CN101194517A - 用于使用临时led组合装置投射视频图像的系统和方法 - Google Patents

Abstract

所公开的实施例涉及一种用于使用多个发光二极管将视频投射到屏幕上的系统和方法。视频单元(10)包括：第一元件(30)，设计用于生成具有第一极性的第一光束；第二元件(40)，设计用于在第一光束的形成之后，生成具有第二极性的第二光束；以及第三元件(42)，设计用于允许第一光束穿过它而不改变极性，以及用于将第二光束的极性改变为第一极性。

Description

用于使用临时LED组合装置投射视频图像的系统和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求于2005年6月8日提交的第11/149,051号非临时美国申请的优先权。

技术领域

本发明总地涉及在屏幕上投射视频图像的领域。更具体地，本发明涉及一种使用多个发光二极管投射视频图像的系统和方法。

背景技术

这一节将向读者介绍本领域多个方面，这些可能与下面描述和/或要求的本发明的多个方面有关。相信本讨论将有助于向读者提供背景信息，以更好地理解本发明的多个方面。因此，应该明白，应该这样理解这些陈述，而不是将它们认可为现有技术。

投影电视通过改变投射光的颜色和深浅来生成视频图像。投影电视系统的一个实例是液晶显示(liquid crystal display，缩写为LCD)投影电视。投影电视系统的另一个实例是数字光处理(DigitalLight Processing，缩写为DLP)系统。DLP系统使用光学半导体(所谓的数字微镜器件(Digital Micromirror Device，缩写为DMD))向屏幕上投射视频。DMD通常包括安装在微型铰链(microscopichinge)上的至少一百万个或更多的微型镜子(microscopic mirror)的阵列。这些镜子中的每一个都与屏幕上的一个点(所谓的像素)相关联。通过改变这些镜子中的每一个反射的光量，可以将视频图像投射在屏幕上。

具体地，通过驱动这些铰链安装的显微镜中的每一个，可以照亮屏幕上的点(即，“开启”特定的微镜)，或通过反射光到屏幕以外的其他地方(即，“关闭”微镜)来使特定点保持为暗。另外，通过改变开启特定微镜的时间量，可以产生各种深浅的灰色(shadeof gray，灰度)。例如，如果开启微镜长于关闭该微镜，则与该特定微镜相关联的像素将具有浅灰色；而如果关闭特定微镜比开启它更频繁，则特定像素将具有较深灰色。这样，可以通过每秒开启或关闭每个微镜几千次来生成视频。另外，通过向微镜发出彩色光而不是白色光，可以生成成百万种深浅的颜色(shade of color，色度)，而不是成百万种深浅的灰色。

传统上，存在两种产生投影电视或视频投影仪中所用光的主要技术。首先，可以通过诸如白炽灯、卤素灯、或超高压汞汽灯的传统灯来生成光。使用LED(第二种技术)代替白炽灯、卤素灯、或汞汽灯具有很多优点。具体地，LED是固态元件，所以通常情况下更加坚固且更加高效，这是因为它们工作在较低温度。另外，由于LED可以生成特定颜色的光，所以使用LED的投影电视通常不使用色轮。不幸的是，目前的单个LED不能产生足够的光来持续地投射大视频图像，并且用于从多个LED产生光的传统技术一般不太有效。所以需要一种利用来自多个LED的光来投射视频图像的有效方法。

发明内容

下面阐释范围相当于公开的实施例的特定的多个方面。应该明白，所公开的这些方面仅仅用于向读者提供本发明可能采取的某些形式的简要说明，并且这些方面不用于限制本发明的范围。实际上，本发明可以覆盖下面可能没有阐述到的多个方面。

所公开的实施例涉及用于投射视频的系统和方法到屏幕上。视频单元(10)包括：第一元件(30)，设计用于生成具有第一极性的第一光束；第二元件(40)，设计用于在第一光束的生成之后，生成具有第二极性的第二光束；以及第三元件(42)，设计用于允许第一光束穿过它而不改变极性，并用于将第二光束的极性改变为第一极性。

