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DE10256505A1 - Brightness control of a projection apparatus - Google Patents

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DE10256505A1
DE10256505A1 DE10256505A DE10256505A DE10256505A1 DE 10256505 A1 DE10256505 A1 DE 10256505A1 DE 10256505 A DE10256505 A DE 10256505A DE 10256505 A DE10256505 A DE 10256505A DE 10256505 A1 DE10256505 A1 DE 10256505A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
projector
image
brightness
projection
intensity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE10256505A
Other languages
German (de)
Inventor
Harald Lang
Sören Dr. Dambach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Barco Control Rooms GmbH
Original Assignee
Barco Control Rooms GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Barco Control Rooms GmbH filed Critical Barco Control Rooms GmbH
Priority to DE10256505A priority Critical patent/DE10256505A1/en
Priority to PCT/EP2003/013628 priority patent/WO2004052022A1/en
Priority to DK03782291T priority patent/DK1570682T3/en
Priority to AT03782291T priority patent/ATE377910T1/en
Priority to US10/536,835 priority patent/US20060170880A1/en
Priority to EP03782291A priority patent/EP1570682B1/en
Priority to PCT/EP2003/013629 priority patent/WO2004052023A1/en
Publication of DE10256505A1 publication Critical patent/DE10256505A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141Constructional details thereof
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
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Abstract

Zum Farb-, Kontrast- und Lichthomogenitäts-neutralen Regeln der Helligkeit eines Projektionsapparates (1), insbesondere eines Rückprojektionsapparates einer Bildwand, wobei die Bilderzeugung vorzugsweise auf der zeitsequentiellen Mischung primärer Farben mit einem Farbrad (6) beruht, wird vorgeschlagen, einen Intensitätsabschwächer, beispielsweise in Form einer einstellbaren Blendenscheibe (22) mit einer schlitzförmigen Blende variabler Breite, in unmittelbarer Nähe der Fokalebene (20) der Kondensoroptik (4) der Beleuchtungseinheit (2) bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors anzuordnen.For the color, contrast and light homogeneity-neutral regulation of the brightness of a projection apparatus (1), in particular a rear projection apparatus of an image wall, the image generation preferably based on the time-sequential mixing of primary colors with a color wheel (6), an intensity attenuator is proposed, for example in the form of an adjustable diaphragm disk (22) with a slit-shaped diaphragm of variable width, in the immediate vicinity of the focal plane (20) of the condenser optics (4) of the lighting unit (2) or the focal plane of a focusing lamp reflector.

Description

Die Erfindung betrifft die Helligkeitsregelung bei Projektionsapparaten. Projektionsapparate dienen zum Projizieren eines Bildes auf einen Projektionsschirm. Die Erfindung richtet sich auf Projektionsapparate, die einen Bildgeber zum Darstellen des Bildes in einem verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit mit einer Kondensoroptik bzw. einem fokussierenden Lampenreflektor (z.B. in elliptischer oder komplexerer Form) zum Beleuchten des Bildgebers, eine ein Projektionsobjektiv umfassende Projektionseinrichtung zum vergrößerten Abbilden des von dem Bildgeber dargestellten Bildes auf den Projektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung und einen variablen Intensitätsabschwächer zum Regeln des Lichtstromes, der im Strahlengang zwischen der Lampe der Beleuchtungseinheit und dem Bildgeber angeordnet ist, umfassen. In der Regel ist der Bildgeber und/oder die Projektionseinrichtung zum Einstellen der Lage des projizierten Bildes auf dem Projektionsschirm in einer mit Justageelementen einstellbaren Position in oder an dem Projektionsapparat befestigt.The invention relates to brightness control Projectors. Projection devices are used for projecting of an image on a projection screen. The invention aims on projection apparatus that use an image generator of the picture on a reduced scale, a lighting unit with condenser optics or a focusing lamp reflector (e.g. in elliptical or more complex form) to illuminate the Imager, a projection device comprising a projection lens for enlarged imaging the image displayed by the imager on the projection screen, a spatial Light mixing device to compensate for local differences in the Brightness distribution and a variable intensity attenuator for Regulate the luminous flux in the beam path between the lamp the lighting unit and the imager are arranged. As a rule, the imager and / or the projection device to adjust the position of the projected image on the projection screen in a position adjustable with adjustment elements in or on attached to the projector.

Man unterscheidet zwischen Auflicht- und Rückprojektionsapparaten. Ein Unterschied zwischen Auflichtprojektoren und Rückprojektionssystemen besteht darin, daß in Rückprojektionsapparaten zumeist weitere optische Elemente wie Umlenkspiegel und Projektionsschirme enthalten sind, die in Auflichtprojektoren nicht verwendet werden.One differentiates between incident light and rear projection apparatus. A difference between reflected light projectors and rear projection systems is that in Rear projection devices mostly other optical elements such as deflecting mirrors and projection screens are included that are not used in reflected light projectors.

Sowohl Auflicht- als auch Rückprojektionsapparate dienen zum Anzeigen eines Bildes auf einem großflächigen Projektionsschirm. Der Bildgeber kann dabei ein Durchlicht-Bildgeber sein, also ein Bildgeber, der transmissiv von einer Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Bildgebers durchleuchtet wird, oder ein reflektierender Bildgeber, der von der Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird. Nach dem Stand der Technik werden beispielsweise Durchlicht-Flüssigkristall-Bildgeber oder auch reflektive Flüssigkristall-Bildgeber oder DMDs (Trademark of Texas Instruments Inc., Digital-Micromirror-Device) verwendet.Both reflected light and rear projection devices are used to display an image on a large-scale projection screen. The The imager can be a transmitted light imager, that is an imager, the transmissive of an illuminating device for illuminating of the imaging device is illuminated, or a reflecting imaging device, which is illuminated by the lighting device. According to the state In the art, for example, transmitted light liquid crystal imaging devices or also reflective liquid crystal imagers or DMDs (Trademark of Texas Instruments Inc., Digital Micromirror-Device) used.

Eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten des Bildgebers bzw. Durchleuchten des Durchlicht-Bildgebers umfaßt in der Regel eine Lichtquelle, einen Reflektor und eine oder mehrere Kondensorlinsen zum Ausleuchten des Bildgebers. Ferner können zusätzliche Lichtdurchmischungseinrichtungen, beispielsweise zum optimalen Ausleuchten eines rechteckigen Bildformates, vorgesehen sein. Auch kann auch auf die Kondensoroptik bei Verwendung eines fokussierenden, z.B. elliptischen Lampenreflektors verzichtet werden. Die Projektionseinrichtung bzw. die Beleuchtungseinheit ist entweder in den Projektionsapparat integriert oder an diesem angesetzt. Ein Projektionsapparat ist somit eine abgeschlossene, vollständige Einheit zum Darstellen eines Bildes, wobei in einem Rückprojektionsapparat ein Bildschirm zum Betrachten des Bildes integriert ist.A lighting unit for illuminating the Imager or transillumination of the transmitted light imager includes in the Usually a light source, a reflector and one or more condenser lenses to illuminate the imaging device. Furthermore, additional light mixing devices, for example to optimally illuminate a rectangular image format, be provided. Also can be used on the condenser optics a focusing, e.g. elliptical lamp reflector omitted become. The projection device or the lighting unit is either integrated in the projector or on it stated. A projection device is thus a closed, complete unit for displaying an image, a screen for in a rear projection apparatus Viewing the picture is integrated.

Insbesondere Rückprojektionsmodule finden eine breite Anwendung in Fällen, in denen ein komplexes Bild, beispielsweise bestehend aus verschiedenen Video- oder Computerbildern, großflächig angezeigt werden soll. Verbreitete Einsatzbereiche für solche Rückprojektionsapparate sind Bildwände, die von mehreren Personen gleichzeitig betrachtet werden. Insbesondere in der modernen Leitwartentechnik ist die Großbildrückprojektion verbreitet.Rear projection modules in particular find one wide application in cases in which a complex picture, for example consisting of different Video or computer images to be displayed on a large scale. Common uses for such Rear projection apparatus are screens, that are viewed by several people at the same time. In particular Large screen rear projection is widespread in modern control room technology.

Wenn das angezeigte Bild bei gegebenen Qualitätsanforderungen eine bestimmte Größe und Komplexität überschreiten soll, ist dies nicht mehr mit einem einzigen Rückprojektionsmodul möglich. In solchen Fällen wird das Bild aus Teilbildern, die jeweils von einem Rückprojektionsmodul angezeigt werden, zusammengesetzt. Das jeweils von einem Rückprojektionsmodul angezeigte Bild ist in diesem Fall ein Teilbild des von allen Rückprojektionsmodulen zusammen angezeigten Gesamtbildes der Bildwand.If the image displayed with given quality requirements exceed a certain size and complexity this is no longer possible with a single rear projection module. In such make the image is made up of partial images, each from a rear projection module displayed, composed. Each from a rear projection module In this case, the displayed image is a partial image of that of all rear projection modules together displayed overall picture of the screen.

Nach dem Stand der Technik ist es möglich, eine große Anzahl von Rückprojektionsmodulen in einem modularen Aufbau einer Projektionsbildwand aneinanderzureihen und/oder übereinander zu stapeln, um ein aus vielen einzelnen Teilbildern zusammengesetztes Großbild darzustellen. Die Anzahl der Rückprojektionsmodule, die zu einer Projektionsbildwand zusammengesetzt werden, beträgt bis zu 150 oder mehr.According to the state of the art it is possible one size Number of rear projection modules string together in a modular structure of a projection screen and / or on top of each other to be stacked in order to create a composite from many individual drawing files big screen display. The number of rear projection modules, which are put together to form a projection screen is up to 150 or more.

Weitere Einzelheiten zu Rückprojektionsmodulen sind dem Dokument EP 0 756 720 B1 zu entnehmen, auf das hiermit bezug genommen wird.Further details on rear projection modules are in the document EP 0 756 720 B1 to which reference is hereby made.

Zur Erzielung einer homogenen oder homogenisierten Ausleuchtung ist es vorteilhaft, wenn der Projektionsapparat eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Ausgleichen ört licher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung umfaßt. Bevorzugt kommt hierbei eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Einsatz, die sich in Ausbreitungsrichtung des Lichtes erstreckt, insbesondere ein Lichtmischstab. Lichtmischstäbe sind im Stand der Technik bekannt. Bekannte Ausführungsformen umfassen z.B. Hohlmischstäbe (siehe z.B. US 5,625,738 ) und Vollmischstäbe (siehe z.B. DE 10103099 A1 ).To achieve homogeneous or homogenized illumination, it is advantageous if the projection apparatus comprises a spatial light mixing device for compensating for local differences in the brightness distribution. A spatial light mixing device, which extends in the direction of propagation of the light, in particular a light mixing rod, is preferably used here. Light mixing rods are known in the prior art. Known embodiments include, for example, hollow mixing rods (see, for example US 5,625,738 ) and full mixing sticks (see e.g. DE 10103099 A1 ).

