CN1450400A - 数字反射元件投影机以及控制其所用光量的方法 - Google Patents

数字反射元件投影机以及控制其所用光量的方法 Download PDF

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Abstract

一种数字反射元件(DMD)投影机，其包括：可以电压进行控制的光源；具有滤色片的色轮；具有多个镜面单元的DMD面板，每个镜面单元都可进行控制以便使其设置为第一偏转状态和第二偏转状态，并且当设置为第一偏转状态时其对光源供给的且透过任意一个滤色片的光进行反射，形成沿第一方向行进的图象光，而当设置为第二偏转状态时对光源供给的且透过任意一个滤色片的光进行反射，反射光沿第二方向行进；图象控制器，其根据灰阶信号进行控制以使每个镜面单元都设置为第一或第二偏转状态；光电传感器，其以这样一种位置设置，当镜面单元处于第二偏转状态时从镜面单元反射来的光能够入射到光电传感器，并且借此光电传感器接收反射光并将反射光转换为电压；产生预设参考电压的参考电压源；以及电压控制器，其用于将光电传感器输出电压和参考电压源产生的预设参考电压进行比较，并且通过控制光源供给的光量以使该电压与预设参考电压相等。

Description

数字反射元件投影机 以及 控制其所用光量的方法
技术领域
本发明涉及一种使用了具有多个镜面单元的数字反射元件(Digital mirror device)(此后可简称为“DMD”)的数字反射元件投影机，以及用于该数字反射元件投影机的控制光量的方法，并且更具体地涉及这样一种DMD投影机，其在每个镜面单元都关断的情形下能够有效地利用反射光，以及用于该数字反射元件投影机的控制光量的方法。
本申请要求享有2002年3月22日提出的编号为2002-080854的日本专利申请的优先权，其通过引用而包含在本申请中。
背景技术
例如在公开号为平10-78550的日本专利申请中披露的那样，通常已知的DMD(数字反射元件)投影机使用的DMD面板具有几十万个镜面单元，每个镜面元件由于设置安装在半导体存储单元上因此都可以控制偏转，并且它通过对每个镜面元件的偏转施加控制而控制反射状态以构成一幅图象。
在该披露的DMD投影机中，光源发出的光汇聚成形为色轮(colorwheel)上的光点(spot)，色轮由多种滤色片(color filter)组成，用以可选择地使红色光、绿色光与蓝色光中的任意一种通过，而穿透任意一种滤色片的光以平行光流(luminous flux)形式施加到DMD面板上，而图象光是由DMD面板反射的光，图象光通过可变焦投影透镜投影到屏幕上。
如上所述，使用了DMD的投影机利用反射光形成图象，因而该图象的亮度取决于光源的亮度。光源亮度随着时间流逝而变化并且在发货之后逐渐恶化。使用传统DMD的投影机没有考虑到这一点，并且存在这样一个问题：无法长时间地以恒常亮度投射图象，如图5所示。
发明内容
基于上面提到的问题，本发明的一个目的是提供一种通常能够以恒常亮度投射图象的使用DMD的投影机。
依照本发明的第一个方面，本发明提供了一种数字反射元件投影机，其包括：
可以电压进行控制光量的光源；
通过组合多种滤色片构成的色轮，其用以形成多种颜色的图象光；
具有多个镜面单元的数字反射元件面板，每个镜面单元都可进行控制以便使其设置为第一偏转(inclination)状态和第二偏转状态，并且当设置为第一偏转状态时其对光源供给的且透过构成色轮的任意一个滤色片的光进行反射，形成沿着第一方向行进的图象光，而当设置为第二偏转状态时对光源供给的且透过构成色轮的任意一个滤色片的光进行反射，该反射光沿着不同于第一方向的第二方向行进；