附图说明

参考下面的详细描述和附图，本发明的优点将变得显而易见，在附图中：

图1是根据本发明实施例的使用临时LED组合装置(temporalLED combiner)的视频单元的框图；

图2是根据本发明实施例的临时LED组合装置的示例性开始LED模块的示意图；

图3是根据本发明实施例的处于启动状态的临时LED组合装置的示例性中间LED模块的示意图；

图4是根据本发明实施例的处于关闭状态的临时LED组合装置的示例性中间模块的示意图；

图5是根据本发明实施例的临时LED组合装置的示例性结束模块的示意图；

图6是示出根据本发明实施例的利用临时LED组合装置投射视频图像的示例性技术的流程图；以及

图7是根据本发明实施例的示例性临时LED组合装置的示意图。

具体实施方式

下面将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简要说明，本说明中没有描述实际实施中的所有方面。应该明白，在任何这种实际实施的开发过程中，与在任何工程或设计项目中一样，必须进行许多实施所特定的判决，以达到开发者的特定目标(诸如，符合随着实施而变的系统相关和商业相关的限制)。另外，应该明白，这种开发工作可能非常复杂并且费时，但对受益于本公开的传统技术人员来说，仍然是设计、生产、及制造的常规工作。

图1是根据一个实施例的使用临时LED组合装置12的视频单元10的框图。在一个实施例中，视频单元10包括：数字光处理(DLP)投影电视。在另一个实施例中，视频单元10可以包括基于DLP的视频或电影投影仪。在又一个实施例中，视频单元10可以包括诸如液晶显示(LCD)投影电视的其他形式的投影电视或投影显示器。

如参考图2至图7将更详细地描述的，临时LED组合装置12可以包括设计用于向数字微镜器件(DMD)18投射、发出、或聚焦彩色光14的多个LED。在可选实施例诸如黑白视频系统或色轮系统中，临时LED组合装置12可以设计用于产生单色光。如下面将要详细描述的，本技术的实施例可以使得临时LED组合装置12中的多个LED能够被相互结合地有效应用，以产生足够的光量将相对大的视频图像投射在屏幕上。

如图所示，临时LED组合装置12可以在DMD18处投射、发出、或聚焦彩色光14。DMD18可以位于排列在临时LED组合装置12的光学视线内的数字光处理(DLP)电路板16上。DLP电路板16可以包括DMD18和处理器20。如上所述，DMD18可以包括安装在显微的、电驱动的铰链(用于使微镜在开启位置和关闭位置之间倾斜)上的多达一百万或更多的微镜。在图示的实施例中，DMD18耦合至处理器20。在一个实施例中，处理器20接收视频输入，并将DMD18上的微镜指向开启或关闭，以适合于生成视频图像。在可选实施例中，处理器20可以位于视频单元10中的其他位置。

开启的微镜所反射的彩色光14(用参考标号24标识)被反射到投影透镜26，进而投影到屏幕28上用于观看。另一方面，关闭的微镜所反射的彩色光14(用参考标号30标识)被引向视频单元10中屏幕28以外的其他地方，诸如吸光器22。这样，当关闭微镜时，屏幕28上对应于关闭的微镜的像素不会接收投射的彩色光14。

在一个实施例中，来自临时LED组合装置12的彩色光14每秒钟很多次地从红色快速变为绿色、再变为蓝色、然后再变回到红色。当DMD18接收到该快速改变的彩色光流14时，DMD18上的微镜被快速地引向开启或关闭，以生成视频图像。在一个实施例中，由处理器20提供该引向。调整微镜的这种快速开启和关闭，以匹配彩色光14中的颜色序列。例如，当彩色光14为红色时，微镜适当地开启或关闭，以生成特定帧视频的一种深浅的红色。具体地，一个微镜可以开启25微秒，以为与其相关联的像素提供一种深浅的红色；而另一个微镜可以开启30微妙，以为另一个像素提供另一种深浅的红色；如果在特定帧期间不需要投射红色光在一个特定像素上的话，再一个微镜可以完全关闭一段时间。当彩色光14分别为绿色或蓝色的时候，如有必要，则微镜以类似的方式生成一种深浅的绿色或蓝色。本领域技术人员将明白，在可选实施例中，除了红色、绿色、和蓝色以外，还可以使用其他颜色的光。