Die auch als Integrationsgrad bezeichnete Homogenisierungswirkung eines Lichtmischstabes hängt bei gegebener Winkelverteilung der Beleuchtung vom Verhältnis der Länge zum Querschnitt ab. Je größer dieses Verhältnis ist, desto höher ist der Integrationsgrad. Bei einer Beleuchtung mit Blendenzahl f im Bereich 1 bis 1.5 beträgt das Verhältnis für einen üblichen Lichtmischstab etwa 5 bis 10 bei einer Länge von 50 mm. Ein hochintegrierender Mischstab hat etwa die doppelte Länge, d.h. ein Verhältnis von 10 bis 20. Da sich bei einer Vergrößerung des Verhältnisses die mittlere Zahl der Reflexionen im Inneren des Lichtmischstabes vergrößert, entstehen dabei höhere Reflexionsverluste und damit eine geringere Lichtausbeute. Aus diesem Grund und wegen des praktisch zur Verfügung stehenden Platzes für den Einbau des Lichtmischstabes ist daher der in der Praxis erzielbare Integrationsgrad beschränkt.The homogenization effect of a light mixing rod, also known as the degree of integration, depends on the ratio of the length to the cross section for a given angular distribution of the lighting. The larger this ratio, the higher the degree of integration. In the case of illumination with an f number in the range from 1 to 1.5, the ratio for a conventional light mixing rod is approximately 5 to 10 with a length of 50 mm. A highly integrating mixing rod has about twice the length, ie a ratio of 10 to 20. Since the Ver ratio increases the average number of reflections inside the light mixing rod, this results in higher reflection losses and thus a lower light output. For this reason and because of the practically available space for the installation of the light mixing rod, the degree of integration that can be achieved in practice is limited.

An Projektionsgeräte, insbesondere an modular aus mehreren Projektionsgeräten aufgebaute Bildwände, werden in vielen Fällen hohe Anforderungen gestellt. Ein besonderes Problem besteht dabei in der Erzielung und Einhaltung einer bestimmten und gleichmäßigen Helligkeit des Bildes bzw. der Bilder, was aufgrund folgender technischer Ursachen nach dem Stand der Technik nur unzureichend erfüllt werden kann:
– Die in den unterschiedlichen Projektionsapparaten verwendeten Lampen, bei denen es sich in vielen Anwendungen um Hochleistungslampen handelt, haben eine unterschiedliche Grundhelligkeit. Dies erfordert einen aufwendigen Abgleich der einzelnen Projektionsgeräte, um eine einheitliche Darstellung auf einer Bildwand zu erzielen.
– Über die Lebensdauer der Lampen ändert sich der für den Projektionsapparat ausnutzbare Lichtstrom der Lampen. Dieser Alterungsprozeß ist zudem lampenabhängig. Dies erfordert einen wiederholten Helligkeitsabgleich der Projektionsapparate.
– Auch Herstellungstoleranzen der sonstigen optischen Komponenten führen zu Schwankungen des Lichtflusses auf der Projektionsfläche, was einen Helligkeitsabgleich der Projektionsapparate erforderlich macht.
In many cases, high demands are placed on projection devices, in particular on projection screens constructed modularly from a plurality of projection devices. There is a particular problem in achieving and maintaining a certain and uniform brightness of the image or images, which can only be inadequately achieved due to the following technical causes according to the prior art:
- The lamps used in the different projection devices, which are high-performance lamps in many applications, have different basic brightness. This requires a complex adjustment of the individual projection devices in order to achieve a uniform display on a screen.
- The luminous flux of the lamps which can be used for the projection apparatus changes over the life of the lamps. This aging process is also dependent on the lamp. This requires repeated brightness adjustment of the projection apparatus.
- Manufacturing tolerances of the other optical components also lead to fluctuations in the light flow on the projection surface, which necessitates a brightness adjustment of the projection apparatus.

Zur Lösung dieser hohen technischen Anforderungen werden, nach dem Stand der Technik verschiedene, aufwendige Methoden eingesetzt, die jedoch die genannten Probleme nicht vollständig lösen:
– Die Lampen werden in hohem Maße selektiert, um minimale, nicht weiter unterschreitbare Fertigungstoleranzen zu überwinden. Dies ist aufwendig und mit hohen Kosten verbunden.
– Während der Installation eines Projektionsapparates bzw. einer Bildwand und/oder in festen Serviceintervallen wird ein Helligkeitsabgleich durchgeführt. Dabei wird die Helligkeitsverteilung auf dem Bildschirm vermessen. Dies ist aufwendig und kostenintensiv, erfordert geschultes Personal und bedingt eine Unterbrechung des laufenden Betriebes. Zwischen den Serviceintervallen kann sich die Bildqualität verschlechtern.
– Die Berücksichtigung der auf Erfahrungswerten beruhenden mittleren Änderung des Lichtstromes während der Betriebsdauer. Die Abweichung einzelner Lampen von einer mittleren zeitabhängigen Lichtstromänderung sind jedoch so groß, daß sie ohne individuelle Korrektur zu sichtbaren Bildartefakten führen.
– Eine Bestimmung des Lichtstromes durch eine Messung der Lampenleistung mittels elektrischer Messung von Lampenstrom und Lampenspannung. Aber nur ein kleiner Teil der verfügbaren Lampentreiber erlaubt eine derartige elektrische Messung, und die elektrische Leistung der Lampen ist nicht vollständig mit dem resultierenden Lichtfluß des Projektors korreliert.
– Eine manuelle Eingabe einer zu berücksichtigenden zeitabhängigen Lichtstromänderung durch die Benutzer. Dies erfordert jedoch eine entsprechende Schulung des Benutzers und die Aufschaltung spezieller Bildinhalte, wodurch der Dauerbetrieb gestört wird.
– Eine Regelung der Lampenleistung zur Stabilisierung der optischen Leistung des Projektors. Eine derartige Regelung der Lampenleistung bedeutet, daß die Lampe mit variierender elektrischen Leistung betrieben würde. Dies zieht bei den üblicherweise verwendeten Hochleistungs-Entladungslampen eine unerwünschte Veränderung des Farbtones und eine Verkürzung der Lebensdauer der Lampe nach sich, was sich insbesondere für den Dauereinsatz in Bildwänden nachteilig auswirkt.
– Eine elektronische Kompensation durch Modifikation des Bildinhaltes. Damit geht aber eine nachteilige Verminderung des Kontrastes einher, und zudem ist keine Kompensation von Helligkeitsunterschieden bei dunklen Bildinhalten möglich.
– Es wird ein variabler Intensitätsabschwächer in Form einer Aperturblende zum Regeln des Lichtstromes ver wendet, die im Strahlengang der Beleuchtungsoptik oder der Projektionsoptik angeordnet wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dadurch die Primärfarben und der Kontrast verändert werden. Darüber hinaus wird die Homogenität der Ausleuchtung verschlechtert.
According to the state of the art, different, complex methods are used to solve these high technical requirements, but they do not completely solve the problems mentioned:
- The lamps are selected to a high degree in order to overcome minimal manufacturing tolerances that cannot be exceeded. This is complex and involves high costs.
- A brightness adjustment is carried out during the installation of a projection apparatus or a screen and / or at fixed service intervals. The brightness distribution is measured on the screen. This is complex and cost-intensive, requires trained personnel and requires an interruption of ongoing operations. Image quality may deteriorate between service intervals.
- The consideration of the average change in the luminous flux based on empirical values during the operating period. However, the deviation of individual lamps from an average time-dependent change in luminous flux is so great that they lead to visible image artifacts without individual correction.
- A determination of the luminous flux by measuring the lamp power by means of electrical measurement of lamp current and lamp voltage. However, only a small proportion of the available lamp drivers allow such an electrical measurement, and the electrical power of the lamps is not fully correlated with the resulting light flux from the projector.
- A manual entry of a time-dependent change in luminous flux to be taken into account by the user. However, this requires appropriate training of the user and the activation of special image content, which disrupts continuous operation.
- A regulation of the lamp power to stabilize the optical power of the projector. Such regulation of the lamp power means that the lamp would be operated with varying electrical power. This results in an undesirable change in the color tone and a shortening of the lamp's lifespan in the commonly used high-power discharge lamps, which has a disadvantageous effect in particular for continuous use in picture walls.
- Electronic compensation by modifying the image content. However, this is accompanied by a disadvantageous reduction in the contrast and, moreover, no compensation for differences in brightness in the case of dark image content is possible.
- A variable intensity attenuator is used in the form of an aperture diaphragm for regulating the luminous flux, which is arranged in the beam path of the lighting optics or the projection optics. However, it has been shown that this changes the primary colors and the contrast. In addition, the homogeneity of the illumination is deteriorated.

Der Erfindung liegt unter Berücksichtigung dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine zufriedenstellende Lösung für die Helligkeitsregelung bei oben genannten Projektionsapparaten durchzuführen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Projektionsapparat mit den Merkmalen des beigefügten unabhängigen Vorrichtungsanspruch bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des beigefügten unabhängigen Verfahrensanspruch gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.The invention is based on this Prior art based the task of a satisfactory solution for the Brightness control with the above-mentioned projection apparatus. This The object is achieved by a projector with the features of the attached independent device claim or by a method with the features of the attached independent method claim solved. Preferred configurations and developments of the invention result themselves from the dependent claims and the following description with accompanying drawings.

Ein erfindungsgemäßer Projektionsapparat zum Projizieren eines Bildes auf einen Projektonsschirm umfaßt also einen Bildgeber zum Darstellen des Bildes in einem verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit mit einer Kondensoroptik oder eine Lampe mit fokussierendem Reflektor zum Beleuchten des Bildgebers, eine ein Projektionsobjektiv umfassende Projektionseinrichtung zum vergrößerten Abbilden des von dem Bildgeber dargestellten Bildes auf den Projektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung und einen variablen Intensitätsabschwächer zum Regeln des Lichtstromes, der im Strahlengang zwischen der Lampe der Beleuchtungseinheit und dem Bildgeber angeordnet ist, und er weist erfindungsgemäß die Besonderheit auf, daß der Intensitätsabschwächer in unmittelbarer Nähe der Fokalebene der Kondensoroptik bzw. der Fokalebene des fokussierenden Lampenreflektors der Beleuchtungseinheit angeordnet ist.A projection apparatus according to the invention for projecting an image onto a projection screen thus comprises an image generator for displaying the image on a reduced scale, an illumination unit with condenser optics or a lamp with a focusing reflector for illuminating the image generator, a projection device comprising a projection lens for magnifying the image of the one Imager displayed image on the projection screen, a spatial light Mixing device for compensating for local differences in the brightness distribution and a variable intensity attenuator for regulating the luminous flux, which is arranged in the beam path between the lamp of the lighting unit and the imager, and according to the invention it has the special feature that the intensity attenuator in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics or the focal plane of the focusing lamp reflector of the lighting unit is arranged.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Regeln der Helligkeit des projizierten Bildes eines Projektionsapparates zum Projizieren des Bildes auf einen Projektionsschirm umfassend einen Bildgeber zum Darstellen des Bildes in einem verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit mit einer Kondensoroptik bzw. einem fokussierenden Lampenreflektor zum Beleuchten des Bildgebers, eine ein Projektionsobjektiv umfassende Projektionseinrichtung zum vergrößerten Abbilden des von dem Bildgeber dargestellten Bildes auf den Projektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung und einen variablen Intensitätsabschwächer zum Regeln des Lichtstromes, der im Strahlengang zwischen der Lampe der Beleuchtungseinheit und dem Bildgeber angeordnet ist, weist die Besonderheit auf, daß der Lichtstrom mittels eines Intensitätsabschwächers geregelt wird, der in unmittelbarer Nähe der Fokalebene der Kondensoroptik der Beleuchtungseinheit bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist.An inventive method for controlling the Brightness of the projected image of a projector for Projecting the image onto a projection screen comprising a Imager for displaying the image on a reduced scale, one Illumination unit with a condenser optics or a focusing Lamp reflector for illuminating the imaging device, a projection lens comprehensive projection device for magnifying the image of the Imager displayed image on the projection screen, a spatial Light mixing device to compensate for local differences in the Brightness distribution and a variable intensity attenuator for Regulate the luminous flux in the beam path between the lamp the lighting unit and the imager is arranged the peculiarity that the Luminous flux is regulated by means of an intensity attenuator, which in in close proximity to the focal plane of the condenser optics of the lighting unit or the Focal plane of a focusing lamp reflector is arranged.

