projection device in which aColor image through time-sequential control of several color light sourcesis produced.
Stand der TechnikState of the art
Projektionsvorrichtungenwerden heutzutage vermehrt in verschiedenen Bereichen eingesetzt.Beispiele dafür sind Video- oder Digitalprojektoren (auchBeamer), Rückprojektionsgeräte, wie beispielsweiseein Rückprojektionsfernseher, Systeme zur Dateneinspiegelungoder Projektionsdisplays. Bei diesen Vorrichtungen kommen verschiedeneVerfahren zur Bilderzeugung zum Einsatz. Die Bilderzeugung beruhtdabei oftmals auf der Trägheit des Auges. Um füreinen Betrachter ein farbiges Bild zu erzeugen, werden beispielsweisefarbige Teilbilder in drei Grundfarben auf einen Projektionsschirmgeworfen, wobei die zeitlichen Abstände zwischen den Teilbildernso kurz sind, dass das Auge ihnen nicht folgen kann und die Bilderzu einem farbigen Gesamtbild zusammengesetzt werden. Ein herkömmlichesSystem verwendet beispielsweise eine weiße Lichtquelleund ein sich drehendes Farbrad, wobei das Farbrad mehrere farbigeFilter aufweist, und ein farbiges Teilbild immer dann erzeugt wird,wenn die Lichtquelle den entsprechenden farbigen Filter beleuchtet.Eine Bilderzeugungseinheit, wie beispielsweise ein Bildgeber inForm eines Flüssigkristall (LCD)-Anzeigeelements ist mitdem Farbrad synchronisiert, so dass durch eine entsprechende Ansteuerungdes LCD-Elements die entsprechenden Teilbilder erzeugt werden können.Eine kompaktere Lösung stellen Projektoren bereit, diefür die Erzeugung des farbigen Lichts Leuchtdioden (LEDs)einsetzen. Die Leuchtdioden leuchten zeitsequentiell auf, um dreiPrimärfarben zu erzeugen, wodurch ein Farbrad nicht mehrbenötigt wird. Die Leuchtdioden sind wiederum mit dem Bildgebersynchronisiert. Durch Verwendung solcher farbiger Lichtquellen sinktzum einen der Stromverbrauch des Projektors, andererseits wird nureine wesentlich geringere Kühlung benötigt.projection devicesNowadays, they are increasingly being used in various fields.Examples are video or digital projectors (alsoBeamer), rear projection devices, such asa rear projection television, data-entry systemsor projection displays. In these devices come differentImage-forming method used. Image formation is basedoften on the inertia of the eye. Order forFor example, to create a viewer a color imagecolored partial images in three primary colors on a projection screenthrown, with the time intervals between the subpicturesso brief are that the eye can not follow them and the picturesbe assembled into a colored overall picture. A conventional oneFor example, system uses a white light sourceand a rotating color wheel, where the color wheel is a plurality of colored onesHas filters, and a color sub-image is always generated,when the light source illuminates the corresponding colored filter.An image forming unit, such as an imager in FIGShape of a liquid crystal (LCD) display element is withsynchronized to the color wheel, so that by a corresponding controlof the LCD element, the corresponding partial images can be generated.A more compact solution provides projectors thatfor the production of colored light Light-emitting diodes (LEDs)deploy. The light-emitting diodes light up in a time-sequential manner, by threePrimary colors produce, whereby a Farbrad no moreis needed. The LEDs are in turn with the imagersynchronized. By using such colored light sources decreaseson the one hand the power consumption of the projector, on the other hand onlya much lower cooling needed.
EinProblem bei den oben genannten Projektoren ist die Einstellung desWeißpunktes und der Farbmischung. Beispielsweise könnendie für ein Farbrad verwendeten Filter zwischen verschiedenenGeräten verschiedene spektrale Filtercharakteristiken aufweisen,wodurch unterschiedliche Geräte eine unterschiedliche Farbdarstellungerzeugen. Weiterhin können die Lichtquellen, die in denverschiedenen Projektionsvorrichtungen verwendet werden, unterschiedlicheHelligkeiten erzeugen. Auch gibt es Toleranzen in der spektralenZusammensetzung des Lichtes, das von den Lichtquellen emittiertwird. Es ist jedoch wünschenswert, dass bei Verwendungunterschiedlicher Geräte eine annähernd gleicheFarbdarstellung erreicht wird. Bei herkömmlichen Gerätenmuss der Farbabgleich beispielsweise durch Durchführeneiner Vermessung der Primärfarben und des Weißpunktesund entsprechender Einstellung des Projektors während einerWartung erfolgen. Ein solches Vorgehen ist unbefriedigend, insbesondere,da sich die Farbdarstellung und der Weißpunkt währenddes Betriebs zwischen Serviceintervallen wesentlich ändernkönnen.OneProblem with the above projectors is the setting of theWhite point and the color mixture. For example, you canthe filters used for a color wheel between different onesDevices have different spectral filter characteristics,whereby different devices have a different color representationproduce. Furthermore, the light sources in thedifferent projection devices are used, differentGenerate brightnesses. Also, there are tolerances in the spectralComposition of the light emitted by the light sourcesbecomes. However, it is desirable that when useddifferent devices are approximately the sameColor representation is achieved. With conventional devicesFor example, color matching must be done by performinga measurement of the primary colors and the white pointand appropriate setting of the projector during aMaintenance done. Such a procedure is unsatisfactory, in particular,because the color representation and the white point duringchange significantly between service intervalscan.
