CN101006489A

CN101006489A - 包括带反馈发光二极管控制系统的投影装置及其驱动方法

Info

Publication number: CN101006489A
Application number: CNA2005800231575A
Authority: CN
Inventors: T·斯科特·恩格尔
Original assignee: Infocus Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp; RPX Corp
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2025-05-06
Also published as: CN101006489B; DE202005007409U1; WO2005111977A1; US7172295B2; US20050248737A1; CN2884257Y

Abstract

本发明提供包括带反馈发光二极管控制系统的投影装置及其驱动方法。在投影系统中控制对一个或更多个发光二极管的供电的方法包括以下步骤：测量来自所述一个或更多个发光二极管的光输出。至少基于测量到的光输出来改变对所述一个或更多个发光二极管中的至少一个的供电。

Description

包括带反馈发光二极管控制系统的投影装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种投影系统，更具体地涉及利用发光二极管(LED)的投影。

背景技术

使用投影系统来将动画和静止图片投影到屏幕上以观看已经有很多年。近来，对于进行销售演示、业务会议和课堂指导，已经广泛使用利用投影系统的演示。

在普通的操作模式中，投影系统从诸如个人计算机(PC)、数字视频盘(DVD)播放器或能够产生视频信号的其他装置的装置接收视频信号。视频信号可以表示该装置所给出类型的静止、部分活动或全部活动的图像。

在现有技术的投影系统中，通常使用高强度光源来提供照明。然后投影光学系统控制照明以再现静止、部分活动或全部活动的图像。投影系统以各种方式来控制照明。这通常包括诸如数字驱动图像形成装置的投影光学系统的视频信号控制部分，例如液晶显示器(LCD)或数字微镜装置(DMD)。

附图说明

通过附图来说明本发明的实施例，在附图中相似标记代表相似部件，在附图中：

图1示出了根据一个实施例的能够利用闭环反馈来监测来自一个或更多个发光二极管(LED)光源的光输出的图像投影系统的高层位框图。

图2示出了根据一个实施例的闭环控制系统的更详细情况。

图3示出了根据另一个实施例的利用闭环反馈的系统。

具体实施方式

在以下说明中，将说明本发明实施例的各方面。然而，对于本领域技术人员，很明显可以使用所述方面中的仅仅一部分或者全部来实现其他实施例。为了进行说明，提出了具体数字、材料和配置，以提供对实施例的彻底理解。然而，对于本领域技术人员，很明显，无需这些具体细节就可以实现其他实施例。在其他例子中，忽略或简化公知的特征，以免使得说明模糊不清。

按照最有助于理解实施例的方式，依次将各种操作描述为多个离散操作，然而，不应将说明的顺序理解为暗示这些操作必须依赖于顺序。特别的是，这些操作不必按照提出的顺序而进行。

重复使用短语“在一个实施例中”。该短语一般不表示同一实施例，然而，它也可以表示同一实施例。术语“包含”、“具有”和“包括”是同义的，除非上下文表示其他情况。

图1示出了根据一个实施例的能够利用闭环反馈来监测来自一个或更多个发光二极管(LED)光源110的光输出的图像投影系统100的高层位框图。LED光源110向投影光学系统130提供光120。在另选实施例中，可以采用其他固态发光装置。将投影光学系统130广泛定义为包括在对从LED光源110到投影图像160的光120进行处理的各方面中利用的所有光学系统。例如，在一个实施例中，投影光学系统可以包括集光光学系统、折叠镜和光阀。光阀可以包括但不限于数字微镜装置(DMD)、半导体上反射型液晶(LCOS)装置、以及透射或反射型液晶装置(LCD)中的一个或更多个。可以通过光监测元件140对沿着投影光学系统路径的某点处的光进行采样。虽然将光监测元件140示出为投影光学系统130的一部分，但是光监测元件140并不是在所有情况下都是投影光学系统130的一部分。例如，在一个实施例中，可以紧跟在LED光源110之后就对来自LED光源110的光输出进行采样。在这种情况下，可以认为光监测元件140与投影光学系统130分离。在另一实施例中，可以在由投影光学系统130的一部分进行处理之后或者处理过程中对来自LED光源110的光输出进行采样。在特定实施例中，如下所述，光监测元件140可以与投影光学系统130协力工作，以对LED光输出进行采样。可以向处理器150提供通过对LED光输出进行采样而获得的信息。处理器150可以利用此采样信息来控制向LED光源110的供电。