Mittels der Erfindung ist eine zuverlässige, individuelle Toleranzen und Alterungsprozesse berücksichtigende Regelung der Helligkeit des projizierten Bildes in relativ einfacher Weise möglich, ohne daß damit ein nennenswerter Verlust an Kontrast oder eine Änderung der Farbtemperatur einhergeht.By means of the invention is a reliable, individual Regulation of the tolerances and aging processes Brightness of the projected image is possible in a relatively simple manner without a noticeable loss of contrast or a change in color temperature accompanied.

Besondere praktische Vorteile der Erfindung ergeben sich daraus, daß die Helligkeitsregelung kontinuierlich durchgeführt werden kann, so daß ein Regelkreis mit einer kontinuierlichen Regelung ermöglicht wird. Ferner ist es vorteilhaft, daß keine zusätzlichen Meßgeräte oder Einsätze geschulten Personals erforderlich sind, weil der Abgleich automatisch im laufenden Betrieb erfolgen kann. Aus diesem Grund ist auch keine Störung oder Unterbrechung des laufenden Betriebes erforderlich, und auch bei der Verwendung von Beleuchtungseinrichtungen mit einem Doppellampenmodul zur Gewährleistung des unterbrechungsfreien Betriebs im Fall des Ausfalls einer Lampe durch Umschalten auf die zweite Lampe ist der Abgleich sofort möglich.Special practical advantages of the Invention result from the fact that the brightness control is continuous carried out can be so that a control loop is made possible with continuous control. It is also advantageous that no additional Measuring devices or Calls trained personnel are required because the comparison is automatic can take place during operation. For this reason, there is none disorder or interruption of ongoing operations required, and also when using lighting devices with a double lamp module to guarantee uninterrupted operation in the event of a lamp failure By switching to the second lamp, the adjustment is possible immediately.

Mit der Erfindung werden somit Ziele erreicht, um die die Fachwelt sich schon lange bemüht hat. Um dabei besonders gute Ergebnisse erzielen zu können, werden bevorzugt die nachfolgenden Maßnahmen einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt.With the invention thus become goals achieved, which the professional community has long sought. In order to achieve particularly good results, the subsequent measures used individually or in combination.

Nach einem zusätzlichen vorteilhaften Merkmal wird für Projektionsapparate gebräuchlicher Größe und Bauart vorgeschlagen, daß der Intensitätsabschwächer weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm von der Fokalebene des Kondensors der Beleuchtungseinheit bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors entfernt ist.According to an additional advantageous feature is for Projection devices more common Size and type suggested that the Intensity attenuator less than 12 mm, preferably less than 6 mm from the focal plane of the condenser the lighting unit or the focal plane of a focusing Lamp reflector is removed.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, daß die Lichteintrittsfläche der räumlichen Lichtmischeinrichtung in der oder in unmittelbarer Nähe der Fokalebene der Kondensoroptik der Beleuchtungseinheit bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist.Can advantageously be provided be that the Light entry surface the spatial Light mixing device in or in the immediate vicinity of the focal plane the condenser optics of the lighting unit or the focal plane of a focusing lamp reflector is arranged.

Der Intensitätsabschwächer kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform kann darin bestehen, daß der Intensitätsabschwächer einen oder mehrere, über den Querschnitt des Strahlengangs verteilt angeordnete lichtreduzierende Elemente aufweist, die das Licht abschwächen, absorbieren oder reflektieren. Die Verteilung der lichtreduzierenden Elemente kann regelmäßig oder zur Vermeidung von Interferenzen oder Bildartifakten auch unregelmäßig sein. Eine mögliche Ausführungsform eines derartigen Intensitätsabschwächers umfaßt eine transparente Scheibe, beispielsweise eine Glasscheibe, die eine strukturierte Beschichtung mit den lichtreduzierenden Elementen aufweist.The intensity attenuator can be different Be trained. An advantageous embodiment can consist in that the Intensity attenuator one or more, about the cross section of the beam path arranged light-reducing Has elements that weaken, absorb or reflect the light. The distribution of the light-reducing elements can be regular or be irregular to avoid interference or image artifacts. A possible embodiment of such an intensity attenuator includes one transparent pane, for example a pane of glass, the one structured coating with light-reducing elements having.

In anderen Ausführungsformen kann der Intensitätsabschwächer auch als den Strahlengang beschneidende Intensitätsblende ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer aus dem Stand der Technik bekannten kontinuierlich einstellbaren Aperturblende in Form einer Irisblende. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform kann darin bestehen, daß die Intensitätsblende einen Blendenkörper, beispielsweise eine Scheibe, aufweist, in dem mehrere unterschiedlich große Blendenöffnungen nebeneinander ausgebildet sind. In diesem Fall ist die Intensität in den Blendenöffnungen entsprechenden diskreten Stufen einstellbar.In other embodiments, the intensity attenuator can also be designed as an intensity diaphragm that cuts the beam path, for example in the form of a known from the prior art continuously adjustable aperture diaphragm in the form of an iris diaphragm. Another advantageous embodiment can be that the intensity aperture an aperture body, for example, has a disc in which several different size apertures are formed side by side. In this case, the intensity is in the aperture corresponding discrete levels adjustable.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Intensitätsblende besteht darin, daß sie als ein sich kontinuierlich oder abgestuft verjüngender Schlitz oder Spalt in einem Blendenkörper, beispielsweise einem Schlitten oder einer Scheibe ausgebildet ist.A preferred embodiment an intensity diaphragm is that they as a continuously or gradually tapering slot or gap in an aperture body, for example, a slide or a disc is formed.

Vorteilhafterweise umfaßt der Intensitätsabschwächer einen Blendenantrieb, mit dem der Intensitätsabschwächer bzw. der Grad der Intensitätsabschwächung eingestellt werden kann. Der Blendenantrieb kann beispielsweise zum Drehen oder Verschieben des Intensitätsabschwächers ausgebildet sein, um durch eine Lageveränderung des Intensitätsabschwächers den Lichtstrom zu vergrößern oder zu verringern.The intensity attenuator advantageously comprises one Aperture drive with which the intensity attenuator or the degree of intensity attenuation is set can be. The aperture drive can be used, for example, to turn or Shifting the intensity attenuator be formed to by a change of location of the intensity attenuator Increase or increase the luminous flux to reduce.

Eine praktisch besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Intensitätsabschwächers besteht in einer drehbaren Scheibe, insbesondere einer Kreisscheibe. Wenn die Intensitätsabschwächung dabei durch einen sich kontinuierlich oder abgestuft verjüngenden Schlitz oder Spalt in der Scheibe realisiert ist, erstreckt sich dieser vorteilhafter Weise in Drehrichtung der Scheibe. Durch Drehen der Scheibe kann dann die Intensität verändert werden.A practically particularly advantageous embodiment of an intensity attenuator consists in a rotatable disk, in particular a circular disk. If the attenuation of intensity is reali ized by a continuously or gradually tapering slit or gap in the disc Siert, this advantageously extends in the direction of rotation of the disc. The intensity can then be changed by turning the disc.

Die erfindungsgemäße Anordnung eines Intensitätsabschwächers in unmittelbarer Nähe der Fokalebene der Kondensoroptik der Beleuchtungseinheit bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors ist besonders vorteilhaft bei Projektionsapparaten einsetzbar, bei denen der Bildgeber pixelweise steuerbar ist und der Projektionsapparat zur Realisierung der zeitsequentiellen additiven Farbmischung ein zeitlich variables Farbfilter – im folgenden dynamisches Farbfilter genannt – zur Erzeugung primärer Farben enthält. Dabei ist der Bildgeber bevorzugt ein Digital-Micromirror-Device (DMD). Eine bevorzugte Ausführungsform eines dynamischen Farbfilters ist ein sich drehendes Farbrad. Nach einem besonders vorteilhaften Merkmal wird dabei vorgesehen, daß der Abstand zwischen dem Intensitätsabschwächer und der Lichteintrittsfläche des dynamischen Farbfilters weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm beträgt.The arrangement according to the invention of an intensity attenuator in in close proximity to the focal plane of the condenser optics of the lighting unit or the The focal plane of a focusing lamp reflector is particularly advantageous can be used in projection apparatus in which the image generator is pixel by pixel is controllable and the projection apparatus for realizing the time sequential additive color mixing a time-variable color filter - hereinafter dynamic Called color filter - for Generation primary Contains colors. The imager is preferably a digital micromirror device (DMD). A preferred embodiment a dynamic color filter is a rotating color wheel. To A particularly advantageous feature is that the distance between the intensity attenuator and the light entry surface of the dynamic color filter less than 12 mm, preferably less than 6 mm.

Viele kommerziell erhältliche Projektionsapparate, beispielsweise Video-Projektionseinrichtungen, benutzen separate Kanäle für jede der drei Primärfarben. Ein solches System erfordert für jede Primärfarbe einen Bildgeber und optische Strecken, die pixelgenau auf den Schirm konvergieren müssen. Neuartige Projektionsapparate verwenden nur einen Bildgeber auf Basis der zeitsequentiel len additiven Farbmischung, wobei das gesamte Bild in drei einfarbige Teilbilder bezüglich der Grundfarben rot, grün und blau zerlegt wird. Der Bildgeber wird sequentiell mit den Primärfarben beleuchtet. Dabei werden die darzustellenden Bilddaten entsprechend der gerade den Bildgeber erreichenden Farbe an den Bildgeber geleitet. Das Auge fügt die farbigen Teilbilder zu einem einzigen Vollfarbenbild zusammen. Das Auge fügt ebenfalls aufeinanderfolgende Videobilder und Videoteilbilder zu einem Vollbewegungsbild zusammen.Many commercially available Projection apparatus, for example video projection devices, use separate channels for every of the three primary colors. Such a system requires for any primary color an imager and optical lines that pixel-perfect on the screen have to converge. new Projection devices use only an imaging device based on the time sequential len additive color mixing, the whole picture in three single-color drawing images with respect to the basic colors red, green and blue is disassembled. The imager is sequential with the primary colors illuminated. The image data to be displayed are correspondingly of the color just reaching the imager to the imager. The eye adds the colored drawing files together into a single full-color picture. The eye adds also successive video images and partial video images a full motion picture together.

