DE202005006912U1

DE202005006912U1 - Vorrichtung zum sequentiellen Betrieb von lichtaussendenden Einrichtungen in Projektionssystemen

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Publication number: DE202005006912U1
Application number: DE202005006912U
Authority: DE
Original assignee: Infocus Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2015-04-30
Also published as: EP1745657A2; CN1998244B; WO2005112471A1; US7083284B2; CN102547305A; JP2007535873A; CN1998244A; US20050243282A1; WO2005112471A8; CN2893733Y

Abstract

Vorrichtung, aufweisend:
eine Beleuchtungsquelle, welche eine oder mehrere Licht aussendende Einrichtungen beinhaltet, von denen mindestens eine auftreffendes Licht als eine Mehrzahl von Impulsen in einer Rahmenzeitdauer erzeugt; und
ein Lichtventil, welches mit der Beleuchtungsquelle optisch gekoppelt ist, um in der Rahmenzeitdauer das auftreffende Licht in ein Bild tragendes Licht zu modulieren.

Description

Offenbarte Ausführungsformen der Erfindung betreffen das Gebiet von Projektionssystemen, und insbesondere den sequentiellen Betrieb von Licht aussendenden Einrichtungen, die als Beleuchtungsquellen in diesen Projektionssystemen verwendet werden.
Multimedia-Projektionssysteme haben weite Verbreitung für Zwecke wie beispielsweise das Durchführen von Verkaufsverführungen und Geschäftstreffen, sowie zur Verwendung im Schulunterricht und im Heimkinobereich gefunden. Bei typischem Betrieb empfangen Multimedia-Projektionssysteme Videosignale von einer Videoeinheit und wandeln die Videosignale in digitale Informationen um, um eine oder mehrere digital angesteuerte Lichtventile zu steuern. Die Lichtventile können selektiv schaltbare Bildelemente oder Pixel aufweisen, die einem projizierten Bildpixel entsprechen. Wenn ein Lichtventilpixel in einen angeschalteten Zustand geschaltet ist, leitet es auftreffendes Licht (entweder in reflektierender oder in durchlassender Weise) als ein Bild tragendes Licht weiter, typischerweise durch zusätzliche Optiken, wie beispielsweise ein Projektionsobjektiv. Bei einem vom Lichtventil zu einem beliebigen Zeitpunkt übertragenen Bild handelt es sich um eine Lichtmatrix, welche allen zu diesem Zeitpunkt angeschalteten Pixeln entspricht. Dies kann als Punktraster-(Bitmap)-Bild bezeichnet werden. In letzter Zeit wurde der Schwerpunkt auf die Verwendung von Licht aussendenden Einrichtungen wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) als Beleuchtungsquelle gerichtet, um das auftreffende Licht in Multimedia-Projektionssystemen zu liefern.
Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche definiert. Die abhängigen Ansprüche legen optionale Merkmale einiger Ausführungsformen der Erfindung dar.
Ausführungsformen der Erfindung sind beispielhaft und nicht einschränkend in den Figuren der anliegenden Zeichnungen dargestellt, in welchen ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und welche zeigen:
1 ein Projektionssystem, welches eine Beleuchtungsquelle in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung verwendet;
2a – 2b Wellenformgraphen, welche Impulssequenzen Licht aussendender Einrichtungen mit zugehörigen Pixelsteuerdaten darstellen, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
3a – 3b Wellenformgraphen, welche Impulssequenzen Licht aussendender Einrichtungen darstellen, und zwar von mehreren Unterrahmen mit zugehörigen Pixelsteuerdaten, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
4a – 4b Wellenformgraphen, welche Elementarzeitdauer-Impulssequenzen Licht aussendender Vorrichtungen mit zugehörigen Pixelsteuerdaten in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung repräsentieren;
5a – 5b Wellenformgraphen, welche Impulssequenzen Licht aussendender Einrichtungen von veränderlicher Impulsdauer in aufeinander folgenden Unterrahmen gemeinsam mit zugehörigen Pixelsteuerdaten darstellen, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 eine Methode, um Impulswerte Licht aussendender Einrichtungen so zu gestalten, dass sie die Bitwerte der Teilfarben-Bittiefe widerspiegeln, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung; und
7a – 7b Wellenformgraphen, welche Impulssequenzen Licht aussendender Einrichtungen von veränderlicher Impulsamplitude in aufeinander folgenden Unterrahmen gemeinsam mit zugehörigen Pixelsteuerdaten darstellen, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug genommen auf die anliegenden Zeichnungen, die einen Teil von dieser bilden, wobei in allen Figuren ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und in diesen zu Darstellungszwecken spezielle Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, in welchen die Erfindung ausgeführt sein kann. Es versteht sich, dass weitere Ausführungsformen verwendet werden können, und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Daher versteht sich die folgende detaillierte Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn, und der Schutzumfang der Ausführungsformen der Erfindung ist durch die anliegenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert.
1 stellt eine vereinfachte bildliche Darstellung eines Multimedia-Projektionssystems 100 dar, welches eine Beleuchtungsquelle 104 auf Basis von Licht aussendenden Einrichtungen verwendet und mit einer Videoeinheit 116 verbunden ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Die Beleuchtungsquelle 104 kann mit einer Stromversorgungseinrichtung 106 verbunden sein und mit einer Lichtventilanordnung 108 optisch gekoppelt sein. Die Lichtventilanordnung 108 kann eine oder mehrere Anzeigeeinrichtungen repräsentieren, die eine digitale Mikrospiegeleinrichtung (DMD), eine Flüssigkristallanzeige (LCD) und eine Flüssigkristall-auf-Silizium-(LCOS)-Anzeige beinhalten, jedoch nicht auf diese eingeschränkt sind. Die Lichtventilanordnung 108 kann selektiv schaltbare Pixel aufweisen, deren Schalten mechanisch oder elektrisch erfolgen kann und welche einem oder mehreren Bildpixeln entsprechen. In Abhängigkeit vom Kostenrahmen sowie der angestrebten Helligkeit und Bildqualität spezieller Projektionssysteme kann die Lichtventilanordnung 108 verschiedene Größen und Auflösungen haben, durchscheinend oder reflektierend sein, und Einzel- oder Mehrfachanzeige-Konfigurationen verwenden.
