CN1726702A - 具有二维阵列的发光单元的图像投射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在屏幕上提供图像的方法和图像投射设备。该图像投射设备(10)包括在包含至少两行发光单元的阵列内提供的至少一个第一组(12)发光单元，每行具有至少两个发光单元；和光位移单元(36)，被安排为在屏幕(16)上投射之前位移来自每个发光单元的光，以便每个发光单元提供包括在屏幕上在一个方向内具有被对准的至少两个像素的一行的平铺显示。这些发光单元最好是LED，并且以这种方式，提供能够容纳在合理的小空间内的高效显示器或投射器。

Description

具有二维阵列的发光单元的图像投射器

技术领域

本发明一般涉及在屏幕上投射图像的领域，并且更具体地涉及用于在屏幕上提供图像的方法和设备。

背景技术

在显示器的领域内，一直在寻求改进的显示器，因为许多当前类型显示器或体积大、成本高或效率低。

类似于LCD(液晶显示器)的一些类型的显示器具有使用其中总是产生光的连续灯源和遮光器的技术，这不是有效的。即使光被向后衰减，LCD通常也需要滤色器来提供颜色，这甚至进一步降低了设备的效率，以致它需要更多的能量来令人满意地工作。

另一种类型的显示器仅以像素为基础在需要时才产生光。这种类型设备的一个例子是CRT(阴极射线管)。然而，该设备为了工作而需要真空，并因此还特别需要厚的玻璃封皮。

其它类型的显示器是等离子显示器。然而，它们依然是非常昂贵的且具有低效率。

一种类型的具有好的显示特能的光源是LED(发光二极管)。LED本身很小，可被控制，从而快速地接通/断开，并且还以高效率提供好的颜色。但是，LED具有的一个缺点在于：在每个LED周围需要大外壳(housing)，这导致LED的使用至今被限于大型广告板和巨型屏幕。

人们已经进行一些尝试来减少使用的LED的数量。WO 01/29808说明如何使用旋转镜将红、绿和蓝LED的阵列扫描到屏幕上。在此，在第一种变型中，该阵列包括一列绿LED、一列红LED和一列蓝LED。随后，借助于所述镜扫描每一列，以便红、绿和蓝二极管的每个组合提供一行像素。在此阵列的第二种变型中，具有每种颜色LED的两列，它们在垂直方向上略微相互位移，其中一种颜色的附加列的LED为屏幕的每隔一行提供光。因为列的长度，第一种变型的体积大。第二种变型在长度上减半，但是体积依然相当大。这两种解决方案的共同点在于：LED阵列是一维的。每个LED为一行提供所有的像素。这意味着在该设备内行的扫描一种颜色使用一个LED。所使用的镜子还必须相当大，这增加了设备的成本。文献WO-01/29808还描述了两个镜子的使用，以便在屏幕上在水平和垂直方向上扫描三个LED，每种颜色一个LED。在此，完全没有阵列。因为在一个方向扫描大区域，所以图像可能会失真。镜子也必须快速地旋转，这可能难以实现。

因而，需要可以被制造得更小的阵列，仅需要屏幕上入射的光的小位移，从而避免投射图像的失真，并与现有的设备和方法相比，允许使用更低的旋转速度在屏幕上位移光。

发明内容

本发明的目的是提供对来自二维小阵列发光单元的在屏幕上入射的光的更小位移，从而避免投射图像的失真，并允许使用更低的旋转速度用于在屏幕上位移光，例如，通过使用更多个小平面。