ZurUmgehung dieses Problems stellt die
EinVerfahren zur Einstellung des Farbabgleichs auf eine vorgegebeneVideonorm ist für ein Mikrodisplay-Projektionssystem inder
Problemeder oben genannten Projektionsvorrichtungen sind insbesondere Alterungsprozesseder Lichtquellen, die zu einer Änderung der abgegebenenLichtströme führen. Weiterhin kann der Alterungsprozessauch zu einem spektralen Drift einer Lichtquelle führen.Eine Kompensation dieser Effekte ist wünschenswert. Weiterhinsind thermische Effekte von Bedeutung, die insbesondere auch beider Verwendung von Leuchtdioden als Lichtquelle auftreten. So hängtder von einer Leuchtdiode abgegebene Lichtstrom bei gleichem elektrischemStrom wesentlich von der Temperatur der Leuchtdiode ab, was eineVerschiebung des Weißpunkts durch unterschiedliche Temperaturenzufolge haben kann. Insbesondere können diese Effekte auchwährend des Betriebs der Projektionsvorrichtung auftreten.Während des Betriebs kann es insbesondere zu Temperaturschwankungen,beispielsweise in der Aufwärmehase, und damit verbundenenSchwankungen der abgegebenen Lichtströme kommen. Auch kanndie Farbe einer Leuchtdiode während des Betriebs driften.issuesThe above-mentioned projection devices are in particular aging processesof the light sources, which causes a change in the emittedLuminous flux lead. Furthermore, the aging process canalso lead to a spectral drift of a light source.Compensation of these effects is desirable. Fartherare thermal effects of importance, especially inthe use of light emitting diodes as a light source occur. So hangsthe light output from a light emitting diode with the same electricalElectricity significantly from the temperature of the LED, which is aShifting the white point due to different temperaturesmay have. In particular, these effects can alsooccur during operation of the projection device.During operation, it can be particularly temperature fluctuations,for example, in the warm-up phase, and relatedFluctuations of the emitted luminous flux come. Also candrip the color of a light emitting diode during operation.
Somitbesteht der Bedarf, eine Projektionsvorrichtung bereitzustellen,mit der ein verbesserter Farbabgleich durchgeführt werdenkann. Insbesondere besteht der Bedarf nach einer Vorrichtung, mitder der Farbabgleich auch während des Betriebs der Vorrichtungdurchgeführt werden kann.Consequentlythere is a need to provide a projection apparatus,with which an improved color balance can be performedcan. In particular, there is a need for a device withthe color balance also during operation of the devicecan be carried out.
DieseAufgabe wird mit Hilfe der Merkmale der unabhängigen Ansprüchegelöst. In den abhängigen Ansprüchensind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.TheseTask will be with the help of the features of the independent claimssolved. In the dependent claimspreferred embodiments of the invention are described.
Gemäß einemersten Aspekt der Erfindung wird eine Projektionsvorrichtung bereitgestellt,die eine Beleuchtungseinheit mit mindestens einer Lichtquelle sowieeine Bilderzeugungseinheit aufweist, die von der Beleuchtungseinheitzur Erzeugung eines Bilds beleuchtet wird. Ein Sensor der Projektionsvorrichtungdetektiert Licht, das von der Beleuchtungseinheit emittiert wird,und gibt ein Signal aus. Weiterhin ist eine Temperaturerfassungseinheitfür mindestens eine Lichtquelle der Beleuchtungseinheitvorgesehen, die eine Temperatur der Lichtquelle erfasst. Die Projektionsvorrichtungweist eine Steuereinheit auf, die die Beleuchtungseinheit unter Berücksichtigungdes Signals von dem Sensor und der mindestens einen erfassten Temperaturderart ansteuert, dass ein Bildparameter des Bilds eingestellt wird.Die Erfassung der Temperatur der Lichtquelle hat den Vorteil, dassdie Lichtquellentemperatur bei der Ansteuerung der Beleuchtungseinheitzum Einstellen der von den Lichtquellen abgegebenen Lichtströmeberücksichtigt werden kann. Somit ist es möglich,auch bei Lichtquellen, die Lichtströme temperaturabhängigabgeben, Bildparameter, wie beispielsweise den Weißpunktoder die Ziel-Primärfarben, kontrolliert einzustellen.According to oneThe first aspect of the invention provides a projection device.the one lighting unit with at least one light source as wellan image forming unit provided by the lighting unitis illuminated to produce an image. A sensor of the projection devicedetects light emitted by the lighting unit,and outputs a signal. Furthermore, a temperature detection unitfor at least one light source of the lighting unitprovided that detects a temperature of the light source. The projection devicehas a control unit that takes into account the lighting unitthe signal from the sensor and the at least one sensed temperaturesuch that an image parameter of the image is adjusted.The detection of the temperature of the light source has the advantage thatthe light source temperature when controlling the lighting unitfor adjusting the luminous fluxes emitted by the light sourcescan be taken into account. Thus, it is possibleeven with light sources, the luminous fluxes dependent on temperaturegive off image parameters, such as the white pointor the target primary colors to set in a controlled manner.
Gemäß einerAusführungsform der Erfindung umfasst der Bildparametereinen Weißpunkt des Bilds, wobei die Beleuchtungseinheitderart angesteuert wird, dass ein vorbestimmter Weißpunkterzielt wird. Der Weißpunkt des Bilds kann beispielsweisedurch Einstellen der Ziel-Primärfarben erfolgen, wobeidiese wiederum in entsprechenden Zeitscheiben durch Variation dervon den Lichtquellen abgegebenen Lichtströme eingestelltwerden können. Auch kann eine Einstellung des Weißpunktsdurch eine Variation der Länge von Zeitscheiben erfolgen,in welchen die Ziel-Primärfarben erzeugt werden. Vorzugsweiseist die Steuereinheit derart ausgestaltet, dass sie die Ansteuerungderart durchführt, dass die Helligkeit des Weißpunktsmaximiert wird.According to oneEmbodiment of the invention comprises the image parametera white point of the image, the lighting unitis controlled such that a predetermined white pointis achieved. The white point of the image can be, for exampleby adjusting the target primary colors, wherethese in turn in corresponding time slices by variation of theadjusted by the light sources emitted lightcan be. Also, a setting of the white pointby varying the length of time slices,in which the target primary colors are generated. Preferablythe control unit is designed such that it controls the driveperforms such that the brightness of the white pointis maximized.
