专利名称:提供经济光源的光能收集系统的制作方法
技术领域:
本发明一般有关照明及显示系统用的光源。更详细的说,本发明是关于一种在每日的不同时刻以最小的损耗从太阳及不同辅助光源(complimentary lightsource)收集并过滤光能量以便能经济地提供光功率给显示或照明系统的设计,同时可依据观看者的背景照明而调整亮度进而来提供最舒适的视觉感受。
(2)背景技术图5是用以表示一般显示器光投影(display light projection,DLP)引擎200所应用的光能量收集系统的功能方块图。光能量收集器包括一灯205,用以投影光线至可反射并聚集反射光至一积分通道220的椭圆形反射器210,该积分通道220是被一色轮230所覆盖并具有彩色光源的功能。彩色光被投射而穿过一组光线透镜235及场透镜240而到达位在一数字调变显示面板250(digital modulationdisplay,DMD)的一全内反射(total internal reflection,TIR)棱镜245,进而产生经由彩色影像显示系统的投影透镜260所投影的影像来源。
设计及制造户外显示系统的技术人员在提供适用于每天不同时刻以及多变的背景亮度之下的光源上仍面临技术上的困难。在晴朗白天,由于来自太阳光的高强度照明,为了能克服由明亮背景所导致的影像显示的退化高强度的光源是需要的。然而,这种强烈的光源在晚上时刻将变得太亮。为了能提供户外显示在观赏方面的舒适感,光源的适度调整是需要的,有时需要附加背景光线的检测以调整光源强度。此外,为克服太阳的高度照明,高功率的光源也是需要的。这些需求增加了户外显示系统的成本及操作复杂度。此外,高强度的光源经常导致其它设计上的顾虑,例如光源过热及其它安全的事宜。这些困难通常成为数字显示技术应用在户外显示系统上的限制因素,纵使数字显示技术可比使用习知技术实施的影像显示提供了更多不同的优点。
因此,为了能克服这些困难及限制的改进式光源,尤其是在户外数字影像显示上使用仍是需要的。我们希望这种光源具有能够直接收集来自阳光的光能收集系统,这样,则显示的亮度能够实质上与背景光线成正比。另外也希望从检测特征的光能中获得利益,以便基于由户外太阳光收集器所收集的所检测的太阳功率而提供辅助的光能。
(3)发明内容因此,本发明的一目的在于提供一种可直接收集来自背景照明的光能的光能收集系统,可因光线强度的改变实质上将与背景照明成正比,而解决上述的困难。
本发明的另一目的在于提供一种经济又效率高的太阳光能收集系统,用以收集太阳能并过滤及聚集太阳光至影像显示系统用的可见光内。因为光源的强度实质上是与背景照明成正比,当太阳光被聚集并传输至显示系统的光源时,此光源对户外的大型显示器而言是很有用的。当太阳光强时背景照明度亦高,此光源便可提供高强度影像显示,而在不需要浪费照明能量的情况下提供舒适的视觉感受。
本发明的又一目的在于提供一种新颖的显示系统用的光源,其中该光源在太阳光光能收集器及灯光收集器之间是具由辅助功能的,因此影像显示系统的光源能有弹性地被控制,进而达到舒适观看的合适亮度。此种辅助的光源能够方便地被使用于阳光阴暗的阴天或太阳下山的时候,因此能使观看者不管是在高度照明或是黑暗的情况下都可舒适地观看户外显示器。
本发明的再一目的在于提供一种来自太阳辐射的可见光源,是藉由滤除来自于本发明的光收集系统所收集的光能中的紫外线及红外光。不可见及潜在有害健康的辐射可被移除而不会被过度地施加在影像显示系统中,以进一步地加强此经济及环保显示系统的功能及实用性。
简言之,于较佳实施例中,本发明揭示一种提供光功率给显示影像用的显示系统的光能收集系统。该光能收集系统包括一光能收集装置,是用以收集来自环绕及照明于显示系统上的背景照明光源,因此,由该光能收集装置提供给该显示器的照明用光能可自然地依据环绕及照明而在显示系统上的背景照明光源而被调整。