根据本发明的第一方面，利用一种在屏幕上提供图像的方法实现这一目的，该方法包括以下步骤：

—从在具有至少两行发光单元的二维阵列内提供的第一组发光单元中发射光，每行包括至少两个发光单元；

—把来自所述第一组发光单元的光投射到屏幕上；和

—位移从每个发光单元投射在屏幕上的光，以便每个发光单元提供屏幕的平铺显示(tile)，包括在屏幕上在一个方向上被对准的行内的至少两个像素。

根据本发明的第二方面，还利用一种图像投射设备实现这个目的，所述图像投射设备包括：

—在包括至少两行发光单元的阵列内提供的至少第一组发光单元，所述行具有至少两个发光单元；和

—光位移单元，被安排成在屏幕上投射之前位移来自每个发光单元的光，使得每个发光单元提供包括具有在屏幕上在一个方向上被对准的至少两个像素的行的平铺显示。

权利要求3和13涉及提供也在垂直方向扩展的平铺显示。

权利要求5、12和16涉及提供用于位移来自发光单元阵列的光的光传输媒体。

权利要求14涉及提供行到行的相等位移。

权利要求17涉及提供反射光传输媒体。

权利要求6和20涉及降低缝合(stitching)效应。

权利要求18涉及在使用一种以上颜色时允许进一步缩小发光单元阵列。

本发明具有提供小型图像显示设备的同时仅需要有限扫描范围的优点。这限制了投射图像的失真，并允许使用更低的旋转速度在屏幕上位移光。本发明还提供有益的形状因数，并允许使用不同于机械装置的位移光的装置。

因而，本发明背后的一般思想是提供用于在屏幕上投射的限制尺寸的二维阵列发光单元，其中在至少一个方向位移来自每个发光单元的光，以便在屏幕上提供像素的平铺显示。

本发明的这些和其它方面从下面所述的实施例中是显而易见的，并将结合这些实施例阐述本发明的这些和其它方面。

附图说明

现在，将参考附图更详细地解释本发明，其中：

图1是根据本发明的用于在屏幕上投射图像的设备的示意图；

图2图示在阵列内提供的用于在屏幕上投射光的第一组LED；

图3示意地图示从图1的阵列内的LED投射到屏幕上的光；

图4示意地以光可透射轮(light-transmissive wheel)的形式图示光位移单元；

图5图示图4中轮的分段(segment)的第一光位移特性；

图6图示用于提供甚至更小设备的透射(transflective)单元以及第一、第二和第三组LED；

图7图示根据本发明的在屏幕上提供图像的方法的流程图；

图8示意性图示两个可透射单元作为图4的轮的替代实施例；

图9图示可替代的反射轮；和

图10图示两个反射单元作为反射轮的替代实施方式。

具体实施方式

本发明涉及在屏幕上提供图像，并且更具体地涉及使用必须保持为小的发光单元阵列为屏幕提供像素。图1总体图示根据本发明的用于在屏幕上投射图像的设备。该设备16最好在显示器内提供，并因此最好在电视机内提供。该设备也可以设置在投射器内，用于在大屏幕上投射图像。该设备10包括第一组发光单元12，这些发光单元最好是设置在二维阵列或矩阵内的LED(发光二极管)。LED被设置在行和列内，以便一列内的每个LED与每个其它列内的一个LED对准，以及一行内的每个LED与每个其它行内的一个其它LED对准。该阵列12被连接到控制电子设备18，该电子设备18被安排为给每个LED提供控制信号，用于将它们接通和关闭，以提供将要显示的像素信息。因此，阵列12产生落在光位移单元14上的光。光位移单元14被连接到控制单元20，该控制单元20用于提供光位移单元14的位置的改变，用于位移从该阵列内所有LED发射的光。在通过光位移单元14之后，从阵列12内的所有LED发出的光投射到以投射透镜的形式提供的投射器单元16上，其将光投射在屏幕17上，该屏幕17可以是用户为投射器提供的投射器屏幕，或者利用显示材料制成，当在电视机内或可能在大型计算机显示器内提供时，在后侧从LED接收光，并在前侧显示信息。

图2图示设置在阵列12内的几个LED。在此，具有三种类型的LED，即提供红颜色的第一类型22、提供绿颜色的第二类型24和提供蓝颜色的第三类型26。第一类型22的两个LED之间的距离用具有虚线的第一框28表示，第二类型24的两个LED之间的距离用具有实线的第二框30表示，和第三类型26的两个LED之间的距离用具有虚点线的第三框32表示。在该图中并未图示第三框32的全部。如此图所示，每个LED被用于引导光的外壳覆盖。这些外壳相当大。如果图1和图2中的阵列对于每种颜色具有一个LED，并将每个这样的三颜色组合只分配给屏幕上的一个像素，则显示设备将变得非常大和体积巨大，并将不可能将之包含在诸如电视机的设备内。注意：该设备将变得体积非常大，即使并不使用三种不同的颜色，即如果该设备仅提供黑白像素或者灰度像素的话。因而，需要限制使用的LED的数量。通过使LED阵列内的一个LED既在水平方向又在垂直方向提供像素的平铺显示，本发明解决了这个问题。