Ein solches System erfordert eine Einrichtung zum sequentiellen Beleuchten des Bildgebers mit primären Farben. Die einfachste Einrichtung eines hierzu geeigneten dynamischen Farbfilters ist ein sich drehendes Farbrad, das dazu dient, die gerade gewünschte Farbe aus dem weißen Spektrum einer Beleuchtungseinheit auszufiltern.Such a system requires one Device for sequentially illuminating the imager with primary colors. The easiest way to set up a suitable dynamic color filter is a rotating color wheel that serves to select the color you want out of the white Filter spectrum of a lighting unit.

Derartige Farbräder zum Ändern der Farbe des von der Projektionslampe ausgekoppelten Lichtes werden im allgemeinen aus dichroitischen Filtern hergestellt. Die Filter weisen aber herstellungsbedingt Abweichungen in ihrer spektralen Filtercharakteristik auf, die sich darin äußern, daß sich die Kantenlagen der Filter unterscheiden. Infolge dessen gibt es Unterschiede in der Wahrnehmung der Grundfarben sowie der Mischfarben.Such color wheels to change the color of the Projection lamp decoupled light are generally out dichroic filters. The filters, however, are due to the manufacturing process Deviations in their spectral filter characteristics, which can express that the Differentiate the edge positions of the filters. As a result, there are differences in the perception of the primary colors as well as the mixed colors.

Die derzeit im Zusammenhang mit der zeitsequentiellen Bilderzeugung verwendeten Bildgeber sind sogenannte Digital-Micromirror-Devices, die beispielsweise in dem Patent US 5,079,544 beschrieben sind. Sie umfassen eine Anordnung kleiner bewegbarer Spiegel zum Ablenken eines Lichtstrahls entweder zu der Projektionslinse (ein) oder weg von der Projektionslinse (aus). Durch schnelles Ein- und Ausschalten der von den Spiegeln dargestellten Pixel kann eine Grauskala erzielt werden. Die Verwendung von DMDs zum Digitalisieren von Licht ist auch unter der Bezeichnung DLP (Digital Light Processing) bekannt. Ein DLP-Projektionssystem umfaßt eine Lichtquelle, optische Elemente, Farbfilter, eine digitale Steuerung und Formatierung, ein DMD und eine Projektionslinse.The image generators currently used in connection with time-sequential image generation are so-called digital micromirror devices, which are described, for example, in the patent US 5,079,544 are described. They include an arrangement of small movable mirrors for deflecting a light beam either towards the projection lens (on) or away from the projection lens (off). A gray scale can be achieved by quickly switching the pixels represented by the mirrors on and off. The use of DMDs for digitizing light is also known as DLP (Digital Light Processing). A DLP projection system includes a light source, optical elements, color filters, digital control and formatting, a DMD and a projection lens.

Als Bildgeber bei der zeitsequentiellen additiven Farbmischung wird bevorzugt ein Digital-Micromirror-Device (DMD) verwendet. Es sind aber auch andere, beispielsweise eingangs genannte Bildgeber im Rahmen der Erfindung verwendbar.As an imager at the time sequential additive color mixing is preferred a digital micromirror device (DMD) used. But there are also others, for example at the beginning Imager used in the context of the invention.

Das dynamische Farbfilter zur zeitsequentiellen Erzeugung von Primärfarben ist vorteilhafterweise ein Farbrad. Andere, derzeit oder künftig verfügbare entsprechende Einrichtungen können jedoch im Rahmen der Erfindung ebenfalls verwendet werden.The dynamic color filter for time sequential Generation of primary colors is advantageously a color wheel. Other corresponding ones currently or future available Facilities can however, can also be used within the scope of the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin beschriebene Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Es zeigen:The invention is described below of an embodiment shown in the figures. In this special features described can used individually or in combination with each other to preferred To create embodiments of the invention. Show it:

1 eine schematische Darstellung von Komponenten eines Projektionsapparates nach dem Stand der Technik mit geöffneter Blende, 1 1 shows a schematic illustration of components of a projection apparatus according to the prior art with the diaphragm open,

2 dem Projektionsapparat von 1 mit weiterer geschlossener Blende, 2 the projector of 1 with another closed aperture,

3 den Einfluß des Abblendens in 2 auf die Filtercharakteristik eines Farbrades, 3 the influence of the dimming in 2 on the filter characteristics of a color wheel,

4 zwei benachbarte Projektionsapparate einer Bildwand, 4 two adjacent projection apparatuses on a screen,

5 die Bildhelligkeit der Projektionsapparate von 4 ohne Helligkeitskorrektur, 5 the image brightness of the projection apparatus from 4 without brightness correction,

6 die Helligkeit der Projektionsapparate von 4 mit Helligkeitskorrektur nach dem Stand der Technik, 6 the brightness of the projectors from 4 with state-of-the-art brightness correction,

7 Testpunkte im Strahlengang der Beleuchtungsoptik, 7 Test points in the beam path of the lighting optics,

8 Winkelverteilungen an Testpunkten außerhalb der Fokalebene der Kondensoroptik, 8th Angular distributions at test points outside the focal plane of the condenser optics,

9 Winkelverteilungen an Testpunkten in der Fokalebene der Kondensoroptik, 9 Angular distributions at test points in the focal plane of the condenser optics,

10 integrale Winkelverteilungen und die Wirkung einer Blende außerhalb der Fokalebene der Kondensoroptik, 10 integral angular distributions and the effect of an aperture outside the focal plane of the condenser optics,

11 integrale Winkelverteilungen und die Wirkung einer Blende in der Fokalebene der Kondensoroptik, 11 integral angular distributions and the effect of an aperture in the focal plane of the condenser optics,

12 eine Einzelheit eines erfindungsgemäßen Projektionsapparates, 12 a detail of a fiction moderate projection apparatus,

13 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Intensitätsabschwächer in Form einer geschlitzten Kreisscheibe von 12 und 13 a plan of an intensity attenuator according to the invention in the form of a slotted circular disc of 12 and

14 eine Einzelheit eines erfindungsgemäßen Projektionsapparates mit einer Regeleinrichtung. 14 a detail of a projection apparatus according to the invention with a control device.

1 zeigt die optischen Komponenten eines Projektionsapparates 1 nach dem Stand der Technik. Er umfaßt eine Beleuchtungseinheit 2 mit einer Lampe 3 als Lichtquelle, vorzugsweise einer Entladungslampe, und einer Kondensoroptik 4. Im Strahlengang folgt ein dynamisches Farbfilter 5 in Form eines Farbrades 6 und eine räumliche Lichtmischeinrichtung 7 in Form eines sich in Ausbreitungs richtung des Lichtes erstreckenden Lichtmischstabes B. Das am Lichtmischstab 8 austretende Licht wird mittels einer Abbildungsoptik 9, die auch als Relay-Optik bezeichnet wird, auf einen Bildgeber 11 abgebildet. 1 shows the optical components of a projection apparatus 1 According to the state of the art. It includes a lighting unit 2 with a lamp 3 as a light source, preferably a discharge lamp, and condenser optics 4 , A dynamic color filter follows in the beam path 5 in the form of a color wheel 6 and a spatial light mixing device 7 in the form of a light mixing rod B extending in the direction of propagation of the light on the light mixing rod 8th emerging light is by means of imaging optics 9 , which is also referred to as relay optics, to an imaging device 11 displayed.

Das von dem Bildgeber 11 erzeugte Bild wird mittels eines Projektionsobjektives 12 einer Projektionseinrichtung vergrößert auf einen nicht dargestellten Projektionsschirm abgebildet, projiziert also das vom Bildgeber 11 in Transmission oder Reflektion erzeugte Bild auf einen nicht dargestellten Projektionsschirm. In einem bevorzugten Anwendungsfall der Erfindung ist der Projektionsapparat 1 ein Rückprojektionsapparat, und das von dem Projektionsobjektiv 12 projizierte Bild ist ein Teilbild einer mehrere Projektionsapparate oder Rückprojektionsapparate enthaltenden Bildwand.That from the imager 11 generated image is by means of a projection lens 12 a projection device enlarged on a projection screen, not shown, so projects from the imager 11 Image generated in transmission or reflection on a projection screen, not shown. In a preferred application of the invention, the projection apparatus 1 a rear projection apparatus, and that from the projection lens 12 projected image is a partial image of an image wall containing a plurality of projection apparatus or rear projection apparatus.

Das projizierte Bild wird mittels des Verfahrens der zeitsequentiellen Mischung aus aufeinanderfolgenden monochromen Teilbildern in den Primärfarben rot, grün und blau aufgebaut. Die Sequenz kann auch ein viertes Teilbild in schwarz/weiß enthalten, daß zur Erhöhung der Bildhelligkeit zugemischt wird. Die Sequenz der Teilbilder folgt in einer ausreichend hohen Geschwindigkeit, so daß das Auge dem Farbwechsel nicht folgen kann und eine physiologische Farbmischung stattfindet.The projected image is created using the process of time sequential mixture of successive monochrome drawing files in the primary colors red, green and blue built up. The sequence can also contain a fourth partial image in black and white, that for increase is mixed into the image brightness. The sequence of the drawing files follows at a sufficiently high speed so that the eye cannot follow the color change and a physiological color mixture takes place.

Das Farbrad 6 dient dazu, aus dem weißen Licht der Lampe 3 die Primärfarben rot, grün und blau zur Ausleuchtung des Bildgebers 11 zu erzeugen. Der Bildgeber 11 ist vorzugsweise ein DMD. Bei entsprechender Synchronisierung kann der Bildgeber 11 die monochromen Teilbilder erzeugen, die von dem Auge des Betrachters des projizierten Bildes zusammengesetzt werden.The color wheel 6 serves from the white light of the lamp 3 the primary colors red, green and blue for illuminating the imaging device 11 to create. The imager 11 is preferably a DMD. With appropriate synchronization, the imager can 11 which produce monochrome partial images that are assembled by the eye of the viewer of the projected image.

Das Licht der Lampe 3 wird mittels der Kondensoroptik 4 auf den Eintritt des Lichtmischstabes 8 fokussiert. Das sich drehende Farbrad 6 weist unterschiedlich farbige Segmente in den Primärfarben auf, die je nach Drehstellung des Farbrades 6 die Spektralanteile der Lampe 3 entsprechend dem gerade im Strahlengang befindlichen Farbfilter transmittieren. Der Lichtmischstab 8 sorgt für eine Homogenisierung der Ausleuchtung, und die Abbildungsoptik 9 bildet die Lichtverteilung am Ausgang des Lichtmischstabes 8 auf den Bildgeber 11 ab. Das Farbrad 6 ist in der Nähe des Ein- oder des Ausgangs des Lichtmischstabes 8 angeordnet.The light of the lamp 3 by means of the condenser optics 4 on the entry of the light mixing stick 8th focused. The rotating color wheel 6 has different colored segments in the primary colors, depending on the position of the color wheel 6 the spectral components of the lamp 3 transmit according to the color filter currently in the beam path. The light mixing stick 8th ensures homogenization of the illumination, and the imaging optics 9 forms the light distribution at the exit of the light mixing rod 8th on the imager 11 from. The color wheel 6 is near the input or output of the light mixing rod 8th arranged.

Die Grundhelligkeit des projizierten Bildes, d.h. die Helligkeit eines Bildes bei vollweißem Bildinhalt, hängt von der Leuchtdichte am Ort des Bildgebers 11 ab. Aufgrund der eingangs genannten Probleme ist es daher gewünscht, die Leuchtdichte am Ort des Bildgebers 11 zu regeln.The basic brightness of the projected image, ie the brightness of an image with completely white image content, depends on the luminance at the location of the imager 11 from. Because of the problems mentioned above, it is therefore desirable to have the luminance at the location of the imaging device 11 to regulate.

