專利名稱：帶反饋的光源控制系統(tǒng)和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及投影系統(tǒng)，更具體地說涉及利用發(fā)光二極管(LEDs)的投影。
背景技術：
使用投影系統(tǒng)將運動圖像和靜止圖片投影到屏幕上以供觀看已經(jīng)有很多年了。尤其最近，對于銷售演示、商務會議以及課堂教學，使用投影系統(tǒng)來進行展示已經(jīng)變得流行起來。
在普通的操作模式中，投影系統(tǒng)從例如個人計算機(PC)、數(shù)字視頻盤(DVD)播放器或其他能產(chǎn)生視頻信號的器件接收視頻信號。該視頻信號可以再現(xiàn)由該器件提供的類型的靜止、部分移動或全部移動圖像。
在現(xiàn)有技術的投影系統(tǒng)中，代表性地采用高強度光源提供照明。然后，由投影光學系統(tǒng)操作照明，以再現(xiàn)靜止、部分移動或全部移動的圖像。投影光學系統(tǒng)以多種方式操作照明。這代表性地包括投影光學系統(tǒng)的視頻信號控制部件，例如數(shù)字地驅(qū)動的圖像形成器件，象液晶顯示器(LCD)或數(shù)字微鏡器件(DMD)發(fā)明內(nèi)容所描述的實施方式通常屬于投影系統(tǒng)領域。在現(xiàn)有技術的投影系統(tǒng)中，光源的輸出可在整個時間發(fā)生變化，其對投影的圖像質(zhì)量會有不良影響。因此，本實用新型的目的在于測量投影系統(tǒng)的光源的光輸出，以及相應地調(diào)節(jié)提供給光源的電能。與現(xiàn)有技術的投影系統(tǒng)相比，本實用新型可提供更好的效果，其中，在投影系統(tǒng)的整個工作期間，可以維持每個光源所需要的輸出和/或組合的光源的色平衡。
按照本實用新型，提供了一種光源控制裝置，其特征在于包括一個或多個發(fā)光器件；光連接到所述發(fā)光器件中的至少一個上的一個或多個光電檢測器；以及連接到所述一個或多個發(fā)光器件和所述一個或多個光電檢測器上的控制器，至少部分基于由所述光電檢測器中的至少一個獲得的關于由所述發(fā)光器件中的至少一個輸出的光的至少一部分的信息，所述控制器控制輸送到所述一個或多個發(fā)光器件中的至少一個的電能。
本實用新型還提供了一種光源控制裝置，其特征在于包括光連接到一個或多個發(fā)光器件的一個或多個光收集器；以及光連接到所述光收集器的一個或多個光電檢測器，用來獲得由所述發(fā)光器件輸出的光的至少一部分的信息，至少部分基于獲得的所述信息以便于對所述發(fā)光器件中的至少某些的控制。


將通過附圖來描述本發(fā)明的實施方式，其中相同的附圖標記表示相似的單元，其中圖1說明根據(jù)一個實施方式的圖像投影系統(tǒng)的高級方框圖，該圖像投影系統(tǒng)能利用閉環(huán)反饋監(jiān)測從一個或多個發(fā)光二極管(LED)光源輸出的光。
圖2說明根據(jù)一個實施方式的更詳細地查看閉環(huán)控制系統(tǒng)。
圖3說明根據(jù)另一個實施方式的利用閉環(huán)反饋的系統(tǒng)。
具體實施方式
在下面的描述中，將描述本發(fā)明的實施方式的不同方面。然而，用僅僅某些或全部的描述的方面可以實施其他的實施方式，這對本領域的那些技術人員來說是顯然的。為了便于解釋，提出具體的標號、材料和結(jié)構以便提供時實施方式的徹底的理解。然而，沒有該具體的細節(jié)可以實施其他實施方式，這對本領域技術人員來說是顯然的。在其他例子中，省略或簡化了公知的特征以便不使描述不明顯。
以最有助于理解實施方式的方式，將不同的操作作為依次的多個離散的操作來描述，然而，描述的次序不應解釋為意味著這些操作需要依賴于次序。更詳細地說，這些操作不必以展示的順序完成。
重復使用短語“在一個實施方式中”。該短語一般不是指相同的實施方式，但是也有可能。術語“包括”、“具有”、“包含”是同義的，除非文中另有所指。
