CN2884257Y - 带反馈的光源控制系统和装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型总体包括带反馈的光源控制装置，通常属于投影系统领域。在该投影系统中，光源输出可在整个时间发生变化，其对投影图像质量会有不良影响。因此，本实用新型可测量投影系统光源的光输出，并可相应调节提供给光源的电能。在一种实施方式中，发光器件光耦合到光电检测器上。一个控制器耦合到发光器件和光电检测器上，并至少部分基于由光电检测器中至少一个获得的关于由发光器件中至少一个输出的光的至少一部分信息，控制输送到发光器件中的电能。在另一实施方式中，光收集器光耦合到发光器件上，光检测器光耦合到光收集器上，以获得由发光器件输出的光的至少一部分信息，至少部分基于获得的信息以便对所述发光器件中至少某些的控制。

Description

带反馈的光源控制系统和装置

技术领域

本发明涉及投影系统，更具体地说涉及利用发光二极管(LEDs)的投影。

背景技术

使用投影系统将运动图像和静止图片投影到屏幕上以供观看已经有很多年了。尤其最近，对于销售演示、商务会议以及课堂教学，使用投影系统来进行展示已经变得流行起来。

在普通的操作模式中，投影系统从例如个人计算机(PC)、数字视频盘(DVD)播放器或其他能产生视频信号的器件接收视频信号。该视频信号可以再现由该器件提供的类型的静止、部分移动或全部移动图像。

在现有技术的投影系统中，代表性地采用高强度光源提供照明。然后，由投影光学系统操作照明，以再现静止、部分移动或全部移动的图像。投影光学系统以多种方式操作照明。这代表性地包括投影光学系统的视频信号控制部件，例如数字地驱动的图像形成器件，象液晶显示器(LCD)或数字微镜器件(DMD)

发明内容

所描述的实施方式通常属于投影系统领域。在现有技术的投影系统中，光源的输出可在整个时间发生变化，其对投影的图像质量会有不良影响。因此，本实用新型的目的在于测量投影系统的光源的光输出，以及相应地调节提供给光源的电能。与现有技术的投影系统相比，本实用新型可提供更好的效果，其中，在投影系统的整个工作期间，可以维持每个光源所需要的输出和/或组合的光源的色平衡。

按照本实用新型，提供了一种光源控制装置，其特征在于包括：一个或多个发光器件；光连接到所述发光器件中的至少一个上的一个或多个光电检测器；以及连接到所述一个或多个发光器件和所述一个或多个光电检测器上的控制器，至少部分基于由所述光电检测器中的至少一个获得的关于由所述发光器件中的至少一个输出的光的至少一部分的信息，所述控制器控制输送到所述一个或多个发光器件中的至少一个的电能。

本实用新型还提供了一种光源控制装置，其特征在于包括：光连接到一个或多个发光器件的一个或多个光收集器；以及光连接到所述光收集器的一个或多个光电检测器，用来获得由所述发光器件输出的光的至少一部分的信息，至少部分基于获得的所述信息以便于对所述发光器件中的至少某些的控制。

附图说明

将通过附图来描述本发明的实施方式，其中相同的附图标记表示相似的单元，其中：

图1说明根据一个实施方式的图像投影系统的高级方框图，该图像投影系统能利用闭环反馈监测从一个或多个发光二极管(LED)光源输出的光。

图2说明根据一个实施方式的更详细地查看闭环控制系统。

图3说明根据另一个实施方式的利用闭环反馈的系统。

具体实施方式

在下面的描述中，将描述本发明的实施方式的不同方面。然而，用仅仅某些或全部的描述的方面可以实施其他的实施方式，这对本领域的那些技术人员来说是显然的。为了便于解释，提出具体的标号、材料和结构以便提供时实施方式的彻底的理解。然而，没有该具体的细节可以实施其他实施方式，这对本领域技术人员来说是显然的。在其他例子中，省略或简化了公知的特征以便不使描述不明显。

以最有助于理解实施方式的方式，将不同的操作作为依次的多个离散的操作来描述，然而，描述的次序不应解释为意味着这些操作需要依赖于次序。更详细地说，这些操作不必以展示的顺序完成。