Nach dem Stand der Technik wird der Lichtfluß durch Abblenden gesteuert. Dabei kommen verschiedene, zueinander äquivalente Aperturblenden in Betracht, nämlich eine Blende 13 in dem Projektionsobjektiv 12, eine Blende 14 in der Abbildungsoptik 9 oder eine Blende 15 vor der Kondensoroptik 4. In 2 ist dargestellt, wie sich der Lichtfluß beim Schließen der Blende 13 oder einer hierzu äquivalenten Blende 14 oder 15 verringert.In the prior art, the light flow is controlled by stopping down. Different aperture diaphragms that are equivalent to one another come into consideration here, namely one diaphragm 13 in the projection lens 12 , an aperture 14 in the imaging optics 9 or an aperture 15 in front of the condenser optics 4 , In 2 is shown how the light flux when closing the diaphragm 13 or an equivalent aperture 14 or 15 reduced.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, daß ein derartiges Abblenden nach dem Stand der Technik aus folgenden Gründen nachteilig ist:
– Die durch das Farbrad 6 erzeugten Primärfarben würden sich ändern. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Filtercharakteristik der verwendeten Filter, bei denen es sich zumeist um dielektrische Schichten handelt, eine deutliche Abhängigkeit vom Einfallswinkel hat. Für eine bestimmte Verteilung des einfallenden Lichtes als Funktion des Einfallswinkels ergibt sich aus diesem Grund eine effektive resultierende Filterkurve. Wenn die Winkelverteilung des Lichtes geändert wird, wie dies beim Abblenden durch eine Bündelbegrenzung geschieht, resultiert eine geänderte effektive Filterkurve, so daß sich die Farbe des projizierten Bildes ändert. In 3 ist veranschaulicht, wie sich die effektive integrale Transmission T als Funktion der Wellenlänge λ des Farbrades 6 bei einer Veränderung der Winkelverteilung des einfallenden Lichtes durch Abblenden entsprechend den 1 und 2 verändert.
– Der von dem Lichtmischstab 8 erzielte Homogenisierungsgrad der Ausleuchtung des projizierten Bildes hängt näherungsweise von der Anzahl der Reflektionen in seinem Inneren ab. Wenn beim Abblenden gemäß 2 die Winkelverteilung eingeschränkt wird, resultiert daraus eine geringere mittlere Anzahl von Reflektionen in dem Lichtmischstab B. Dadurch verschlechtert sich die Homogenität der Bildhelligkeit.
– Der Hell-Dunkel-Kontrast bzw. der An-Aus-Kontrast hängt bei den meisten Bildgebern 11, insbesondere bei DMDs von der Winkelverteilung des einfallenden Lichtes ab. Durch den Einsatz von Aperturblenden nach dem Stand der Technik kommt es also zu einer unerwünschten Kontrastveränderung.
Within the scope of the invention it was recognized that such a dimming according to the prior art is disadvantageous for the following reasons:
- The one through the color wheel 6 generated primary colors would change. This is due to the fact that the filter characteristics of the filters used, which are mostly dielectric layers, have a clear dependence on the angle of incidence. For this reason, an effective resulting filter curve results for a specific distribution of the incident light as a function of the angle of incidence. If the angular distribution of the light is changed, as is done by stopping down a beam, a changed effective filter curve results, so that the color of the projected image changes. In 3 illustrates how the effective integral transmission T is a function of the wavelength λ of the color wheel 6 when changing the angular distribution of the incident light by dimming according to the 1 and 2 changed.
- The one from the light mixing stick 8th achieved degree of homogenization of the illumination of the projected image depends approximately on the number of reflections in its interior. If when stopping down 2 the angular distribution is restricted, this results in a lower average number of reflections in the light mixing rod B. This reduces the homogeneity of the image brightness.
- The light-dark contrast or the on-off contrast depends on most imaging devices 11 , especially with DMDs, on the angular distribution of the incident light. The use of aperture diaphragms according to the prior art therefore leads to an undesirable change in contrast.

Die vorstehend geschilderten Probleme sind insbesondere bei Bildwänden, bei denen mehrere Projektionsapparate im parallelen Einsatz sind und die Matrixanordnung der Einzelbilder ein Gesamtbild ergibt, problematisch, weil das sehr empfindliche Auge eines Betrachters Helligkeits-, Farb- und Kontrastunterschiede an der Übergangsstelle von einem Bild zum benachbarten Bild deutlich wahrnimmt, auch wenn entsprechende Variationen bei der Betrachtung nur eines Bildes nicht auffallen.The problems described above are problematic, in particular in the case of projection walls, in which a plurality of projection apparatuses are used in parallel and the matrix arrangement of the individual images gives an overall image, because the very sensitive eye of a viewer has brightness, color and con perceives differences in contrast at the transition point from one image to the adjacent image clearly, even if corresponding variations in the observation of only one image are not noticeable.

In 4 sind zwei benachbarte Projektionsapparate 1a und 1b einer Bildwand 16 mit Projektionsschirmen 17a und 17b dargestellt. Sie werden beide von der gleichen Datenquelle 18 angesteuert. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Betrachtung soll diese Datenquelle lediglich die Zustände "weiß", d.h. in einer 24-Bit-Darstellung (R, G, B) _ (255, 255, 255) und "schwarz", d.h. (R, G, B) = (0, 0, 0) für die gesamte Bildfläche erzeugen.In 4 are two adjacent projection devices 1a and 1b a screen 16 with projection screens 17a and 17b shown. They are both from the same data source 18 driven. To simplify the following consideration, this data source is only intended to state "white", ie in a 24-bit representation (R, G, B) _ (255, 255, 255) and "black", ie (R, G, B ) = (0, 0, 0) for the entire image area.

Die unterschiedlichen optischen Wirkungsgrade der beiden Projektionsapparate 1a und 1b, die z.B. auf Toleranzen der verwendeten Lampen oder optischen Komponenten beruhen, führen im unkorrigierten Zustand zu einer unterschiedlichen Bildhelligkeit H auf den beiden Projektionsschirmen 17a und 17b. Der Kontrast der beiden Projektionsapparate 1a und 1b, d.h. H(weiß)/H(schwarz) ist allerdings, da er hauptsächlich von dem verwendeten Bildgeber 11 bestimmt ist, eine nahezu konstante Größe für die beiden Projektionsapparate 1a und 1b. Dies hat zur Folge, daß auch der Zustand "schwarz" für beide Projektionsapparate 1a und 1b unterschiedlich hell ist. Die 5 veranschaulicht die vorstehenden Erläuterungen ohne Korrektur der Bildhelligkeit H.The different optical efficiencies of the two projection devices 1a and 1b For example, which are based on tolerances of the lamps or optical components used, lead to a different image brightness H on the two projection screens in the uncorrected state 17a and 17b , The contrast of the two projection devices 1a and 1b , ie H (white) / H (black), however, since it is mainly from the imager used 11 is determined, an almost constant size for the two projection apparatus 1a and 1b , This has the consequence that the state "black" for both projection devices 1a and 1b is differently bright. The 5 illustrates the above explanations without correction of the image brightness H.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, außer einer Grundeinstellung der Bildhelligkeit H mittels einer oben beschriebenen Aperturblende 13, 14 oder 15 die Bildhelligkeiten H auch durch eine Modifikation des Datensignales von der Datenquelle 18 anzugleichen. In 4 ist veranschaulicht, wie in einem einfachen Modell der Bilddatenstrom von der Datenquelle 18 zu den Projektionsappa raten 1a und 1b jeweils durch eine Multiplikatorstufe X1a und X1b individuell angepaßt wird. In dem in 5 veranschaulichten Beispiel, bei dem der zweite Projektionsapparat 1b eine größere Helligkeit als der erste Projektionsapparat 1a hat, würde der dunklere erste Projektionsapparat 1a einen unveränderten Datenstrom erhalten, d.h. X1a wird auf 100% gesetzt. Der zweite Projektionsapparat 1b erhält dagegen einen abgeschwächten Datenstrom, d.h. X1b wird kleiner 100% gesetzt. Durch eine geeignete Wahl von X1b läßt sich auf diese Weise erreichen, daß die Bildhelligkeit H des ersten Projektionsapparates 1a für weiß gleich der Bildhelligkeit H des zweiten Projektionsapparates 1b für weiß ist, d.h. H(1a, weiß) = H(1b, weiß). Dies ist in 6 veranschaulicht.It is known from the prior art, apart from a basic setting of the image brightness H by means of an aperture diaphragm described above 13 . 14 or 15 the image brightness H also by modifying the data signal from the data source 18 equalize. In 4 is illustrated as in a simple model of the image data stream from the data source 18 advise to the projection apparatus 1a and 1b is individually adjusted by a multiplier stage X1a and X1b. In the in 5 illustrated example in which the second projector 1b greater brightness than the first projector 1a would have the darker first projector 1a receive an unchanged data stream, ie X1a is set to 100%. The second projector 1b on the other hand receives a weakened data stream, ie X1b is set to less than 100%. Through a suitable choice of X1b it can be achieved in this way that the image brightness H of the first projection apparatus 1a for white, the image brightness H of the second projection apparatus is the same 1b for white, ie H ( 1a , white) = H ( 1b , White). This is in 6 illustrated.

In 6 ist aber auch zu erkennen, daß die Helligkeit des Zustandes "schwarz" von dieser Art der Bilddatenkorrektur unbeeinflußt bleibt, da der Datenstrom für schwarz (0, 0, 0) nicht durch einen Multiplikator weiter abgeschwächt werden kann. Dies hat zur Folge, daß auch derart abgeglichene projizierte Bilder bzw. Projektionsapparate 1a und 1b sich um so mehr unterscheidende Bilder erzeugen, je dunkler der Bildinhalt ist. Die einzige Möglichkeit, hierbei eine Verbesserung zu erzielen, besteht darin, dem Bilddatenstrom an Projektor 1a eine additive Konstante (k, k, k) hinzuzufügen. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel müßte also die Bildhelligkeit H des ersten Projektionsapparates 1a für den Zustand "schwarz", d.h. H (1a, schwarz) erhöht werden und gleichzeitig die Multiplikationskonstante X1a neu justiert werden. Dies ist jedoch nicht nur mit einem erheblichen Mehraufwand zur Erzielung einer Helligkeitskorrektur verbunden, sondern verringert auch den effektiven Kontrast der Bildwand 16 und nutzt die spezifischen Kontrasteigenschaften eines Bildgebers 11 nicht voll aus.In 6 But it can also be seen that the brightness of the "black" state remains unaffected by this type of image data correction, since the data stream for black (0, 0, 0) cannot be further weakened by a multiplier. The result of this is that projected images or projection apparatuses which have been balanced in this way are also 1a and 1b the darker the image content, the more distinctive the images. The only way to improve this is to send the image data stream to the projector 1a add an additive constant (k, k, k). In the example described above, the image brightness H of the first projection apparatus would have to be 1a for the state "black", ie H (1a, black) are increased and at the same time the multiplication constant X1a is readjusted. However, this is not only associated with a considerable additional effort to achieve a brightness correction, but also reduces the effective contrast of the screen 16 and uses the specific contrast properties of an imaging device 11 not fully out.

