专利名称：用于将视频投影到屏幕上的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及将视频图像投影到屏幕，更具体地，本发明 涉及使用多个发光二极管来投射视频图像的系统和方法。
背景技术：
此部分试图向读者介绍本领域技术的各种方面，它们可与以下 所4苗述的和/或所要求斗又利的本发明的各个方面相关。才目4言这一i仑述 对为读者纟是供背景信息以便于更好理解本发明的这些方面都有帮 助。因此，应当理解，这些综述有待于就此而论地进行阅读，并不 认为是现有技术。
投影电视通过改变所投射光的色彩和色调(shade)而创建生成 视频图像。 一个投影电视系统的实例就是数字光处理("DLP")系 统。DLP系统运用光半导体，称之为数字樣i镜设备("DMD")，来 把视频投射到屏幕。DMD典型地包含装于精微型枢纽(hinge)上 的一组至少一百万或者更多的精微镜。这些镜中的每一个都与屏上 的一个点(称为一个像素)相关。通过改变从这些镜中的每一个镜 所反射的光的数量，就能够把视频图像投影到屏幕上。
具体来说，通过电启动这些装在枢纽上的精微镜中的每一个， 就能够或是照亮屏幕上的一点(即，"接通"特定微镜)或是通过 将光反射到屏幕之外的其它地方来使得该特定点变黑(即，"断开"
特定樣i4竟)。进一步地，通过改变4妻通特定孩"竟的时间量就能够创 建各种色调。例如，如果纟敖4竟的4妄通时间长于其断开时间，与该特 定微镜相关的像素就将会有浅灰色；反之，如果特定孩i镜的断开比 其4妻通更频，緊，该特定孩"竟就将会有更深的灰色。以此方式， 一见频 就可通过每秒钟凄t千次-接通或者断开每个孩"竟而一皮创建。此外，通 过在微镜处闪烁彩色的光而不是白光，就有可能生成#t百万个色调 或色彩而不是灰色色调。
传统上存在有两种主要纟支术来产生在"a影电一见或^L频才更影枳^ 中所-使用的光。首先，光可由传统灯泡生成，漆如白炽灯或者卣素 灯。其次，光可由一个或多个发光二极管("LED")生成。使用LED 而不是4吏用白炽灯或卣素灯有许多有益之处。具体来i兌，LED是固 态部件，因而通常比白炽灯或囟素灯更耐用、更有效，这是因为， 它们在更低的温度下运转。此外，因为LED可生成特定色彩的光， 所以运用LED的冲殳影电碎见就不4吏用色彩盘(color wheel,又称"色 轮")。不幸的是，单个LED目前还不能产生足够的光来持续投射 大一见频图^f象，并且用于利用来自多个LED光的传统冲支术也才及端步文 率低。亟需一种高效方法利用来自多个LED的光投射视频图像。
发明内容
本发明所7>开的实施例涉及用于将—见频才殳影到屏幕上的系统 和方法。 一见频单元(10)可包4舌以环形构造(41)布置的并且一皮 酉己置用于产生光(44)的多个发光二才及管(40a、 40b、以及40c)、以环形构造布置的多个光部件，其中的每个光部件都对应于多个发
光二才及管(40a、 40b、以及40c)之一，以及—皮配置用于乂人多个发 光二才及管(40a、 40b、以及40c)中的至少一个来反射光的一个反 射器(48),其中的每个光部件都被配置用于对巴所产生的光聚焦到 所述反射器。
在附图中
图1为根据本发明实施方式运用LED光引擎的视频单元的方 框图2为根据本发明实施方式的、包括LED环和静态反射器的 LED光引擎的一个实施方式的示意图3为根据本发明实施方式的、包括LED环和旋转反射器的 LED光引擎的另一个实施方式的示意图；以及
图4为根据本发明实施方式的、包括LED环和椭圆体反射器 的LED光引擎的另一个实施方式的示意图。
具体实施例方式
下面将描述本发明的一个或多个具体实施方式