Die Beleuchtungsquelle 104 kann das Lichtventil 108 mit auftreffendem Licht 120 einer Anzahl von Teilfarben sequentiell versorgen, dadurch, dass eine oder mehrere Licht aussendende Einrichtungen einer jeder Teilfarbe gepulst werden. Die Teilfarben kann man sich als Einzelfarben vorstellen, die, wenn sie in den geeigneten Mengen kombiniert werden, eine Zielfarbe für Bildpixel erzeugen. In einer Ausführungsform können die Teilfarben Rot, Grün und Blau beinhalten, jedoch können in alternativen Ausführungsformen, zusätzlich oder alternativ, viele weitere Farben verwendet werden, welche Weiß und weitere Farbkombinationen einschließen.
In einer Ausführungsform kann, wenn mehr als eine Licht aussendende Einrichtung für eine einzige Teilfarbe verwendet wird, die durchschnittliche abgestrahlte Wellenlänge die mittlere Wellenlänge Sein, welche der gewünschten Lichtfarbe entspricht. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform grünes Licht mit einer mittleren Wellenlänge von 520 nm verwendet werden. Dieses grüne Licht kann das Produkt einer Anzahl Licht aussendender Einrichtungen sein, welche z.B. Wellenlängen von 500 nm abstrahlen, die mit einer gleichen Anzahl Licht aussendender Einrichtungen kombiniert sind, welche Wellenlängen von 540 nm abstrahlen. Diese Ausführungsform kann erwünscht sein, wenn sich die Beschaffung von Licht aussendenden Einrichtungen einer speziellen Wellenlänge aufgrund hoher Kosten oder schlechter Verfügbarkeit als schwierig erweist.
In einer Ausführungsform können die Licht aussendenden Einrichtungen der Beleuchtungsquelle 104 Festkörper-Lichtquellen beinhalten, die sich in einer später noch genauer beschriebenen Weise pulsen lassen. Beispiele für derartige Festkörper-Lichtquellen beinhalten Leuchtdioden (LEDs) und Laserdioden, sind jedoch nicht auf diese eingeschränkt.
In einer Ausführungsform kann die erste Teilfarbe, z.B. Rot, die Lichtventilanordnung 108 für eine vorbestimmte Zeitdauer beleuchten. Während die Lichtventilanordnung 108 mit dem roten Licht bestrahlt wird, kann ein spezifisches Licht ventilpixel in einen angeschalteten oder aktivierten Zustand geschaltet sein, und zwar für eine bestimmte Zeitdauer, die von der gewünschten Intensität von Rot für dieses Pixel und für diesen Bildrahmen abhängt. Je größer die Zeitdauer ist, während der das Lichtventilpixel angeschaltet ist, desto heller der Farbton der roten Farbe. Dieser Beleuchtungsprozess kann für die verbleibenden Teilfarben, z.B. Grün und Blau, wiederholt werden. Die Menge einer jeden Teilfarbe, die als ein Bild tragendes Licht 124 weitergeleitet wird, bestimmt typischerweise die projizierte Farbe des Bildpixels für diesen Bildrahmen.
Die Lichtventilanordnung 108 kann mit einer Steuereinrichtung 112 verbunden sein. Die Steuereinrichtung 112 kann mit der Stromversorgungseinrichtung 106 verbunden sein und kann ausgebildet Sein, um Videosignale (entweder analoge oder digitale) von der Videoeinheit 116 zu empfangen und Lichtventil-Steuersignale an die Lichtventilanordnung 108 zu senden. Die Videoeinheit 116 kann einen Personal- oder Laptop-Computer, eine DVD, eine Set-Top-Box (STB), einen integrierten Fernsehtuner, eine Videokamera oder eine beliebige andere Einrichtung beinhalten, die zum Senden von Videosignalen an das Projektionssystem 100 geeignet ist, ist jedoch nicht auf diese eingeschränkt. Das Projektionssystem 100 kann in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen realisiert sein, die Spiele, Filme, Fernsehen, Werbung und das Anzeigen von Daten einschließen, ist jedoch nicht auf diese eingeschränkt.
Die Steuereinrichtung 112 kann Bildrahmen aus einem analogen Videosignal basierend auf einer gewünschten Rahmenfrequenz erzeugen (die typischerweise im Rahmen pro Sekunde (fps) gemessen wird). Dieser Prozess kann entfallen, falls es sich bei dem eingehenden Videosignal um ein digitales Signal handelt, da die Bildrahmen bereits definiert sein sollten. Jedoch kann es einige Fälle geben, bei denen eine Bildfrequenzumwandlung des Quellenvideosignals erwünscht sein kann. In einem solchen Fall können Bildfrequenz-Umwandlungsverfahren, die im übrigen Stand der Technik sind, verwendet werden.
Der Bildrahmen kann bildpunkt-gerastert sein, derart, dass jedem Bildpixel eine Zielfarbe für den Bildrahmen zugeordnet ist. Die Wahl der möglichen Zielfarben kann in Bezug zum Quantisierungspegel (oder Intensitätspegel) einer jeweiligen von einer Anzahl von Teilfarben stehen. Die Anzahl von Zielfarben, zu deren Erzeugung das Projektionssystem 100 in der Lage ist, kann durch die Farbtiefe des Systems 100 bestimmt sein.
