CN2828873Y - 一种大屏幕整屏背投显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种大屏幕整屏背投显示装置，采用一对相同的投影机，每台投影机各输出原图象的左半部和右半部，经过光学和电子处理后，将左半部和右半部图象的光学边缘相互耦合成象，从而得到一个单位面积光通量和单位面积象素都增加一倍的完整图象，所说的光学和电子处理包括投影机的放置必须是每对投影机的光学中心与背投屏的光学焦点、屏幕尺寸比例以及屏的放置方向匹配；发送图象信号给投影机的计算机至少安装有市售的可任意调节输出分辩率和图象旋转的双头显卡、视频采集卡以及RGB采集卡，通过调节双头显卡的输出分辩率和图象旋转角度，实现左半部和右半部图象的光学边缘相互耦合，得到单屏整屏显示或双屏拼接、整屏显示图象。
Description
技术领域
本实用新型涉及背投显示技术，特别是一种大屏幕整屏背投显示装置，包括单屏整屏显示及多屏图象合成拼接后整屏显示，属光、电子技术领域。
背景技术
背投显示主要包括背投屏和投影机两方面问题，背投屏方面：自20世纪以八十年代出现电子拼接背投技术以来，采用拼接的方式获得数十平方米甚至上百平方米显示面积的背投视幕墙已不是什么难事。但是，其拼接缝隙仍不可避免。投影机方面：自21世纪以来，随着LCD(液晶)和DLP(数字光处理器)技术的发展，一万流明以上光通量的投影机已不罕见。但是这些巨光通量的投影机均比较昂贵，动辄以数十万甚至上百万元人民币计，这对一般用户显然难以接受。目前，一般的商用投影机，特别是单片DLP机其输出光通量不超过3000ANSI流明，这对于120英寸以上的整屏背投来说，显然有些不够。解决这个问题，一是采用更大光通量输出的投影机，特别是三片DLP机，但如前述，价格昂贵使其难以推广；二是采用双机甚至三机光路迭加的办法，但一般其图象边缘的迭加效果较差，特别是采用光路折迭时，这是由于图象芯片、反射镜、镜头加工精度不够造成的。概括以上，现有技术有以下方法：(1)光学图象迭加法：用两台投影机输出同样的光学图象(图象大小一样、象素一样、内容一样)迭加在一起，得到与原图象一样大小、一样象素、一样内容且亮度增加一倍的图象。虽然亮度(光通量)增加了，但分辨率没有增加(图1)；(2)光学图象拼接法：用两台投影机各输出一个图象的左半部和右半部，然后拼接在一起，得到一个完整的图象。亮度(光通量)没有增加，总分辨率增加了一倍，总显示面积也增加了(图2)。
发明内容
本实用新型提供一种大屏幕整屏背投显示装置，以求达到以下目的：
(1)既提高光通量又提高分辨率的整屏背投显示；
(2)在上述前提下又采用光通量输出比较小，因而价格比较便宜的投影机，降低成本。
本实用新型的上述目的是这样实现的：一种大屏幕整屏背投显示装置，包括投影机、背投显示屏和发送图象信号给投影机的计算机，其特征是采用一对相同的投影机，每台投影机各输出原图象的左半部和右半部，经过光学和电子处理后，将左半部和右半部图象的光学边缘相互耦合成象，从而得到一个单位面积光通量和单位面积象素都增加一倍的完整图象(图3)，所说的光学和电子处理包括投影机的放置必须是每对投影机的光学中心与背投屏的光学焦点、屏幕尺寸比例以及屏的放置方向匹配；发送图象信号给投影机的计算机至少安装有市售的可任意调节输出分辩率和图象旋转的双头显卡、视频采集卡以及RGB采集卡，外部视频输入接视频采集卡、VGA输入接RGB采集卡、双头显卡输出分别接一对投影机，通过调节双头显卡的输出分辩率和图象旋转角度，实现左半部和右半部图象的光学边缘相互耦合，得到单屏整屏显示或双屏粘接或拚接的整屏显示图象。