图3图示如何将来自多个LED的光投射到屏幕16上。在此，简化阵列12，以致它仅包含在三行和三列内的计数为1-9的9个LED，其中在第一行内提供LED1-3，在第二行内提供LED4-6，并在第三行内提供LED7-9。在此，为了更好地理解本发明，LED还仅表示一种颜色。应当认识到，对于图3所示的每个，可以具有两个附加LED。LED最初投射在屏幕17上的第一位置内，这利用屏幕上行1、3和5内的粗体编号1至9来表示。随后，在三个步骤中水平地位移来自每个LED的光，这利用编号1、2、3、4、5、6、7、和8在表示屏幕的图3的右部示出，并在行1、3和5内重复三次，从而完成这些行。这意味着：在初始投射之后，三次位移来自LED的光。然而，改变LED正在显示的信息，以便每个显示的编号代表屏幕上的像素。通过使用图1所示的控制电子设备适当地开启和关闭LED，实现LED信息的这种改变。在已经扫描这些行1、3和5之后，在一个步骤中垂直地位移来自所有LED的光，从最靠近右侧的位置开始，即从行2、4和6内的粗体编号1-9开始，并以如上所述相同的方式扫描来自LED的光，以提供行2、4和6的像素。因此，每个LED提供用于平铺显示的光，在图3中显示了用于LED编号4的一个平铺显示34。因此，在此，LED为四列和两行内的8个像素提供光。因此，该阵列为屏幕的所有像素提供信息。对于所有的颜色，自动重复上述方案。还应当认识到，图3仅是用于理解本发明的例子。通常希望从一个LED水平地和垂直地提供更多像素，以便能够使该阵列更小。

图4图示根据本发明的光位移单元14的第一最佳变型。该图显示了八角形形状并具有八个分段38的轮子36。来自LED的光被安排为入射在该轮子的最上面的分段上。以光可透射材料的形式提供这些分段38，并可以利用单独棱镜制成这些分段。使该轮旋转，并且在旋转期间，从该组LED入射到分段38的表面上的光在离开分段38时被位移。两个变量可用于得到某一位移，即材料的厚度和角度。利用这两个设计自由度，可以使轮子具有期望的扫描特性，例如类似于CRT。垂直方向由分段38的宽度W确定。图5图示在这个宽度变化背后的原理。由于不同的材料常数，以角度α入射的光通过媒体改变方向。因为材料在水平方向上具有不同的宽度，所以离开点将取决于不同的进入点而不同。在此，值得注意，当角度α是0度时，位移也为零。入射在表面上的光随着不断改变的水平距离而被位移，以便提供一行内的所有像素。所有的分段具有相同类型的宽度变化，以便在水平方向内的位移对于所有的分段是相同的。来自LED的光入射的表面在垂直方向上相对光的方向也形成角度。每个分段具有与入射光不同的角度。这意味着入射角度对于每个分段来说将是不同的。因此，每个分段38以不同的偏移来位移光线。这样，提供光线的垂直位移，以确保LED的不同行的扫描。

通过使用轮子和第一阵列的组合，能够获得例如可以包括在电视机内的足够小型的显示器。通过使用可透射轮，总设备尺寸可以保持为小，这允许提供甚至更小型的设备。

图6图示本发明的另一种变型。该图图示三组LED40，42和44，每种颜色一个，并且分别提供屏幕的所有像素。在透射(transflective)设备或颜色重组立方体46的三个侧面上提供这三个阵列，所述颜色重组立方体46具有分光反射特性，即对于不同颜色的光是反射性的。该立方体的一个对角线提供反射，以便入射在该立方体的第一侧面上的来自第一阵列40的红光在该立方体内部被反射，并且该立方体的另一条对角线提供入射在该立方体的第三侧面上的来自第三阵列44的蓝光的反射。入射在第二侧面上的来自第二阵列42的光透明地通过立方体46。以这样的方式，来自第一和第三阵列40、44的光在该立方体的内部被反射，以便它与来自第二阵列42的光重合。因此，所有的光从第四侧面离开该立方体。随后，将这个光提供给光位移单元，用于投射在屏幕上。这样，每个阵列可以更小，或者可以使用更多的LED，并因而能够获得更小型的图像投射设备。利用这一种安排，可以使一个阵列比所述的第一阵列小三倍。