Die Farbtiefe, oder Bittiefe, ist die Anzahl der Bits, die pro Pixel in einem Rahmenpufferspeicher der Steuereinrichtung 112 zugeordnet sind und welche die Zielfarbe eines gegebenen Pixels für den Rahmen festlegen. Eine größere Farbtiefe bedeutet, dass das System 100 eine größere Anzahl von Zielfarben bewerkstelligen kann. Jedoch entspricht eine größere Farbtiefe auch einer Erhöhung der vom System 100 benötigten Menge an Ressourcen, wie z.B. Speicher, Prozessorleistung etc. Übliche Werte für die Farbtiefe sind 16 und 24 Bit, es können jedoch auch wenn andere Werte verwendet werden. Eine Farbtiefe von 24 Bit, welche auch als "Echtfarbe" (true color) bezeichnet wird, kann z.B. 3 Byte Speicher per Pixel und Rahmen aufweisen. Für eine Ausführungsform mit drei Teilfarben hat dies zur Folge, dass durch ein Datenbyte 256 verschiedene Intensitäten für jede der Teilfarben dargestellt werden. In verschiedenen Ausführungsformen können verschiedene Bitzuordnungen verwendet werden, was zu einer unterschiedlichen Bitanzahl zur Repräsentierung einer jeden Teilfarbe führt. Durch Kombinieren der unterschiedlichen Intensitätspegel der drei Teilfarben lässt sich ein Auswahlumfang von über 16 Millionen möglichen Farben darstellen. Zur beispielhaften Darstellung weisen die nachfolgend dargestellten und erläuterten vereinfachten Ausführungsformen eine Farbtiefe von 9 Bit auf und jeder der drei Teilfarben sind zur Festlegung des Intensitätspegels dieser Teilfarbe für diesen Bildrahmen drei Bit zugewiesen. Bei der dargestellten Ausführungsform lassen sich mit drei Bit acht Intensitätspegel für jede der Teilfarben darstellen, was wiederum ein Bildpixel mit einer von 512 möglichen Zielfarben zur Folge hat (z.B. 8 Rot-Intensitätsgrade 8 Grün-Intensitätsgrade * 8 Blau-Intensitätsgrade).
Basierend auf der gewünschten Zielfarbe für jedes Bildpixel kann die Steuereinheit 112 Pixelsteuerdaten für die einzelnen Lichtventilpixel erzeugen und senden, um das Modulieren des von der Beleuchtungsquelle 104 auftreffenden Lichtes 120 in ein Bild tragendes Licht 124 zu erleichtern. Die Pixelsteuerdaten können mit den Impulssequenzen der Licht aussendenden Einrichtungen synchronisiert sein, die in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen dieser Erfindung erzeugt werden, wie später noch erläutert wird. Das ein Bild tragende Licht 124 kann dann zu den Projektionsoptiken 128 weitergeleitet werden, was die abschließende Bilderzeugung auf einem Bildschirm, einer Anzeigeeinrichtung oder irgendeinem anderen Mechanismus erleichtern kann. Die Projektionsoptiken 128 können ein Projektionsobjektiv, ein Bilderzeugungsobjektiv und viele weitere auf diesem technischen Gebiet bekannte optische Bauelemente einschließen.
In einer Ausführungsform können die Lichtpfade der Teilfarben zusammenfallen, bevor das ankommende Licht 120 auf das/die Lichtventil(e) der Lichtventilanordnung 108 auftrifft wird, derart, dass das/die Lichtventil(e) das ankommende Licht 120 aller Teilfarben entlang des gleichen Weges empfängt/empfangen. Dieses Überlappen der Lichtpfade kann die Beibehaltung der Étendue, oder des Lichtdurchsatzes, des Projektionssystems 100 erleichtern. Die Lichtpfade der verschiedenen Teilfarben können durch einen X-Würfel, einen oder mehrere dichroitische Spiegel oder durch irgendeinen anderen Mechanismus vereinigt werden. Alternativ kann das Licht der unterschiedlichen Teilfarben vor dem Auftreffen auf das/die Lichtventil(e) entlang unterschiedlicher Pfade laufen. Eine Ausführungsform einer speziellen Anwendung kann zusätzliche optische Komponenten zur Modulation des Lichtpfades beinhalten, um das Zuführen von Licht von den Licht aussendenden Einrichtungen zu den Lichtventilen zu erleichtern. Beispiele derartiger Bauelemente beinhalten Kollimatoren, Integratoren, Spiegel und Bilderzeugungsobjektive, sind jedoch nicht auf diese eingeschränkt.
2a stellt Wellenformgraphen dar, welche Impulssequenzen Licht aussendender Einrichtungen repräsentieren, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden. Insbesondere sind Wellenformgraphen 129, 130 und 131, welche Impulssequenzen Licht aussendender Einrichtungen repräsentieren, die zu drei Teilfarben, z.B. Rot, Grün und Blau, führen, über eine einzige Rahmenzeitdauer 152 dargestellt. Jede der Teilfarben kann aus Licht von einer oder mehreren Licht aussendenden Einrichtungen bestehen, wie zuvor erläutert. Die Rahmenzeitdauer 152 kann der Zeitdauer entsprechen, welche von der Steuereinrichtung zum Senden oder vom Lichtventil zum Empfangen der Daten benötigt wird, die einen einzigen Rahmen eines unbewegten Bildes von vielen aufeinander folgenden Bildrahmen umfassen, die, wenn sie kombiniert werden, die Illusion von Bewegung als Bilddarstellung liefern. In verschiedenen Ausführungsformen wird ein "Aufblinken" von 30 oder mehr Rahmen pro Sekunde durchgeführt.