可以采用市售普通投影机，双机于同一水平上竖向放置；采用市售单费涅尔焦点、长、宽比4∶3的两块背投屏竖向放置后于长边处拼接成6∶4整屏，每台投影机对应投射至半块整屏；将计算机双头显卡对应于每个分屏的图象均以各屏的费涅尔焦点为圆心逆时针旋转90°，得到双屏粘接或拚接的整屏显示图象。最好采用市售光学中心位于图象下边缘中心的DLP投影机，双机于同一水平上竖向放置；采用一块市售单费涅尔焦点、长、宽比4∶3的背投屏水平放置，投影机的光学焦点会聚在背投屏的费涅尔焦点上；将计算机双头显卡每个头的图象均以屏的费涅尔焦点为圆心逆时针旋转90°，调节双头显卡的输出分辩率与双机耦合后的全屏分辩率相近，得到单屏图象拼接、整屏显示图象。作为本发明方法的拓展应用，可先采用现有技术双机光学图象迭加法后作为一个耦合单元，然后再与一个或一个以上相同单元成对耦合。也可以一对双机耦合背投屏为单元，再多单元拼接。
本实用新型的优点及效果：可得到光通量增加一倍，分辨率(更确切地讲是象素)也增加一倍的合成图象。如果采用市售的0.9″DLP投影机(单机分辨率1400×1050)，我们就可以实现2100×1400的超高分辨率整屏显示。这一分辨率的投影机，除了采用ILA技术的投影机，尚没有别的市售投影机能做到，而其价格，例如做一块200英寸整屏，只要用两台输出光通量为6000ANSI流明的0.9″DLP投影机(1400×1050)，即可实现每平方米平均1000ANSI流明的亮度和2100×1400的超高分辨率整屏显示。如采用DNP的WA200″屏，可得到400cd/的屏前光出射度(或叫“屏前亮度”)。而其双机价格仅仅30余万，不到一台BARCO的12000ANSI流明三片DLP投影机的1/3。
附图说明
图1A、1B分别是现有技术光学图象迭加法光学布置及图象效果原理示意图；
图2A、2B分别是现有技术光学图象拼接法光学布置及图象效果原理示意图；
图3A、3B分别是本实用新型成对耦合单屏整屏显示实施效果及图象效果原理示意图；
图4A-4F是本实用新型成对耦合光学原理示意图；
图5是本实用新型成对耦合电路连接方框图；
图6是本实用新型双屏拼接、整屏显示实施效果图；
图7是本实用新型先双机光学图象迭加再成对耦合实施效果图。
具体实施方式
参看图1A，两台投影机W输出同样的光学图象(图象大小一样、象素一样、内容一样)至具有费涅尔焦点2的背投屏1上，迭加在一起，得到与原图象一样大小、一样象素、一样内容且亮度增加一倍的图象。虽然亮度(光通量)增加了，但分辨率没有增加。双机信号需要经过投影机左右反转，屏前观者才能看到正确图象如图1B。
图2A、2B，用两台投影机W(平放)各输出一个图象的左半部和右半部至两块均为4∶3的费涅尔焦点屏上，采用双头显卡，然后拼接在一起，得到一个完整的图象。亮度(光通量)没有增加，总分辨率增加了一倍，总显示面积也增加了。若假定投影机象素分辨率为1024×768，双头显卡分辨率为2048×768，则显示的图形水平方向被拉长了一倍，显然是严重失真了，现全屏比例为8∶3。同样，双机信号需要经过投影机左右反转，屏前观者才能看到正确图象。
参看图3A、3B，采用一对光学中心在投射图形下部边缘中间的相同的市售民用DLP投影机及单块普通的费涅尔焦点在屏幕中心的背投屏以及市售的一种可使双头输出的任一头输出图形旋转90°的双头显卡，同时将双头显卡的分辨率调整为1536×1024或相近的1600×1024或1600×1200，每台投影机各输出原图象的左半部和右半部，经过光学和电子处理后，将左半部和右半部图象的光学边缘相互耦合成象，实现了用双机成对耦合光路显示一幅完整的单屏图象，与图1、2相比，得到一个单位面积光通量和单位面积象素都增加一倍的完整图象。本实施例的光学及电子原理见图4。