圖1說明根據(jù)一個實施方式的圖像投影系統(tǒng)100的高級框圖，該圖像投影系統(tǒng)100能利用閉環(huán)反饋監(jiān)測從一個或多個發(fā)光二極管(LED)光源110輸出的光。LED光源110給投影光學系統(tǒng)130提供光120。在另一實施方式中，可采用其他固態(tài)發(fā)光器件。投影光學系統(tǒng)130廣泛定義為包括在處理從LED光源110到投影圖像160的光線120的不同方面所利用的所有光學系統(tǒng)。例如，在一個實施方式中，投影光學系統(tǒng)可包括收集光學系統(tǒng)、折疊反射鏡和光閥。該光閥可包括但不局限于一個或多個數(shù)字微鏡器件(DMD)，反射式液晶覆半導體(LCOS)器件，以及液晶器件(LCD)，透射的或反射的。光監(jiān)測部件140在沿著投影光學系統(tǒng)的光路上的某些點取樣光線。雖然說明光監(jiān)測部件140作為投影光學系統(tǒng)130的部分，但不全是這樣。例如，在一個實施方式中，僅僅在LED光源110之后取樣從LED光源110輸出的光。在這種情況下，可認為光監(jiān)測部件140與投影光學系統(tǒng)130是分離的。在另一個實施方式中，在由投影光學系統(tǒng)130的某些處理之后或處理過程中，取樣從LED光源110輸出的光。在某些實施方式中，如下所述，光監(jiān)測部件140和投影光學系統(tǒng)130相呼應以取樣LED光輸出。可給處理器150提供通過取樣LED光輸出獲得的信息。處理器150可利用該取樣的信息來控制提供給LED光源110的電能。
圖2說明根據(jù)一個實施方式更詳細地查看閉環(huán)控制系統(tǒng)。LED光源210給收集光學系統(tǒng)220提供光。收集光學系統(tǒng)220給折疊反射鏡230提供收集的光。折疊反射鏡230給LCD光閥250提供該光。在說明的實施方式中，測量器件240可位于光照明路徑上以向控制器270提供反饋。因此，在本實施方式中，在到達LCD光閥250之前，由測量器件240吸收來自折疊反射鏡230提供的光的一部分。由測量器件240吸收的光被轉(zhuǎn)換成電信號并作為測量的光被提供給控制器270。于是，測量的光的供給提供關于由LED光源210輸出的光的反饋?？刂破?70可利用測量的光來決定對提供給一個或多個LED光源210的電能做什么修正。在另一個實施方式中，在光照明路徑上可利用多個測量器件，以給控制器270提供反饋。作為測量器件240的存在的結(jié)果，由LCD光閥250操縱未被吸收或反射的光，并隨后提供給投影透鏡260供投影用。投影透鏡260可包括但不局限于固定焦距透鏡、變焦鏡頭(varifocal lens)、以及變焦透鏡(zoom lens)。
可基于由一個或多個源提供的所希望的光輸出等級，由控制器270做出的關于對提供給一個或多個LED光源210的電能的修正的決定。在一個實施方式中，通過在存儲器件290中存儲的信息，控制器270可以使用LED光源210的希望的光輸出等級。在一個實施方式中，存儲器件是ROM，并且在制造時固定關于希望的光輸出等級的信息。在另一個實施方式中，存儲器件是非易失存儲器件。在該實施方式中，在制造時存儲缺省值。然而，通過一個或多個I/O器件275例如觸摸式LCD屏，用戶可提供關于LED光源的希望的光輸出等級的更新的信息。在非易失性存儲器件上可存儲更新的信息。非易失性存儲器件可包括例如EEPROMs、閃存、非易失性RAM以及可讀寫光盤(Compact DiskRead/Write)等器件。
在各種各樣的其他實施方式中，可利用其他技術測量LED源的光輸出。例如，在一個實施方式中，利用雜散光來獲得從LED源輸出的光的指示。雜散光是另外的不用于圖像投影的光。例如，當核心光(core light)通過光學系統(tǒng)時，一些光發(fā)散而不能使用?？衫迷摪l(fā)散的光來測量從LED源輸出的光。在另一個實施方式中，照明路徑上放置一個或多個光學照相導光管(photo opticlight pipes)其讀取相一致的光的量。然后，這些導光管給控制器可提供關于對應于一個或多個LED的光輸出的信息。光輸出的測量可包括許多光子測量學中的一個的測量。光子測量學的例子包括流明、坎德拉和英尺坎德拉和亮度。