利用在垂直方向内具有48个LED和在水平方向内具有60个LED的阵列，可以提供用于提供具有480×600像素的VGA(视频图形阵列)显示器的阵列的例子。随后，在水平方向内以模拟方式扫描该阵列，其中该扫描必需是整个行的1/10。也可以垂直地在10步中执行位移。通过提供在垂直方向内12个LED和在水平方向内15个LED的阵列，有可能进一步限制该设备的大小。因此，水平方向中阵列的扫描是整个行的1/12，并因而必须在40步中实施垂直扫描。当减少LED的数量时，必需提高扫描幅度，以确保该设备好的性能。

将通过多种因素确定LED的最佳数量，这些因素特别包括单个LED的价格、所期望的图像亮度、所允许的扫描范围和镜片的大小。

图7图示根据本发明的方法的流程图，其因而可以用于概括本发明如何工作。发射来自二维LED阵列的光(步骤52)。在水平和垂直方向内位移从每个LED发射的光，以便每个LED在水平和垂直方向内提供像素的平铺显示(步骤54)，由此将光投射在屏幕上(步骤56)。

本发明还降低了缝合效应。通过提供在两个相邻LED的平铺显示之间的略微重叠，降低了缝合效应。通过视频处理，以原始视频内容的正弦波形衰减的形式，提供靠近相邻平铺显示的LED的光强度。通过视频处理，以原始视频内容的正弦波形衰减的形式，也提供用于在相邻平铺显示内的像素的来自LED的光。需要使平铺显示的光重叠，以便完全恢复原始视频内容。以这样的方式，现在将难以看到平铺显示的小的未对准，并降低了缝合效应。

可以以多种方式改变本发明，将参考图8至图10描述其中的一些方式。图8图示图5的轮子的变型。如果不具有一个轮子，根据上述原理，有可能提供围绕水平轴和垂直轴旋转的利用可透射材料48和50制作的两个垂直杆，提供光的垂直和水平位移。然而，并不必须在轮子和杆内使用可透射材料，也同样有可能使用反射材料。图9是提供有镜子而非可透射材料的八角形形状的轮子的顶视图。在此，每个分段在垂直和水平方向内提供不同的入射角度。通过分段的旋转扫描一行。不同的分段相对发自LED的光在垂直方向上形成不同的角度，因而也提供不同的行。图10图示具有镜子的另一种替代方式，其中使用两个旋转镜62和64来提供垂直和水平扫描。如果使用轮子，则它可以具有比八个侧面更多或更少的侧面。八角形提供八行，五角形提供五行，等等。

所使用的LED数量也可以以多种方式进行改变，因而，根据本发明，可以使用比已经描述的更少或更多的平铺显示。并且，本发明并不限制于LED，而可以在需要限制发光单元数量的任何情况下使用。

本发明具有下述优点。LED的使用使设备比其它类型的设备更有效。有限大小的阵列还通过所使用的位移提供屏幕的所有像素。因为使用二维阵列，与大型单维阵列解决方案相比，获得了投射器引擎的更好的形状因数。因为每个LED在水平和垂直方向内提供有限大小的平铺显示，有可能使用不利用机械旋转的装置来提供位移，如果发光单元的数量足够大的话。立方体还允许把不同颜色的LED分散在三个不同阵列内，这使之有可能甚至进一步降低设备的尺寸。

Claims (23)

1.一种在屏幕上提供图像的方法，该方法包括以下步骤：

—从在具有至少两行发光单元(1，2，3，4，5，6，7，8，9)的二维阵列内提供的第一组(12)发光单元中发射光，每行包括至少两个发光单元，(步骤52)；

—把来自所述第一组发光单元的光投射在屏幕上，(步骤56)；和

—位移从每个发光单元投射在屏幕上的光，以便每个发光单元提供屏幕的平铺显示(34)，包括在屏幕上在一个方向中被对准的行中的至少两个像素，(步骤54)。

2.如权利要求1所述的方法，其中行内的每个单元与所有其它行内的另一个单元对准，其中一行的发光单元为与其它行的单元不同的像素提供光，以及每行内的至少两个发光单元被安排成向所述屏幕上的单独像素提供光。