于一较佳实施例中,本发明还揭示一种提供光功率给显示影像用的显示系统收集光能的方法。该方法包括藉由使用一光能收集系统以收集来自环绕及照明于显示系统上的背景照明光源的光能的步骤,藉此,由该光能收集系统提供给该显示器的照明用的光能自然地依据环绕及照明于显示系统上的背景照明光源而被调整。
在阅读以下例示于不同图式的较佳实施例的详细描述后,本发明的前述及其它优点对熟悉本技术的人士而言,无疑都是非常明显的。
(4)
图1a是为本发明光能收集系统的功能方块图,该光能收集系统是用以收集来自于背景照明,例如太阳光,的光能;图1b是为本发明光能收集系统的一示意图,其是藉由一菲涅耳透镜(Frensellens)以收集来自如太阳光的背景光源;图1c是为一菲涅耳透镜的示意图;图2是表示本发明平行从一背景照明源,如太阳光,收集光能的另一光能收集系统的示意图;图3是表示本发明从一背景照明源,如太阳光,以及使用灯的一辅助光源收集光能的另一光能收集系统的示意图;图4是表示本发明从一背景照明源,如太阳光,收集光能并传递此光至多个光输出端口的一光能收集系统的示意图;图5是使用一灯的习知光能收集系统的示意图,其中该光能收集系统是为一彩色影像显示系统的DLP引擎;图6是表示本发明的从太阳光收集光能的光能收集系统的示意图,其中该光能收集系统是为一彩色影像显示系统的DLP引擎;图7是表示本发明从太阳光及灯收集光能的光能收集系统的示意图,其中该光能收集系统是为一彩色影像显示系统的DLP引擎;图8是表示本发明从多个灯收集光能的光能收集系统的示意图,其中该光能收集系统是为一彩色影像显示系统的DLP引擎;
图9a是表示本发明的从太阳光收集光能的光能收集系统并将阳光彩色分离至RGB元件内的示意图,其中该光能收集系统是为一彩色影像显示系统的DLP引擎;图9b是表示一包覆棒的示意图;图9c是表示一光纤棒的示意图;图10a是表示朝向太阳的追踪及旋转太阳光收集器用的一太阳光追踪系统的透视图,用以使太阳光的收集有最大的效率;图10b是表示一菲涅耳透镜、一具有一旋转中心及一包覆棒的一镜片,例如具有该菲涅耳透镜的一光棒聚集太阳光至该镜片并反射该太阳光至该光纤棒;图10c是表示太阳光与镜片之间的角度示意图;图10d是表示图10b的不同位置的示意图;图10e是表示在中午时的镜片的角度位置的示意图;图10f是表示一菲涅耳透镜旋转Δφ的示意图,而介于镜片以及从菲涅耳透镜边缘所投射的聚合光束间的角度θ0必须大于0度;图11是说明本发明一太阳光调整系统的示意图;图12是表示了被配置有如同图1至图11(但图5除外),所表示的太阳光收集系统的本发明的一移动式户外显示系统的示意图。
(5)具体实施方式
图1a是表示收集来自,例如太阳光105,的背景照明的光能的本发明光能收集系统100的功能方块图。此光能收集系统100包括一抛物线形反射器110,用以反射并聚集经过一紫外线(UV)及红外线(IR)过滤器115于反射光被聚集在光纤120上之前先被滤掉不可见光的太阳光105至一光纤120上。仅具有可见光的被过滤后的光随后从光纤120经由一导波器或一延伸光纤125被传输至一光输出端口130。图1b表示使用菲涅耳透镜取代图1a所示的抛物线形反射器的另一实施例。菲涅耳透镜111聚集入射的太阳光105至一光纤120上。尤其如图1c所示,菲涅耳透镜111具有600毫米(mm)的宽度以及590毫米(mm)的长度,菲涅耳透镜111具有706毫米的焦距。图2是用以表示类似图1a~c的另一种光能收集系统100’的示意图,其具有二平行的抛物线形反射器110,110’以经由光纤120,120’收集太阳光。所收集及过滤的可见光随后经由延伸光纤125及125’被传输至输出端口130。
表一表示在一天中的不同时刻所收集的光能量,其中单位″Lux″的照明是藉由照明检测 Minolta T-10所测量。从表一来看,在一天的不同时刻中提供给显示系统的光功率实质上是依据背景亮度而成正比改变。因此,可使户外显示器在提供舒适的视觉感受的同时却可免除为了克服强光时必须使用强背景照明的大功率光源上的浪费。
表一于一天的不同时刻的光能收集