图象控制器，其根据相应视频信号的灰阶(gray level)信号进行控制以使每个镜面单元都设置为第一偏转状态或是第二偏转状态；
光电转换装置，其作为光电传感器以这样一种位置设置，当至少一个镜面单元处于第二偏转状态时从该至少一个镜面单元反射来的光能够入射到光电转换装置，并且借此该光电转换装置接收反射光并将反射光转换为电压；
用于产生预先设定的参考电压的参考电压源；和
电压控制器，其用于将光电转换装置输出的电压和参考电压源产生的预设参考电压进行比较，并且通过控制光源供给的光量以使得该电压与预设参考电压相等。
在前述的第一个方面，一种优选方式是，在数字反射元件投影机起动期间，图象控制器进行控制以使每个镜面单元都位于第二偏转状态，并且通过设定电压控制器以控制光源供给的光量。
另一种优选方式是，在数字反射元件投影机断电期间，图象控制器进行控制以便使每个镜面单元都位于第二偏转状态，并且通过没定电压控制器以控制光源供给的光量。
还有一种优选方式是，图象控制器除了将灰阶信号输出给数字反射元件面板之外还输出给参考电压源，其中参考电压源根据灰阶信号改变产生的参考电压，并且借此在数字反射元件投影机通电期间，通过电压控制器控制光源光量。
依照本发明的第二个方面，本发明提供了一种用于控制数字反射元件投影机中使用的光量的光量控制方法，所述数字反射元件投影机包括有：可以电压进行控制光量的光源；通过组合多种滤色片构成的色轮，其用以形成多种颜色的图象光；具有多个镜面单元的数字反射元件面板，每个镜面单元都可进行控制以便使其设置为第一偏转状态和第二偏转状态，并且当设置为第一偏转状态时其对光源供给的且透过构成色轮的任意一个滤色片的光进行反射，形成沿着第一方向行进的图象光，而当设置为第二偏转状态时对光源供给的且透过构成色轮的任意一个滤色片的光进行反射，该反射光沿着不同于第一方向的第二方向行进；图象控制器，其根据相应视频信号的灰阶信号进行控制以使每个镜面单元都设置为第一偏转状态或是第二偏转状态，该方法包括：
将作为光电传感器的光电转换装置以这样一种位置设置的步骤，当至少一个镜面单元处于第二偏转状态时从该至少一个镜面单元反射来的光能够入射到光电转换装置，并且借此该光电转换装置接收反射光并将反射光转换为电压；
预先设定参考电压的步骤；和
将光电转换装置输出电压和预设参考电压进行比较，并且为了使该电压与预设参考电压相等而控制光源供给的光量的步骤。
在前述的第二个方面，一种优选方式是，在数字反射元件投影机起动期间，通过图象控制器进行控制以便使每个镜面单元都位于第二偏转状态，来控制光源供给的光量。
另一种优选方式是，在数字反射元件投影机断电期间，通过图象控制器进行控制以便使每个镜面单元都位于第二偏转状态，来控制光源供给的光量。
还有一种优选方式是，图象控制器除了将灰阶信号输出给数字反射元件面板之外还输出给参考电压源，其中参考电压源根据灰阶信号改变产生的参考电压，并且借此在数字反射元件投影机通电期间，控制光源光量。
利用上述构造，在使用了DMD面板的投影机中，照射到DMD面板上的光和DMD面板上每个镜面单元的偏转状态根据视频信号来进行控制，反射光的角度在第一偏转状态和第二偏转状态下变动，第一偏转状态的反射光在屏幕以及图象在其上投射的类似物的第一方向上前进，而第二偏转状态的反射光则转换为表征光电传感器输出的光强度的电信号。根据光强度而改变主电源的电压，从而总是以恒常亮度投射图象。
使用镜面单元关断时的光，通过测量该光的强度以控制电源电压，从而达到发明目的。
此外，测量光强度需要固定图象，无论如何，在一个电源关断的持续时间内输出一个特定像图(image pattern)是没有问题的。