圖3說明根據(jù)另一個實施方式的利用閉環(huán)反饋的系統(tǒng)?？刂破?80接收來自圖像數(shù)據(jù)源395的圖像數(shù)據(jù)(例如幀數(shù)據(jù))。LED光源310給收集光學系統(tǒng)320提供光。收集光學系統(tǒng)320將光傳播至光閥。在說明的實施方式中，光閥是數(shù)字微鏡器件330(DMD)的形式?？刂破骺衫脠D像數(shù)據(jù)來部分地控制DMD330操作。DMD330可包含微鏡陣列。微鏡陣列可對應于與圖像數(shù)據(jù)相聯(lián)系的象素信息。在一個實施方式中，在DMD330操作(例如在非關狀態(tài))期間，在陣列中的各反射鏡的兩個方向中的一個上投影入射光325，兩個方向中的一個取決于那個反射鏡對應的圖像數(shù)據(jù)。在一種情況下，在第一方向332反射入射光325，以穿過投影透鏡340投影與對應的圖像數(shù)據(jù)相聯(lián)系的光。在第二種情況下，在第二方向334反射入射光325至轉(zhuǎn)儲區(qū)(dump area)，以便入射光325將不會穿過投影透鏡340被投影。轉(zhuǎn)儲區(qū)代表性地為涂敷了光吸收材料的投影系統(tǒng)的一部分。轉(zhuǎn)儲區(qū)吸收非投影的光并如熱量一樣使非投影的光消散。因此，當提供一幀數(shù)據(jù)時，對應于圖像的象素的反射鏡中的每一個將獨立地反射入射光325的對應部分至透鏡或轉(zhuǎn)儲區(qū)。
在如圖3說明的實施方式中，在由DMD330轉(zhuǎn)儲的非投影光的位置安放三個光電檢測器360。另外，利用三個濾光片370過濾到光電檢測器360的光。例如，在一個實施方式中，利用二色性干涉濾色片。在其他實施方式中，可利用其他類型的濾光片，例如其他干涉濾光片或吸收濾光片。在說明的實施方式中，三個光電檢測器360檢測分別由二色性干涉濾色片370過濾的基色紅、基色綠和基色藍光信息。
來自三個光電檢測器360的檢測的光信息作為電信息發(fā)送至控制器380。控制器380分析光電檢測器360的檢測的光信息。至少部分基于該檢測的光信息，控制器380決定是否發(fā)送更新的控制信息到電源390，以修正輸送到一個或多個LED光源310的電能。
由光電檢測器360采集的光可正比于LED光輸出的總強度。在這樣的情況下，由光電檢測器360產(chǎn)生的反饋信號也可以正比于LED光輸出?？刂破?80可利用反饋信號來對LED光輸出的強度或亮度與希望的強度等級對應的閾(例如希望的)等級作比較。該希望的等級可存儲于可由控制器380訪問的存儲器(例如RAM或ROM)內(nèi)。如果測量的LED光輸出的強度大于或小于所希望的等級，控制器380可向電源390提供信息，以調(diào)節(jié)給LED光源310的電能。使LED光輸出恢復到希望的等級可以完成這樣的調(diào)整。
在另一個實施方式中，控制器可監(jiān)測光輸出，以確定是否測量的光輸出是在測量范圍內(nèi)?？刂破?80擔當比較器，其比較反饋信號與已經(jīng)提供給控制器380的表示可接受的上、下亮度等級的上、下閾值。例如，在照明光路上的各部件具有傳遞由LED光源310產(chǎn)生的光的效率。一旦裝配好光學部件，該系統(tǒng)具有在光路上的各位置通常恒定的總效率。系統(tǒng)的額定效率可由公知的分析法確定。此外，公知的分析法可用來確定由LED光源310產(chǎn)生的光的亮度的變化范圍。該結(jié)果可與系統(tǒng)的額定效率結(jié)合，來確定亮度等級的可接受范圍?？刂破?80比較由光電檢測器360產(chǎn)生的反饋信號的大小與上、下亮度范圍值。這些上、下亮度范圍值可以是對應于亮度等級的可接受范圍的期望的信號值。完成比較，以確定來自LED光源310的光輸出的亮度等級。如果反饋信號的大小落在可接受的亮度范圍值之外，則控制器380調(diào)節(jié)從電源390輸送給LED光源310的電壓，直到反饋信號的大小落在可接受的亮度范圍值之內(nèi)。
通過基于先前提及的分析方法建立用于比較的產(chǎn)生所希望的輸出的電路或者通過以經(jīng)驗方法為依據(jù)，設置與測量的光輸出相聯(lián)系的希望的信號等級。此外，如前所提及的，根據(jù)通過用戶界面輸入的并存儲在系統(tǒng)電子設備(例如RAM或非易失性存儲器)內(nèi)的用戶輸入，設置希望的信號等級?；蛘撸ㄟ^網(wǎng)絡界面385可提供希望的信號等級。通過網(wǎng)絡界面，技術人員可遠距離提供所希望的信號等級。例如，可遠距離利用希望的信號等級，以診斷與投影系統(tǒng)相聯(lián)系的問題。在另一個實施方式中，可由客戶支持中心周期地提供希望的信號等級。例如，這可以提供用于最大化LED壽命的最佳值。