重复使用短语“在一个实施方式中”。该短语一般不是指相同的实施方式，但是也有可能。术语“包括”、“具有”、“包含”是同义的，除非文中另有所指。

图1说明根据一个实施方式的图像投影系统100的高级框图，该图像投影系统100能利用闭环反馈监测从一个或多个发光二极管(LED)光源110输出的光。LED光源110给投影光学系统130提供光120。在另一实施方式中，可采用其他固态发光器件。投影光学系统130广泛定义为包括在处理从LED光源110到投影图像160的光线120的不同方面所利用的所有光学系统。例如，在一个实施方式中，投影光学系统可包括收集光学系统、折叠反射镜和光阀。该光阀可包括但不局限于一个或多个数字微镜器件(DMD)，反射式液晶覆半导体(LCOS)器件，以及液晶器件(LCD)，透射的或反射的。光监测部件140在沿着投影光学系统的光路上的某些点取样光线。虽然说明光监测部件140作为投影光学系统130的部分，但不全是这样。例如，在一个实施方式中，仅仅在LED光源110之后取样从LED光源110输出的光。在这种情况下，可认为光监测部件140与投影光学系统130是分离的。在另一个实施方式中，在由投影光学系统130的某些处理之后或处理过程中，取样从LED光源110输出的光。在某些实施方式中，如下所述，光监测部件140和投影光学系统130相呼应以取样LED光输出。可给处理器150提供通过取样LED光输出获得的信息。处理器150可利用该取样的信息来控制提供给LED光源110的电能。

图2说明根据一个实施方式更详细地查看闭环控制系统。LED光源210给收集光学系统220提供光。收集光学系统220给折叠反射镜230提供收集的光。折叠反射镜230给LCD光阀250提供该光。在说明的实施方式中，测量器件240可位于光照明路径上以向控制器270提供反馈。因此，在本实施方式中，在到达LCD光阀250之前，由测量器件240吸收来自折叠反射镜230提供的光的一部分。由测量器件240吸收的光被转换成电信号并作为测量的光被提供给控制器270。于是，测量的光的供给提供关于由LED光源210输出的光的反馈。控制器270可利用测量的光来决定对提供给一个或多个LED光源210的电能做什么修正。在另一个实施方式中，在光照明路径上可利用多个测量器件，以给控制器270提供反馈。作为测量器件240的存在的结果，由LCD光阀250操纵未被吸收或反射的光，并随后提供给投影透镜260供投影用。投影透镜260可包括但不局限于固定焦距透镜、变焦镜头(varifocal lens)、以及变焦透镜(zoom lens)。

可基于由一个或多个源提供的所希望的光输出等级，由控制器270做出的关于对提供给一个或多个LED光源210的电能的修正的决定。在一个实施方式中，通过在存储器件290中存储的信息，控制器270可以使用LED光源210的希望的光输出等级。在一个实施方式中，存储器件是ROM，并且在制造时固定关于希望的光输出等级的信息。在另一个实施方式中，存储器件是非易失存储器件。在该实施方式中，在制造时存储缺省值。然而，通过一个或多个I/O器件275例如触摸式LCD屏，用户可提供关于LED光源的希望的光输出等级的更新的信息。在非易失性存储器件上可存储更新的信息。非易失性存储器件可包括例如EEPROMs、闪存、非易失性RAM以及可读写光盘(Compact DiskRead/Write)等器件。

在各种各样的其他实施方式中，可利用其他技术测量LED源的光输出。例如，在一个实施方式中，利用杂散光来获得从LED源输出的光的指示。杂散光是另外的不用于图像投影的光。例如，当核心光(core light)通过光学系统时，一些光发散而不能使用。可利用该发散的光来测量从LED源输出的光。在另一个实施方式中，照明路径上放置一个或多个光学照相导光管(photo opticlight pipes)其读取相一致的光的量。然后，这些导光管给控制器可提供关于对应于一个或多个LED的光输出的信息。光输出的测量可包括许多光子测量学中的一个的测量。光子测量学的例子包括流明、坎德拉和英尺坎德拉和亮度。

图3说明根据另一个实施方式的利用闭环反馈的系统。控制器380接收来自图像数据源395的图像数据(例如帧数据)。LED光源310给收集光学系统320提供光。收集光学系统320将光传播至光阀。在说明的实施方式中，光阀是数字微镜器件330(DMD)的形式。控制器可利用图像数据来部分地控制DMD330操作。DMD330可包含微镜阵列。微镜阵列可对应于与图像数据相联系的象素信息。在一个实施方式中，在DMD330操作(例如在非关状态)期间，在阵列中的各反射镜的两个方向中的一个上投影入射光325，两个方向中的一个取决于那个反射镜对应的图像数据。在一种情况下，在第一方向332反射入射光325，以穿过投影透镜340投影与对应的图像数据相联系的光。在第二种情况下，在第二方向334反射入射光325至转储区(dump area)，以便入射光325将不会穿过投影透镜340被投影。转储区代表性地为涂敷了光吸收材料的投影系统的一部分。转储区吸收非投影的光并如热量一样使非投影的光消散。因此，当提供一帧数据时，对应于图像的象素的反射镜中的每一个将独立地反射入射光325的对应部分至透镜或转储区。