In der Ausführungsform von 2a kann jede der Licht aussendenden Einrichtungen einen gleichen, ein Drittel betragenden Tastgrad aufweisen, der einen einzigen Impuls 136 _{(1,2 und 3)} von einer Zeitdauer von einem Drittel der Rahmendauer 152 beinhaltet. Das Tastverhältnis soll den Zeitanteil repräsentieren, während dem eine Licht aussendende Einrichtung im Verlauf einer gegebenen Zeitdauer, z.B. der Rahmendauer 152, aktiviert ist. Während die eine Teilfarbe angeschaltet ist, können die anderen abgeschaltet sein, was den Licht aussendenden Einrichtungen ein Abkühlen vor der erneuten Aktivierung für die nächste Sequenz ermöglichen kann. In einer Ausführungsform, welche Festkörper-Lichtquellen verwendet, kann eine Sperrschichtdiode Wärme erzeugen, wenn sie aktiv ist, was bewirken könnte, dass die Lichtabstrahlung im Verlauf der Aktivierungszeitdauer allmählich abnimmt. Die Tatsache, dass eine "Aus"-Zeit zwischen Aktivierungszeiträumen vorhanden ist, kann verhindern, dass die Sperrschichtdioden eine beträchtliche durch Wärmeerzeugung bedingte Lichtabgabeverringerung erfahren. Die Impulsdauer, die zu einer akzeptablen Lichtabstrahlungsverringerung führt, ist anwendungsspezifisch und kann in einer Vielzahl von unterschiedlichen Weisen gehandhabt werden, die mit dem Schutzumfang der Erfindung vereinbar sind. Weitere, später noch erläuterte Ausführungsformen legen alternative Impulssequenzen dar, welche in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Erfindung realisiert werden können.
In einer Ausführungsform, bei der für jede der Teilfarben ein Quantisierungspegel von 8 angestrebt wird, kann jeder Impuls 136 _{(1,2 und 3)} in 7 Elementarzeiträume unterteilt sein. Daher können Pixelsteuerdaten von der Steuereinheit 112 das Lichtventilpixel für 0–7 dieser Elementarzeiträume aktivieren, was zu insgesamt 8 unterschiedlichen Intensitätspegeln für jede der Teilfarben führt. In einer Ausführungsform eines Multimedia-Projektionssystems, das eine Rahmenfrequenz von 60 fps verwendet, kann die Rahmendauer 152(¹ ^sec/_{60 Rahmen}=) 16,7 Millisekunden (ms) betragen, und die Elementarzeiträume können ( ^{16,7 ms}/_{3 Farbzeitdauern} * ^{1 Farbzeitdauer} / _{7 Elementarzeitdauern} =) 0,8 ms betragen.
In dieser Ausführungsform kann, nimmt man eine Nennamplitude von 1 an, ein Lichtventilpixel, das für eine einzige Elementarzeitdauer aktiviert wird, 1 Lichteinheit als ein ein Bild tragendes Licht hindurchgehen lassen, was einem Intensitätspegel von 1 für die Teilfarbe entspricht. Die Amplitude, wie sie in diesem Kontext verwendet wird, kann man sich als einen Multiplikator eines Stromes vorstellen, der an die Farblicht aussendenden Einrichtungen angelegt wird. Daher bedeutet, auch wenn jede der Farblicht aussendenden Einrichtungen die gleiche Amplitude haben können, dies nicht notwendigerweise, dass an sie der gleiche Strom angelegt ist, es bedeutet lediglich, dass die angelegten Ströme zueinander proportional sind. Die Anzahl von Lichteinheiten, die während eines einzigen Impulses zur Verfügung stehen, können auch als Impulswert bezeichnet werden. Beispielsweise weist jeder Impuls 136 _{(1, 2 und 3)} in dieser Ausführungsform einen Impulswert von (7 Elementarzeiträume * 1 Amplitude =) 7 Lichteinheiten auf.
Es sei angemerkt, dass Lichteinheiten nicht notwendigerweise dem emittierten Lumenwert oder der Photonenanzahl entsprechen, sondern dass sie lediglich verwendet werden, um die Erläuterung der Taktsequenzen der Licht aussendenden Einrichtungen und die Quantisierung der unterschiedlichen Farben zu erleichtern. Um ein geeignetes Farbgleichgewicht zu erzielen, kann es erforderlich sind, dass jeder Rahmen einen unterschiedlichen Lumenwert für jede Teilfarbe enthält. Beispielsweise kann es in einer Ausführungsform, um weißes Licht zu erzielen, angestrebt werden, dass ca. 60 % des Lumenwertes grün ist, 30 % des Lumenwertes rot ist und 10 % des Lumenwertes blau ist. Daher kann in Abhängigkeit vom Wirkungsgrad einer jeweiligen Licht aussendenden Einrichtung die Betriebsleistung einer jeden Licht aussendenden Einrichtung angepasst werden, um diese Skalierung zu erzielen. Die speziellen Betriebsparameter, welche den Wirkungsgrad der Licht aussendenden Einrichtungen, die gewünschte Farbskalierung, die Nennströme etc. beinhalten, kann für eine Realisierung einer speziellen Ausführungsform in Betracht gezogen werden.
2b zeigt Pixelsteuerdaten 132, welche eine Zielfarbe für das Bildpixel der Rahmenzeitdauer 152 repräsentiert. Der Bildpixel für die Rahmenzeitdauer 152 ist eine Zielfarbe, die beispielsweise durch eine Rotintensität von 5, eine Grünintensität von 4 und eine Blauintensität von 7 definiert ist. Basierend auf diesen Informationen lassen die Pixelsteuerdaten 132 fünf Lichteinheiten von rotem Licht als Bild tragendes Licht durch, dadurch dass das Lichtventilpixel fünf Elementarzeiträume 133 lang während des Rot-Impulses 136₁ aktiviert wird. In ähnlicher Weise wird das Lichtventilpixel vier Elementarzeiträume 134 lang während des Grün-Impulses 136₂ aktiviert; und für alle sieben Elementarzeiträume 135 während des BlauImpulses 136₃ .
Auch wenn in der zuvor beschriebenen Ausführungsform Rot, Grün und Blau als Teilfarben dargestellt sind, können in weiteren Ausführungsformen zusätzlich oder alternativ weitere Farben verwendet werden, beispielsweise Cyan, Gelb und Magenta, jedoch nicht auf diese eingeschränkt. Außerdem kann eine Ausführungsform weißes Licht aussendende Einrichtungen beinhalten, die eine Ergänzung für die anderen Farblichtquellen darstellen, um die wirksame Helligkeit zu vergrößern. Dies kann dadurch erfolgen, dass eine weißes Licht aussendende Einrichtung für die gesamte Rahmenzeitdauer 152 aktiviert wird, oder alternativ kann diese gemeinsam mit geringen Wirkungsgrad aufweisenden Einrichtungen oder gemeinsam mit Einrichtungen gepulst werden, für die das Erzeugen eines größeren Lumenwertes angestrebt wird.