Gemäß einerAusführungsform der Erfindung ist der Sensor ein Farbsensor,wobei das Signal des Sensors Farbinformationen und Intensitätsinformationenbezüglich des selektierten Lichts umfasst. Somit wird einegenaue Charakterisierung der in der Beleuchtungseinheit vorgesehenenLichtquellen ermöglicht. Als Bilderzeugungseinheit kommtbeispielsweise ein Mikrospiegel-Array (DMD), ein Flüssigkristall-Anzeigeelement (LCD)oder ein Liquid Crystal an Silicon-Anzeigeelement (LCoS) in Frage.Beispielsweise kann in den Strahlengang zwischen der Beleuchtungseinheitund der Bilderzeugungseinheit ein halbdurchlässiger Spiegeleingebracht werden, der möglichst farbneutral beispielsweiseweniger als 5% des Lichts aus dem Strahlengang auskoppelt und aufden Sensor reflektiert. Somit können in jedem Zustand derBilderzeugungseinheit Messungen des von der Beleuchtungseinheitemittierten Lichts durchgeführt werden. Ist die Bilderzeugungseinheitein Mikrospiegel-Array, so wird der Sensor gemäß einerweiteren Ausführungsform derart relativ zu dem Mikrospiegel-Arrayangeordnet, dass er Licht detektiert, das in einem Off-Zustand desMikrospiegel-Arrays von diesem reflektiert wird. Off-Zustand istdabei der Zustand, in welchem der Mikrospiegel-Array ein im Wesentlichen schwarzesBild erzeugt, d. h. in dem der Mikrospiegel-Array im Wesentlichenkein Licht in eine Projektionsoptik der Projektionsvorrichtung reflektiert.Eine Messung kann somit beispielsweise während eines Schwarzpulses (oderBlack-Pulse) erfolgen, welcher beispielsweise zur Synchronisierungaufeinander folgender Bilder verwendet wird. Diese Anordnung hatden Vorteil, dass dem Strahlengang kein Licht entzogen wird, sodass die volle Lichtleistung für die Projektion des Bildeszur Verfügung steht.According to one embodiment of the invention, the sensor is a color sensor, wherein the signal of the sensor comprises color information and intensity information relating to the selected light. Thus, a precise characterization of the light sources provided in the lighting unit is made possible. For example, a micromirror array (DMD), a liquid crystal display element (LCD) or a liquid crystal on silicone display element (LCoS) can be used as image generation unit. For example, in the beam path between the illumination unit and the image forming unit, a semitransparent mirror can be introduced, the color neutral as possible, for example, less than 5% of the light from the beam path decouples and reflects on the sensor. Thus, in each state of the image generation unit, measurements of the light emitted by the illumination unit can be performed. If the imaging unit is a micromirror array, the sensor according to another embodiment becomes so relative to the micro mirror array arranged to detect light that is reflected in an off state of the micromirror array of this. In this case, the off state is the state in which the micromirror array generates a substantially black image, ie, in which the micromirror array substantially does not reflect light into a projection optical system of the projection device. A measurement can thus take place, for example, during a black pulse (or black pulse), which is used, for example, to synchronize successive images. This arrangement has the advantage that no light is extracted from the beam path, so that the full light output is available for the projection of the image.
Gemäß einerAusführungsform der Erfindung umfasst jede Lichtquellemindestens eine Leuchtdiode (LED) oder mindestens eine organischeLeuchtdiode (oLED). Eine Kombination ist ebenfalls denkbar. Leuchtdiodenhaben den Vorteil, dass sie zum einen schnell geschaltet werdenkönnen, und zum anderen nur einen geringen Stromverbrauchhaben. Weiterhin ist die Aufheizung der Leuchtdioden im Betriebwesentlich geringer als die einer herkömmlichen Lampe füreine Projektionsvorrichtung. Bei einer weiteren Ausführungsformumfasst die Beleuchtungseinheit mindestens drei Farblichtquellen,wobei die mindestens drei Farblichtquellen mindestens drei verschiedeneQuell-Primärfarben zur Farbmischung bereitstellen. DieFarblichtquellen können sowohl einzeln zeitsequentiellbetrieben werden, beispielsweise zur Messung des Farbortes der einzelnen Farblichtquellen.Zur zeitsequentiellen Bereitstellung von Ziel-Primärfarbenkönnen sie jedoch auch in einer Zeitscheibe (Zeitfenster)gleichzeitig betrieben werden, um die entsprechende Ziel-Primärfarbezu mi schen. Mit einer solchen Anordnung lassen sich eine Vielzahlvorgegebener Farbräume rekonstruieren.According to oneEmbodiment of the invention comprises each light sourceat least one light emitting diode (LED) or at least one organicLED (oLED). A combination is also conceivable. LEDshave the advantage that they are quickly switched to onecan, and on the other hand only a low power consumptionto have. Furthermore, the heating of the LEDs is in operationmuch lower than that of a conventional lamp fora projection device. In a further embodimentthe lighting unit comprises at least three colored light sources,wherein the at least three colored light sources at least three differentProvide source primaries for color mixing. TheColor light sources can be both single time sequentialoperated, for example, to measure the color location of the individual color light sources.For the time-sequential delivery of target primary colorsHowever, you can also use them in a time slice (time window)be operated simultaneously to the corresponding target primary colorto mix. With such an arrangement can be a varietyReconstruct given color spaces.
Vorzugsweiseist mindestens eine Temperaturerfassungseinheit für jedeLichtquelle vorgesehen. Damit ergibt sich der Vorteil, dass jedeLichtquelle gezielt zum Einstellen eines vorbestimmten Lichtstromsangesteuert werden kann, auch wenn die Lichtquellen unterschiedlicheTemperaturen aufweisen.Preferablyis at least one temperature sensing unit for eachLight source provided. This gives the advantage that eachLight source targeted for setting a predetermined luminous fluxcan be controlled, even if the light sources differentHave temperatures.