还有，为了亮度恒定不变，例如，在出货时将电源电压设定到80％而电源电压以使光源亮度保持恒定的方式而增加，按照这种方式直至电源电压变为最大值都能够保持恒定的亮度。
另外，当测量光的强度时需要固定图象。因此，例如，可以在DMD投影机断电情形下的一个持续时间内输出特定像图。因此，无论光源恶化引起的亮度变化如何都能够观察到恒定亮度的图象。
附图说明
通过下面结合附图的描述说明，本发明的上述的和其它的发明目的、优点以及特征都将更加清楚。其中：
图1是依照本发明的一个实施例的使用了DMD(数字反射元件)面板的单片型投影机的主要部件的解说图；
图2是用于本发明实施例的色轮的正视图；
图3是对用于本发明实施例的镜面元件的偏转状态进行控制的驱动脉冲的波形描述图；
图4是用于解说依照本发明实施例对光源发射的光量进行控制的条件下光源亮度和施加电压之间关系的图；
图5是用于解说不对光源发射的光量进行控制的条件下光源亮度和施加电压之间关系的图。
具体实施方式
下面将结合附图利用实施例更详细地对用于实施本发明的最佳方式进行说明。
图1是依照本发明的一个实施例的使用了DMD(数字反射元件)面板的单片型投影机的主要部件的解说图。
依照该实施例的投影机，如图1所示，具有光源1、聚光透镜2、色轮3、中继透镜4、DMD面板5、投影透镜6、屏幕7、参考电压源9、光电传感器(光电转换装置)30、I/V变换器31、电压控制部分32、和图象控制器(未示出)。
在这个实施例中，通过作为驱动部分的图象控制器(未示出)控制具有多个镜面元件的DMD面板5的操作。图象控制器依照色轮3的转动状态和由DMD投影机外部提供的视频信号对构成DMD面板5的各个镜面元件的偏转状态进行控制，以使图象光投射到屏幕7上。
光源1发射的光通过聚光透镜2会聚然后射在色轮3上，从而光聚焦在色轮3上。会聚和应用光源1发出光的目的是，通过减小光的光流光点直径来缩短为转换色轮3颜色所必需的时间。因此，如上所述，色轮3的位置设置使得光源1发出的光通过聚光透镜2进行会聚而能聚焦在色轮3上。
图2是用于本发明实施例的色轮3的正视图。
色轮3，如图1和图2所示，由具有多种滤色片12的圆盘构成，以便对例如红色、蓝色、绿色等进行过滤。色轮3通过设置在它的中心轴线上的电机13高速旋转。由于光源1发出的光通过聚光透镜2进行会聚且会聚光施加到色轮3，因此色轮3旋转会导致将该施加光按照红色、蓝色、和绿色的次序过滤并且滤出光输出到中继透镜4。
光以这样一种方式经过色轮3滤色，从而该光具有红色、蓝色、和绿色中任意一种，继续向前行进，详述如图1所示，到达DMD面板5且由于它的光流经中继透镜4校准因此使得该光能够有效地施加到DMD面板5。
施加到DMD面板5的光入射到构成DMD面板5的每个镜面单元(未示出)上。根据视频信号表示的红、蓝、绿各种颜色的灰阶，上述图象控制器(未示出)将用于控制各个镜面单元(未示出)偏转的灰阶信号输出到DMD面板5，并且利用各个镜面单元(未示出)朝着投影透镜6反射出的光作为投射到屏幕7上的图象光。
这里，参照图3描述了一种使DMD面板5的各个镜面单元(未示出)反射的光表示灰阶的方法。图3是对用于该实施例的各个镜面元件(未示出)偏转状态进行控制的驱动脉冲的波形描述图。在图3中，横向表示时间的推移。