3a stellt Wellenformgraphen dar, welche Impulssequenzen Licht aussendender Einrichtungen darstellen, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden. Insbesondere repräsentieren Wellenformgraphen 140, 144 und 148 Teilfarblicht, z.B. rotes, grünes und blaues Licht aussendende Einrichtungen, die während einer einzigen Rahmenzeitdauer 152 mehrmals gepulst werden. Ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann jede der Teilfarben ein Tastverhältnis von 1/3 haben, derart, dass jede während eines Drittels der Rahmenzeitdauer 152 angeschaltet ist. Die Rahmenzeitdauer 152 kann in zwei Unterrahmen-Zeitdauern 156 und 164 weiter unterteilt sein, wobei jede einen Impuls von jeder der Teilfarben enthält. Auch kann, ähnlich wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform, die Gesamtaktivierungszeit für jede Teilfarbe in beispielsweise 7 Elementarzeiträume unterteilt sein, um 8 Quantisierungspegel für jede der Teilfarben unterzubringen. In dieser Ausführungsform weist der erste Unterrahmen 156 Impulssequenzen 160 _{(1,2
und 3)} von vier Elementarzeiträumen für jede der Teilfarben auf. Daher weist der zweite Unterrahmen 164 Impulssequenzen 162 _{(1,2 und 3)} auf, welche die verbleibenden Elementarzeiträume umfassen.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, jede Teilfarbe mit einem Drittel der Rahmenzeitdauer 152 zu pulsen, wie dies in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dargestellt wurde, sondern es kann möglich sein, die gesamte Lumenerzeugung für die Rahmenzeitdauer 152 innerhalb dieser Zeit ausgehend von einer bestimmten Licht aussendenden Einrichtung zu erreichen. Ein Pulsen einer Licht aussendenden Einrichtung mit einem deutlich oberhalb der Nennstromparameter liegenden Strom kann erfolgen, ohne dass dies eine wesentliche Beeinträchtigung der Lebensdauer der Licht aussendenden Einrichtung relativ zum Produkt bedeutet, sofern der angelegte Durchschnittsstrom für einen gegebenen Rahmen nicht größer ist als der (durch den Hersteller angegeben) Nennstrom der Licht aussendenden Einrichtung. Die Gesamtlichtabgabe (die man sich als die Anzahl von Photonen vorstellen kann, die durch die Licht aussendende Einrichtung ausgesendet werden) ist im Wesentlichen linear proportional zum angelegten Strom. Daher ist die Photonenanzahl, die pro Rahmen und Licht aussendender Vorrich tung ausgesendet werden darf/kann, durch den sich für diesen Rahmen ergebenden Durchschnittsstrom eingeschränkt. Daher ist es, geht man von n sequentiell gepulsten Teilfarben aus, möglich, den Strom, der an die das Teilfarblicht aussendenden Einrichtungen angelegt wird, bei einem Tastverhältnis von 1/n auf das n-fache von deren Nennstroms zu vergrößern. Beispielsweise erzeugt, im Kontext der vorliegenden Ausführungsform mit drei Teilfarben, ein Pulsen der Licht aussendenden Einrichtungen mit dem dreifachen ihres Nennstroms bei einem Tastverhältnis von 1/3 die gleiche Photonenanzahl pro Rahmenzeitdauer 152, wie wenn bei Nennstrom jede der Licht aussendenden Einrichtungen für die gesamte Rahmenzeitdauer 152 angeschaltet bleibt. Daher können die Licht aussendenden Einrichtungen einer jeder Teilfarbe, da sie zu verschiedenen Zeiten aktiviert werden, sich das gleiche Lichtventil 118 oder eine signifikante Verringerung der Lichtabgabe im Timesharing-Prinzip teilen.
3b zeigt Pixelsteuerdaten 165, welche eine Zielfarbe für das Bildpixel für die Rahmenzeitdauer 152 repräsentieren. Das Bildpixel für die Rahmenzeitdauer 152 kann eine Zielfarbe ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform sein, die z.B. durch eine Rot-Intensität von 5, eine Grün-Intensität von 4 und eine Blau-Intensität von 7 definiert ist.
In Übereinstimmung mit der dargestellten Ausführungsform können die Pixelsteuerdaten 165 den Betrieb des Lichtventilpixels mit den Teilfarbimpulsen der ersten und zweiten Unterrahmen 156 und 164 synchronisieren. Die Daten für die erste Teilfarbe, z.B. Rot, 168, welche einen Intensitätspegel von fünf aufweist, können in ein erstes Signal 172 unterteilt sein, um das Lichtventilpixel lediglich für die Zeitdauer des roten Impulse 160 des ersten Unterrahmens 156 zu aktivieren. In diesem Beispiel wird das Lichtventilpixel während vier Elementarzeiträumen aktiviert. Die verbleibenden Rot-Daten, welche 1 verbleibende Lichteinheit beinhalten, müssen als ein Signal 173 angelegt werden, um das Lichtventilpixel für die verbleibende eine einzige Elementarzeitdauer während des Rot-Impulses 162 des zweiten Unterrahmens 164 zu aktivieren. Die verkürzten Impulse dieser Ausführungsform können dazu führen, dass die Licht aussendenden Einrichtungen weniger Wärme als bei einem einzigen langen Aktivierungszeitraum erzeugen, wodurch möglicherweise die Degradation der Lichtabgabe verringert wird. Die Grün- und Blau-Daten 169 bzw. 170 können mit den zugehörigen Impulsen (106₂ und 160₃ ; 162₂ und 162₃ ) der ersten und zweiten Unterrahmen 156 und 164 in ähnlicher Weise synchronisiert werden.