在一個實施方式中，完成亮度控制的方法是使用來自光電檢測器的反饋信號調(diào)節(jié)供給LED光源310的電流。然而，也可使用其他方法。例如，可使用反饋信號控制其他部件例如光閥，而不是調(diào)節(jié)給LED光源310的電能。如果LED光輸出太高，光閥可關閉較長部分的顯示停留時間，發(fā)送更多光至“轉(zhuǎn)儲”位置而不是透鏡。或者，如果LED光輸出太低，光閥可開啟較長部分的顯示停留時間，發(fā)送大部分光至顯示屏而不是“轉(zhuǎn)儲”位置。
如前所討論的，光電檢測器360的用途是產(chǎn)生指向到控制器380的反饋。反饋有助于形成閉環(huán)系統(tǒng)以方便對LED光源310或其他系統(tǒng)部件的調(diào)節(jié)，以便自動保持所希望的照明輸出。閉環(huán)反饋系統(tǒng)的另一個用途可以是用于自動彩色校正。在一個實施方式中，可以以使用光電檢測器360產(chǎn)生的反饋信號的方式操縱閉環(huán)系統(tǒng)，以自動調(diào)節(jié)給LED光源310的電能來維持每一個LED光源310的所希望的光輸出等級。
代表性地設計系統(tǒng)來提供在特定的“白點”或“色溫”提供“白”光的光源。因此，當投影器件出廠時，光源(例如LED光源一起)在特定色溫將產(chǎn)生光。隨著時間的過去，光源可經(jīng)歷它的色溫的變化。在系統(tǒng)具有許多LED光源310的情況下，在色溫上的這種變化可能是由于LED光源310中的一個以與一個或多個其他LED光源310相比在不同的頻率(rate)改變了它的光輸出。
在本發(fā)明的一實施方式中，能測量LED光源的相對輸出。這樣，可以比較由每一個LED光源產(chǎn)生的光與對應的各LED光源的測量結(jié)果。從這些測量結(jié)果可作出關于單個LED光源的輸出的所希望的變化的決定。從該決定，可修正輸送給單個LED光源的電能以增加對應的LED光源的光輸出。
例如，再次參照圖3，可利用濾光器370過濾對應于單個LED光源310輸出的光。在說明的實施方式中，LED光源310對應于基色紅、基色綠和基色藍色。利用濾光器370以與LED光源相對應的方式分離光。因此，發(fā)送到控制器380的單個測量的讀數(shù)對應于各LED光源310產(chǎn)生的光。然后，控制器380可確定如由測量的讀數(shù)所指示的單個光輸出。控制器可比較單個的讀數(shù)與所希望的單個等級。如前討論的可以不同的方式獲得所希望的單個等級。
在不同的實施方式中，在不同的時期可以完成檢測的光信息的取樣和分析。例如，檢測的光信息的取樣可以出現(xiàn)在周期的間隔。對該信息的分析可基于各樣本，或者有時用一段時間的平均值來完成。以規(guī)定從一個樣本到下一個樣本的相容的測量的方式，可以完成取樣。為完成這樣的取樣，在一個實施方式中，在取樣期間DMD330變成全黑。那就是，在取樣期間，操縱DMD330以便基本上使所有光都轉(zhuǎn)儲到轉(zhuǎn)儲區(qū)。因此，基本上將所有入射到DMD330上的光指向光電檢測器360。這確保了由光電檢測器360產(chǎn)生的信號的大小不受DMD330開啟或關閉的象素或反射鏡的數(shù)量影響。
取樣周期可依據(jù)具體實施而變化。例如，在利用DMD330的實施方式中，幀的一部分可消耗在轉(zhuǎn)儲光到轉(zhuǎn)儲區(qū)上。在這種情況下，從數(shù)據(jù)源395接受幀數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)幀的第一部分，控制器380利用從數(shù)據(jù)源395接收的數(shù)據(jù)來驅(qū)動DMD330產(chǎn)生通過透鏡340投影的圖像。在該幀的第二部分，控制器380驅(qū)動DMD330轉(zhuǎn)儲光到轉(zhuǎn)儲區(qū)。在另一個實施方式中，在該幀的第一部分和第二部分的操作是類似的。然而，數(shù)據(jù)幀的第三部分，通過控制器380利用從數(shù)據(jù)源接收的數(shù)據(jù)，驅(qū)動DMD330再次產(chǎn)生通過透鏡340投影的圖像。
因此，從上面的描述可以看出，已經(jīng)對控制LED光源的光輸出的方法以及如此裝備的投影系統(tǒng)作了描述。雖然本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)前面的實施方式作了描述，但是本領域的那些技術人員將認識到，本發(fā)明不限于所描述的實施方式。在所附的權利要求的精神和范圍內(nèi)，可以實施修改的和改變的其他實施方式。因此，要把該描述認作是示例性的而非限制性的。