。致力于4是供这 些实施方式的筒明扼要的描述，而并不在i兌明书中描述实际实施的 所有特征。应当意识到，在任何这种实际实现的开发中，如同在任 何工程或i殳计项目中一样，必须作出许多针对实施的决定以实现开 发者的特定目的，例如，遵照与系统相关的和与商业相关的限制， 这可能乂人一个实施到另一个实施进4亍改变。此夕卜，应当意识到，这
种开发努力可能是复杂且费时的，但对于从本^^开中受益的那些普 通技术人员来说，仍将是设计、制造以及生产的例行任务。
图1为根据本发明实施方式运用发光二才及管("LED")光引擎 12的—见频单元10的方框图。才艮据某一实施方式，视频单元10包括 数字光处理("DLP")才殳影电一见。以另一实施方式，碎见频单元10 可包括基于DLP的纟见频投影机或电影放映机。而根据再一个实施方 式，— 见频单元10可包招二投影电—见的另一形式。
LED光引擎12包括被配置用于在数字微镜设备("DMD" ) 18 处才殳射、照射或聚焦色光14(即，带有色彩的光)。以替代的实施 方式， -清如黑白视频系统或者基于色彩盘的系统，LED光引擎12 可被配置用于生成单色光(即，单一色彩的光)。以下将会参考图2、 3和4更详细地加以i兌明，本发明的实施方式4吏在LED光引擎12 之中的多个LED能够相互结合而—皮有岁丈;也运用以产生光来投射大 —见频图像。
如图所示，LED光引擎12在DMD 18处投射、照射或聚焦色 光14。 DMD 18可位于在LED光引擎12的一见域光线内以阵列安排 的凄t字光处理("DLP")电赠4反16上。DLP电赠^反16可包括DMD 18和处理器20。如上所述，DMD 18可包括高达一百万甚或更多安 装于精微的、电启动的枢纽(hinge)上的微镜，这些枢纽使得这些 微镜能在接通位置和断开位置之间进行倾斜。以图所示的实施方 式，DMD 18 4耦合于处理器20。以某一实施方式，处理器20^妾收 碎见频输入并指引DMD 18上的孩"竟4妄通或断开，这就适宜于生成牙见 频图像。以替代的实施方式，处理器20可位于视频单元10的其它 地方。
从所接通的微镜处反射的色光14 (以参考标号24进行标记) 被反射到投影透镜26，然后则被投射到用于观看的屏幕28。另一方面，从所断开的微镜处反射的色光14 (以参考标号32进行标记) 被指可1到在视频单元10中但在屏幕28之外的其它地方。以此方式， 在微镜被断开的同时，在屏幕28之上且与所断开的微镜相对应的 像素不接收被投射的色光14。
以某一实施方式，来自LED光引擎12的色光14 4姿/人红到l录 到蓝然后返回到红这样的方式每秒多次地迅速改变。当DMD18接 收迅速改变的色光14流时，DMD 18上的孩M竟就被迅速引导进行接 通或断开以生成—见频图〗象。以某一实施方式，这一引导由处理器20 所提供。微镜的迅速接通或断开的过程就被协调以匹配色光14中 的色彩序列。例如，当色光14为红色时，这些孩"竟#尤4妄通或断开 以适于生成红色的色调来用于特定的视频帧。具体地， 一个樣"竟可 才妻通25樣i秒以将红色的一个色调送到其相关的l象素，而另一个樣史 镜可接通30微秒以将红色的另一个色调送到不同的像素，同时， 再一个孩i4竟可完全断开某革殳时间，如果没有红光在特定帧期间将寻皮 投射到这些像素中的特定一个像素的话。以类似的方式，当色光14 为绿或蓝时，微镜分别生成绿和蓝的色调(如果需要的话)。本领 域的普通技术人员将会理解，以替代实施方式，除了红、绿和蓝， 还可4吏用其它色彩的光。
因为这些不同色彩的光在迅速变化(例如，每秒30次)，所以， 观看者就在屏幕28上看到了由这些三色光所组成的凝聚(cohesive ) 图像。例如，为了生成特定像素的特定色调，对应于该特定^f象素的 微镜就可接通20微秒红光、22微秒绿光以及17微秒蓝光。另夕卜， 樣史镜可接通20微秒红光和20孩i秒蓝光，而对绿光保持断开。本领 域的普通技术人员将会理解，通过改变这些微镜被接通的时间长度 就能投射数百万色彩组合。