4a stellt eine Impulssequenz von Licht aussendenden Einrichtungen dar, die in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erzeugt wird. Diese Ausführungsform ist in Bezug auf die Farbtiefe, die Rahmenzeitdauer und die Zielfarbe ähnlich zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, jedoch weist in dieser Ausführungsform der Impuls 174 einen Impulswert auf, der auf einen Grad verringert ist, welcher einem geringstwertigen Bit (LSB) der zuvor erläuterten Farbtiefe entspricht. In dieser Ausführungsform haben alle Impulse 174 der unterschiedlichen Teilfarben und der unterschiedlichen Unterrahmen äquivalente Impulswerte. In vielen Fällen, und so wie in dieser Ausführungsform dargestellt, handelt es sich bei dem LSB um einen Impuls, der für die Länge einer einzelnen Elementarzeitdauer andauert, jedoch braucht dies nicht immer der Fall zu sein. Eine Erzeugung eines Impulses von dieser Zeitdauer liegt deutlich innerhalb des Bereiches der Fähigkeiten moderner Festkörper-Lichtquellen, von denen einige zur Erzeugung von Impulsen im Nanosekundenbereich fähig sind. In der dargestellten Ausführungsform hat der Unterrahmen 176 eine Dauer von drei Elementarzeiträumen, wobei die Gesamtdauer der Rahmenzeitdauer 152 bei sieben Unterrahmen 176 liegt.
Bezug nehmend auf 4b kann die Steuereinrichtung Pixelsteuerdaten 179 erzeugen, welche die Synchronisierung des Lichtventilpixels mit der in 4a beschriebenen Impulssequenzierung erleichtern kann. Wie in 4b dargestellt, ist es nicht erforderlich, dass das Lichtventilpixel in der Rahmenzeitdauer 152 so früh wie möglich aktiviert wird. Beispielsweise müssen die vier Lichteinheiten grüner Daten 175 nicht in den ersten vier Unterrahmen 176 zum Lichtventilpixel übertragen werden. Stattdessen können sie, wie dargestellt, über die gesamte Rahmenzeitdauer verteilt sein. Jedoch können in einer alternativen Ausführungs form die Teilfarbendaten dem Lichtventilpixel in der Rahmenzeitdauer 152 so früh (oder so spät) wie möglich zugeführt werden.
Die in 4a dargestellte Ausführungsform stellt die Impulse aufeinander folgender Unterrahmen 176 dar, welche gleiche Dauer und Amplitude aufweisen. Jedoch braucht dies nicht immer der Fall zu sein. Beispielsweise könnte eine Ausführungsform derart gestaltet sein; dass sich die Amplitude und/oder die Dauer der Impulse aufeinander folgender Unterrahmen ändern könnte. 5a stellt ein Beispiel einer derartigen Ausführungsform dar.
In 5a sind drei Unterrahmen 177, 180 und 184 dargestellt, welche Impulse unterschiedlicher Impulsdauer aufweisen, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Jeder der Unterrahmen 177, 180 und 184 beinhaltet Impulse von einem gewissen Impulswert, welche die Bitwerte widerspiegeln, die jede der Teilfarben der Zielfarbe repräsentieren.
6 stellt eine Methode einer Ausführungsform zum Pulsen von Teilfarben mit den Bitwerten entsprechenden Impulswerten dar. Zuerst kann die Farbtiefe des Systems bestimmt werden, z.B. 9 Bit (Schritt 240). Diese Farbtiefe kann dann durch die Anzahl von im System verwendeten Teilfarben unterteilt werden, z.B. drei (Rot, Grün und Blau) (Schritt 250). Dies führt zur Teilfarben-Bittiefe, z.B. drei Bit/Teilfarbe, oder dem Quantisierungspegel. Daher kann jede Teilfarbe durch drei Bit im Rahmenpufferspeicher dargestellt werden. Jedem Bit der Teilfarben-Bittiefe kann ein Bitwert zugewiesen werden (Schritt 260). Beispielsweise können die drei Bit, die bei einer Teilfarben-Bittiefe von 3 Bit vorhanden sind, Bitwerte von 4 (MSB), 2 und 1 (LSB) haben. Und schließlich kann jede der Teilfarben mehrfach gepulst werden, wobei eine Mehrzahl der Impulswerte mindestens einem der Bitwerte entspricht (Schritt 270). Beispielsweise können, Bezug nehmend auf
5a, die Impulse 178 _{(1,2 und 3)} des ersten Unterrahmens 177 einen Impulswert von 4 (eine Dauer von vier Elementarzeiträumen und eine Amplitude von 1) aufweisen, um dem MSB zu entsprechen, die Impulse 182 _{(1,2 und 3)} des zweiten Unterrahmens 180 den Wert 2 und die Impulse 186 _{(1,2 und 3)} des dritten Unterrahmens 184 den Wert 1 aufweisen.
Es ist nicht erforderlich, dass die Impulse in der Reihenfolge vom höchstwertigen Impuls (MSP) 178 _{(1,2 und 3)} zum geringstwertigen Impuls (LSP) 186 _{(1,2 und
3)} vorliegen, und dies ist in weiteren Ausführurogsformen möglicherweise nicht der Fall. Außerdem braucht es nicht der Fall zu sein, dass jeder Bitwert in einem einzigen Impuls untergebracht ist. Beispielsweise könnte in einer Ausführungsform das MSB auf Impulse mehrerer über den Rahmen verteilter Unterrahmen gelegt werden.
Es sei angemerkt, dass in der zuvor beschriebenen Ausführungsform davon ausgegangenen wird, dass die Farbtiefe des Systems zu gleichen Teilen zwischen den Teilfarben aufgeteilt ist. Alternative Ausführungsformen können unterschiedliche Zuweisungsschemata verwenden. In einer Ausführungsform können die Impulswerte einer Teilfarbe speziell den Bitwerten dieser Teilfarbe entsprechen.