權利要求1.一種光源控制裝置，其特征在于包括一個或多個發(fā)光器件；光連接到所述發(fā)光器件中的至少一個上的一個或多個光電檢測器；以及連接到所述一個或多個發(fā)光器件和所述一個或多個光電檢測器上的控制器，至少部分基于由所述光電檢測器中的至少一個獲得的關于由所述發(fā)光器件中的至少一個輸出的光的至少一部分的信息，所述控制器控制輸送到所述一個或多個發(fā)光器件中的至少一個的電能。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括與所述一個或多個光電檢測器相對應聯(lián)系的一個或多個二色性濾光器。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括光閥，所述光閥配置成向所述一個或多個光電檢測器中的至少一個提供由所述發(fā)光器件中的至少一個輸出的所述光的至少一部分。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述光閥包括數(shù)字微鏡器件。
5.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述光閥包括液晶器件。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括設置在所述控制器和所述發(fā)光器件之間并連接到所述控制器和所述發(fā)光器件上的電源。
7如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述一個或多個發(fā)光器件包括三個發(fā)光器件，以及所述一個或多個光電檢測器包括三個光電檢測器。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述各發(fā)光器件發(fā)射從基色紅色、基色藍色和基色綠色組成的組中選擇的不同的顏色。
9.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括與所述三個光電檢測器相對應聯(lián)系的三個二色性濾光器。
10.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括供用戶提供基線白點的輸入/輸出器件。
11.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，還包括存儲基線白點的電子存儲器。
12.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述電子存儲器是從由非易失性隨機存儲器(RAM)、閃存、非易失性RAM和可讀寫光盤組成的組中選擇的一個。
13.一種光源控制裝置，其特征在于包括光連接到一個或多個發(fā)光器件的一個或多個光收集器；以及光連接到所述光收集器的一個或多個光電檢測器，用來獲得由所述發(fā)光器件輸出的光的至少一部分的信息，至少部分基于獲得的所述信息以便于對所述發(fā)光器件中的至少某些的控制。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，還包括在所述光收集器與所述光電檢測器之間設置的光閥，以將所述光收集器光連接到所述光電檢測器。
專利摘要本實用新型總體包括帶反饋的光源控制裝置，通常屬于投影系統(tǒng)領域。在該投影系統(tǒng)中，光源輸出可在整個時間發(fā)生變化，其對投影圖像質(zhì)量會有不良影響。因此，本實用新型可測量投影系統(tǒng)光源的光輸出，并可相應調(diào)節(jié)提供給光源的電能。在一種實施方式中，發(fā)光器件光耦合到光電檢測器上。一個控制器耦合到發(fā)光器件和光電檢測器上，并至少部分基于由光電檢測器中至少一個獲得的關于由發(fā)光器件中至少一個輸出的光的至少一部分信息，控制輸送到發(fā)光器件中的電能。在另一實施方式中，光收集器光耦合到發(fā)光器件上，光檢測器光耦合到光收集器上，以獲得由發(fā)光器件輸出的光的至少一部分信息，至少部分基于獲得的信息以便對所述發(fā)光器件中至少某些的控制。
文檔編號G05D25/00GK2884257SQ20052001188
公開日2007年3月28日 申請日期2005年5月10日 優(yōu)先權日2004年5月10日
發(fā)明者T·S·恩格爾 申請人:因佛卡斯公司