假设，如图3所示，灰阶信号例如由8位构成，每一位都提供一个具有不同周期的波形，在该周期期间信号在预先设定的单位时间内处于高(H)状态。在如图3所示的实施例中，最高位“位7”提供了最长的在其期间信号处于高(H)状态的周期，而最低位“位0”提供了最短的在其期间信号处于高(H)状态的周期。在其期间信号处于高(H)状态的周期随着由“位7”依次改变为“位0”而变得越来越短。当将“位7”到“位0”的各个位上的在其期间信号处于高(H)状态的周期全部相加时，信号在所有以预设时间给定的周期的期间变为高(H)电平。当信号将每一位都选为“1”时，输出为每一位准备的相应波形。镜面单元(未示出)仅当波形处于高(H)状态时才偏转并且镜面单元(未示出)让入射光沿着投影透镜6(屏幕7)的方向反射。当相应于每一位的波形都处于低(L)状态时，镜面单元(未示出)朝着光电传感器30方向将入射光反射出去。图象的灰阶是通过对各个位的选择来确定的。
各图象光都是通过对DMD面板5的所有镜面单元(未示出)执行上述操作并且当施加红、蓝、绿任意一种颜色时作为反射光而获取的，且因此获取的图象光是以单象素投射在屏幕7上的。由于色轮3的旋转足够快，前述光作为人眼检测到的后象逗留而不会发生能看得出颜色已经被分解过的情形。
接下来，描述说明实施例的特征构造。
如上所述，投射在屏幕7上的图象光是依照投射图象中的灰度梯度由DMD面板5反射的图象光。在该实施例中，通过使用不用作图象光且不投射到屏幕7上的光，来控制来自光源1的光量。在该实施例中，经中继透镜4入射但却不投射到屏幕7上的光输入到光电传感器30。光电传感器30相应于入射光的强度而输出电流并且通过I/V变换器31将这个电流转换为电压而后输出到电压控制部分32。
来自参考电压源9的参考电压输入到电压控制部分32。电压控制部分32将I/V变换器31输出的电压和参考电压进行比较并且以使参考电压变得等于I/V变换器31输出电压的方式来控制光源1的光量。因此，光源1的光量不随时间推移而改变，而会保持由参考电压源9输出的参考电压指示的光量。
通过来自主控制器(未示出)的指令控制光源1的光量，主控制器用于控制DMD投影机在起动或关断情形下所有的操作。此时，图象控制器控制各个镜面单元，使所有入射到DMD面板5上的光都被朝着光电传感器30的方向反射。利用这种控制，可以方便而精确地测量和控制光源1的光量。
作为另一种对光量的控制，图象控制器用于驱动DMD面板5的灰阶信号还可以输出到参考电压源9，并且参考电压源9可以根据灰阶信号而改变参考电压。利用这种配置，结构变得复杂了，但是可以在图象投射到屏幕7的同时控制自光源1发出的光量，频常地对光量进行控制，从而可看到亮度恒定的图象。
现在，将结合图4和图5解释控制光源1光量的效果。图4是用于解说依照本发明实施例对光源发射的光量进行控制的条件下光源亮度和施加电压之间关系的图，而图5是用于解说不对光源发射的光量进行控制的条件下光源亮度和施加电压之间关系的图。
如图5所示，当施加恒定电压时，由于光源1的恶化而导致亮度逐渐削弱。当依照这个实施例对光源1发出的光量进行控制时，如图4所示，可以得到亮度恒定的图象。
因此很清楚，本发明并不局限于上述实施例，而可以在不背离本发明的范围和精神条件下进行变化和修改。
例如，光电传感器可以设置在这样一种位置，当至少一个镜面元件位于第二偏转状态时由该至少一个镜面元件反射的光入射到光电传感器，且通过该光电传感器接收反射光并且将该反射光转换为电压。至少一个镜面元件可用以代表另一个镜面元件或一个特定的镜面元件组。

Claims (8)

1.一种数字反射元件投影机，其包括：
可以电压进行控制光量的光源；
通过组合多种滤色片构成的色轮，其用以形成多种颜色的图象光；
具有多个镜面单元的数字反射元件面板，每个镜面单元都可进行控制以便使其设置为第一偏转状态和第二偏转状态，并且当设置为第一偏转状态时其对所述光源供给的且透过构成所述色轮的任意一个所述滤色片的光进行反射，形成沿着第一方向行进的所述图象光，而当设置为第二偏转状态时对所述光源供给的且透过构成所述色轮的任意一个所述滤色片的光进行反射，该反射光沿着不同于第一方向的第二方向行进；