Die roten Daten 187, die in 5b dargestellt sind, können so unterteilt sein, dass 4 Lichteinheiten während des MSP 178₁ im ersten Unterrahmen 177 hindurchgehen, wobei die verbleibende 1 Lichteinheit während des Impulses 182 des nächsten Unterrahmens 180 hindurchgeht. Jedoch braucht die verbleibende 1 Lichteinheit nicht im nächsten darauffolgenden Impulszeitraum untergebracht zu werden. Beispielsweise kann in einer alternativen Ausführungsform die verbleibende 1 Lichteinheit dem Impuls zugeordnet werden, welcher den in engstem Bezug dazu stehenden Impulswert aufweist, wobei dies in dieser Ausführungsform das LSP 186 des dritten Unterrahmens 184 wäre. Die verbleibenden Teilfarbendaten 188 und 189 können dem Lichtventilpixel in einem ähnlichen Verfahren zugeführt werden.
7a stellt eine Impulssequenz Licht aussendender Einrichtungen dar, welche Impulse von verschiedener Amplitude beinhalten, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung. Ähnlich zur zuvor beschriebenen Ausführungs form gibt es drei Unterrahmen 190, 194 und 198, welche Impulse 201 _{(1,2 und 3)}, 202 _{(1,2 und 3)}, und 203 _{(1,2
und 3)} unterschiedlicher Impulswerte beinhalten. Jedoch weisen die Impulse dieser Ausführungsform 201 _{(1,2 und 3)}, 202 _{(1,2
und 3)}, und 203 _(1,2 _{und 3)} eine gleiche Zeitdauer 200 mit unterschiedlichen Amplituden 204, 208 und 212 auf. Ebenso entspricht, ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, der erste Unterrahmen 190 dem MSB der Teilfarben-Bittiefe, der zweite Unterrahmen 194 entspricht einem mittleren Bitwert und der dritte Unterrahmen 198 entspricht dem LSB.
Zugehörige Pixelsteuerdaten 216 für die vorliegende Ausführungsform sind in 7b dargestellt. Wenn das "An"-Signal an das Lichtventilpixel z.B. während des roten Impulses 201₁ des ersten Unterrahmens 190 gesendet wird, lässt das Pixel vier Lichteinheiten von roten Daten hindurch, bedingt durch den zugehörigen Impulswert des roten Impulses 201₁ . Bei lediglich einer einzigen verbleibenden Lichteinheit von roten Daten kann das Lichtventilpixel während des dritten Unterrahmens 198 aktiviert werden, welcher einen Impuls 203 mit einem Impulswert von 1 aufweist (mit eine Dauer von 1 Elementarzeitdauer und einer Amplitude von 1). In dieser Ausführungsform kann, bedingt durch den An/Aus-Zustand des Lichtventilpixels, das Lichtventilpixel aktiviert werden, wenn die verbleibenden Lichteinheiten der Daten größer oder gleich groß sind wie die Amplitude des Impulses.
Es sei angemerkt, dass in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform die Beleuchtungsquelle 104 die gleiche Lichtmenge in einem kleineren Zeitraum erzeugen kann, jedoch kann, wie zuvor erläutert, die an die Licht aussendenden Einrichtungen angelegte durchschnittliche Stromgröße die Gesamtlichtabgabemenge pro Rahmen begrenzen. Somit können in dieser Ausführungsform die Impulse in solchen Abständen angeordnet sein, dass es einen Puffer zwischen jedem Aktivierungszeitraum gibt, bei dem keine Licht aussendenden Einrichtungen aktiv sind. Dieses Puffern kann geringfügige Synchronisierungsfehler zwischen den Lichtventilpixeln und den Licht aussendenden Einrichtungen kompensieren.
Ausführungsformen mit größeren Farbtiefen können spezielle Amplituden- und/oder Zeitdauermodulationen erforderlich machen, um das spezielle System an vorliegende Beschränkungen anzupassen. Diese Modifikationen können zu uneinheitlichen Impulsen für unterschiedliche Farben, Unterrahmen etc. führen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform Unterrahmen beinhalten, die einen grünen Impulswert von 6, einen roten Impulswert von 3 und einen blauen Impulswert von 1 aufweisen.
Auch wenn zum Zweck der Beschreibung hier spezielle Ausführungsformen illustriert und beschrieben wurden, versteht es sich für Fachleute, dass eine große Vielfalt von alternativen und/oder äquivalenten Realisierungen, welche den gleichen Zwecken dienen sollen, anstelle der dargestellten und beschriebenen speziellen Ausführungsform verwendet werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Für Fachleute ist ohne weiteres klar, dass die Erfindung in einer breiten Vielfalt von Ausführungsformen realisiert werden kann. Diese Anmeldung soll jegliche Adaptionen und Variationen der hier erläuterten Ausführungsform beinhalten. Es ist daher ausdrücklich beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Ansprüche und deren Äquivalente eingeschränkt ist.