—见频单元10还可包4舌才殳影透4竟26以4巴/人DMD 18所反射的光 投射到屏幕28上。以某一实施方式，投影透镜26，通过扩展被接
通的光24来覆盖屏幕28相对大的面积来方便所接通的光24的投 射。以替代实施方式，屏幕28可以不是视频单元10的一部分。例 如，屏幕28可装于墙壁上，而视频单元10可包括一4殳影机，该投 影枳4t配置用于将一见频穿过房间而4殳射到屏幕28上。
图2是根据本发明实施方式而包括LED环41和-誇态反射器46 的LED光引擎12的某一实施方式的示意图。4。图所示，LED光引 擎12由多个LED 40a、 40b、以及40c构成，它们以环形构造定向 来组成LED环41。在图2中示出的实施方式由15个LED 40a、40b、 以及40c构成。虽然只有三个LED 40a、 40b、以及40c在图2中^皮 具体标记出，将会理解，以下论述可指的是LED环41中的所有 LED。 LED环41的替代实施方式或可包括更多的LED 40a、 40b、 以及40c或可包4舌更少的LED 40a 、 40b、以及40c,这耳又^夬于对见步贞 单元10的设计。此外，本领域的普通技术人员将会理解，LED环 41仅仅是LED光引擎12中的一个示例性LED构造。以替代的实 施方式，除了 LED环41以外的其它构造也可与LED光引擎12 — 起使用。
每个LED 40a、 40b、以及40c者卩可包才舌一些才示准才殳影质量LED 之中的任一个，正如本领域的普通技术人员所/>知的那样。以某一 实施方式，LED 40a、40b、以及40c可包4舌多种不同色彩的LED 40a、 40b、以及40c。例如，在图2中所示的实施方式包4舌五个红光LED 40a、五个绿光LED40b、以及五个蓝光LED 40c。以^齐^C的实施方 式，可4吏用发不同色彩光的LED 40a、 40b、和40c。
LED光引擎12还可包括静态反射器46。以图2所示的实施方 式，静态反射器46是锥体棱镜(conical prism )。以替代的实施方 式，可采用不同形式的反射器、光学镜片或者棱镜来反射来自下述 LED 40a 、 40b 、详口40c的光44。
LED光引擎12还可包括多个透镜42。以图示的实施方式，这 些透4竟42在LED环41内的LED 40a、 40b、和40c之中的每一个 与静态反射器46之间以环形构造布置排列。透镜42中的每一个都 配置用于4巴来自LED 40a、 40b、和40c之中的一个的光在l争态反 射器46处聚焦。例如，透镜42中的每一个都可被配置用于使得LED 40a、 40b、和 40c之中的一个4立于透镜42的一侧的焦点上，而静态反射器46处在透镜42另 一侧的焦点上。本领域的普通技术人员 将会理解，所述多个透镜42与静态反射器46的位置和配置可进行 改变以适应各种系统在设计方面的考虑，-渚如LED 40a 、 40b 、和 40c的位置。
LED光引擎12还可包括集成器48，它也被称为光隧道(light tunnel )。该集成器48 被配置用于发散、聚焦或对准由LED 40a、 40b、和40c生成的光而平稳地从DMD 18中反射(图1 )。
转到LED光引擎12的操作上，当LED 40a、 40b、和40c发 射光44时，这些透镜42就在l,态反射器46处聚焦光44。大多凄t 光44 ,人,争态反射器46反射到集成器48。进入集成器48的光44适 当发散、聚焦或对准，以生成色光14。本领域的普通技术人员将会 理解，从集成器48的角度来看，进入集成器48的所有光44显得 都在4争态反射器46的正下方或者后方的点处生成。换句话说，静态反射器46 4把由LED 40a、 40b、和40c所产生(并由这些透4竟42 聚焦)的光组合成(从集成器48的角度来看)显得是单光源，该 光源被生成为如同来自LED 环41的多个LED 40a、 40b、 ,口 40c 中的光那样多的光。