由于这些不同颜色的光快速地变化(例如，每秒30次)，所以观看者在屏幕28上看到了由这三种颜色的光形成的合成图像(cohesive image)。例如，为了对特定像素生成特定深浅，对应于该特定像素的微镜可以开启红色光20微秒，绿色光22微秒，蓝色光17微秒。可选地，微镜可以开启红色光20微秒，蓝色光20微秒，但保持关闭绿色光。本领域技术人员应该明白，可以通过改变微镜开启的时间长度，投射成百万种颜色组合。

视频单元10还可以包括用于将DMD18反射的光投射到屏幕28上的投影透镜26。在一个实施例中，投影透镜26通过扩展开启的光24，以覆盖较大区域的屏幕28，来改善开启的光24的投射。在可选实施例中，屏幕28可以不是视频单元10的一部分。例如，屏幕28可以安装在墙上，视频单元10可以包括设计用于穿过空间向屏幕28投射视频的投影仪。

如上所述，临时LED组合装置12可以在DMD18处投射、发出、或聚焦彩色光14，以生成视频图像。如下面的进一步描述，临时LED组合装置12可以组合使用多个LED生成足够的光来投射相当大的视频图像。例如，临时LED组合装置可以使用多个以低占空比工作的同步LED。

LED的占空比是LED开启的时间与LED关闭的时间之比。在某些条件下，降低LED开启的时间量与LED关闭的时间量之比(即，降低占空比)可以使LED能够产生更多光。也就是说，LED在多次闪光之间具有越长的“休息”时间，每次闪光就可以越亮。例如，一直开启的LED(即，占空比为1)通常不能产生足够的光投射较大的视频图像，但仅用六分之一的时间产生光的LED(即，占空比为1/3、1/6等)可以生成足够的光投射较大的视频图像。因此，临时LED组合装置12设计用于使用多个低占空比的相互同步的LED。

临时LED组合装置12包括多个LED和其他用于使这些多个LED同步的元件。例如，图2是根据本发明一个实施例的临时LED组合装置12的示例性开始LED模块30的示意图。如图所示，开始LED模块30可以包括LED32、偏振光束分光器(PBS)棱镜34、以及四分之一波片反射器36。LED32可以产生非偏振光(图2中示为(s+p))。当非偏振光击中PBS棱镜34中的PBS元件35a时，非偏振光将分成“p”偏振光和“s”偏振光。P偏振光将穿过PBS棱镜34，s偏振光将反射至PBS棱镜34中的另一个PBS元件35b。s偏振光将被第二PBS元件35b反射向四分之一波片反射器36。当s偏振光从四分之一波片反射器36反射出来以后，它变为p偏振光，该p偏振光穿过第二PBS元件35b，从PBS棱镜34中出来。因此，如图2所示，开始LED模块30可以从非偏振光的LED(32)单个光束中产生两个p偏振光束。

接下来参考图3，示出了根据本发明一个实施例的处于启动状态的示例性中间LED模块的示意图，其整体上用参考标号40标识。为了简明，使用相同的参考标号来标识已经在图2中事先描述过的部分。如图所示，中间LED模块包括LED32、包括第一PBS元件35a和第二PBS元件35b的PBS棱镜34、四分之一波片反射器36、以及LCD偏振开关42。如上所述，LED32可以设计用于发射非偏振光束，在图3中示之为“s+p”。该非偏振光束照射进PBS棱镜34。当与第一PBS元件35a接触时，非偏振光分成了s偏振光束和p偏振光束。s偏振光束被反射出PBS棱镜34，p偏振光束穿过第一PBS元件35a和第二PBS元件35b，从四分之一波片反射器36反射出来。当p偏振光从四分之一波片反射器36反射出来时，其变成s偏振光，然后，s偏振光从第二PBS元件35b反射出来，从PBS棱镜34出来。