Claims

Vorrichtung, aufweisend: eine Beleuchtungsquelle, welche eine oder mehrere Licht aussendende Einrichtungen beinhaltet, von denen mindestens eine auftreffendes Licht als eine Mehrzahl von Impulsen in einer Rahmenzeitdauer erzeugt; und ein Lichtventil, welches mit der Beleuchtungsquelle optisch gekoppelt ist, um in der Rahmenzeitdauer das auftreffende Licht in ein Bild tragendes Licht zu modulieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die eine oder mehreren Licht aussendenden Einrichtungen eine oder mehrere Leuchtdioden beinhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die eine oder mehreren Licht aussendenden Einrichtungen ungefähr äquivalente Tastverhältnisse in der Rahmenzeitdauer haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die eine oder mehreren Licht aussendenden Einrichtungen aufweisen: eine erste Licht aussendende Einrichtung, um Licht einer ersten Farbe auszusenden; eine zweite Licht aussendende Einrichtung, um Licht einer zweiten Farbe auszusenden; eine dritte Licht aussendende Einrichtung, um Licht einer dritten Farbe auszusenden; und wobei jede der ersten, zweiten und dritten Licht aussendenden Einrichtung Licht als eine Mehrzahl von Impulsen in der Rahmenzeitdauer aussendet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher jede der ersten, zweiten und dritten Licht aussendenden Einrichtung Licht eines ausgewählten Elementes einer Gruppe aussendet, die aus roter Farbe, blauer Farbe und grüner Farbe besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher die Rahmenzeitdauer mindestens zwei Unterrahmen-Zeitdauern beinhaltet, wobei jede der mindestens zwei Unterrahmen-Zeitdauern mindestens einen Impuls von jeder der ersten, zweiten und dritten Licht aussendenden Einrichtung beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher zu einem Zeitpunkt lediglich eine der ersten, zweiten und dritten Licht aussendenden Einrichtung Licht aussendet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, welche weiter aufweist: eine Anzahl von Licht aussendenden Einrichtungen, von denen jede Licht einer unterschiedlichen Teilfarbe aussendet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher jede der Anzahl von Licht aussendenden Einrichtungen ein Tastverhältnis hat, das ungefähr umgekehrt proportional zur Anzahl der Licht aussendenden Einrichtungen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher eine von der Anzahl von Licht aussendenden Einrichtungen, welche einen Nennstrom hat, mit einem Strom gepulst wird, der ungefähr proportional zur Anzahl der Licht aussendenden Einrichtungen multipliziert mit dem Nennstrom ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welche weiter aufweist: eine Steuereinrichtung, die mit dem Lichtventil verbunden ist und ausgebildet ist, um Daten zu empfangen, welche einen Bildrahmen repräsentieren, und um den Betrieb des Lichtventils mit der zugehörigen Mehrzahl von Impulsen gemäß den Daten in der Rahmenzeitdauer zu synchronisieren.
Vorrichtung, aufweisend: eine Einrichtung, welche einen Bildrahmen repräsentierende Daten einem Lichtventil zuführt, um die Modulation von auftreffendem Licht in ein ein Bild tragendes Licht in einer Rahmenzeitdauer zu erleichtern; und eine Einrichtung, welche das Lichtventil mit dem auftreffenden Licht bestrahlt, indem eine oder mehrere Licht aussendende Einrichtungen während der Rahmenzeitdauer mehrfach gepulst werden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher das Pulsen der einen oder mehreren Licht aussendenden Einrichtungen das Pulsen von einer oder mehreren Leuchtdioden beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher die Einrichtung zur Bestrahlung des Lichtventils mit dem auftreffenden Licht ausgebildet ist, um zumindest eine erste, zweite und dritte Licht aussendende Einrichtung sequentiell zu pulsen, von denen jede Licht einer Farbe aussendet, die aus einer roten und einer grünen und einer blauen Farbe ausgewählt ist, und zwar in mindestens zwei Unterrahmen-Zeitdauern während der Rahmenzeitdauer.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher das Pulsen zumindest der ersten, zweiten und dritten Licht aussendenden Einrichtung in mindestens zwei Unterrahmen-Zeitdauern beinhaltet: Pulsen jeder der ersten, zweiten und dritten Licht aussendenden Einrichtung für eine ähnliche Zeitdauer und/oder ähnliche Amplitude in einer vorgegebenen Unterrahmen-Zeitdauer.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, welche weiter aufweist: eine Einrichtung zum Synchronisieren von Lichtventil-Steuersignalen, welche rote Daten, grüne Daten und bleue Daten beinhalten, so dass sie jeweils den Impulsen der ersten, zweiten und dritten Licht aussendenden Einrichtung entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Einrichtung zum Synchronisieren der Lichtventil-Steuersignale ausgebildet ist, um: einen Bitwert jeder der roten, grünen und blauen Daten dem Lichtventil zur derselben Zeit zu präsentieren, zu der eine jeweilige der ersten, zweiten und dritten Licht aussendenden Einrichtung mit einem Impulswert gepulst wird, welcher dem bestimmten Bitwert weitestgehend entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Einrichtung zum Synchronisieren der Lichtventil-Steuersignale ausgebildet ist, um: die roten, grünen und blauen Daten dem Lichtventil zur Zeit des frühesten Auftretens der jeweiligen Impulse der ersten, zweiten und dritten Licht aussendenden Einrichtung zuzuführen.
System, aufweisend: eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, um ein Videosignal zu empfangen und ein Lichtventil-Steuersignal auszugeben, welches ein Bild für einen Rahmen repräsentiert; eine Beleuchtungsquelle, welche eine oder mehrere Licht aussendende Einrichtungen beinhaltet, von denen mindestens eine auftreffendes Licht als eine Mehrzahl von Impulsen in dem Rahmen erzeugt; und ein Lichtventil, das mit der Steuereinrichtung verbunden ist und mit der Beleuchtungsquelle optisch gekoppelt ist, um das auftreffende Licht, basierend auf dem Lichtventil-Steuersignal, in ein Bild tragendes Licht zu modulieren.
System nach Anspruch 19, welches weiter aufweist: eine Projektionsoptik, die mit dem Lichtventil optisch gekoppelt ist, um das ein Bild tragende Licht zu empfangen und das Bild zu projizieren.
System nach Anspruch 20, bei welchem die eine oder mehreren Licht aussendenden Einrichtungen eine oder mehrere Leuchtdioden beinhalten.
System nach Anspruch 20 oder 21, welches weiter aufweist: eine Videoeinheit, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist, um das Videosignal auszugeben.
System nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei welchem das System eine Anzahl von Bildern als Video projiziert.
System nach einem der Ansprüche 20 bis 23, bei welchem die Videoeinheit ein Element aus einer Gruppe beinhaltet, die aus einer DVD (Digital Versatile Disk), einem integrierten Fernsehtuner und einer Set-Top-Box besteht.