在如图3说明的实施方式中，在由DMD330转储的非投影光的位置安放三个光电检测器360。另外，利用三个滤光片370过滤到光电检测器360的光。例如，在一个实施方式中，利用二色性干涉滤色片。在其他实施方式中，可利用其他类型的滤光片，例如其他干涉滤光片或吸收滤光片。在说明的实施方式中，三个光电检测器360检测分别由二色性干涉滤色片370过滤的基色红、基色绿和基色蓝光信息。

来自三个光电检测器360的检测的光信息作为电信息发送至控制器380。控制器380分析光电检测器360的检测的光信息。至少部分基于该检测的光信息，控制器380决定是否发送更新的控制信息到电源390，以修正输送到一个或多个LED光源310的电能。

由光电检测器360采集的光可正比于LED光输出的总强度。在这样的情况下，由光电检测器360产生的反馈信号也可以正比于LED光输出。控制器380可利用反馈信号来对LED光输出的强度或亮度与希望的强度等级对应的阈(例如希望的)等级作比较。该希望的等级可存储于可由控制器380访问的存储器(例如RAM或ROM)内。如果测量的LED光输出的强度大于或小于所希望的等级，控制器380可向电源390提供信息，以调节给LED光源310的电能。使LED光输出恢复到希望的等级可以完成这样的调整。

在另一个实施方式中，控制器可监测光输出，以确定是否测量的光输出是在测量范围内。控制器380担当比较器，其比较反馈信号与已经提供给控制器380的表示可接受的上、下亮度等级的上、下阈值。例如，在照明光路上的各部件具有传递由LED光源310产生的光的效率。一旦装配好光学部件，该系统具有在光路上的各位置通常恒定的总效率。系统的额定效率可由公知的分析法确定。此外，公知的分析法可用来确定由LED光源310产生的光的亮度的变化范围。该结果可与系统的额定效率结合，来确定亮度等级的可接受范围。控制器380比较由光电检测器360产生的反馈信号的大小与上、下亮度范围值。这些上、下亮度范围值可以是对应于亮度等级的可接受范围的期望的信号值。完成比较，以确定来自LED光源310的光输出的亮度等级。如果反馈信号的大小落在可接受的亮度范围值之外，则控制器380调节从电源390输送给LED光源310的电压，直到反馈信号的大小落在可接受的亮度范围值之内。

通过基于先前提及的分析方法建立用于比较的产生所希望的输出的电路或者通过以经验方法为依据，设置与测量的光输出相联系的希望的信号等级。此外，如前所提及的，根据通过用户界面输入的并存储在系统电子设备(例如RAM或非易失性存储器)内的用户输入，设置希望的信号等级。或者，通过网络界面385可提供希望的信号等级。通过网络界面，技术人员可远距离提供所希望的信号等级。例如，可远距离利用希望的信号等级，以诊断与投影系统相联系的问题。在另一个实施方式中，可由客户支持中心周期地提供希望的信号等级。例如，这可以提供用于最大化LED寿命的最佳值。

在一个实施方式中，完成亮度控制的方法是使用来自光电检测器的反馈信号调节供给LED光源310的电流。然而，也可使用其他方法。例如，可使用反馈信号控制其他部件例如光阀，而不是调节给LED光源310的电能。如果LED光输出太高，光阀可关闭较长部分的显示停留时间，发送更多光至“转储”位置而不是透镜。或者，如果LED光输出太低，光阀可开启较长部分的显示停留时间，发送大部分光至显示屏而不是“转储”位置。

如前所讨论的，光电检测器360的用途是产生指向到控制器380的反馈。反馈有助于形成闭环系统以方便对LED光源310或其他系统部件的调节，以便自动保持所希望的照明输出。闭环反馈系统的另一个用途可以是用于自动彩色校正。在一个实施方式中，可以以使用光电检测器360产生的反馈信号的方式操纵闭环系统，以自动调节给LED光源310的电能来维持每一个LED光源310的所希望的光输出等级。