如图3所示，从PBS棱镜34出来的两个s偏振光束进入LCD偏振开关42，其也被称为LCD快门42。本领域普通技术人员将明白，可以使用LCD面板来有选择地改变光束的极性。例如，可以使用LCD偏振开关42来改变进入LCD偏振开关42的光束的极性，也可以允许光穿过LCD偏振开关而不改变其极性。在启动状态中间LCD模块40中，LCD偏振开关42设计用于将从PBS棱镜34出来的s偏振光改变为p偏振光。这样，所示的中间LED模块40设计用于在中间模块40处于启动状态时生成两个p偏振光束。

图4是根据本发明实施例的处于关闭状态的示例性中间模块40的示意图。为了简明，使用相同的参考标号标识已经在前面的图中事先描述过的部分。在图4中所示的关闭状态中，LED32是关闭的(即，不产生光)，LCD偏振开关42设计用于允许由其他模块生成的p偏振光穿过它，而不改变该p偏振光的极性。如下面将进一步描述的，LCD偏振开关42的这种有选择地将s偏振光转变为p偏振光、或者允许p偏振光穿过中间模块40的能力，使得临时LED组合装置10能够使来自多个LED32的光同步。

如上所述，中间模块40可以产生p偏振光，或允许p偏振光穿过。图5是根据本发明一个实施例的临时LED组合装置12的示例性结束模块50的示意图。为了简明，使用相同的参考标号来标识已经在前面的图中事先描述过的部分。在一个实施例中，结束模块50可以设计用于将由开始模块30或处于启动状态的多个中间模块40之一生成的两个光束转变为非偏振光(即，“s+p”光)。如图5所示，结束模块50包括PBS棱镜和多个四分之一波片反射器36。当p偏振光进入结束模块50时，图5顶部所示的光束被多个四分之一波片反射器反射出来(如图所示)，以产生s偏振光。然后，该s偏振光与另一p偏振光(即，图5中下方的光束)结合，以产生非偏振光。该非偏振光(即，以上参考图1描述的彩色光14)可以被投射在数字微镜器件18处。在可选实施例中需要特别注意的是，结束模块50可以设计用来生成各种具有适当的偏振特性的光。例如，如果在LCD投影系统中使用临时LED组合装置12，则结束模块50可以设计用来生成偏振光，这是因为LCD投影系统中使用偏振光。

如上所述，可以将开始模块30、一个或多个中间模块40、以及结束模块50组合起来形成临时LED组合装置12。图6示出了利用临时LED组合装置12投射视频图像的示例性方法60，图7示出了根据一个实施例的示例性LED组合装置12的示意图。为了简明，使用相同的参考标号标识前面参考图1至图5描述过的部分。应该明白，图7示出了临时LED组合装置12的一个可能实施例。这样，在可选实施例中，开始模块30、中间模块40、以及结束模块50的位置、方向、或内部元件可以不同。

如图6所示，如框62中所示，方法60以临时LED组合装置12将其所有LCD偏振开关设置为关闭状态开始。如框64中所示，当将所有的LCD偏振开关设置为启动状态时，临时LED组合装置12可以以一定的占空比脉冲驱动(pulse)LED#1，使LED#1能够产生足够的光投射期望大小的视频图像。由于将所有的LCD偏振开关设置成关闭状态，所以由开始模块30产生的p偏振光将作为p偏振光穿过每个中间模块30，然后被结束模块50转变为非偏振光束。然后，非偏振光束照射在DMD18上，然后投射到屏幕28上(参见图1)。

如框66所示，在脉冲驱动LED#1后，临时LED组合装置12可以将与LED#2相关联的LCD偏振开关设置为启动状态。如框68所示，接着，临时LED组合装置12可以将与LED#2无关的LCD偏振开关设置为关闭状态。如框70所示，接着，临时LED组合装置可以脉冲驱动LED#2。由于与LCD#2相关联的LCD偏振开关处于启动状态，所以将使LED#2的中间模块40产生p偏振光(如以上参考图3所述的)。但是，由于将临时LED组合装置12中的其他LCD偏振开关设置成了关闭状态，所以由LED#2的中间模块产生的p偏振光将穿过其他LCD偏振开关，而不改变极性。这样，当p偏振光进入结束模块50时，它可以转变为非偏振光，然后投射到屏幕28上作为视频图像。