Gemäß einemweiteren Aspekt der Erfindung ist die Steuereinheit zum Steuernvon elektrischen Strömen für den Betrieb der Lichtquellenausgestaltet, wobei die Ströme für die Lichtquellenderart gesteuert werden, dass die Lichtquellen für dieEinstellung des Bildparameters und von vorbestimmten Ziel-Primärfarben zeitsequentiellmit auf Grundlage des Signals und der erfassten Temperatur bestimmtenelektrischen Strömen betrieben werden. Gemäß einerAusführungsform ist die Steuereinheit so ausgestaltet,dass sie unter Verwendung der mindestens einen erfassten Temperatureine elektrooptische Transferfunktion für die mindestenseine Lichtquelle berechnet, wobei auf Grundlage der elektrooptischenTransferfunktion ein elektrischer Strom für die Ansteuerungder Lichtquelle berechnet wird. Beispielsweise können anhanddes Signals des Sensors die Lichtströme von den Lichtquellenberechnet werden, die benötigt werden, um die Ziel-Primärfarbenzu mischen. Mit Hilfe der elektrooptischen Transferfunktion kanndann auf Grundlage der erfassten Temperatur der elektrische Stromfür eine Lichtquelle berechnet werden, der benötigtwird, um den entsprechenden Lichtstrom von der Lichtquelle zu erhalten.Mit einer solchen Steuereinheit ist es also möglich, auchbei schwankenden Temperaturen der Lichtquellen einen Farbabgleichbzw. die Einstellung des Weißpunkts vorzunehmen. Wenn beispielsweiseauf Grundlage des Signals festgestellt wird, dass eine oder mehrereLichtquellen eine Farbänderung aufweisen, oder eine Leistungsänderungaufweisen, so kann die Ansteuerung derart erfolgen, dass vorbestimmteZiel-Primärfarben eingestellt werden. Die vorbestimmtenZiel-Primärfarben werden also selbst bei einem Driftender Lichtquellen automatisch von der Steuereinheit korrigiert.According to oneAnother aspect of the invention is the control unit for controllingof electric currents for the operation of the light sourcesdesigned, with the currents for the light sourcesbe controlled so that the light sources for theSetting the image parameter and predetermined target primary colors time sequentiallydetermined on the basis of the signal and the detected temperatureoperated electric currents. According to oneEmbodiment, the control unit is designed sothat they are using the at least one sensed temperaturean electro-optical transfer function for the at leasta light source calculated based on the electro-opticalTransfer function an electric current for the controlthe light source is calculated. For example, based onSignal of a light flux from light sourceswhich are needed to target the primary colorsto mix. With the help of electro-optical transfer function canthen based on the detected temperature of the electric currentbe calculated for a light source that needsis to get the corresponding luminous flux from the light source.With such a control unit, it is possible, toowith fluctuating temperatures of the light sources, a color balanceor the setting of the white point. If, for examplebased on the signal is determined that one or moreLight sources have a color change, or a change in performancehave, so the control can be such that predeterminedTarget primary colors. The predetermined onesTarget Primary Colors thus become even when driftingthe light sources are automatically corrected by the control unit.
Gemäß einerAusführungsform der Erfindung umfasst die Projektionsvorrichtungdes Weiteren einen Speicher, in dem elektrooptische Transferfunktionenfür jede Lichtquelle und für mindestens zwei Temperaturenals Referenz gespeichert sind. Aus diesen Daten kann dann gegebenenfallsfür eine erfasste Temperatur einer Lichtquelle die elektrooptischeTransferfunktion für diese Lichtquelle rekonstruiert werden.According to oneEmbodiment of the invention comprises the projection devicefurthermore, a memory in which electro-optical transfer functionsfor every light source and for at least two temperaturesstored as a reference. From this data can then optionallyfor a detected temperature of a light source, the electro-opticalTransfer function can be reconstructed for this light source.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform erfolgen die Erfassung der Temperaturund die Ansteuerung der Beleuchtungseinheit fortlaufend währenddes Betriebs der Projektionsvorrichtung, vorzugsweise in Echtzeit.Somit kann auch während der Aufwärmehase sichergestelltwerden, dass die Projektionsvorrichtung Farben gemäß vorgegebenerNormen wiedergibt. Auch kann ein Driften einer Lichtquelle oderdie Änderung der abgegebenen Lichtintensität sofortkompensiert werden.According to oneIn another embodiment, the detection of the temperature take placeand the control of the lighting unit continuously duringthe operation of the projection device, preferably in real time.Thus, even during the warm-up phase can be ensuredbe that the projection device colors according to predeterminedStandards. Also, a drift of a light source orthe change of the emitted light intensity immediatelybe compensated.
Gemäß einemweiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einerProjektionsvorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst dasBeleuchten einer Bilderzeugungseinheit mit Licht von einer Beleuchtungseinheit,die mindestens eine Lichtquelle aufweist, zur Erzeugung eines Bilds;das Detektieren von Licht, das von der Beleuchtungseinheit emittiertwird, mit einem Sensor, der ein Signal ausgibt; das Erfassen einerTemperatur von mindestens einer Lichtquelle; und das Ansteuern derBeleuchtungseinheit unter Berücksichtigung des Signalsvon dem Sensor und der mindestens einen erfassten Temperatur derart,dass ein Bildparameter des Bilds eingestellt wird. Der Bildparameterkann einen Weißpunkt des Bilds umfassen, und das Ansteuernder Beleuchtungseinheit kann derart erfolgen, dass ein vorbestimmterWeißpunkt erzielt wird. Weiterhin kann das Ansteuern derarterfolgen, dass die Helligkeit des Weißpunkts maximiertwird.According to a further aspect of the invention, a method for operating a projection device is provided. The method comprises illuminating an imaging unit with light from a lighting unit having at least one light source to produce an image; detecting light emitted from the illumination unit with a sensor that outputs a signal; detecting a temperature of at least one light source; and driving the illumination unit in consideration of the signal from the sensor and the at least one detected temperature such that an image parameter of the image is adjusted. The image parameter may include a white point of the image, and that Driving the lighting unit can be made such that a predetermined white point is achieved. Furthermore, the driving can be carried out in such a way that the brightness of the white point is maximized.
