CN102104758A - 用于图像系统的膨胀基座 - Google Patents

Abstract

一种用于图像单元的膨胀基座，该图像单元用于图像系统中，该图像系统带有多个设置成排列的图像单元。该膨胀基座包括：一刚性框，用于容装一光引擎以及相关电路，以及用于在所述刚性框的前表面安装一和所述光引擎一起使用的显示屏。该膨胀基座还包括至少一可扩展界面垫，其位于所述刚性框的至少一侧。所述刚性框和所述可膨胀界面垫的组合热膨胀特性为，提供的在膨胀基座的整体膨胀与所述显示屏的膨胀基本匹配。

Description

用于图像系统的膨胀基座

技术领域

本发明涉及一种用于安装可设置的图像系统的基座，并且更具体地涉及用于安装多个图像单元的热膨胀基座，该图像单元用于产生复合图像的相应部分。

背景技术

图像系统，例如用于显示信息的投影显示器，有很多种应用和潜在应用。这些应用包括但不限于普通的户内标志牌(例如购物中心、拱廊商业街等)，交通运输标志牌(例如到达/出发时间等)，办公楼大堂内的标志牌，控制室，餐馆标志牌等。

已知的是，通过将多个小的显示器组装成一定排列来提供大型标志牌等的显示器(例如Ostendo的专利申请WO2006/115852)。但是，在这种设置中，相邻的显示器之间设有明显空隙以顾及每一单元的热膨胀。相邻显示屏之间的大空隙可能引起显示器之间光学变化的彼此干扰，导致整个图像质量下降。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种热膨胀界面垫，该垫与一刚性基座连接，使得垫与基座结合体的热膨胀基本上与显示屏的热膨胀匹配。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于图像单元的膨胀基座，图像单元用于图像系统中，该图像系统带有多个设置成排列的图像单元，该膨胀基座包括：

一刚性框，用于容装一光引擎以及相关电路，以及在所述刚性框的前表面安装一和所述光引擎一起使用的显示屏；以及

至少一可扩展界面垫，其位于所述刚性框的至少一侧；

所述刚性框和所述可膨胀界面垫的组合热膨胀特性为，提供的在膨胀基座的整个膨胀与所述显示屏的膨胀基本匹配。

根据本发明的又一个方面，在包括一基架和一显示屏的微型单元(microtile unit)中提供一种对膨胀基座的改进，以匹配该显示屏的膨胀，该膨胀基座包括：

一刚性框，用于容装一光引擎以及相关电路，以及在所述刚性框的前表面安装一和所述光引擎一起使用的显示屏；以及

至少一可扩展界面垫，其位于所述刚性框的至少一侧；

所述刚性框具有第一热膨胀特性，所述可扩展界面垫具有第二热膨胀特性，它们的组合热膨胀特性为，提供的在膨胀基座的整个膨胀与所述显示屏的膨胀基本匹配。

附图说明

现在以示例的方式结合附图描述本发明，其中：

图1为包括多个图像单元的示例性图像系统的框图；

图2为示例性框型微型单元的前方立体图；

图3a为多个微型单元的示例性矩形排列；

图3b为多个微型单元的示例性十字型排列；

图4为图像系统中显示屏膨胀的示意图；

图5a为每侧带有一界面垫的微型单元的示意性俯视图；

图5b为带有多个界面垫的多个微型单元的示意性俯视图；

图6为显示屏和界面垫的膨胀的示意图，示出从第一状态向第二状态膨胀；

图7示出之间带有单个单式的界面垫的两个微型单元；

图8示出之间带有两对界面垫的两个微型单元；

图9A示出了一用于将一单元固定在支撑结构上的示例性紧固器；

图9B示出了一用于相邻单元之间的示例性可膨胀紧固器；

图10为包含一装有液/气的储存槽的界面垫的另一种设置；

图11为包含一热致动器的界面垫的另一种设置；

图12示出了具有推/拉功能的示例性双向界面垫；

图13A示出了设置为用连接器边边相连的两个装有液/气的界面垫，以实现推/拉功能；

图13B示出了设置为用连接器边边相连的两个热致动器界面垫，以实现推/拉功能；。

本领域技术人员可以理解，附图仅仅用于说明性的目的。附图对申请人教导的范围不构成任何限制。

具体实施方式

图1示出了一个示例性图像系统，其包括多个组装成排列的图像(例如微型)单元。示例性的微型单元在申请人的名为“可配置图像系统”(美国专利申请12/119,191)的也正在审查的专利申请中有记载，其在此引作参考。每一微型单元20通常包括一光引擎及相关电路(包括例如：微处理器、随机存储器帧缓冲区以及提供图像抓取、调整大小、颜色匹配、边缘融合等的视频处理)。