3.如权利要求1所述的方法，其中该行是垂直行，并且来自每个发光单元的光在垂直方向中被位移，以便垂直对准平铺显示的像素，以及位移步骤还包括在水平方向中位移从每个发光单元投射在屏幕上的光，以便每个平铺显示还包括水平对准的像素。

4.如权利要求1所述的方法，其中第一组发光单元为屏幕的所有像素提供光。

5.如权利要求1所述的方法，其中位移步骤包括通过传输媒体发送每个发光单元的光的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，其中以这样的方式执行位移步骤，使得一组内的一个发光单元的平铺显示略微重叠所述组内的至少一个相邻发光单元的平铺显示。

7.一种图像投射设备(10)，包括：

—在阵列内提供的至少第一组发光单元(12；40，42，44)，所述阵列包含具有至少两个发光单元的至少两行发光单元(1，2，3，4，5，6，7，8，9)；和

—光位移单元(36；48，50；58；62，64)，被安排成在屏幕(16)上投射之前位移来自每个发光单元的光，以便每个发光单元提供包括具有在屏幕上在一个方向中被对准的至少两个像素的行的平铺显示(34)。

8.如权利要求7所述的图像投射设备，其中该行的每个发光单元与所有其它行内的另一个单元对准，其中一行的发光单元为与其它行的单元不同的像素提供光，以及每行内的至少两个发光单元被安排成为所述屏幕上的单独像素提供光。

9.如权利要求7所述的图像投射设备，还包括屏幕(16)，其中来自第一组发光单元的光被投射到所述屏幕上。

10.如权利要求7所述的图像投射单元，其中第一组发光单元向屏幕上的所有像素提供光。

11.如权利要求7所述的图像投射设备(10)，其中光位移单元包括第一媒体(34；48；64)，它可以围绕第一轴旋转，用于提供具有在屏幕上在一个方向中被对准的至少两个像素的平铺显示。

12.如权利要求11所述的图像投射设备，其中第一媒体是可透射的，并且光位移单元(36)包括可围绕所述轴旋转的第一媒体的多个分段(38)，以及每个分段具有不断变化的宽度(W)，用于在第一方向位移来自一组发光单元的光。

13.如权利要求11所述的图像投射设备，其中光位移单元(36)包括第一媒体的多个分段(38)，每个分段具有面对发光单元并为来自一组发光单元的光提供不同入射角度的第一侧面，以便利用每个分段在第二方向位移来自所述发光单元组的光，用于利用也在第二方向中被对准的像素提供平铺显示(34)。

14.如权利要求12所述的图像投射设备，其中所有的分段具有相同的宽度变化。

15.如权利要求12所述的图像投射设备，其中这些分段被构成为围绕轮子提供的并给光位移单元提供多边形形状的多个棱镜。

16.如权利要求11所述的图像投射设备，其中光位移单元还包括第二媒体(50)，它可以围绕与第一轴垂直的第二轴旋转，用于在第二方向位移从每个发光单元投射在屏幕上的光，并且第一和第二媒体都是可透射的。

17.如权利要求11所述的图像投射设备，其中光位移单元还包括第二媒体(62)，它可以围绕与第一轴垂直的第二轴旋转，用于在第二方向位移从每个发光单元投射在屏幕上的光，并且第一和第二媒体是反射性的。

18.如权利要求7所述的图像投射设备，进一步包括第二组和第三组发光单元(42，44)以及透射单元(46)，其中透射单元被安排成反射第一组发光单元的光、反射第二组发光单元的光和传送第三组发光单元的光。

19.如权利要求18所述的图像投射设备，其中透射单元以这样的方式进行设置，使得来自不同发光单元组的光在抵达光位移单元之前通过透射单元。

20.如权利要求7所述的图像投射设备，其中光位移单元以平铺显示略微重叠相邻平铺显示的方式进行设置。

21.如权利要求7所述的图像投射设备，其中它是显示器。

22.如权利要求7所述的图像投射设备，其中它是投射器。

23.一种电视机，包含如权利要求22所述的显示器。

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