DerBildparameter kann bei einer Ausführungsform füreine zeitsequentielle Farbmischung des Bildes benötigteZiel-Primärfarben umfassen, wobei das Ansteuern derarterfolgt, dass vorgegebene Ziel-Primärfarben durch Mischungvon Licht von den Lichtquellen zeitsequentiell erzeugt werden.Of theImage parameters can be used in one embodimentrequired a time-sequential color mixing of the imageTarget primary colors include, the driving suchtakes place that given target primary colors by mixingof light from the light sources are generated time sequentially.
DurchMischung von Licht von mehreren Lichtquellen werden somit vorbestimmteZiel-Primärfarben zur Bilderzeugung eingestellt. Durchein solches Einstellen kann ein vorbestimmter Farbraum zur Darstellung einesBilds erreicht werden.ByMixture of light from multiple light sources thus become predeterminedTarget primary colors set for imaging. BySuch a setting may be a predetermined color space for representing aImage can be achieved.
Gemäß einerAusführungsform umfasst das Verfahren ein Bestimmen derfür das Einstellen des Bildparameters von den Lichtquellenbenötigten Lichtströme, wobei das Bestimmen aufBasis des Signals von dem Sensor erfolgt. Durch Vorgeben von Ziel-Farbwertanteilenund Bestimmen von Farbwertanteilen der Lichtquellen auf Basis desSensorsignals ist es somit beispielsweise möglich, diebenötigten Lichtströme zur Erzielung der Ziel-Primärfarbenzu errechnen. Der elektrische Strom, mit dem eine Lichtquelle zumErzeugen eines bestimmten Lichtstroms betrieben werden muss, kanndann beispielsweise unter Verwendung einer elektrooptischen Transfer funktionfür die erfasste Temperatur bestimmt werden. Eine Möglichkeitfür die Bestimmung der elektrooptischen Transferfunktionfür eine Lichtquelle ist die Interpolation von Referenz-Transferfunktionenauf Basis der für die Lichtquelle erfassten Temperatur.Somit kann die elektrooptische Transferfunktion für beliebigeTemperaturen bestimmt werden, selbst wenn nur Referenztransferfunktionenfür eine vorgegebene Anzahl von Temperaturen vorliegen.Gemäß einer weiteren Ausführungsformwird dabei für jede Lichtquelle fortlaufend eine elektrooptischeTransferfunktion auf Basis einer fortlaufend erfassten Temperatur berechnet.Beispielsweise wird die Temperatur während des Betriebswiederholt zu bestimmten Zeitpunkten erfasst und die elektrooptischeTransferfunktion berechnet. Somit kann eine Einstellung des Bildparameters auchbei Schwankungen der Lichtquellentemperatur während desBetriebs erfolgen, nahezu in Echtzeit.According to oneEmbodiment, the method comprises determining thefor adjusting the image parameter from the light sourcesrequired luminous flux, wherein the determiningBased on the signal from the sensor. By specifying target color value proportionsand determining chromaticity coordinates of the light sources based on theSensor signal, it is thus possible, for example, therequired luminous fluxes to achieve the target primary colorsto calculate. The electric current with which a light source forGenerating a specific luminous flux must be operatedthen, for example, using an electro-optical transfer functionbe determined for the detected temperature. A possibilityfor the determination of the electro-optical transfer functionfor a light source is the interpolation of reference transfer functionsbased on the temperature detected for the light source.Thus, the electro-optical transfer function for anyTemperatures are determined, even if only reference transfer functionsexist for a given number of temperatures.According to another embodimentis thereby for each light source continuously an electro-opticalTransfer function calculated on the basis of a continuously recorded temperature.For example, the temperature during operationrepeatedly captured at certain times and the electro-opticalTransfer function calculated. Thus, an adjustment of the image parameter can alsowith fluctuations of the light source temperature during theOperating, almost in real time.
Gemäß einemweiteren Aspekt der Erfindung wird eine Primär-Lichtstrommatrixmit Lichtströmen berechnet, die von den Lichtquellen fürdie Erzeugung von Ziel-Primärfarben und zur Einstellungeines Weißpunkts des Bilds benötigt werden. Weiterhinerfolgt das Berechnen einer Strom-Matrix für das Ansteuernder Lichtquellen basierend auf der Primär-Lichtstrommatrixund den bestimmten elektrooptischen Transferfunktionen fürdie Lichtquellen. Die Steuereinheit kann diese Strommatrix beispielsweiseverwenden, um die Ströme zum Betreiben der Lichtquellenentsprechend einzustellen, so dass die Ziel-Primärfarbenund der vorgegebene Weißpunkt erzeugt werden.According to oneAnother aspect of the invention is a primary luminous flux matrixcalculated with luminous flux from the light sources forthe generation of target primary colors and the settinga white point of the image are needed. Fartherthe calculation of a current matrix for the activation takes placethe light sources based on the primary luminous flux matrixand the particular electro-optic transfer functions forthe light sources. The control unit may, for example, this power matrixuse the currents to operate the light sourcesadjust accordingly so that the target primary colorsand the predetermined white point are generated.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Betriebeiner Projektionsvorrichtung das Bestimmen von Quell-Farbwertanteilenfür die Lichtquellen auf Grundlage des Signals, das Vorgeben vonZiel-Farbwertanteilen, das Berechnen einer Transformationsmatrixzwischen den Quell-Farbwertanteilen und den Ziel-Farbwertanteilen,das Bestimmen von Weißpunktlichtströmen auf Basisvon mit dem Sensor erfassten Lichtströmen unter Verwendungvon vorbestimmten Lichtstromverhältnissen füreine Weißpunktmischung, und das Konvertieren der Transformationsmatrixunter Verwendung der bestimmten Weißpunktlichtströmein die Primär-Lichtstrommatrix. Mit diesem Vorgehen istes möglich, die Lichtströme von den Lichtquellenzu bestimmen, die für die Erzeugung der Ziel-Primärfarbenbenötigt werden.According to oneAnother embodiment includes the method of operationa projection device determining source color value proportionsfor the light sources based on the signal, pretendingTarget color value shares, calculating a transformation matrixbetween the source color value components and the target color value components,determining white point luminous fluxes based onsensor detected light fluxes usingof predetermined luminous flux ratios fora white point mixture, and converting the transformation matrixusing the determined white point luminous fluxesinto the primary luminous flux matrix. With this approach isit is possible to get the luminous fluxes from the light sourcesto determine, for the generation of the target primary colorsneeded.