图2示出了根据一个实施例的闭环控制系统的更详细情况。LED光源210向集光光学系统220提供光。集光光学系统220向折叠镜230提供聚集的光。折叠镜230向LCD光阀250提供光。在所示出的实施例中，可以在光学照明路径中设置测量装置240，以向控制器270提供反馈。这样，在此实施例中，在到达LCD光阀250之前，从折叠镜230提供的光的一部分被测量装置240吸收。测量装置240吸收的光被转换为电信号，并被作为测得光而提供给控制器270。由此提供的测得光提供了对于LED光源210输出的光的反馈。控制器270可以利用该测得光来确定怎样改变对一个或更多个LED光源210的供电。在另一实施例中，可以在光学照明路径中利用多个测量装置来向控制器270提供反馈。通过LCD光阀250来操作并未由于存在测量装置240而被吸收或反射的光，随后将该光提供给投影透镜260以用于投影。投影透镜260可以包括但不限于固定焦距透镜、变焦透镜(varifocal lens)和连续变焦透镜(zoom lens)。

控制器270对于改变对一个或更多个LED光源210的供电的确定可以基于由一个或更多个来源提供的期望光输出级别(level)来进行。在一个实施例中，控制器270可以通过存储装置290中的存储信息来访问对于LED光源210的期望光输出级别。在一个实施例中，存储装置是ROM，关于期望光输出级别的信息是在制造时确定的。在另一个实施例中，存储装置是非易失存储装置。在该实施例中，在制造时存储缺省值。然而，用户可以通过诸如触摸LCD屏幕的一个或更多个I/O装置275来提供关于LED光源的期望光输出级别的更新信息。可以将该更新信息存储在非易失存储装置中。非易失存储装置可以包括诸如EEPROM、闪存、非易失RAM和读/写光盘的装置。

在各种其他实施例中，可以利用其他技术来测量LED源的光输出。例如，在一个实施例中，利用杂散光(stray light)来获得对来自LED源的光输出的指示。杂散光是另外的不用于投影图像的光。例如，当核心光通过光学系统时，一些光发生色散并且不可用。可以利用这种色散光来测量来自LED源的光输出。在另一实施例中，在照明路径中设置读取恒定量的光的一个或更多个光学光导管。这些光导管然后可以向控制器提供关于与一个或更多个LED对应的光输出的信息。对光输出的测量可以涉及对多个光子度量之一的测量。光子度量的示例包括流明、坎德拉和英尺烛光、以及亮度。

图3示出了根据另一实施例的利用闭环反馈的系统。控制器380从图像数据源395接收图像数据(例如，数据帧)。LED光源310向集光光学系统320提供光。集光光学系统320将光传播到光阀。在示出的实施例中，光阀是数字微镜装置330(DMD)的形式。控制器可以利用图像数据来部分地控制DMD 330的操作。DMD 330可以包括微镜阵列。微镜阵列可以对应于与图像数据相关联的像素信息。在一个实施例中，在DMD 330的工作(例如，在非关闭状态)期间，针对阵列中的各个镜，根据该镜的对应图像数据，入射光325沿两个方向之一投影。在一种情况下，入射光325沿第一方向332反射，以通过投影透镜340投影与对应的图像数据相关联的光。在第二情况下，入射光325沿第二方向334反射到抛弃区域(dump area)，从而不通过投影透镜340将其投影。抛弃区域通常是投影系统的涂布有吸光材料的部分。抛弃区域吸收非投影光并使非投影光作为热量消散。这样，当提供数据帧时，与图像像素对应的各个镜将入射光325的对应部分独立地反射到透镜或抛弃区域。