图2示出了一个示例性微型单元20，其中微型单元为“块型”。每个微型单元20的前表面包括一安装在基座24上的独立(self-contained)显示屏22。位于每个微型单元的基座内的是一小型后部投影仪(包括光源、光阀、光学仪器以及附属的电子器件)，用于将图像投影到显示屏22上。根据一示例性实施例，尽管激光和其它光源也可以使用，光源用发光二极管(LED)实现，光源的选择和实现对本领域普通技术人员是公知的。

如图3a所示，每一单元投影复合图像的一部分(优选在超级视频图形卡SVGA的分辨率，以使得小的像素间距(1mm以下)可用)。应当注意，微型单元20不是必须设置成矩形设置，因而导致了显示设计时的明显的灵活性。图3b所示的设置中，显示为十字型，包括6个微型单元20。

无论设置如何，连接机构允许微型单元和其它微型单元基于每一微型单元基座的相应侧表面上的凸起形状而物理对准(physical registration)或对齐。图2示出了微型基座24的顶部上的示例性凸起26。已经确定，构造上讲如果显示屏材料(通常包括显示屏、凸透镜、漫射层、菲涅尔透镜等)的热膨胀性能不同于(例如超过)基座，会产生膨胀差。温度变化可能有多种来源，包括但不限于图像单元的操作以及图像单元所处的室温的变化。图4为图像系统10中从室温下的第一状态28到升温下的第二状态30的示例性显示屏膨胀的示意图。因此，整个复合显示屏区域的膨胀程度超过下层的多个基座单元，所述多个基座单元在此称作基座平台。为了顾及这种膨胀，相邻显示屏22之间需要的标称空隙32，以避免潜在的破坏性显示屏压缩或碰撞。尽管空隙32通常要足够大以允许显示屏尺寸的热变化，可以理解，相邻显示屏22之间大的空隙会干扰一个微型单元到另一个微型单元的光学过度，降低了整个图像质量。

为了使空隙尺寸最小化，最好是使得基座24的热膨胀性能与显示屏22类似，从而降低膨胀差。这样，一旦图像系统设置，显示屏的整体膨胀与下层的基座平台基本匹配。为了达到这一目标，一个选择是，提供塑料或类似构造的基座，该基座的热膨胀系数(CTE)与显示屏组合的相当。随着显示屏膨胀，基座也膨胀，从而保持膨胀差最小。不幸的是，塑料基座在尺寸稳定性上性能会很差，尤其在其涉及部件定位时。塑料基座随着膨胀和收缩会扭曲和变形，导致光学部件失准(misalignment)。

为了更好的尺寸稳定性，如图5a和5b所示，每一微型单元20的基座24通常设置为包括一刚性框34和至少一可扩展界面垫36。该刚性框34由CTE低于显示屏CTE的材料制成，并具有尺寸稳定性以维持匹配部件正确对准。刚性框34也可以设置为允许将微型单元20安装在一支撑结构例如壁上。用于的基座的合适材料的非限制性例子包括铝、镁以及玻璃填充尼龙。

界面垫36通常是具有比显示屏CTE更高CTE的材料的单式块。尽管界面垫有独立于微型单元的特征以允许基座膨胀，界面垫还可以设置为类似于以及作为前述连接机构的替代品，以允许微型单元和其它微型单元对准或对齐。无论设置如何，基座24和垫36的尺寸会适当设置，使得刚性框34和垫36的组合热膨胀基本匹配显示屏22的热膨胀。类似地，在包括多个微型单元的图像系统中，显示屏的整体膨胀基本上匹配基座平台。