其中56600lux(勒克斯)×1m2(面积)=56600lumen(流明)~870瓦UHP灯泡而UHP 65lumen/W(100瓦UHP~6500lumen)图3是表示类似图1a~c的另一种光能收集系统100”的示意图,其与图1的光能收集系统100相比,除了具有二个平行的抛物线形反射器110,110’外,还具有一灯135,其是被用作为一辅助光源,以便投射光线至一椭圆形反射器140,其可反射并聚集光于光纤150,以便将该反射光透过延伸光纤160传至光输出端口130。图4是表示类似图1a~c的另一种光能收集系统100的示意图,其与图1的光能系统100相比,其将原有的该延伸光纤125区分为三个光纤125-1,125-2及125-3,用以提供光源至三个光输出端口130-1,130-2,及130-3。
图6表示一可供选择的光能收集系统的示意图,其是用以实施于一相同的DLP(digital light processing)引擎200’之中。取代利用灯来作为光源,此光能收集系统是一太阳光能光线收集系统,其包括一抛物线形反射器210’以反射并聚集经过一UV及IR过滤器212的太阳光至光纤215,光纤215是用以传输已被过滤的可见光至正好位于积分通道220的光纤端口218。图7表示一种新颖的光能收集引擎,是藉由抛物线形反射器210’收集来自于太阳光的光能并藉由椭圆形反射器210收集来自作为辅助光源的灯的光能。图8表示本发明的另一DLP引擎以及由一使用多个灯,例如灯205-1,205-2,205-3及205-4,来作为光源的平行多重光源所收集到的光能,其是用作为该显示系统的一联合光源。此DLP引擎是于太阳光不足或无太阳光的阴天期间用以辅助太阳光能量收集器。
图9a是另一示意图,用以说明另一DLP引擎的结构,其中如图1a~c至图4所示的从太阳光所收集的光被一激光二极管(laser diode,LD)或发光二极管(light emission diode,LED)组件处理,用以投射红,绿及蓝光(R,G,B)光至正好设置于整合通道旁的一光纤218,以便提供彩色光给显示投影系统。图9b及图9c分别表示可被实施于图9a的光纤218的一种单心单包覆光纤218-1以及一种多心多包覆光纤218-2。
参照图10a,本发明的太阳光追踪系统。此太阳光追踪系统包括一基座270,是用以将一光收集器280支持于一旋转轴275上。为使太阳光收集的效率为最佳,该太阳光收集座270及太阳光收集器280被提供为具有沿所示的X-Y-Z轴三轴中至少不同二轴旋转的弹性。于较佳实施例中,基座270能沿Z轴旋转,而太阳光收集器280是沿X轴旋转。基座270及太阳光收集器280的旋转是被提供以便在一天的不同时间追踪并聚焦于太阳,因为地球是环绕太阳旋转及移动。一马达(未显示)被用以驱动太阳光追踪系统基座270的旋转,而该马达被一太阳光收集导引装置(未显示)所控制及驱动,太阳光收集导引装置包括一处理器用以执行使用,包括太阳光收集系统,赤道座标及太阳光收集的日期及时间等天文资料的程序,以便决定太阳光收集器的最佳方向。太阳光收集导引装置还包括一即时反馈系统用以接收直接从太阳光收集器所获得的即时太阳光收集数据,以便进一步微调并调整基座及收集器的方向以使所接收的太阳能为最佳。
图10b表示本发明另一光能收集系统300,是藉由涂布有红外线(IR)过滤器310的菲涅耳透镜305来实施。此IR过滤器310可被涂布于菲涅耳透镜305上。菲涅耳透镜305将太阳光320聚焦于镜片315上,镜片315是用以反射被反射光束325至一光纤330。菲涅耳透镜305及IR过滤器310被支持并固定于可环绕一旋转枢轴旋旋转的一可旋转框架350。镜片315也可环绕旋转枢轴360旋转。图10c及图10d表示在菲涅耳透镜305与镜片315之间在一天中不同时刻相对旋转角度,菲涅耳透镜305与镜片315于该角度为收集最大量的光能而追踪太阳。同时,镜片315是相对菲涅耳透镜305的旋转而旋转以便反射所收集的太阳光至光纤330。