在图3中示出的实施例中，在DMD 330丢弃非投影光的位置设置有三个光检测器360。此外，利用三个滤光器370来对到光检测器360的光进行过滤。例如，在一个实施例中，利用二向色干涉滤光器。在其他实施例中，可以利用其他类型的滤光器，例如其他干涉滤光器或吸收滤光器。在示出的实施例中，三个光检测器360分别检测由二向色干涉滤光器370进行了滤光的原色红光信息、原色绿光信息和原色蓝光信息。

将来自三个光检测器360的检测光信息作为电信息发送到控制器380。控制器380对光检测器360的检测光信息进行分析。至少部分地根据该检测光信息，控制器380确定是否向电源390发送更新的控制信息以改变对一个或更多个LED光源310的供电。

光检测器360聚集的光可以与LED光输出的总强度成正比。在这种情况下，光检测器360产生的反馈信号也可以与LED光输出成正比。控制器380可以利用反馈信号来将LED光输出的强度或者亮度与对应于期望强度级别的阈值级别(例如期望的级别)进行比较。该期望级别可以存储在控制器380可以访问的存储器中，例如RAM或ROM。如果测得LED光输出的强度大于或小于期望级别，则控制器380可以向电源390提供调整对LED光源310的供电的信息。可以进行该调整以使LED光输出达到期望级别。

在另一实施例中，控制器可以监测光输出，以确定测量到的光输出是否在测量范围内。控制器380充当将反馈信号与已提供给控制器380的表示可接受较高亮度级和较低亮度级的较高阈值和较低阈值进行比较的比较器。例如，照明光路中的各个元件都具有其传送LED光源310产生的光的效率。一旦对这些光学元件进行组装，则系统具有通常在光路中各个位置都恒定的总效率。可以通过公知的分析方法来确定系统额定效率。而且，可以使用公知的分析方法来确定LED光源310产生的光的亮度的变化范围。可以将该结果与系统额定效率相结合以确定亮度级的可接受范围。控制器380将光检测器360产生的反馈信号的幅度与较高亮度范围值和较低亮度范围值进行比较。这些较高亮度范围值和较低亮度范围值可以是与亮度级的可接受范围对应的期望信号值。进行该比较以确定来自LED光源310的光输出的亮度级。如果反馈信号的幅度落在可接受的亮度范围值之外，则控制器380调整从电源390向LED光源310提供的电压，直到反馈信号的幅度落入可接受的亮度范围值。

通过创建电子电路以产生基于前述分析方法的比较所使用的期望输出，或通过基于经验方法，可以设定与测得光输出相关联的期望信号级别。此外，如前所述，可以基于通过用户接口的用户输入来设定期望信号级别，并将其存储在诸如RAM或非易失存储器的系统电子装置中。作为另一种选择，可以通过网络接口385提供期望信号级别。使用网络接口，可以由技术人员远程提供期望信号级别。例如，可以远程利用期望信号级别来诊断与投影系统相关联的问题。在另一实施例中，可以由用户支持中心周期性地提供期望信号级别。这例如可以提供使LED寿命最长的最优值。

在一个实施例中，实现亮度控制的方法是使用来自光检测器的反馈信号来调整提供给LED光源310的电流。然而，可以使用其他方法。例如，可以使用反馈信号来控制诸如光阀的其他元件，而不是调整向LED光源310的供电。如果LED光输出过高，则可以在显示停留时间的较长时间段关闭光阀，将较多的光送到“抛弃”位置而不是透镜。作为另一种选择，如果LED光输出过低，则可以在显示停留时间的较长时间段打开光阀，将较多的光送到显示屏幕而不是“抛弃”位置。

如前所述，光检测器360的使用产生送往控制器380的反馈。反馈有助于形成闭环系统，以方便对LED光源310或其他系统元件的调整，从而自动保持期望的照明输出。闭环反馈系统的另一用途可以是用于自动颜色校正。在一个实施例中，闭环系统可以按如下方式工作：使用光检测器360产生的反馈信号来自动调整对LED光源310的供电，以使各个LED光源310保持期望的光输出级别。

通常将系统设计为具有提供在特定“白色点”或“色温”的“白”光的光源。这样，当投影装置离开工厂时，光源(例如合在一起的多个LED光源)产生特定色温的光。随着时间推移，光源可能发现其色温改变。在系统具有多个LED光源310的情况下，这种色温改变可能是由于所述多个LED光源310中的一个与其他LED光源310中的一个或更多个相比较按不同的速率改变其光输出。