本领域的普通技术人员将会理解，LED40a、 40b、和40c的不 同色彩可用于交替产生红、绿或蓝光，它一般包括色光14。如图2 示出的实施方式所述，十五个LED 40a、 40b、和40c中的五个可 为红光LED40a，十五个LED40a、 40b、和 40c中的五个可为绿光
LED40b，而十五个LED40a、 40b、和40c中的五个可为蓝光LED 40c。以此实施方式，为了生成交替从红到绿再到蓝的色光14。红 LED被瞬间接通(闪烁)然后绿LED闪烁，再后蓝LED闪烁，接 着纟工LED闪火乐，^口jt匕等等。以、:t匕实施方式，LED 40a、 40b、禾口 40c 沿着LED环41交^夺从红到绿再到蓝。以*#4戈的实施方式，LED 40a、 40b、和40c色彩分布可基于^殳计方面的考虑、而 文变。例如，以某 一实施方式，在LED环41中可存在有更少的绿LED40b,这是因 为纟录光比红光或者蓝光亮。
如上所述，单个传统的LED 40a、 40b、和40c不能用于4殳射 大的视J贞图^象，因为单个传统LED 40a、 40b、和40c—力殳产生不 了足够的光来投射大而连续的视频图像。但是，本领域的普通技术 人员将会理解，乂人LED 40a、 40b、和40c之一中所專#出的光一关殳 反比于LED40a、 40b、牙口 40c戶斤4妻通的日于间与LED 40a、 40b、禾口 40c所断开的时间之间的比率。该比率一皮称为占空因凄t( duty cycle )。 例如，常规基于LED的投影系统包括一个红LED40a、 一个绿LED 40b、及一个蓝LED40c。为了生成一序列色光，这些LED中的每 一个都冲妻通三分之一 的时间(即，红LED闪烁红，继而绿LED闪 烁绿，然后蓝LED闪烁蓝，再而红LED闪烁红，如此等等)。由此 原因，这些LED的每一个都浮皮i人为有1/3的占空因凄L以1/3的占 空因凄t进4亍才喿作，^U又单个传统LED 40a 、 40b 、和40c—4殳产生 不了足够的光来投射大视频图像。
然而，如果LED的占空因数减少(即，LED有更多时间在闪 烁间"停息")，单独一个LED就可产生足够的光来投射大视频图 像。以某一实施方式运用小于1/3的占空比。例如，用1/15的占空 因数(即，接通约6.5%的时间)，单个LED就可才殳射大视频图像。 本领域的普通技术人员将会理解，用1/15的占空因数，它就占了大 约15个LED来产生连续浮见频图4象。
图3为根据本发明实施方式的、包括LED环41和旋转反射器 50的LED光引擎12的另一实施方式的示意图。为了简单起见，类 似的参考标号已一皮用来标记那些以前参考图2描述的特征。类〗以于 图2所示的LED光引擎12的实施方式，图3所示的LED光引擎 12的实施方式包括沿着多个透4竟42以LED环41 4非列(也4安图示 实施方式的环形排列)的多个LED40a、 40b、和40c。 LED光引擎 12的这一实施方式还包4舌上述集成器48。
图3所示的实施方式包括以顺时针方向52旋转的旋转反射器 50。 4要照某一实施方式，^走转反射器50包招^勉物面《竟。对比于请争 态反射器46置于LED光引擎12中一位置处而能同时反射来自所 有LED40a、 40b、禾口 40c的光，^走專争反射器50则F逸其以逆日寸4十方 向52旋转而一皮配置用于顺序聚焦来自LED环41中的LED 40a、 40b、禾口 40c中的每个净争定LED的光。