参看图4A，单费涅尔焦点的普通背投屏，在进行双机光学合成时，要求双机的光学焦点最好会聚在背投屏1的费涅尔焦点2上，这在过去是难以实现的，如图4A所示与投影机的光学中心(光学焦点)3不重合。而现在新的市售民用DLP投影机，为了使用的方便及光路设计上的便捷，其光学中心3就在图象的下边缘可与背投屏1的费涅尔焦点2重合(图4B)。这就提供了这样一种可能：将上、下两台投影机叠放，每台的光学中心3都可以置于单费尔涅尔焦点的整屏背投屏的光学中心2上，从而为迭加提供了方便(图4C)。但是，由于通常的投影机出射图象的比例都是4∶3，背投屏的长宽比也是4∶3，两者在竖直方向迭加后，其合成光学图象的长宽比例变为：4/3+3＝4∶6，这已经远远偏离4∶3，图形比例严重失调，合成视频图象严重失真(图4D)。如果利用图形旋转90°的方法，可以得到下述比例：3+3/4＝6∶4＝3∶2＝1.5，与通常4∶3图象的长宽比为4/3＝1.33较为接近。假定背投屏的长边长度为12，则4∶3屏为12∶9，3∶2屏为12∶8。可见合成图象损失甚少(图4E)，可以将短边略为切去一些，即可获得充满屏幕全部显示面积的合成图象(图4F)。至于旋转图象90°，则应为左边的逆时针旋转90°，右边的逆时针旋转90°。图形旋转对于采用ATI显卡或Savage系列显卡来说，是其一种很普通的功能。在合成整屏图形时，应考虑边缘融合问题。这一问题既可以用现在已很普遍的边缘融合器来实现，但较贵，一台要十万余元，双机用两台就是二十余万元，显然太贵了。我们考虑可以用半光影重合方法，利用可任意调节显卡输出分辨率的双头显卡，如Matrax的新显卡。因为成对耦合后，1024×768分辨率双机合成后，总的全屏分辨率变为1536×1024，只要把显卡输出分辨率调为1600×1024，则每边多了32列，对这32列采用在双机输出光路上加以透射率为50％的特种材料，即可实现近乎无缝的融合。通过采用上述设计以后，我们就得到了一种新的双机重合的整屏显示装置，它可以利用两台普通市售的光学中心在图象下边缘中心的DLP投影机和一块普通市售的单费涅尔焦点的4∶3比例背投屏，通过将双机图象各逆时针旋转90°的方法，得到光通量增加一倍，分辨率(更确切地讲是象素)也增加一倍的合成图象。如果采用市售的0.9″DLP投影机(单机分辨率1400×1050)，我们就可以实现2100×1400的超高分辨率整屏显示。这一分辨率的投影机，除了采用ILA技术的投影机，尚没有别的市售投影机能做到，而其价格，例如做一块200英寸整屏，只要用两台输出光通量为6000ANSI流明的0.9″DLP投影机(1400×1050)，即可实现每平方米平均1000ANSI流明的亮度和2100×1400的超高分辨率整屏显示。如采用DNP的WA200″屏，可得到400cd/m2的屏前光出射度(或叫“屏前亮度”)。而其双机价格仅仅30余万，不到一台BARCO的12000ANSI流明三片DLP投影机的1/3。
图5是本实用新型成对耦合电路连接方框图的一个示例，外部视频输入接视频采集卡、VGA输入接RGB采集卡、双头显卡输出分别接一对投影机，多口串卡输出分别接一对投影机的RS232口，通过调节双头显卡的输出分辩率和图象旋转角度，实现左半部和右半部图象的光学边缘相互耦合，得到单屏整屏显示或双屏粘接或拚接的整屏显示图象。本领域普通技术人员能够实现，不再赘述。