在本发明的一个实施例中，可以测量LED光源的相对输出。以此方式，可以将各个LED光源产生的光与对应于各个LED光源的测量结果进行比较。根据这些测量结果，可以作出关于各个LED光源输出的期望改变的确定。根据该确定结果，可以改变对各个LED光源的供电，以改进各个LED光源的光输出。

例如，再次参照图3，可以利用滤光器370来过滤与各个LED光源310的输出对应的光。在示出的实施例中，LED光源310对应于原色红色、原色绿色和原色蓝色。利用滤光器370来按照对应于LED光源的方式对光进行分离。这样，发送到控制器380的各个测量读取结果对应于各个发光LED光源310。控制器380可以然后确定测量读取结果表示的各个光输出。控制器可以将各个读取结果与期望的各个级别进行比较。可以按如前所述的各种方式获得期望的各个级别。

在各种实施例中，可以在各种时间进行对检测的光信息的采样和分析。例如，可以按周期性的间隔进行对检测的光信息的采样。可以针对各个采样进行对此信息的分析，或者可以用在一段时间内进行平均的值来偶尔进行分析。可以按从一个采样到下一个采样提供恒定测量的方式来进行采样。为了实行这种采样，在一个实施例中，在采样期间将DMD330转到全黑。即，在采样期间，操作DMD 330以使得基本上将全部的光都丢弃到抛弃区域。这样，入射在DMD 330上的全部光基本上都被导向光检测器360。这确保光检测器360产生的信号的幅度不受DMD 330的开启或关闭的像素或镜的数量的影响。

采样周期可以根据实施情况而变化。例如，在利用DMD 330的实施例中，可以在一帧的一部分时间将光丢弃到抛弃区域。在这种情况下，从数据源395接收数据帧。在数据帧的第一部分，控制器380利用从数据源395接收的数据来驱动DMD 330以产生要通过透镜340投影的图像。在帧的第二部分，控制器380驱动DMD 330将光丢弃到抛弃区域。在另一个实施例中，在帧的第一部分和第二部分的操作相似。然而，在数据帧的第三部分，控制器380利用从数据源接收的数据来驱动DMD 330以再次产生要通过透镜340投影的图像。

这样，从以上说明可以看出，已经描述了控制LED光源的光输出的方法和如此装备的投影系统。虽然根据前述实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以认识到本发明不限于所描述的实施例。可以在所附权利要求书的精神和范围内有修改和变化地实施其他实施例。因此，应该认为本说明书是示例性的而不是限制性的。

Claims

1、一种投影装置，该投影装置包括：

一个或更多个发光装置；

一个或更多个光检测器，其光学连接到所述一个或更多个发光装置中的至少一个；以及

控制器，其连接到所述一个或更多个发光装置以及所述一个或更多个光检测器，从而至少部分地基于由所述一个或更多个光检测器中的至少一个获得的关于由所述一个或更多个发光装置中的至少一个输出的光的至少一部分的信息，控制对所述一个或更多个发光装置中的至少一个的供电。

2、根据权利要求1所述的投影装置，该投影装置包括对应地与所述一个或更多个光检测器相关联的一个或更多个二向色滤光器。

3、根据权利要求1所述的投影装置，该投影装置进一步包括光阀，该光阀可以被设置为将由所述一个或更多个发光装置中的至少一个输出的光的至少一部分提供给所述一个或更多个光检测器中的至少一个。