AlsLichtquellen sind bei einer Ausführungsform drei Farblichtquellenvorgesehen, wobei der Sensor sequentiell Licht von jeweils einerFarblichtquelle detektiert. Als Farblichtquellen werden beispielsweiseverschiedenfarbige Leuchtdioden verwendet. Die Farblichtquellenwerden beispielsweise während eines Black-Impulses einesMikrospiegel-Arrays sequentiell geschaltet, so dass der Sensor dieFarbwertanteile und die Intensität jeder Lichtquelle bestimmtenkann. Mit einer solchen Vermessung der Lichtquellen wird ein präziserFarbabgleich und eine genaue Einstellung des Weißpunktesermöglicht.WhenLight sources in one embodiment are three colored light sourcesprovided, wherein the sensor sequentially light of one eachColor light source detected. As color light sources, for exampledifferent colored LEDs used. The colored light sourcesFor example, during a black pulse, one ofMicro-mirror arrays switched sequentially, so that the sensorColor value components and the intensity of each light sourcecan. With such a measurement of the light sources becomes a more preciseColor balance and a precise setting of the white pointallows.
Esversteht sich, dass die oben beschriebenen Merkmale der Ausführungsformenund der verschiedenen Aspekte der Erfindung miteinander kombiniertwerden können. Weitere Ausführungsformen und Vorteileder Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungennäher erläutert. Auch die darin beschriebenenMerkmale können einzeln oder in Kombination miteinanderverwendet werden, um neue Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen.Itit will be understood that the above-described features of the embodimentsand the various aspects of the invention combinedcan be. Further embodiments and advantagesThe invention will be with reference to the accompanying drawingsexplained in more detail. Also the ones described thereinFeatures can be used individually or in combination with each otherused to provide novel embodiments of the invention.
Anhandvon
EinProjektionssystem verwendet beispielsweise drei verschiedenfarbigeLichtquellen, um ein Farbbild zu erzeugen. Die Farborte
Fürdie Farbwiedergabe ist weiterhin die Einstellung des Weißpunktsvon Bedeutung. Bezugszeichen
Beider Ausführungsform in
Projektionsvorrichtung
Dievorab gezeigten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßenProjektionsvorrichtung haben Leuchtdioden als Lichtquellen verwendet.Es können jedoch auch andere Lichtquellen verwendet werden,wie beispielsweise organische Leuchtdioden (oLEDs), andere Halbleiterlichtquellenoder Laser, beispielsweise Halbleiterlaser. Insbesondere bei derVerwendung von Lasern liegen die Quell-Farborte auf dem Spektralfarbenzug,wodurch durch Mischung ein großes Gebiet der Farbtafelabgedeckt werden kann. Weiterhin ist es möglich, mehr oderweniger als drei Lichtquellen vorzusehen, beispielsweise zwei, vieroder fünf. Auch kann eine Lichtquelle aus mehreren Leuchtmittelnbestehen, beispielsweise aus mehreren LEDs. Mikroprozessor
Ausder so berechneten Lichtstrommatrix ΦDUT sollennachfolgend die elektrischen Ströme berechnet werden, mitdenen die Lichtquellen zum Erzeugen der entsprechenden Lichtströmebetrieben werden müssen. Dazu werden zunächstdie Temperaturen der Lichtquellen θR, θG und θB inSchritt
Anhandeiner weiteren Ausführungsform wird nachfolgend die Berechnungder für die Erzeugung der Ziel-Primärfarben benötigtenelektrischen Ströme im Detail beschrieben. Zunächstwerden Ziel-Farbwertanteile der Ziel-Primärfarben und diedazugehörigen Ziel-Weißpunkte definiert. Die Definitionkann beispielsweise durch eine Displaynorm mit definierten Weißpunkt-Farbtoleranzen(zum Beispiel HDTV, SMPTE C) oder durch eine eigene definierte Mischfarbtoleranzerfolgen. Die Ziel-Farbwertanteile m TV / SN und der Ziel-Weißpunktwn sind gegeben durch
Diezur Mischung der Ziel-Primärfarben benötigtenFarbwertanteile und Farb-Zeitscheibenanteile
Ausdiesen Vorgaben können weiterhin Referenzfarbwertanteilem REF / SN im CIE-xy-Farbsystem berechnet werden:
ZurVeranschaulichung sei nochmals auf
EineFestlegung von Toleranzwerten erfolgt vorzugsweise in einem empfindungsgemäßenFarbsystem (beispielsweise CIE-uv, CIE-u'v', CIE-Lab-Farbsystem).Die Toleranzwerte
Beispielsweisewerden maximale und minimale Toleranzwerte festgelegt, wobei beieiner Abweichung unterhalb der minimalen Toleranzwerte keine Regelungerforderlich ist, wohingegen eine Regelung oberhalb des maximalenToleranzwerts gegebenenfalls nicht erfolgen kann. Das kann beispielsweisedann der Fall sein, wenn die spektralen Charakteristika einer Lichtquellederart weit gedriftet sind, dass die Ziel-Primärfarbennicht mehr gemischt werden können. Ebenfalls werden Temperaturtoleranzbereichefestgelegt:
Einspektrales Driften der Lichtquelle oder eine Veränderungder Helligkeit einer Lichtquelle, beispielsweise durch eine Temperaturänderungder Lichtquelle oder durch einen Alterungsprozess, führtdazu, dass die Farbwiedergabe des Projektionssystems nicht mehrder vorgegebenen Farbdisplaynorm entspricht. Um eine Nachregelungzu ermöglichen, werden Laufzeitmesssignale sowohl von Temperatursensorenan den Lichtquellen als auch von einem Licht- und Farbsensor erfasst.Der Farbsensor liefert beispielsweise die Farbwerte XYZ, die gemäß