Die oben erläuterten Nachteile der Einstellung und Korrektur der Helligkeit von Projektionsapparaten nach dem Stand der Technik werden durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Intensitätsabschwächers in unmittelbarer Nähe der Fokalebene der Kondensoroptik der Beleuchtungseinheit behoben. In den 7 bis 11 ist die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert.The above-described disadvantages of adjusting and correcting the brightness of projection apparatuses according to the prior art are eliminated by the arrangement according to the invention of an intensity attenuator in the immediate vicinity of the focal plane of the condenser optics of the illumination unit. In the 7 to 11 the mode of operation of the invention is explained in more detail.

In 7 ist eine Beleuchtungseinheit 2 mit Lampe 3 und Kondensoroptik 4 dargestellt. Ferner ist die Einhüllende 19 in der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 und der Lichtmischstab 8 dargestellt. Es sind sechs Testpunkte TP1, TP2, TP3, TP4, TP5 und TP6 eingezeichnet, von denen die Testpunkte TP1, TP2 und TP3 in einer Ebene liegen, die von der Fokalebene 20 entfernt ist, und die Testpunkte TP4, TP5 und TP6 in der Fokalebene liegen. In den 8 und 9 ist die Verteilung P des Lichtes als Funktion des Winkels θ an den sechs Testpunkten dargestellt, wobei θ den Betrag des Winkels zwischen der optischen Achse 21 und der Richtung der einzelnen Lichtstrahlen bezeichnet.In 7 is a lighting unit 2 with lamp 3 and condenser optics 4 shown. Furthermore, the envelope 19 in the focal plane 20 the condenser optics 4 and the light mixing stick 8th shown. Six test points TP1, TP2, TP3, TP4, TP5 and TP6 are shown, of which the test points TP1, TP2 and TP3 lie in a plane that is from the focal plane 20 is removed, and the test points TP4, TP5 and TP6 lie in the focal plane. In the 8th and 9 the distribution P of the light is shown as a function of the angle θ at the six test points, where θ is the amount of the angle between the optical axis 21 and the direction of the individual light rays.

In 8 sind die Winkelverteilungen für die Testpunkte TP1, TP2 und TP3 außerhalb der Fokalebene 20 dargestellt. Man erkennt, daß sich die Winkelverteilung P in Abhängigkeit von dem Ort des betrachteten Testpunktes, d.h. in Abhängigkeit von dem Abstand von der optischen Achse 21 ändert. Wenn im Bereich der Testpunkte TP1, TP2 und TP3 eine Blende verwendet wird, kommt es bei einer Veränderung der Blendenöffnung zu einer Änderung der integralen, resultierenden Winkelverteilung, da die von der optischen Achse entfernten Bereiche mehr oder weniger stark beitragen. Diese Änderung der integralen Winkelverteilung ist in 10 dargestellt. Für Blenden 13, 14 oder 15 (siehe 1) ergibt sich ein vergleichbarer Effekt. Die Veränderung der Winkelverteilung führt, wie oben erläutert, zu einer Veränderung der Farbe.In 8th are the angular distributions for the test points TP1, TP2 and TP3 outside the focal plane 20 shown. It can be seen that the angular distribution P depends on the location of the test point under consideration, ie depending on the distance from the optical axis 21 changes. If a diaphragm is used in the area of the test points TP1, TP2 and TP3, a change in the diaphragm opening leads to a change in the integral, resulting angular distribution, since the areas removed from the optical axis contribute more or less strongly. This change in the integral angular distribution is in 10 shown. For panels 13 . 14 or 15 (please refer 1 ) there is a comparable effect. As explained above, the change in the angular distribution leads to a change in the color.

Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, daß sich diese Nachteile vermeiden lassen, wenn stattdessen die Blende im Bereich der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 angeordnet wird. In 9 ist eine Winkelverteilung an den Testpunkten TP4, TP5 und TP6 dargestellt. Man erkennt, daß die Verteilungen, ausgenommen hinsichtlich einer absoluten Skalierung, identisch oder nahezu identisch sind. Deshalb ändert sich, wie in 11 dargestellt ist, die integrale Winkelverteilung nicht oder nur unwesentlich, wenn in der Fokalebene 20 eine Blende verwendet wird. Diese erfindungsgemäße Erkenntnis schafft die Voraussetzung dafür, daß sich beim Abblenden der Kontrast, die Farbe und die Ausleuchtungshomogenität nicht oder nicht wesentlich ändert.In the context of the invention, it was recognized that these disadvantages can be avoided if instead the diaphragm in the focal plane 20 the condenser optics 4 is arranged. In 9 shows an angular distribution at the test points TP4, TP5 and TP6. It can be seen that the distributions are identical or almost identical, except in terms of absolute scaling. Of half changes as in 11 is shown, the integral angular distribution is not, or only insignificantly, when in the focal plane 20 an aperture is used. This knowledge according to the invention creates the precondition for the fact that the contrast, the color and the illumination homogeneity do not change or do not change significantly when the aperture is dimmed.

Anhand der zu 7 angestellten Betrachtungen ist zu erkennen, daß die erfindungsgemäßen Vorteile nicht nur durch eine Intensitätsänderung mittels einer den Strahlengang beschneidenden Intensitätsblende mit einer Blendenöffnung erzielt werden können, sondern auch durch einen Intensitätsabschwächer, der einen oder mehrere, über den Querschnitt des Strahlengangs verteilt angeordnete lichtreduzierende Elemente aufweist, die das Licht abschwächen, absorbieren oder reflektieren. Mit einem derartigen Intensitätsabschwächer, der beispielsweise als strukturiert beschichtete transparente Scheibe, insbesondere als Glasscheibe ausgebildet sein kann, werden beim Reduzieren der Intensität nicht nur, wie dies bei einer Blende erfolgt, die entfernt von der optischen Achse 21 liegenden Strahlen abgeschwächt, sondern auch weiter innerhalb der Einhüllenden 19 liegende Lichtstrahlen.Based on the 7 It can be seen that the advantages according to the invention can be achieved not only by changing the intensity by means of an intensity diaphragm that cuts the beam path with an aperture, but also by an intensity attenuator that has one or more light-reducing elements that are distributed over the cross section of the beam path. that weaken, absorb or reflect the light. Such an intensity attenuator, which can be designed, for example, as a structured coated transparent pane, in particular as a glass pane, not only reduces the intensity, as is the case with a diaphragm, which is distant from the optical axis 21 lying rays weakened, but also further within the envelope 19 lying rays of light.

Die 12 und 13 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Intensitätsabschwächers in Form einer Intensitätsblende, die als Blendenscheibe 22 mit einem sich kontinuierlich verjüngenden Schlitz als Blendenöffnung 23 ausgebildet ist, wobei der Schlitz sich in Drehrichtung der Scheibe erstreckt, so daß durch Drehen der Blendenscheibe 22 die im Strahlengang wirksame effektive Blendenöffnung 23 verändert wird.The 12 and 13 illustrate a preferred embodiment of an intensity attenuator according to the invention in the form of an intensity diaphragm, which acts as an aperture disk 22 with a continuously tapering slot as the aperture 23 is formed, wherein the slot extends in the direction of rotation of the disc, so that by rotating the aperture disc 22 the effective aperture opening effective in the beam path 23 is changed.

In 12 ist neben der Blendenscheibe 22 mit dem Blendenantrieb 24 auch das Farbrad 6 mit dem Farbradantrieb 25 dargestellt. Wie oben erläutert, könnte das Farbrad 6 auch auf der Lichtaustrittseite des Lichtmischstabes 8 angeordnet sein.In 12 is next to the aperture disc 22 with the aperture drive 24 also the color wheel 6 with the color wheel drive 25 shown. As explained above, the color wheel 6 also on the light exit side of the light mixing rod 8th be arranged.

Da zum Erreichen einer möglichst hohen Einkopplungseffizienz des von der Beleuchtungseinheit 2 erzeugten Lichtes in den Lichtmischstab 8 die Fokalebene 20 in der Lichteintrittsfläche 26 des Lichtmischstabes 8 liegen sollte, kommt es zu einem mechanischen Konflikt: Die Lichteintrittsfläche 26 des Lichtmischstabes 8, das Farbrad 6 und der Intensitätsabschwächer, d.h. in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Blendenscheibe 22 sollten möglichst am gleichen Ort positioniert werden. In der Praxis ist daher eine Kompromißlösung zu finden. Die erfindungsgemäßen Vorteile werden bei gängigen Größen von Projektionsapparaten 1, Beleuchtungseinheiten 2, Lampen 3 und Lichtmischstäben 8 erzielt, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt werden:
– Der Abstand A zwischen dem Intensitätsabschwächer (Blendenscheibe 22) und der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 der Beleuchtungseinheit 2 beträgt weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm.
– Die Lichteintrittsfläche 26 der räumlichen Lichtmischeinrichtung (Lichtmischstab 8) ist in der Fokalebene 20 oder in unmittelbarer Nähe der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 der Beleuchtungseinheit 2 angeordnet, d.h. der Abstand B beträgt weniger als 10 mm.
– Der Abstand C zwischen dem Intensitätsabschwächer (Blendenscheibe 22) und der Lichteintrittsfläche des dynamischen Farbfilters (Farbrad 6) beträgt weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm.
– Die Lichteintrittsfläche 26 der räumlichen Lichtmischeinrichtung (Lichtmischstab 8) sollte möglichst genau in der Fokalebene 20 der Kondensoroptik 4 der Beleuchtungseinheit 2 bzw. der Fokalebene des fokussierenden Lampenreflektors angeordnet sein, möglichst in einem Abstand von weniger als 6 mm.
Since to achieve the highest possible coupling efficiency of the lighting unit 2 generated light in the light mixing rod 8th the focal plane 20 in the light entry area 26 of the light mixing stick 8th there should be a mechanical conflict: the light entry surface 26 of the light mixing stick 8th , the color wheel 6 and the intensity attenuator, ie the diaphragm disk in the illustrated embodiment 22 should be positioned in the same place if possible. A compromise solution can therefore be found in practice. The advantages according to the invention are in common sizes of projection apparatus 1 , Lighting units 2 , Lamps 3 and light mixing sticks 8th achieved if one or more of the following conditions are met:
- The distance A between the intensity attenuator (aperture disk 22 ) and the focal level 20 the condenser optics 4 the lighting unit 2 is less than 12 mm, preferably less than 6 mm.
- The light entry area 26 the spatial light mixing device (light mixing rod 8th ) is in the focal plane 20 or in the immediate vicinity of the focal plane 20 the condenser optics 4 the lighting unit 2 arranged, ie the distance B is less than 10 mm.
- The distance C between the intensity attenuator (aperture disc 22 ) and the light entry surface of the dynamic color filter (color wheel 6 ) is less than 12 mm, preferably less than 6 mm.
- The light entry area 26 the spatial light mixing device (light mixing rod 8th ) should be as close as possible to the focal plane 20 the condenser optics 4 the lighting unit 2 or the focal plane of the focusing lamp reflector, if possible at a distance of less than 6 mm.