图10e及图10f表示镜片315与菲涅耳透镜305之间的角度旋转的函数关系。图10e表示于中午太阳光垂直投射在菲涅耳透镜305上时镜片315的角度位置,且在镜片315与从菲涅耳透镜305的边缘投射的聚焦光束320’的方向之间存在一倾斜角度θ0。在图10f,菲涅耳透镜305旋转Δφ,而在镜片315与从菲涅耳透镜305的边缘投射的聚焦光束320’之间的角度θ0’必须大于0度。同时,当菲涅耳透镜305旋转Δφ度时,镜片315必须旋转Δφ/2。因此,θ0-Δφ+(Δφ/2)>0,且菲涅耳透镜所能允许的最大角度的旋转为2θ0,而镜片315所能允许的最大角度的旋转为θ0。同时,为改善光能收集,光纤330被形成为一边较大另一边较小的杆体,其具有面对镜片315的一较大的端并在横截面区域逐渐降低以便被耦合至一个一般光纤而传输所收集的光能至一光引擎,藉此该太阳光收集系统能够达成如同一光源般的功能。
参照图11的本发明的一太阳光调整与控制系统。一光亮度检测器410,例如惠斯登电桥(Wheatstone Bridge),其乃具有连接于两个电阻413,一可变电阻416以及一光导元件414的导线412,是被用以检测光线的照明以便产生对应所检测到的光线亮度的信号。一光亮度选择器400的实施包括一马达402及一具有不同透明度的碟片404,用以提供对应光亮度检测器410的信号的不同亮度准位的过滤器。一光分离器406反射10%的太阳光至一亮度检测器410,如惠斯登电桥及光导元件414,用以检测太阳光的亮度,而90%的太阳光则被传输至DLP引擎420。当太阳光的亮度低于一预设值时,其中一可变电阻416被设置以设定该预设值,一马达402被用以驱动一碟片404至最佳的透明度以调整太阳光传输传至传至DLP引擎420。
图12呈现了本发明的移动式显示系统500的新配置,其是藉由呈现于前述的图1至图11中的光收集系统300与一太阳光收集器来实施。该移动式显示系统500乃被运载于一车辆460之上,该车辆460具有一个后方区域,其是被用作为屏幕430的显示区域,该屏幕430是被用来显示影像,而该影像则是利用架设于该车辆460上的无线信号接收器490所接收的影像信号来呈现。该车辆460更运载了一平台425以及架于该平板425上的一太阳光收集器300,以便能透过一光纤光学传输线330来将太阳光传送至一光亮度控制器440,而一个用来提供光源至一显示系统(未图示)的DLP引擎420亦被运载于该车辆460之上。该车辆460亦可包含一侧拉门470,是用以在拉起该侧拉门470时可让该屏幕430显示影像,而在拉下该侧拉门470时可用以覆盖并保护该屏幕430。该平台425可藉一马达(未显示)的控制而升至该车辆500的顶端进以接收太阳光或是可降此车辆460的拖车内而获得保护或是便于运输至不同户外地点进行播映。
虽然本发明是以较佳实施例而被描述,应了解的是此种揭示并不能视为限制。不同的选择及修饰对已阅读以上揭示的本技艺人士而言无疑是明显的。因此,申请人的意为所附申请专利范围被解读为包含本发明精神及范围内的所有可能的选择及修饰。
权利要求
1.一种光能收集系统,用以提供光能至显示一影像的一显示系统,该光能收集系统包括一光能收集装置,用以收集来自环绕及照射于该显示系统的一背景光源的光能,藉此由该光能收集装置所提供至该显示系统的照明用的光能是自然依据环绕该显示系统的该背景亮度而被调整。
2.如权利要求1所述的光能收集系统,其特征在于该光能收集装置包括一太阳光辐射收集系统,用以收集来自一背景亮度太阳光的光能作为该背景光源。
3.如权利要求2所述的光能收集系统,其特征在于该太阳光辐射收集系统还包括一抛物线形反射器,用以反射并聚焦来自该背景亮度太阳光的太阳光至一光收集端口。
4.如权利要求2所述的光能收集系统,其特征在于,还包括一辅助光能收集系统,用以收集来自用以与从该背景亮度太阳光所收集的光能辅助的一辅助光源的光能。