代表性地设计系统来提供在特定的“白点”或“色温”提供“白”光的光源。因此，当投影器件出厂时，光源(例如LED光源一起)在特定色温将产生光。随着时间的过去，光源可经历它的色温的变化。在系统具有许多LED光源310的情况下，在色温上的这种变化可能是由于LED光源310中的一个以与一个或多个其他LED光源310相比在不同的频率(rate)改变了它的光输出。

在本发明的一实施方式中，能测量LED光源的相对输出。这样，可以比较由每一个LED光源产生的光与对应的各LED光源的测量结果。从这些测量结果可作出关于单个LED光源的输出的所希望的变化的决定。从该决定，可修正输送给单个LED光源的电能以增加对应的LED光源的光输出。

例如，再次参照图3，可利用滤光器370过滤对应于单个LED光源310输出的光。在说明的实施方式中，LED光源310对应于基色红、基色绿和基色蓝色。利用滤光器370以与LED光源相对应的方式分离光。因此，发送到控制器380的单个测量的读数对应于各LED光源310产生的光。然后，控制器380可确定如由测量的读数所指示的单个光输出。控制器可比较单个的读数与所希望的单个等级。如前讨论的可以不同的方式获得所希望的单个等级。

在不同的实施方式中，在不同的时期可以完成检测的光信息的取样和分析。例如，检测的光信息的取样可以出现在周期的间隔。对该信息的分析可基于各样本，或者有时用一段时间的平均值来完成。以规定从一个样本到下一个样本的相容的测量的方式，可以完成取样。为完成这样的取样，在一个实施方式中，在取样期间DMD330变成全黑。那就是，在取样期间，操纵DMD330以便基本上使所有光都转储到转储区。因此，基本上将所有入射到DMD330上的光指向光电检测器360。这确保了由光电检测器360产生的信号的大小不受DMD330开启或关闭的象素或反射镜的数量影响。

取样周期可依据具体实施而变化。例如，在利用DMD330的实施方式中，帧的一部分可消耗在转储光到转储区上。在这种情况下，从数据源395接受帧数据。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DMD330产生通过透镜340投影的图像。在该帧的第二部分，控制器380驱动DMD330转储光到转储区。在另一个实施方式中，在该帧的第一部分和第二部分的操作是类似的。然而，数据帧的第三部分，通过控制器380利用从数据源接收的数据，驱动DMD330再次产生通过透镜340投影的图像。

因此，从上面的描述可以看出，已经对控制LED光源的光输出的方法以及如此装备的投影系统作了描述。虽然本发明已经根据前面的实施方式作了描述，但是本领域的那些技术人员将认识到，本发明不限于所描述的实施方式。在所附的权利要求的精神和范围内，可以实施修改的和改变的其他实施方式。因此，要把该描述认作是示例性的而非限制性的。

Claims (14)

1.一种光源控制装置，其特征在于包括：

一个或多个发光器件；

光连接到所述发光器件中的至少一个上的一个或多个光电检测器；以及

连接到所述一个或多个发光器件和所述一个或多个光电检测器上的控制器，至少部分基于由所述光电检测器中的至少一个获得的关于由所述发光器件中的至少一个输出的光的至少一部分的信息，所述控制器控制输送到所述一个或多个发光器件中的至少一个的电能。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述一个或多个光电检测器相对应联系的一个或多个二色性滤光器。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括光阀，所述光阀配置成向所述一个或多个光电检测器中的至少一个提供由所述发光器件中的至少一个输出的所述光的至少一部分。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光阀包括数字微镜器件。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述光阀包括液晶器件。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括设置在所述控制器和所述发光器件之间并连接到所述控制器和所述发光器件上的电源。

7如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个或多个发光器件包括三个发光器件，以及所述一个或多个光电检测器包括三个光电检测器。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述各发光器件发射从基色红色、基色蓝色和基色绿色组成的组中选择的不同的颜色。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括与所述三个光电检测器相对应联系的三个二色性滤光器。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括供用户提供基线白点的输入/输出器件。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括存储基线白点的电子存储器。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述电子存储器是从由非易失性随机存储器(RAM)、闪存、非易失性RAM和可读写光盘组成的组中选择的一个。

13.一种光源控制装置，其特征在于包括：

光连接到一个或多个发光器件的一个或多个光收集器；以及

光连接到所述光收集器的一个或多个光电检测器，用来获得由所述发光器件输出的光的至少一部分的信息，至少部分基于获得的所述信息以便于对所述发光器件中的至少某些的控制。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括在所述光收集器与所述光电检测器之间设置的光阀，以将所述光收集器光连接到所述光电检测器。