Das Problem der räumlich dichten Anordnung von Lichteintrittsfläche 26 des Lichtmischstabes 8, des Farbrades 6 und einer variablen Blende wird durch eine Blendenscheibe 22 gemäß 13 mit einer Blendenöffnung 23 in Form eines Blendenschlitzes mit variabler Breite gelöst. Die kreisförmige Blendenscheibe 22 wird möglichst nahe zum Farbrad 6 und auf derselben Achse positioniert. Durch die Kreisform mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser des Farbrades 6 entspricht, werden akustische Störgeräusche, die infolge der hohen Drehzahl des Farbrades 6 (ca. 10.000 U/min) entstehen könnten, unterdrückt. Die effektive Blendenöffnung läßt sich durch eine Drehbewegung der kreisförmigen Blendenscheibe 22 einstellen und somit der Lichtfluß am Ausgang des Lichtmischstabes 8 regeln.The problem of the spatially dense arrangement of light entry surface 26 of the light mixing stick 8th , the color wheel 6 and a variable aperture is through an aperture disc 22 according to 13 with an aperture 23 solved in the form of an aperture slit with variable width. The circular aperture disc 22 becomes as close as possible to the color wheel 6 and positioned on the same axis. Due to the circular shape with a diameter that corresponds to the diameter of the color wheel 6 corresponds to acoustic noise due to the high speed of the color wheel 6 (approx. 10,000 rpm) could be suppressed. The effective aperture can be adjusted by rotating the circular aperture disc 22 adjust and thus the light flow at the output of the light mixing rod 8th regulate.

Die 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Projektionsapparates 1 mit einer Regeleinrichtung zum Einstellen der Blendenöffnung in der Blendenscheibe 22. Er umfaßt einen projektorinternen Beleuchtungssensor 27 zum Messen der Helligkeit des von der Beleuchtungseinheit 2 zur Beleuchtung des Bildgebers 11 erzeugen Lichtstromes und eine Regeleinrichtung, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung der variabel einstellbaren Blendenscheibe 22 in Abhängigkeit von dem Signal des Beleuchtungssensors 27 geregelt wird. Der Sensor 27 weist die aus dem Lichtmischstab 8 austretende Lichtmenge nach. Das Signal des Sensors 27 ist somit proportional zu der Lichtmenge, die auf dem Bildschirm meßbar wäre, wenn ein ausschließlich weißes Bild projiziert würde. Das Signal des Sensors 27 ist somit ein Maß für die Grundhelligkeit des Projektionsapparates 1.The 14 shows an embodiment of a projection apparatus 1 with a control device for adjusting the aperture in the aperture disc 22 , It includes a projector-internal lighting sensor 27 for measuring the brightness of the from the lighting unit 2 for illuminating the imaging device 11 generate luminous flux and a control device, by means of which the brightness of the projected image by controlling the variably adjustable aperture plate 22 depending on the signal from the lighting sensor 27 is regulated. The sensor 27 shows the from the light mixing stick 8th emerging light quantity after. The signal from the sensor 27 is therefore proportional to the amount of light that would be measurable on the screen if an exclusively white image were projected. The signal from the sensor 27 is therefore a measure of the basic brightness of the projection apparatus 1 ,

Dieses Signal wird in der Regeleinrichtung, die eine Datenauswertung 28 und eine Motoransteuerung 29 umfaßt, mit eventuell vorgegebenen Sollwerten in ein Stellsignal für den Blendenantrieb 24 umgerechnet, der mittels des Stellmotors 30 die Blendenscheibe 22 in die gewünschte Stellung dreht. Durch die Drehbewegung ändert sich die effektive Blendenbreite, so daß die Lichtmenge geregelt wird.This signal is in the control device, which is a data evaluation 28 and a motor control 29 includes, with any predetermined setpoints in a control signal for the diaphragm drive 24 converted by means of the servomotor 30 the aperture disk 22 to the desired position. The effective aperture width changes as a result of the rotary movement, so that the amount of light is regulated.

Der Sollwert für die Helligkeit des Projektionsapparates kann im Falle einer Bildwand auch durch Vergleich mit den Nachbarmodulen ermittelt werden. So kann beispielsweise bei voll geöffneter Blende die maximal erreichbare Helligkeit aller Module ermittelt werden. Als Sollwert wird dann das niedrigste Sensorsignal aller vermessenen Module verwendet.The setpoint for the brightness of the project Onsapparatates can also be determined in the case of a screen by comparison with the neighboring modules. For example, the maximum achievable brightness of all modules can be determined when the cover is fully open. The lowest sensor signal of all measured modules is then used as the setpoint.

Der Sensor muß nicht unbedingt ein interner Sensor sein. Es ist ebenso möglich, die Grundbildhelligkeit auf die Umgebungshelligkeit, die durch einen äußeren Sensor gemessen wird, anzupassen. Ebenso könnte die Blendeneinstellung entsprechend dem momentanen Bilddatenstrom gewählt werden. Auf diese Weise würde sich eine Steigerung des Kontrastes zwischen hellen und dunklen Bildinhalten realisieren lassen.The sensor does not necessarily have to be an internal sensor his. It is also possible the basic image brightness to the ambient brightness by an external sensor is measured to adapt. The aperture setting could also be used can be selected according to the current image data stream. In this way would an increase in the contrast between light and dark image content let it be realized.

Dementsprechend können weitere vorteilhafte Ausbildungen wie folgt sein:
– Der Projektionsapparat 1 umfaßt einen Umgebungssensor zum Messen der Helligkeit des Umgebungslichtes und eine Regeleinrichtung, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Signal des Umgebungssensors geregelt wird.
– Der Projektionsapparat umfaßt einen Bildsensor zum Ermitteln des Helligkeitswertes des Bildinhaltes des projizierten Bildes oder eine entsprechende Analyseeinrichtung des Datenstromes sowie eine Regeleinrichtung, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Bildinhalt geregelt wird.
– Der Projektionsapparat umfaßt eine Regeleinrichtung, mittels der die Helligkeit in Abhängigkeit von der Helligkeit es benachbarten Projektionsapparates geregelt wird. Die Erfindung weist u.a. folgende Vorteile auf:
– Die Bildhelligkeit kann in einem großen Bereich von mehr als 50 % geregelt werden.
– Der Gesamtkontrast ändert sich dabei nicht. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für den Abgleich mehrerer Projektionsapparate einer Bildwand.
– Die Homogenität der Ausleuchtung ändert sich dabei nicht. Eventuelle elektronische Korrekturen können unverändert für alle Blendenstellungen übernommen werden.
– Die Farbe ändert sich dabei nicht, da die Primärfarben bei einer zeitsequentiellen Farbmischung nicht verfälscht werden.
– Die Betriebsbedingungen der Lampe müssen nicht angepaßt werden.
– In Bildwänden kann die Helligkeit benachbarter Module aufeinander angeglichen werden.
– Die Helligkeit eines Projektionsapparates kann auf die Umgebungshelligkeit angepaßt werden, was insbesondere in Kontrollräumen aus ergonomischen Gründen vorteilhaft ist.
– Der vom Bildinhalt abhängige Kontrast kann durch Regelung auf den momentanen Bildinhalt gesteigert werden. Dunkle Szenen lassen sich so weiter abdunkeln, helle Szenen verbleiben bei voller Helligkeit.
– Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mittels einer Regeleinrichtung das projizierte Bild im laufenden Betrieb des Projektionsapparates regelbar ist, d.h. unabhängig vom Bildinhalt, ohne Unterbrechung oder Störung des laufenden Betriebes, ohne daß eine Testbild projiziert werden muß und wobei eine Messung des Lichtes nur auf der Beleuchtungsseite des Bildgebers erforderlich ist.
Accordingly, further advantageous designs can be as follows:
- The projector 1 comprises an ambient sensor for measuring the brightness of the ambient light and a regulating device by means of which the brightness of the projected image is regulated by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the signal from the ambient sensor.
- The projection apparatus comprises an image sensor for determining the brightness value of the image content of the projected image or a corresponding analysis device of the data stream, as well as a control device by means of which the brightness of the projected image is regulated by controlling the variably adjustable intensity attenuator depending on the image content.
- The projection apparatus comprises a control device by means of which the brightness is controlled as a function of the brightness of the adjacent projection apparatus. The advantages of the invention include the following:
- The image brightness can be regulated in a wide range of more than 50%.
- The overall contrast does not change. This is an important prerequisite for the adjustment of several projection devices on one screen.
- The homogeneity of the illumination does not change. Any electronic corrections can be applied unchanged for all aperture positions.
- The color does not change because the primary colors are not distorted when the color is mixed sequentially.
- The operating conditions of the lamp do not have to be adjusted.
- The brightness of neighboring modules can be adjusted to each other in picture walls.
- The brightness of a projection apparatus can be adapted to the ambient brightness, which is particularly advantageous in control rooms for ergonomic reasons.
- The contrast dependent on the image content can be increased by regulating the current image content. Dark scenes can be darkened further, bright scenes remain at full brightness.
- A particular advantage of the invention is that by means of a control device, the projected image can be regulated while the projection apparatus is in operation, that is to say independently of the image content, without interruption or interference with ongoing operation, without a test image having to be projected and a measurement of the light is only required on the lighting side of the imaging device.

11
Projektionsapparatprojector
1a1a
erster Projektionsapparatfirst projector
1b1b
zweiter Projektionsapparatsecond projector
22
Beleuchtungseinheitlighting unit
33
Lampelamp
44
Kondensoroptikcondenser
55
Dynamisches Farbfilterdynamic color filter
66
FarbradColor wheel
77
räumliche Lichtmischeinrichtungspatial Light mixing device
88th
LichtmischstabLight mixing rod
99
Abbildungsoptikimaging optics
1010
1111
Bildgeberimager
1212
Projektionsobjektivprojection lens
1313
Blende in 12 Aperture in 12
1414
Blende in 9 Aperture in 9
1515
Blende in 4 Aperture in 4
1616
Bildwandscreen
17a17a
Projektionsschirm zu 1a Projection screen too 1a
17b17b
Projektionsschirm zu 1b Projection screen too 1b
1818
DatenquelleData Source
1919
Einhüllendeenvelope
2020
Fokalebenefocal plane
2121
optische Achseoptical axis
2222
Blendenscheibeaperture disc
2323
Blendenöffnungaperture
2424
Blendenantriebdiaphragm drive
2525
FarbradantriebFarbradantrieb
2626
Lichteintrittsfläche zu 8 Light entry area too 8th
2727
Beleuchtungssensorillumination sensor
2828
Datenauswertungdata analysis
2929
Motoransteuerungmotor Controller
3030
Stellmotorservomotor
AA
Abstand 20/22distance 20/22
BB
Abstand 20/26distance 20/26
CC
Abstand 22/6distance 6.22
HH
Bildhelligkeitbrightness
PP
Verteilungdistribution
TT
Transmissiontransmission
TP1TP1
erster Testpunktfirst test point
TP2TP2
zweiter Testpunktsecond test point
TP3TP3
dritter Testpunktthird test point
TP4TP4
vierter Testpunktfourth test point
TP5TP5
fünfter Testpunktfifth test point
TP6TP6
sechster Testpunktsixth test point
X1ax1a
Multiplikatorstufe zu 1a Multiplier level too 1a
X1bX 1b
Multiplikatorstufe zu 1b Multiplier level too 1b
λλ
Wellenlängewavelength
θθ
Winkelangle