5.如权利要求4所述的光能收集系统,其特征在于该辅助光能收集系统还包括一灯以及用以反射并聚焦从该灯发射至一光收集端口的光辐射的一椭圆形反射器。
6.如权利要求2所述的光能收集系统,其特征在于该太阳光照射收集系统还包含一菲涅耳透镜,其是用以将来自于该背景亮度的太阳光聚焦至一光学收集端口。
7.如权利要求2所述的光能收集系统,其特征在于,还包含一支持该太阳光照射收集系统的旋转基座,用以旋转该太阳光照射收集系统以便最佳地收集该光能。
8.如权利要求1所述的光能收集系统,其特征在于,还包含一户外显示装置,其是连接于该光能收集装置并应用该光能收集装置所收集的光能作户外的影像显示。
9.如权利要求1所述的光能收集系统,其特征在于,还包含一移动式户外显示装置,其是用以支持该光能收集系统并应用该光能收集系统所收集的光能在不同户外地点作户外的影像显示。
10.如权利要求1所述的光能收集系统,其特征在于,还包含一设置于具有户外显示面的一拖车上的拖车显示装置,其中该拖车是用以支持该光能收集装置并应用该光能收集装置所收集的光能于该户外显示面在不同户外地点作户外的影像显示。
11.一种收集光能的方法,用以提供光能至显示一影像的一显示系统,该收集光能的方法包括藉由使用一光能收集系统收集来自环绕及照射于该显示系统的一背景光源的光能,藉此由该光能收集系统所提供至该显示系统的一照明用光能是自然地依据环绕于该显示系统的该背景亮度而被调整。
12.一种光能收集系统,用以收集来自一太阳光的光能,它包括一太阳光追踪系统,是用以导引并移动一太阳光收集器至一最佳的太阳光收集方向。
13.如权利要求12所述的光能收集系统,其特征在于,还包括一太阳光调整系统,是用以感测并控制被传输至一显示器的太阳光能的部份能量。
14.如权利要求13所述的光能收集系统,其特征在于该太阳光调整系统还包括一透明度变化装置,用以变化一透明度工传输不同太阳光能量至一光学引擎。
15.如权利要求12所述的光能收集系统,其特征在于该太阳光追踪系统还包括一旋转基座,用以支持并使该太阳光收集器沿不同旋转轴旋转,进而导引并移动该太阳光收集器至一最佳的太阳光收集方向。
16.如权利要求12所述的光能收集系统,其特征在于该太阳光收集器还包含一抛物线形反射镜,其是用以反射并聚焦一来自于该背景亮度的太阳光至一光学收集端口。
17.如权利要求12所述的光能收集系统,其特征在于,还包含一辅助光能收集系统,是用以收集来自于该辅助光源的光能供补充该太阳光收集器所收集的辅助光能。
18.如权利要求17所述的光能收集系统,其特征在于该辅助光能收集系统还包含一灯泡以及一用以反射并聚焦由该灯泡射至一光学收集端口的光学辐射的反射镜。
19.如权利要求12所述的光能收集系统,其特征在于该太阳光收集器还包含一菲涅耳透镜,其是用以聚焦一太阳光至一光学收集端口。
20.如权利要求17所述的光能收集系统,其特征在于,还包含一移动式户外显示装置,是用以支持该太阳光收集器并应用该光能收集器所收集的光能在不同户外地点作户外的影像显示。
21.一种光能收集系统,用以提供光能至显示一影像的一显示系统,包括一光源相对该显示系统移动并照明该显示系统;一被该光源照明的光能自动收集装置,用以收集照明的光束。
22.如权利要求21所述的光能收集系统,其特征在于,还包括一传输装置,用以传输由该自动收集装置所收集的该照明的该光束至该显示系统。
23.如权利要求21所述的光能收集系统,其特征在于该光源是太阳。
24.如权利要求21所述的光能收集系统,其特征在于该光能自动收集装置还包括一追踪系统,用以承载聚焦该照明的该光束用的该收集装置。
25.如权利要求24所述的光能收集系统,其特征在于该追踪系统包括沿一座标系统的一轴旋转的一基座;以及一支持器,由该基座支持,用以支持该收集装置并沿该座标系统的另一轴旋转。
26.如权利要求25所述的光能收集系统,其特征在于该基座是由一第一马达的一第一旋转轴所驱动;该支持器是由一第二马达的一第二旋转轴所驱动;该旋转轴是分别位于沿该座标系统的二座标轴处;以及该马达被控制以分别沿一座标系统的二座标轴旋转。