随着操作温度增加，显示屏22和界面垫36膨胀。在图6所示例子中，显示屏从第一状态28膨胀到第二状态30，而垫类似地从从第一状态28a膨胀到第二状态30a。同样地，垫36有效地将相邻放置的微型单元彼此推开，从而维持空隙以降低破坏性显示屏压缩或碰撞的可能性。用于的界面垫36的非限制性例子包括Quadrant公司的Tivar 1000型超高分子量聚乙烯，其CTE为3.6mm/m-10C。其它非限制性示例性材料包括DuPont公司的Teflon，Dupont公司的Hytrel，Kolon公司的SPELLOY型聚碳酸酯+丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(PC+ABS)，以及Kolon公司的NOPLA型聚对苯二甲酸乙二酯-聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN-PET)。

尽管所示的本实施例使用两个相邻放置的垫，尺寸例如为彼此要对准，在一些实施例中，可以使用一个垫36，如图7所示。在这种设置中，一个垫位于两个相邻的微型单元20之间，以提供必要的膨胀。也可能是，多个垫沿一微型单元的任一侧隔开，如图8所示，其中用了两对垫。

表1列出了刚性基座对比显示屏的热膨胀性能的示例性的组。

表1：刚性基座和显示屏的热膨胀(无界面垫)

尽管基座和显示屏的标称宽度均为408mm，由于基座的CTE低于显示屏的CTE，每一部件的在操作温度(例如40℃或更高)的实际宽度不同。如表所示，显示屏膨胀到总宽度409.09mm而基座膨胀到总宽度408.42mm，有0.67mm差别。在这一例子中，由于显示屏膨胀的程度比基座大，要求相邻显示屏之间有明显的空隙，以避免可能的破坏性的压缩/碰撞。

表2举例说明了界面垫如何用于增加基座的整体热膨胀性能。

表2：刚性框/界面垫和显示屏的热膨胀

如图2所示，对于标称宽度408mm的显示屏，一示例性设置为标称宽度分别为358mm和50mm的刚性框和界面垫。刚性框和界面垫的组合产生与显示屏相比基本上相同的热膨胀性能，导致降低的空隙需要。尽管刚性框膨胀有限(0.37mm)，额外的膨胀由界面垫提供，该界面垫的CTE适于实现额外所需的膨胀(0.72mm)。因此，基座的膨胀(总宽度409.09mm)和显示屏的膨胀(总宽度409.09mm)匹配，相邻显示屏的空隙尺寸大大降低。

使用了界面垫，图像系统中每一微型单元的基座设置为依界面垫产生的膨胀可以移动。每个基座的移动可以用多种方式实现，例如通过使用位于微型单元和一支撑结构(例如壁)之间的和/或位于相邻微型单元之间的特殊紧固器。例如，如图9A所示，柔性紧固器40可以用于将微型单元20连接到支撑结构42。随着温度升高，界面垫36膨胀，将相邻微型单元彼此推开，而紧固器允许一定程度的偏离44，以适应发生在显示屏22的膨胀。如图9B所示，在相邻微型单元20之间，设置有合适的紧固器46，以允许有限的膨胀以适应该膨胀。

紧固器也可以设置为在基座平台内将每一基座偏置回一第一中性位置，该位置基本上在室温确定。使用这种设置，界面垫得设置为施加足够的力以克服偏置效应，因此引起整个基座平台的膨胀。移走该膨胀力后，例如图像系统关闭或室温下降，紧固器回将基座平台偏置回所示第一中性位置。

图10示出了界面垫的另一实施例。在这种设置中，界面垫36大体包括一装有液/气的储存槽50、一构成储存槽50一侧的隔板52、一隔板固定器54、一隔板固定器54限定的膨胀空间56和一可动活塞58。使用时，温度升高产生液/气的体积膨胀，该膨胀会偏压隔板52。活塞58随后将隔板的运动传递给相邻的片(tile)，导致基座膨胀以适应显示屏的膨胀。随着使用后温度下降，液/气的体积收缩。隔板返回第一中性位置，引起活塞从界面垫收回。

图11示出了又一实施例，其中界面垫36包括安装在刚性框34上的热致动器60，该热致动器在给定温度提供固定的平移。这些可以和活化温度使用，该温度发生在显示屏压缩或碰撞前的给定温度点(例如温度范围的3/4)。