图6是与图3A不同的另一种实施方式。用两台投影机W各输出一个图象的左半部和右半部和两块4∶3比例背投屏都竖放，采用可使双头输出的任一头输出图形旋转90°的双头显卡，把每个屏上的图象都以每个屏的费涅尔焦点为圆心逆时针旋转90°，可得到双屏竖直拼接完整图象。若投影机象素分辨率为1024×768，双头显卡分辨率为1536×1024，故图象没有失真，但由于采用双屏拼接，全屏显示图象中间有拼缝，实施效果不如图3方式，但可以采用普通光学中心在镜头中心的工程投影机，设计上有较大选择余地。
图7是本实用新型扩展应用的实施例。若使用2500-3000ANSI流明的单机，先双机迭加再成对耦合，则可达10000-12000ANSI流明总光通量，可籍此构成180英寸-200英寸的成对耦合整屏背投，每平方米均光通量可达1000-1200ANSI流明。另外，也可两个或三个或N个成对耦合光路单元水平拼合，构成2×1、3×1或N×1的巨型拼接屏；也可将四个双机成对耦合电路进行2×2拼接，再应用无缝钎焊技术可得到一个基本看不出拼缝的巨型拼接屏，依次类推可构成N×2×2拼接；还可将成对耦合光路作为一个单元，实现多种巨型整屏的拼接，如将四个200英寸的四机成对耦合光路单元平放，可以构成如北京航天测控中心一样的四块200英寸屏，如采用1400×1050象素分辨率的DLP单机构成成对耦合光路单元，其单屏分辨率可达2100×1400的超高分辨率整屏显示，远优于北京航天测控中心的显示屏。
Claims (5)
1、一种大屏幕整屏背投显示装置，包括投影机、背投显示屏和发送图象信号给投影机的计算机，其特征是采用一对相同的投影机，每台投影机各输出原图象的左半部和右半部，经过光学和电子处理后，将左半部和右半部图象的光学边缘相互耦合成象，从而得到一个单位面积光通量和单位面积象素都增加一倍的完整图象，所说的光学和电子处理包括投影机的放置必须是每对投影机的光学中心与背投屏的光学焦点、屏幕尺寸比例以及屏的放置方向匹配；发送图象信号给投影机的计算机至少安装有市售的可任意调节输出分辩率和图象旋转的双头显卡、视频采集卡以及RGB采集卡，外部视频输入接视频采集卡、VGA输入接RGB采集卡、双头显卡输出分别接一对投影机，通过调节双头显卡的输出分辩率和图象旋转角度，实现左半部和右半部图象的光学边缘相互耦合，得到单屏整屏显示或双屏粘接或拚接的整屏显示图象。
2、根据权利要求1所述的大屏幕整屏背投显示装置，其特征是采用市售光学中心位于图象下边缘中心的DLP投影机，双机于同一水平上竖向放置；采用一块市售单费涅尔焦点、长、宽比4∶3的背投屏水平放置，投影机的光学焦点会聚在背投屏的费涅尔焦点上；将计算机双头显卡每个头的图象均以屏的费涅尔焦点为圆心逆时针旋转90°，调节双头显卡的输出分辩率与双机耦合后的全屏分辩率相近，得到单屏图象拼接、整屏显示图象。
3、根据权利要求1所述的大屏幕整屏背投显示装置，其特征是采用市售普通投影机，双机于同一水平上竖向放置；采用市售单费涅尔焦点、长、宽比4∶3的两块背投屏竖向放置后于长边处粘接成6∶4整屏，每台投影机对应投射至半块整屏；将计算机双头显卡对应于每个分屏的图象均以各屏的费涅尔焦点为圆心逆时针旋转90°，得到双屏粘接或拚接的整屏显示图象。
4、根据权利要求1或2或3所述的大屏幕整屏背投显示装置，其特征是先采用现有技术双机光学图象迭加法后作为一个耦合单元，然后再与一个或一个以上相同单元成对耦合。
5、根据权利要求1或2或3所述的大屏幕整屏背投显示装置，其特征是以一个成对耦合背投屏为单元，再多单元拚接。
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