如图6所示，如框72至76所示，可以对n个中间模块40中的每一个重复参考框66至70所描述的方法。通过适当的调整LED的脉冲驱动和LCD偏振开关的启动，可以生成比单个LED亮度等级高的连续或接近连续的LED生成的光束。

应该明白，方法60仅仅描述了利用临时LED组合装置12投射视频图像的方法的一个可能实施例。在可选实施例中，可以使用其他方法和配置。例如，通过小的改变，开始模块30和中间模块40可以设计用于生成s偏振光，使用中间模块40生成s偏振光，使用结束模块50将s偏振光转变为非偏振光。另外，在又一个实施例中，LED 32、PBS棱镜34、四分之一波片36的配置和/或相对位置可以不同。

Claims (20)

1.一种视频单元(10)，包括：

第一元件(30)，设计用于生成具有第一极性的第一光束；

第二元件(40)，设计用于在所述第一光束的生成之后，生成具有第二极性的第二光束；以及

第三元件(42)，设计用于允许所述第一光束穿过它而不改变极性，以及用于将所述第二光束的极性转变为所述第一极性。

2.根据权利要求1所述的视频单元(10)，包括：

第四元件(50)，设计用于将所述第一光束转变为非偏振光。

3.根据权利要求1所述的视频单元(10)，其中，所述第一元件包括发光二极管(32)。

4.根据权利要求3所述的视频单元(10)，其中，所述第一元件包括偏振光束分光器(34)。

5.根据权利要求4所述的视频单元(10)，其中，所述第一元件包括四分之一波片(36)。

6.根据权利要求1所述的视频单元(10)，其中，所述第三元件包括LCD偏振开关(42)。

7.根据权利要求1所述的视频单元(10)，包括数字微镜器件(18)。

8.一种方法，包括以下步骤：

将多个液晶显示偏振开关设置为关闭状态；

脉冲驱动第一光源(32)；

将与第二光源(32)关联的液晶显示偏振开关(42)设置为启动状态；以及

脉冲驱动所述第二光源(32)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述多个液晶显示偏振开关(42)设置为关闭状态包括：

将所述多个液晶显示偏振开关(42)构造成允许光穿过它们而不改变所述光的极性。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，脉冲驱动所述第一光源(32)包括脉冲驱动发光二极管(32)。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，脉冲驱动所述发光二极管(32)包括：以小于1/3的占空比脉冲驱动所述发光二极管(32)。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，脉冲驱动所述发光二极管(32)包括：以小于1/6的占空比脉冲驱动所述发光二极管(32)。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述液晶显示偏振开关(42)设置为所述启动状态包括：将所述液晶显示偏振开关(42)构造成改变由所述第二光源(32)产生的光束的极性。

14.根据权利要求10所述的方法，包括以下步骤：

将由所述第一光源(32)产生的光束分成s偏振光束和第一p偏振光束。

15.根据权利要求14所述的方法，包括以下步骤：

将所述s偏振光束转变为第二p偏振光束。

16.根据权利要求15所述的方法，包括以下步骤：

将所述第二p偏振光束转变回s偏振光束；

结合所述s偏振光束和所述第一p偏振光束，以生成非偏振光；以及

将所述非偏振光投射到数字微镜器件上。

17.一种视频单元(10)，包括：

用于将多个液晶显示偏振开关设置为关闭状态的装置；

用于脉冲驱动第一光源(32)的装置；

用于将与第二光源(32)关联的液晶显示偏振开关(42)设置为启动状态的装置；以及

用于脉冲驱动所述第二光源(32)的装置。

18.根据权利要求17所述的视频单元(10)，包括：用于将由所述第一光源(32)产生的光束分成s偏振光束和第一p偏振光束的装置。

19.根据权利要求17所述的视频单元(10)，包括：用于将所述s偏振光束转变成第二p偏振光束的装置。

20.根据权利要求17所述的视频单元(10)，包括：

用于将所述第二p偏振光束转变回s偏振光束的装置；

用于结合所述s偏振光束和所述第一p偏振光束以生成非偏振光的装置；以及

用于将所述非偏振光投射到数字微镜器件上的装置。

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