在该实施例中，热致动器在指定温度提供阶梯偏压。当该致动器激活时，其将相邻的片推远，因而增加了微型单元之间的空隙，阻止了显示屏压缩/碰撞。当温度降低到活化温度之下时，该致动器收缩，空隙会减小到其原始尺寸。

表3举例说明了带热致动器的界面垫用于增加基座的整体热膨胀性能。

表3：使用带热致动器的界面垫时的空隙控制

在该例中，片间的标称空隙在20℃时设置为0.5mm。当温度从20℃升高到40℃时，显示屏会增长0.5mm，即不再存在空隙。在该点，温度进一步上升会导致显示屏压缩/碰撞。而带有包括热致动器的界面垫，该热致动器设置为40℃的活化温度有0.5mm偏压，碰撞可以避免，这是因为仍然保留有空隙。

应当注意，多个热膨胀不必完全匹配。例如，尽管膨胀材料只提供显示屏增长的一部分，其与相邻微型单元刚性连接相比，仍然会提供一个更小的标称空隙。标称空隙的减小通过减小从一个微型单元到另一个微型单元的光学变化有提高整个图像质量的效果。

不管界面垫设置为固体垫、液/气填充垫还是包括热致动器的垫，最后的效果是基本匹配基座整体膨胀的能力，以匹配显示屏随温度升高的膨胀。随着整个基座平台中的每一基座膨胀，维持了显示屏之间的空隙，允许显示屏明显地膨胀而不存在相邻显示屏之间的压缩或碰撞的危险。应当注意，依显示屏的设置(例如正方形vs矩形)，可能需要不同膨胀性能的界面垫。例如显示屏是正方形的情形，顶部/底部和侧部垫膨胀性能会基本一致，这是因为在两个方向上显示屏膨胀量相同。对于横向设置的矩形显示屏，宽度上的膨胀会大于高度上的膨胀。因此，与用在顶部/底部界面的界面垫相比，具有更大膨胀参数的界面垫会用在微型单元的侧部。

尽管前述紧固器可以用于将基座平台推回第一中性位置，界面垫本身也可以使用。例如，界面垫可以固定在每一端，使得相应接触面在膨胀时被推而在收缩时被拉。一个双向界面垫的示例性设置如图12所示。在该设置中，界面垫包括模制或连接在辅助的端块64上的热膨胀材料62。每一端块进一步包括至少一紧固器66，包括但不限于带螺纹的钉(stud)或带孔的紧固板等。如图所示，所用的紧固器为带螺纹的钉，该钉会通过在刚性框34侧部的相应孔接收。使用时，热膨胀材料62会随温度升高而膨胀，随冷却而收缩。随着材料62单元接合在相应端块64上，端部效应是响应温度变化而推拉相邻单元20。类似原理适用于液/气填充型和热致动器型界面垫，其中，每一设置中的可移动活塞用适当的紧固器66适当地固定在相邻片上，该紧固器包括但不限于带螺纹的钉或带孔的紧固板等。参考图10和11，所示的每个相应活塞用带螺纹的钉66固定在相邻片上。在一些实施例中，如图13A和13B所示，相邻放置的垫可以串连以实现在温度变化时的推和拉效应。如图所示，设有连接器68，以在界面垫36相应的膨胀和收缩时允许推和拉。

在上述实施例中，外部动力源不是必须的。界面垫明显的(noted)膨胀源自材料对温度的物理反应。与带电源的系统相比，这有减少整个操作成本的潜力。然而，包括带动力的致动器的界面垫是可用于界面垫的又一替换，该带动力的致动器包括微型机电系统(MEMS)热致动器和压电致动器。

尽管在“块”状微型单元的构架下进行了整体描述，膨胀基座可以适用于其它图像单元。例如，在此描述的膨胀基座可以用于例如控制室使用的大型图像显示装置(imaging cube)。

应当理解，尽管详细描述了本发明的实施例，可以对这些实施例进行多种变化和修改。尽管上面描述了几个实施例可以修改、替换甚至省略。所有这些替代和改变均在本发明的范围之内并由后附的权利要求涵盖。

Claims (16)