4、根据权利要求3所述的投影装置，其中，所述光阀包括数字微镜装置。

5、根据权利要求3所述的投影装置，其中，所述光阀包括液晶装置。

6、根据权利要求1所述的投影装置，该投影装置进一步包括设置在所述控制器与所述一个或更多个发光装置之间并连接到所述控制器和所述一个或更多个发光装置的电源。

7、根据权利要求6所述的投影装置，其中，所述控制器适于控制从所述电源对所述一个或更多个发光装置中的所述至少一个的供电。

8、根据权利要求1所述的投影装置，其中，所述一个或更多个发光装置包括三个发光装置，并且所述一个或更多个光检测器包括三个光检测器。

9、根据权利要求8所述的投影装置，其中，各个发光装置发射从由原色红色、原色蓝色和原色绿色组成的组中选择的不同颜色。

10、根据权利要求8所述的投影装置，该投影装置进一步包括对应地与所述三个光检测器相关联的三个二向色滤光器。

11、根据权利要求1所述的投影装置，其中，所述控制器适于进行以下操作：

对获得的信息进行分析以监测所述一个或更多个发光装置发射的光的白色点；

将监测到的白色点与基准白色点进行比较；以及

根据比较结果调整对所述一个或更多个发光装置的所述至少一个的供电。

12、根据权利要求11所述的投影装置，该投影装置进一步包括数字微镜装置，该数字微镜装置可以被设置为向所述一个或更多个光检测器提供由所述一个或更多个发光装置输出的光的至少一部分，并且所述控制器进一步适于进行以下操作：

从数据源接收与帧相关联的图像数据；

将所述数字微镜装置设置为在帧的第一部分时间显示所述图像数据；以及

将所述数字微镜装置设置为在帧的第二部分时间将所述一个或更多个发光装置提供的几乎所有光都反射到集光区域。

13、根据权利要求11所述的投影装置，其中，该投影装置进一步包括让用户提供所述基准白色点的输入/输出装置。

14、根据权利要求11所述的投影装置，其中，该投影装置进一步包括电子存储装置以存储所述基准白色点。

15、根据权利要求14所述的投影装置，其中，所述电子存储装置是从由非易失随机存取存储器、闪存、非易失随机存取存储器和读/写光盘组成的组中选择的一种。

16、一种在投影装置中控制对一个或更多个发光装置的供电的方法，该方法包括以下步骤：

测量步骤，对来自所述一个或更多个发光装置的光输出的至少一部分测量至少一个光子度量；以及

改变步骤，至少根据测量结果来改变对所述一个或更多个发光装置中的至少一个的供电。

17、根据权利要求16所述的方法，其中，所述测量步骤包括在投影系统的数据帧的第一部分时间进行测量的步骤。

18、根据权利要求16所述的方法，其中，所述测量步骤包括以下步骤：

引导步骤，将来自所述一个或更多个发光装置的光输出的至少一部分引导到一个或更多个集光装置；以及

测量步骤，测量所述光输出的被引导部分。

19、根据权利要求17所述的方法，其中，所述引导步骤包括以下步骤：对一个或更多个数字微镜装置进行切换，以使得将在所述数字微镜装置接收到的来自所述一个或更多个发光装置的几乎所有光输出都反射到一个或更多个集光装置。

20、根据权利要求16所述的方法，其中，根据测量结果来改变对所述一个或更多个发光装置中的至少一个的供电的所述改变步骤包括以下步骤：当测量到的光输出频率偏离基准频率时，改变对所述一个或更多个发光装置中的至少一个的供电。

21、根据权利要求20所述的方法，其中，所述基准频率包括一频率范围。

22、根据权利要求16所述的方法，其中，根据测量结果来改变对所述一个或更多个发光装置中的至少一个的供电的所述改变步骤包括以下步骤：当测量到的光输出亮度降到阈值级别以下时，改变对所述一个或更多个发光装置中的至少一个的供电。

23、根据权利要求16所述的方法，其中，所述测量步骤包括在光输出的光路中设置一装置的步骤。

24、根据权利要求16所述的方法，其中，所述测量步骤包括捕捉不用于投影图像的停止光的步骤。

25、一种投影装置，该投影装置包括：

一个或更多个集光器，其光学连接到一个或更多个发光装置；以及

一个或更多个光检测器，其光学连接到所述一个或更多个集光器以获得关于由所述一个或更多个发光装置输出的光的至少一部分的信息，以便于至少部分地基于获得的信息来控制所述一个或更多个发光装置中的至少一部分。

26、根据权利要求25所述的投影装置，该投影装置进一步包括光阀，所述光阀设置在所述一个或更多个集光器与所述一个或更多个光检测器之间，以将所述一个或更多个集光器光学连接到所述一个或更多个光检测器。