Weiterhinerhält man ausgehend von mit dem Farbsensor gemessenenLichtintensitäten die Lichtströme Φ(t)für die Farbkanäle:
Weiterhinwird mit einer Temperatursensorik für jede Lichtquelledie Temperatur der Lichtquelle erfasst:
Eskann nun zunächst eine Validitätsprüfungder Laufzeitfarb- und Temperaturwerte erfolgen. Gemessene Laufzeitwertesind hier durch die Zeitabhängigkeit (t) gekennzeichnet.Die gemessenen Farbwertanteile x, y, z und die Referenzfarbwertanteilexref, yref und zref werden in das empfindungsgemäßeFarbsystem u'v'-CIE gemäß Gleichung (6) umgewandelt.Zur Überprüfung, ob die gemessenen Farbwertanteileinnerhalb der Toleranz liegen, wird der Farbabstand ermittelt. DerFarbabstand ergibt sich aus den berechneten Distanzen
Füreine Einstellung der elektrischen Ströme, mit welchen dieLichtquellen betrieben werden sollen, müssen zunächstdie von den Lichtquellen benötigten Lichtströmeermittelt werden. Dafür erfolgt die Berechnung einer PrimärvalenzmatrixM TV / SN für die Mischung des vorgegebenen Ziel-Weißpunkts W →N aus den vorgegebenen Primärfarben,deren Farbwertanteile in der Matrix m TV / SN sind. Die Primärvalenzendes Weißpunktes WN könnenaus dem Ziel-Weißpunkt w →N und durchNormierung des Normfarbwertes (der Leuchtdichte) des Weißpunktesauf Y = 1 erhalten werden:
Eswerden nun Skalierungsfaktoren κ, λ und μ gesucht,die so gewählt werden sollen, dass sie aus den vorgegebenenPrimärfarben den Weißpunkt mischen:
DiePrimärvalenzmatrix M TV / SN ergibt sich damit einfach gemäß
DieSkalierungsfaktoren berechnen sich zu
Weiterhinerfolgt eine Berechnung der gemessenen Duty-Cycle-PrimärfarbvalenzenM DUT / SN. Diese erfolgt analog, wiederum unter Verwendung des vorgegebenenZielweißpunktes w →N und Normierungdes Normfarbwertes Y für Weiß auf 1. Die Wertefür Skalierungskoeffizienten α, β und χ könnendurch Gauß-Elimination bestimmt werden. Durch direkte Inversenbildungder sich ergebenden Matrix M DUT / SN erhält man die gesuchte Matrix
Anhanddieser zwei Matrizen lässt sich eine Koeffizientenmatrixberechnen, mit der eine Transformation zwischen dem Quell- und demZiel-Primärfarbensystem ermöglicht wird. Dazuwird zunächst ein Farbvektor F → betrachtet, der sich sowohlim Farbsystem der Ziel-Primärfarben als auch der Quell-Primärfarbendarstellen lässt. Eine Umwandlung des Farbvektors von demReferenzsystem (TV) in das Quellensystem (DUT), zum Beispiel LED-System,kann wie folgt erfolgen:
DieseKoeffizientenmatrix kann als Zwischenergebnismatrix P bezeichnetwerden:
Anschließendfolgt eine Farbwertskalierung für die ZwischenergebnismatrixP, wobei dabei auf die maximale Farbkanalausbeute normiert wird:
DieseNormierung erfolgt, damit zumindest ein Farbkanal voll ausgesteuertwerden kann, um eine maximale Leuchtdichte zu erreichen. Nach denobigen Schritten sind die Farbvalenzen zum Mischen der Ziel-Primärfarbenaus den Quell-Primärfarben bekannt. Zur eigentlichen Erzeugungder Ziel-Primärfarben werden bestimmte Lichtströmevon den Lichtquellen benötigt, die nachfolgend berechnetwerden sollen. Zunächst werde die Leuchtdichte (Y)-Verhältnisseder Primärfarben bestimmt, die für eine Weißpunktmischungerforderlich sind. Die Leuchtdichteverhältnisse
Ergebnisdes Formalismus ist eine Lichtstrommatrix mit den Lichtströmenfür eine Weißpunktmischung:
DieErmittlung dieser Lichtströme basiert auf den tatsächlichgemessenen Lichtströmen von den Lichtquellen, welche gemäß denLeuchtdichteverhältnissen angepasst werden, so dass dievorbestimmte Weißpunktmischung erzielt wird. Die ermitteltenWeißpunktlichtströme Φ DUT / W könnennun verwendet werden, um die Transformationsmatrix oder ZwischenergebnismatrixP DUT / S in eine Primär-Lichtstrommatrix ΦDUT zutransformieren, welche die Lichtströme enthält,die von den Lichtquellen zur Mischung der Ziel-Primärfarbenbenötigt werden. Diese Konvertierung erfolgt nach
Alsein Zwischenergebnis sind nun somit die zu erzeugenden Lichtströmebekannt. Die oben beschriebenen Verfahrensschritte stellen im Wesentlichenden auf der Farbmetrik basierenden optischen Teil des Verfahrensdar, in welchem die auszugebenden Lichtströme auf Basisder gemessenen Farbwerte und Leuchtdichtewerte sowie den vorgegebenenFarbwertanteilen der Ziel-Primärfarben und des Ziel-Weißpunktsermittelt werden. Es stellt sich nun die Problematik, dass die zumErzeugen dieser ermittelten Lichtströme benötigtenelektrischen Ströme für die Lichtquellen bestimmtwerden müssen. Nachfolgend erfolgt diese Ermittlung beispielhaftfür Leuchtdioden unter Verwendung von elektrooptischenTransferfunktionen.Whenan intermediate result are thus now the luminous fluxes to be generatedknown. The process steps described above essentially constitutethe colorimetric based optical part of the processin which the output luminous fluxes basedthe measured color values and luminance values and the givenColor value proportions of the target primary colors and the target white pointbe determined. It turns now the problem that the toGenerating these detected luminous flux neededdetermined electrical currents for the light sourcesNeed to become. Subsequently, this determination is done by way of examplefor light emitting diodes using electro-opticalTransfer functions.