图象控制器，其根据相应视频信号的灰阶信号进行控制以使每个所述镜面单元都设置为所述第一偏转状态或是所述第二偏转状态；
光电转换装置，其作为光电传感器以这样一种位置设置，当至少一个所述镜面单元处于所述第二偏转状态时从所述至少一个所述镜面单元反射来的光能够入射到所述光电转换装置，并且借此所述光电转换装置接收反射光并将反射光转换为电压；
用于产生预先设定的参考电压的参考电压源；和
电压控制器，其用于将所述光电转换装置输出的所述电压和所述参考电压源产生的所述预设参考电压进行比较，并且通过控制所述光源供给的所述光量以使得所述电压与所述预设参考电压相等。
2.依照权利要求1的数字反射元件投影机，其中在所述数字反射元件投影机起动期间，所述图象控制器进行控制以使每个所述镜面单元都位于所述第二偏转状态，并且通过设定所述电压控制器以控制所述光源供给的所述光量。
3.依照权利要求1的数字反射元件投影机，其中在所述数字反射元件投影机断电期间，所述图象控制器进行控制以使每个所述镜面单元都位于所述第二偏转状态，并且通过设定所述电压控制器以控制所述光源供给的所述光量。
4.依照权利要求1的数字反射元件投影机，其中所述图象控制器除了将灰阶信号输出给所述数字反射元件面板之外还输出给所述参考电压源，其中所述参考电压源根据所述灰阶信号而改变产生的参考电压，并且借此在所述数字反射元件投影机通电期间，通过所述电压控制器控制所述光源的所述光量。
5.一种用于控制数字反射元件投影机中使用的光量的光量控制方法，所述数字反射元件投影机包括有：可以电压进行控制光量的光源；通过组合多种滤色片构成的色轮，其用以形成多种颜色的图象光；具有多个镜面单元的数字反射元件面板，每个镜面单元都可进行控制以便使其设置为第一偏转状态和第二偏转状态，并且当设置为第一偏转状态时其对所述光源供给的且透过构成所述色轮的任意一个所述滤色片的光进行反射，形成沿着第一方向行进的图象光，而当设置为第二偏转状态时对所述光源供给的且透过构成所述色轮的任意一个所述滤色片的光进行反射，该反射光沿着不同于所述第一方向的第二方向行进；图象控制器，其根据相应视频信号的灰阶信号进行控制以使每个所述镜面单元都设置为所述第一偏转状态或是所述第二偏转状态，所述方法包括：
将作为光电传感器的光电转换装置以这样一种位置设置的步骤，当至少一个所述镜面单元处于所述第二偏转状态时从所述至少一个所述镜面单元反射来的光能够入射到所述光电转换装置，并且借此所述光电转换装置接收所述反射光并将反射光转换为电压；
预先设定参考电压的步骤；和
将所述光电转换装置输出的所述电压和所述预设参考电压进行比较，并且为了使该所述电压与所述预设参考电压相等而控制所述光源供给的所述光量的步骤。
6.依照权利要求5的光量控制方法，其中在所述数字反射元件投影机起动期间，通过所述图象控制器进行控制以使每个所述镜面单元都位于所述第二偏转状态，来控制所述光源供给的所述光量。
7.依照权利要求5的光量控制方法，其中在所述数字反射元件投影机断电期间，通过所述图象控制器进行控制以使每个所述镜面单元都位于所述第二偏转状态，来控制所述光源供给的所述光量。
8.依照权利要求5的光量控制方法，其中所述图象控制器除了将灰阶信号输出给所述数字反射元件面板之外还输出给所述参考电压源，其中所述参考电压源根据所述灰阶信号改变产生的参考电压，并且借此在所述数字反射元件投影机通电期间，控制所述光源的所述光量。
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