Claims (28)

Projektionsapparat (1) zum Projizieren eines Bildes auf einen Projektionsschirm, umfassend einen Bildgeber (11) zum Darstellen des Bildes in einem verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit (2) mit einer Kondensoroptik (4) bzw. einem fokussierenden Lampenreflektor zum Beleuchten des Bildgebers (11), eine ein Projektionsobjektiv (12) umfassende Projektionseinrichtung zum vergrößerten Abbilden des von dem Bildgeber (11) dargestellten Bildes auf den Projektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung (7) zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung und einen variablen Intensitätsabschwächer zum Regeln des Lichtstromes, der im Strahlengang zwischen der Lampe (3) der Beleuchtungseinheit (2) und dem Bildgeber (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer in unmittelbarer Nähe der Fokalebene (20) der Kondensoroptik (4) der Beleuchtungseinheit (2) bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist.Projector ( 1 ) for projecting an image onto a projection screen, comprising an image generator ( 11 ) to display the image on a reduced scale, a lighting unit ( 2 ) with condenser optics ( 4 ) or a focusing lamp reflector to illuminate the imaging device ( 11 ), a projection lens ( 12 ) comprehensive projection device for enlarged imaging of the image from the image generator ( 11 ) displayed image on the projection screen, a spatial light mixing device ( 7 ) to compensate for local differences in the brightness distribution and a variable intensity attenuator to regulate the luminous flux in the beam path between the lamp ( 3 ) of the lighting unit ( 2 ) and the imager ( 11 ) is arranged, characterized in that the intensity attenuator is in the immediate vicinity of the focal plane ( 20 ) of the condenser optics ( 4 ) of the lighting unit ( 2 ) or the focal plane of a focusing lamp reflector is arranged. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm von der Fokalebene (20) der Kondensoroptik (4) der Beleuchtungseinheit (2) bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors entfernt ist.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity attenuator is less than 12 mm, preferably less than 6 mm, from the focal plane ( 20 ) of the condenser optics ( 4 ) of the lighting unit ( 2 ) or the focal plane of a focusing lamp reflector is removed. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (26) der räumlichen Lichtmischeinrichtung (7) in der oder in unmittelbarer Nähe der Fokalebene (20) der Kondensoroptik (4) der Beleuchtungseinheit (2) bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the light entry surface ( 26 ) the spatial light mixing device ( 7 ) in or in the immediate vicinity of the focal plane ( 20 ) of the condenser optics ( 4 ) of the lighting unit ( 2 ) or the focal plane of a focusing lamp reflector is arranged. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Lichtmischeinrichtung (7) eine sich in Ausbreitungsrichtung des Lichtes erstreckende Vorrichtung, insbesondere ein Lichtmischstab (8) ist.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the spatial light mixing device ( 7 ) a device extending in the direction of propagation of the light, in particular a light mixing rod ( 8th ) is. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer als den Strahlengang beschneidende Intensitätsblende ausgebildet ist.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity attenuator is designed as an intensity diaphragm which cuts the beam path. Projektionsapparat (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitätsblende als kontinuierlich einstellbare Apertur-, Pupillen- oder Irisblende ausgebildet ist.Projector ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the intensity diaphragm is designed as a continuously adjustable aperture, pupil or iris diaphragm. Projektionsapparat (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitätsblende einen Blendenkörper aufweist, in dem mehrere unterschiedlich große Blendenöffnungen nebeneinander ausgebildet sind.Projector ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the intensity diaphragm has a diaphragm body in which several diaphragm openings of different sizes are formed side by side. Projektionsapparat (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnung (23) der Intensitätsblende als ein sich kontinuierlich oder abgestuft verjüngender Schlitz oder Spalt in einem Blendenkörper ausgebildet ist.Projector ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the aperture ( 23 ) the intensity diaphragm as a continuous or stepped tapering slot or gap is formed in a diaphragm body. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer einen oder mehrere, über den Querschnitt des Strahlengangs verteilt angeordnete lichtreduzierende Elemente aufweist, die das Licht abschwächen, absorbieren oder reflektieren.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity attenuator has one or more light-reducing elements which are distributed over the cross section of the beam path and which weaken, absorb or reflect the light. Projektionsapparat (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer als strukturiert beschichtete transparente Scheibe, insbesondere als Glasscheibe ausgebildet ist.Projector ( 1 ) according to the preceding claim, characterized in that the intensity attenuator is designed as a structured coated transparent pane, in particular as a glass pane. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Blendenantrieb (24) zum Einstellen des Intensitätsabschwächers aufweist.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it has a diaphragm drive ( 24 ) for setting the intensity attenuator. Projektionsapparat (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Blendenantrieb (24) zum Drehen oder Verschieben des Intensitätsabschwächers ausgebildet ist.Projector ( 1 ) according to the preceding claim, characterized in that the diaphragm drive ( 24 ) is designed to rotate or shift the intensity attenuator. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Intensitätsabschwächer als drehbare Scheibe (22), insbesondere als Kreisscheibe ausgebildet ist.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the intensity attenuator as a rotatable disc ( 22 ), in particular as a circular disc. Projektionsapparat (1) nach den Ansprüchen 8 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnung (23) sich in Drehrichtung der Scheibe (22) erstreckend ausgebildet ist.Projector ( 1 ) according to claims 8 and 13, characterized in that the diaphragm opening ( 23 ) in the direction of rotation of the disc ( 22 ) is designed to extend. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Beleuchtungssensor (27) zum Messen der Helligkeit des von der Beleuchtungseinheit (2) zur Beleuchtung des Bildgebers (11) erzeugten Lichtstromes und eine Regeleinrichtung umfaßt, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Signal des Beleuchtungssensors (27) geregelt wird.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an illumination sensor ( 27 ) for measuring the brightness of the lighting unit ( 2 ) for illuminating the imaging device ( 11 ) generated luminous flux and a control device by means of which the brightness of the projected image by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the signal from the illumination sensor ( 27 ) is regulated. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Umgebungssensor zum Messen der Helligkeit des Umgebungslichtes und eine Regeleinrichtung umfaßt, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Signal des Umgebungssensors geregelt wird.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an ambient sensor for measuring the brightness of the ambient light and a regulating device by means of which the brightness of the projected image is regulated by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the signal from the ambient sensor. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Bildsensor zum Ermitteln des Helligkeitswertes des Bildinhaltes de s. projizierten Bildes oder eine entsprechende Analyseeinrichtung des Datenstromes sowie eine Regeleinrichtung umfaßt, mittels der die Helligkeit des projizierten Bildes durch Steuerung des variabel einstellbaren Intensitätsabschwächers in Abhängigkeit von dem Bildinhalt geregelt wird.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it has an image sensor for determining the brightness value of the image content de s. projected image or a corresponding analysis device of the data stream and a control device by means of which the brightness of the projected image is controlled by controlling the variably adjustable intensity attenuator as a function of the image content. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Regeleinrichtung umfaßt, mittels der die Helligkeit in Abhängigkeit von der Helligkeit eines benachbarten Projektionsapparates geregelt wird.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a regulating device by means of which the brightness is regulated as a function of the brightness of an adjacent projection apparatus. Projektionsapparat (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Regeleinrichtung das projizierte Bild im laufenden Betrieb des Projektionsapparates regelbar ist.Projector ( 1 ) according to one of Claims 15 to 18, characterized in that the projected image can be regulated by means of the regulating device while the projection apparatus is in operation. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (11) pixelweise steuerbar ist und der Projektionsapparat ein dynamisches Farbfilter (5) zur zeitsequentiellen Mischung primärer Farben umfaßt.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the image generator ( 11 ) can be controlled pixel by pixel and the projection device is a dynamic color filter ( 5 ) for the time-sequential mixing of primary colors. Projektionsapparat (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildgeber (11) ein Digital-Micromirror-Device (DMD) ist.Projector ( 1 ) according to the preceding claim, characterized in that the image generator ( 11 ) is a digital micromirror device (DMD). Projektionsapparat (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Farbfilter (5) ein sich drehendes Farbrad (6) ist.Projector ( 1 ) according to claim 20, characterized in that the dynamic color filter ( 5 ) a rotating color wheel ( 6 ) is. Projektionsapparat (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (C) zwischen dem Intensitätsabschwächer und der Lichteintrittsfläche des dynamischen Farbfilters (5) weniger als 12 mm, bevorzugt weniger als 6 mm beträgt.Projector ( 1 ) according to claim 20, characterized in that the distance (C) between the intensity attenuator and the light entry surface of the dynamic color filter ( 5 ) is less than 12 mm, preferably less than 6 mm. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinheit (2) eine Entladungslampe umfaßt.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the lighting unit ( 2 ) comprises a discharge lamp. Projektionsapparat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Rückprojektionsapparat ist.Projector ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is a rear projection apparatus. Bildwand (16), enthaltend mehrere Projektionsapparate (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Screen ( 16 ), containing several projection devices ( 1 ) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Regeln der Helligkeit des projizierten Bildes eines Projektionsapparates (1) zum Projizieren des Bildes auf einen Projektionsschirm, umfassend einen Bildgeber (11) zum Darstellen des Bildes in einem verkleinerten Maßstab, eine Beleuchtungseinheit (2) mit einer Kondensoroptik (4) bzw. einem fokussierenden Lampenreflektor zum Beleuchten des Bildgebers (11), eine ein Projektionsobjektiv (12) umfassende Projektionseinrichtung zum vergrößerten Abbilden des von dem Bildgeber (11) dargestellten Bildes auf den Projektionsschirm, eine räumliche Lichtmischeinrichtung (7) zum Ausgleichen örtlicher Unterschiede in der Helligkeitsverteilung und einen variablen Intensitätsabschwächer zum Regeln des Lichtstromes, der im Strahlengang zwischen der Lampe (3) der Beleuchtungseinheit (2) und dem Bildgeber (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrom mittels eines Intensitätsabschwächers geregelt wird, der in unmittelbarer Nähe der Fokalebene (20) der Kondensoroptik (4) der Beleuchtungseinheit (2) bzw. der Fokalebene eines fokussierenden Lampenreflektors angeordnet ist.Method for regulating the brightness of the projected image of a projection apparatus ( 1 ) for projecting the image onto a projection screen, comprising an image generator ( 11 ) to display the picture in egg a reduced scale, a lighting unit ( 2 ) with condenser optics ( 4 ) or a focusing lamp reflector to illuminate the imaging device ( 11 ), a projection lens ( 12 ) comprehensive projection device for enlarged imaging of the image from the image generator ( 11 ) displayed image on the projection screen, a spatial light mixing device ( 7 ) to compensate for local differences in the brightness distribution and a variable intensity attenuator to regulate the luminous flux in the beam path between the lamp ( 3 ) of the lighting unit ( 2 ) and the imager ( 11 ) is arranged, characterized in that the luminous flux is regulated by means of an intensity attenuator which is in the immediate vicinity of the focal plane ( 20 ) of the condenser optics ( 4 ) of the lighting unit ( 2 ) or the focal plane of a focusing lamp reflector is arranged. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Merkmal eines Projektionsapparates (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 25 umfaßt.A method according to claim 27, characterized in that it is a feature of a projection apparatus ( 1 ) according to any one of claims 2 to 25.
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