[发明专利]投影系统及用于操作投影系统的方法

说明书

本发明涉及一种投影系统，该投影系统具有高压放电灯，优选地为高性能放电灯，例如UHP(超高性能)灯，该投影系统还具有显示设备，该显示设备带有控制设备，该控制设备以时间调制的方式开关显示设备，使得图像的亮度级别由特定图像周期内多个光打开阶段的总长度表示。本发明还涉及一种用于操作投影系统的方法，以及一种用于这种投影系统中的高压放电灯的灯驱动器。

这种投影系统的一个典型示例是得克萨斯仪器公司(TexasInstruments)的DLP系统(DLP＝数字光处理)。该系统的关键部件是芯片形式的显示设备，其上采用了许多微型移动镜片，用作分立显示元件——每个待显示图像点一块镜片。这些镜片暴露在来自高压放电灯的光之前。根据投影面上(即待显示的图像中)图像点要呈现为亮还是暗，倾斜相关的镜片，使得光向投影面反射，或者偏离投影面向吸收器反射。因此，该“镜片阵列”的分立镜片形成一种网络，利用该网络能够生成任意的图像模式，并且例如能够再现视频图像。由于在这种系统中只能通过倾斜相关的镜片来打开或关闭投影面的图像点处的光——并且例如在LCD(液晶显示器)系统中不能实现光的确切衰减——因而图像中不同的亮度级别(或者单色图像中的灰度级别)以引言部分中提及的方式通过脉冲宽度调制方法(也称为“时间序列”方法)来表示。在特定的图像周期内，显示设备的每个显示元件被驱动，使得光从总体上在图像周期的特定时间片内并且不在剩余时间片内轰击投影面的相关图像点。由于眼睛相对于图像周期频率的惰性，光量在图像周期内在观察者眼中被累加，结果相关的图像点显得更亮或更暗。如果在一个图像周期内完全关闭光，即光关闭阶段占据整个图像周期，那么相关的图像点呈现为黑色。但是，如果在整个图像周期范围内打开光，那么相关的像素就具有最高的亮度级别。由于这种系统中的亮度是通过时间序贯(time sequential)开关(即一个图像周期内光打开和关闭阶段的长度和数量)来控制的，因此必须使用来曝光显示器的光强度不仅在空间上而且在时间上尽可能保持恒定。这是因为，如果光强度在一个图像周期内发生变化，那么亮度级别将不仅取决于该图像周期内光打开阶段和光关闭阶段的总长度，还取决于该图像周期内各光打开阶段的时间排序位置。

因此，为了照明显示元件，有必要包含尽可能发出恒定发光功率(恒定光通量)、即总是相同的光量的光源。现在，通常使用高压放电灯-优选地高强度放电灯(HID灯)-作为这种投影系统中的灯。为了确保两个电极的均匀磨损，从而确保灯的足够长的工作寿命，这些灯用低频方波交变电流操作，以便电极间的电流方向定时切换。这种情况下，灯一般由专门的灯驱动器驱动，该驱动器将直流电压源提供的直流电流转换成灯所需的、呈适当脉冲形状的方波交变电流。这种方法的一个缺点是，除非采取特殊的措施，所述常规驱动器中电流方向的突然切换必然导致过零点后灯的工作电流中出现过冲序列。这种过冲序列也称为振铃。灯的工作电流中的这种过冲序列自然引起高压放电灯发出的发光功率中的相应过冲。另一方面——如上所述——灯有必要具有恒定的发光功率。为了解决这个问题，原则上有可能使用适当的同步机制，以保证过冲序列位于图像周期之外。例如，在许多投影系统中，类似地以时间顺序来实现颜色表示。为此目的，连续生成三幅单色图像——一幅红色图像、一幅绿色图像和一幅蓝色图像。随后，眼睛的惰性保证了图像看起来是彩色的。例如，为此目的，通常以所谓的彩轮形式将彩色滤光片配置在灯和显示设备之间，所述彩轮以特定的频率交替改变颜色。在从一种颜色到另一种颜色的过渡时间内——类似于轮子的辐条，也称其为辐条(spoke)——颜色是不确定的。因此，这些辐条时间对于图像中的正常图像表示而言是固然不可用的，并且要么被隔离掉，要么使显示器的亮度具有降低的质量。因此，原则上所述方波交变电流与彩色滤光片的驱动同步，使得过冲序列总是位于这种辐条时间内。另一方面，如同在美国专利US5608294中所描述的，为了弧光放电的稳定性和高压放电灯的电极的耐用性，将在过零点前瞬时增加工作电流的电流脉冲尽可能接近地在电流过零点前叠加在工作电流上，这是有利的。这种稳定化脉冲通常也被称为抗平整(anti-flatter)脉冲。这种抗平整脉冲自然也会导致灯中的相应光波动。因此，这种有利的操作方法也能用在引言部分中提到的时间序贯式操作投影系统中，EP1154652A2提出，应当同步灯驱动和彩色滤光片的控制，使得该抗平整脉冲位于辐条时间之内，并且不会引起图像中亮度级别的干扰。由于该抗平整脉冲紧邻电流的过零点之前，过冲序列紧邻过零点之后，这些区域在电流的时序图中彼此邻接。但是遗憾的是，辐条时间的长度一般至多够在该时间跨度内容纳所述抗平整脉冲。因此，过冲序列必然在辐条时间之后，即在图像周期的起始处。原则上，诚然有可能通过适当驱动显示器来人工扩展辐条时间。但是，该办法会导致光的严重损失，降低总的图像质量。