1.一种用于图像单元的膨胀基座，该图像单元用于图像系统中，该图像系统带有多个设置成排列的图像单元，该膨胀基座包括：

一刚性框，用于容装一光引擎以及相关电路，以及用于在所述刚性框的前表面安装一和所述光引擎一起使用的显示屏；以及

至少一可扩展界面垫，其位于所述刚性框的至少一侧；

所述刚性框和所述可扩展界面垫的组合热膨胀特性为，提供的在膨胀基座的整体膨胀与所述显示屏的膨胀基本匹配。

2.根据权利要求1所述的膨胀基座，其特征在于，所述刚性框的热膨胀系数小于所述显示屏的热膨胀系数，而且所述界面垫的热膨胀系数大于所述显示屏的热膨胀系数。

3.根据权利要求1所述的膨胀基座，其特征在于，所述刚性框由选自下述材料组成的组中的材料制成：铝、镁、玻璃填充尼龙及其组合。

4.根据权利要求1所述的膨胀基座，其特征在于，所述界面垫由选自下述材料组成的组中的材料制成：Tivar 1000型超高分子量聚乙烯，Teflon，Hytrel，SPELLOY型聚碳酸酯+丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，NOPLA型聚对苯二甲酸乙二酯-聚萘二甲酸乙二醇酯及其组合。

5.根据权利要求1所述的膨胀基座，其特征在于，所述界面垫用于允许一图像单元相对相邻图像单元物理对准或对齐。

6.根据权利要求1所述的膨胀基座，其特征在于，所述界面垫包括一液/气填充的储存槽、一与所述储存槽液体接触的可偏压隔板和一与所述隔板接触的活塞，其中，所述活塞响应所述隔板的偏压而移动，所述偏压源自所述液或气的、取决于温度的体积膨胀/收缩。

7.根据权利要求1所述的膨胀基座，其特征在于，所述界面垫包括一热致动器，该致动器在给定温度提供固定的平移。

8.根据权利要求1所述的膨胀基座，其特征在于，所述界面垫两端固定在相应接触表面，以在温度变化时提供基座的膨胀和收缩。

9.一种在包含一基座和一显示屏的微型单元中的改进，包括匹配所述显示屏中的膨胀的膨胀基座，该膨胀基座包括：

一刚性框，用于容装一光引擎以及相关电路，以及用于在所述刚性框的前表面安装一和所述光引擎一起使用的显示屏；以及

至少一可扩展界面垫，其位于所述刚性框的至少一侧；

所述刚性框具有第一热膨胀特性，所述所述界面垫具有第二热膨胀特性，组合的热膨胀特性为，提供的在膨胀基座的整体膨胀与所述显示屏的膨胀基本匹配。

10.根据权利要求9所述的改进，其特征在于，所述刚性框的热膨胀系数小于所述显示屏的热膨胀系数，而且所述界面垫的热膨胀系数大于所述显示屏的热膨胀系数。

11.根据权利要求9所述的改进，其特征在于，所述刚性框由选自下述材料组成的组中的材料制成：铝、镁、玻璃填充尼龙及其组合。

12.根据权利要求9所述的改进，其特征在于，所述界面垫由选自下述材料组成的组中的材料制成：Tivar 1000型超高分子量聚乙烯，Teflon，Hytrel，SPELLOY型聚碳酸酯+丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，NOPLA型聚对苯二甲酸乙二酯-聚萘二甲酸乙二醇酯及其组合。

13.根据权利要求9所述的改进，其特征在于，所述界面垫用于允许一图像单元相对相邻图像单元物理对准或对齐。

14.根据权利要求9所述的改进，其特征在于，所述界面垫包括一液/气填充的储存槽、一与所述储存槽液体接触的可偏压隔板和一与所述隔板接触的活塞，其中，所述活塞响应所述隔板的偏压而移动，所述偏压源自所述液或气的、取决于温度的体积膨胀/收缩。

15.根据权利要求9所述的改进，其特征在于，所述界面垫包括一热致动器，该致动器在给定温度提供固定的平移。

16.根据权利要求9所述的改进，其特征在于，所述界面垫两端固定在相应接触表面，以在温度变化时提供基座的膨胀和收缩。

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