Dieelektrooptischen Transferfunktionen können dargestelltwerden durch
DieBerechnung einer elektrooptischen Transferfunktion füreine erfasste Temperatur kann beispielsweise durch Interpolationerfolgen. Bei Verwendung eines Polynoms zweiter Ordnung ergebensich für einen Strom i für die Koeffizienten α2, α1 und α0 die folgenden Gleichungen:
Dabeisind θ ∨j, θ -j und θ ^j drei Referenzwerte für die Lichtquellej, die Koeffizienten α1, α2 und α0 können fürjede Lichtquelle aus obigem System berechnet werden. Nach Berechnungder Interpolationskoeffizienten α0–α2 kann nun der Lichtstrom für einebeliebige Temperatur beim Strom i berechnet werden:
Folglichkönnen für beliebige Temperaturen θ derLichtquelle die Lichtströme interpoliert werden. Die interpoliertenLichtströme ergeben sich zu
Somitist für die Lichtquelle die Änderung des abgegebenenLichtstroms mit der Temperatur der Lichtquelle bekannt.Consequentlyis for the light source the change of the delivered oneLuminous flux with the temperature of the light source known.
Alsnächstes sollen die Ansteuerströme fürdie Lichtquellen berechnet werden. Die Lichtquelle wurde zunächstmit einem Strom i1 betrieben und erzeugteeinen Lichtstrom Φ1. Die neuenStröme zur Ansteuerung der Lichtquellen könnenals Korrektur an diesen ursprünglichen Strömenberechnet werden. Die Berechnung erfolgt durch Interpolation derStröme zwischen den Stützstellen (i1, Φ1) und (i2, Φ2) der Referenz-EOTs:
DieIndizes können dabei die folgenden Werte annehmen:
Dadie Ziel-Primärfarben zeitsequentiell erzeugt werden, werdenStröme jeweils einer Spalte bzw. Zeile an die Lichtquellenausgegeben. Die Ströme können von einem Mikroprozessor,der in einer Steuereinheit vorgesehen ist, berechnet werden und übereine Ein/Ausgabeeinheit an die Lichtquellen oder LEDs ausgegebenwerden. Wie bereits erwähnt, erfolgt die Ausgabe synchronzur Ausgabe des entsprechenden Farb-Teilbilds an die Bildererzeugungseinheit,beispielsweise ein DMD-Mikrospiegel-Array.Since the target primaries are time-sequentially generated, currents of one column and one row, respectively, are output to the light sources. The currents may be calculated by a microprocessor provided in a control unit and output via an input / output unit to the light sources or LEDs. As already mentioned, the output is synchronized to the output of the corresponding color part Image to the image generation unit, such as a DMD micromirror array.
Weiterhinsollte folgendes beachtet werden: Der Sensor zur Messung des Lichts,das von einer Lichtquelle abgegeben wird, hat eine endliche Fläche,und demgemäß misst er die auf diese Flächeauftreffende Strahlungsleistung. Aus dieser Messung kann nachfolgenddie Lichtstärke und die Leuchtdichte L berechnet. Da dieLichtquellen auch gepulst während einer Zeitscheibe betriebenwerden können, erfolgt die Messung der Intensitätintegral über die Zeitscheibe. Die Messung kann dabei währenddes Black-Impulses mit denselben Zeitverhältnissen erfolgen,die für die Erzeugung der Ziel-Primärfarben verwendetwerden, oder mit festen Zeitverhältnissen.Fartherthe following should be noted: the sensor for measuring the light,which is emitted by a light source has a finite area,and thus he measures that on this surfaceincident radiation power. From this measurement, belowthe light intensity and the luminance L are calculated. Because theLight sources also pulsed during a time slice operatedcan be measured, the intensity is measuredintegral over the time slice. The measurement can be duringthe black pulse with the same time ratios,used to create the destination primariesbe, or with fixed time relationships.
Dementsprechendist gegebenenfalls eine Rückrechnung auf die Zeitverhältnissenötig, die zur Erzeugung der Ziel-Primärfarbenverwendet werden. Diese Zeitverhältnisse könnenbeispielsweise mit der Matrix
Zusammenfassendist festzuhalten, dass die Erfindung ein echtzeitfähigesFarbkorrektursystem für bildgeberbasierte Projektionsvorrichtungenbereitstellt. Das System kann beispielsweise in einer Projektionsvorrichtungmit Halbleiterlichtquellen implementiert werden, wobei ein Farbsensorentweder in Richtung der Off-Position eines DMD-Spiegel-Arrays oderim Beleuchtungsstrahlengang vorgesehen ist. Durch Kombination vonTemperatursensorik und Lichtsensorik kann der aktuelle Systemzustandeiner Lichtquelle, wie beispielsweise einer Leuchtdiode, bestimmtwerden, und mit Hilfe der elektrooptischen Transferfunktionen könnendie Korrekturströme für die Lichtquellen berechnetwerden. Die elektrooptischen Übertragungsfunktionen sowieder Dämpfungsfaktor können im Wesentlichen inEchtzeit generiert bzw. berechnet werden. Somit wird eine Helligkeitsoptimierungin Echtzeit realisiert.In summaryIt should be noted that the invention is a real-time capableColor correction system for image-based projection devicesprovides. The system may, for example, in a projection devicebe implemented with semiconductor light sources, wherein a color sensoreither toward the off position of a DMD mirror array oris provided in the illumination beam path. By combination ofTemperature sensors and light sensors can change the current system statusa light source, such as a light emitting diode determinedand with the help of electro-optical transfer functionscalculates the correction currents for the light sourcesbecome. The electro-optical transmission functions as wellThe damping factor can essentially be found inReal time generated or calculated. Thus, a brightness optimizationrealized in real time.
Selbstverständlichkann die Erfindung auch auf andere als die oben beschriebene Weiseimplementiert werden. Dazu können die Merkmale der verschiedenenAusführungsformen kombiniert werden. Die Erfindung istfolglich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispielebeschränkt.Of courseFor example, the invention may be practiced otherwise than as described abovebe implemented. This can be the characteristics of the variousEmbodiments are combined. The invention isconsequently not on the embodiments described abovelimited.
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