27.如权利要求26所述的光能收集系统,其特征在于,该座标系统是一天文座标系统。
28.如权利要求21或22所述的光能收集系统,其特征在于,还包括一UV过滤器放置于该收集装置与传输装置之间,用以过滤来自该照明的该光束的UV光。
29.如权利要求28所述的光能收集系统,其特征在于,该UV过滤器被涂布于该收集装置上。
30.如权利要求21或22所述的光能收集系统,其特征在于,还包括一IR过滤器放置于该收集装置与传输装置之间,用以过滤来自该照明的该光束的IR光。
31.如权利要求30所述的光能收集系统,其特征在于,该IR过滤器被涂布于该收集装置上。
32.如权利要求21或22所述的光能收集系统,其特征在于,该收集装置是一聚光透镜。
33.如权利要求21或22所述的光能收集系统,其特征在于,该收集装置是一抛物线形反射器。
34.如权利要求25所述的光能收集系统,其特征在于,该座标系统是一正交座标。
35.如权利要求21或22所述的光能收集系统,其特征在于,还包括该显示系统中的至少一光源。
36.如权利要求21或22所述的光能收集系统,其特征在于,该显示系统是一投影机。
37.如权利要求22所述的光能收集系统,其特征在于,该传输装置是一光纤。
38.一种光能收集系统,包括一光源相对于一装置移动并照明该装置;一自动收集装置被该光源照明,用以收集该光源的亮度以提供光能;以及一照明调整系统用以检测并控制至该装置的该光能。
39.如权利要求38所述的光能收集系统,其特征在于,还包括一传输装置,用以传输该自动收集装置所收集的该照明的该光束至该显示系统。
40.如权利要求38或39所述的光能收集系统,其特征在于,该光源调整系统包括一检测系统用以检测该照明的该光束;一调整系统用以调整该照明的该光束。
41.如权利要求38或39所述的光能收集系统,其特征在于,该检测系统包括一亮度选择器,包括一马达及一具有不同透明度程度的碟片;一光束分离器,用以将来自该亮度选择器的该光分离为二不同光束;以及一亮度检测器,用以检测该光束分离器所分离的一光束的一照度。
42.如权利要求41所述的光能收集系统,其特征在于,该调整系统包括一亮度检测器用以产生一信号,该信号具有与该光源的该照度成正比的一参数;以及一亮度选择器,包括一马达及被提供不同透明度程度的一碟片,该马达被该信号驱动以便从该光束选择一透明度程度而允许该光束至该亮度检测器。
43.如权利要求42所述的光能收集系统,其特征在于该亮度检测器是一惠斯登电桥,其包括用于该惠斯登电桥中的一光导元件用以检测光束照度并产生与该光源的该照度成正比的一信号参数。
44.如权利要求42或43所述的光能收集系统,其特征在于,该参数是一由该光导元件所检测的一电流。
45.如权利要求42或43所述的光能收集系统,其特征在于,该参数是由该惠斯登电桥所检测的一电压。
46.一种光能收集系统,包括一光源相对该显示系统移动并照明该显示系统;一自动收集装置被该光源照明,用以收集该光源的照明;以及一显示系统用以接收来自该自动收集装置的光能以便显示一影像。
47.一种光能收集系统,包括一光源相对一装置移动并照明该装置;一自动收集装置被该光源照明,用以收集该光源的照明以提供光能;一照明调整系统用以检测并控制至该装置的该光能量;以及一显示系统用以接收来自该自动收集装置的光能以便显示一影像。
全文摘要
本发明揭示一种光能收集系统,是用以提供光能至一显示系统以便显示一影像。此光能收集系统包括一光能收集装置,用以收集来自环绕及照射于该显示系统的一背景光源的光能,藉此由该光能收集装置所提供至该显示系统的照明用的光能是自然依据环绕该显示系统的该背景亮度而被调整。
文档编号G02B6/42GK1493917SQ0317874
公开日2004年5月5日 申请日期2003年7月18日 优先权日2002年8月2日
发明者郑崇华, 吕光爵, 翁茂政, 张银源 申请人:台达电子工业股份有限公司