通过用LED 40a、 40b、和40c的高亮度U氐占空因凄t)的闪 烁来同步旋转反射器50的旋转，足够的光就从LED40a、 40b、和 40c中反射以投射大而连续的视频图像。例如，旋转反射器50可开 始时面向第 一 红LED 40a 。在旋转反射器50指向第 一 红LED 40a 的同时，第 一红LED 40a将会产生足够亮的一次红光闪烁来投射视 频图像。这一红光的大多数从旋转反射器50中反射到集成器48中。 旋转反射器50然后就将旋转以面向第一绿LED 40b并反射由其所 产生的绿光。接下来，旋转反射器50将会旋转以面向第一蓝LED 40c并沿着LED环41如此等等进行。本领域的普通技术人员将会 理解，,人集成器48的角度来看，将会显现单一光源，它产生一系 列具有足够亮度的红、绿和蓝光来投射大视频图像。
图4为根据本发明实施方式的、包括LED环和椭圆体反射器 52的LED光引擎12的另一实施方式的示意图。为了简单起见，类 似的参考标号已^f皮用来标记那些以前参考图2、 3所述的特4i。图4
所示的LED光引擎12的实施方式包括以LED环41布置的LED 40a、 40b、和40c，多个椭圆体反射器52, —个反射器54以及集 成器48。
LED 40a、 40b、禾口 40c中每——个^財皮酉己置用于产生光44，它 从椭圓体反射器52向一个反射器54进行反射。本领域的普通技术 人员将会理解，椭圆体反射器52有两个焦点。4姿照如图所示的某 一实施方式，LED40a、 40b、和40c将蜂皮置于这些焦点之一，而反 射器54则将被置于另一焦点。椭圆体反射器52可获得类似于前述 透镜42的结果。以某一实施方式，椭圆体反射器52由具有反射涂 料或涂层的塑料壳组成。4姿照替代的实施方式，椭圆体反射器52 则可由本领域普通技术人员公知的其他任何合适材并牛构成。
图4所述的LED光引擎12实施方式可产生类似于图2所述的 实施方式或是图3所述的实施方式的功能。具体来"i兌，以某一实施 方式，反射器54包括4争态反射器而LED 40a、 40b、和40c 一皮配置 用于组合起来进行才喿作以产生足够的光来才殳射大—见频图像，正如参 照图2所示。然而，按照另一实施方式，反射器54包括旋转反射 器而LED40a、 40b、和40c被配置用于以更低的占空因数(例如， 1/15 )进4亍才喿」乍。以it匕实施方式，每个单个LED40a、 40b、禾口 40c 都,皮配置用于产生足够的光来才更射大-见频图<象，正如参照上述图3 所扭X述的。
虽然已经通过附图中的实例示出了具体的实施例，并且在本文 进行了详细的描述，本发明却能够进行各种修改和替换。然而，应 当理解，并不意味着本发明被限制为所披露的特定形式。相反地， 本发明将覆盖落入由附加的权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有的修改、等同以及替换。
权利要求
1.一种视频单元(10)，包括多个发光二极管(40a、40b、以及40c)，按环形构造(41)布置并且被配置用于生成光(44)；一个反射器，被配置用于反射从所述多个发光二极管(40a、40b、以及40c)中至少一个所生成的光；以及多个光部件，按环形构造布置，其中，所述多个光部件中的每个光部件都对应于所述多个发光二极管(40a、40b、以及40c)之一，其中所述的多个光部件中的每个光部件都被配置用于在所述反射器处聚焦所生成的光。
2. 才艮据权利要求1所述的寺见频单元(10)，其中，所述反射器—皮配置用于同时反射来自多个发光二才及管(40a、 40b、以及40c )的光。
3. 根据权利要求1所述的视频单元(10)，其中，所述多个发光二才及管(40a、 40b、以及40c) 4皮配置用于同时生成单色光。
4. 才艮据权利要求1所述的纟见频单元(10 ),其中，所述反射器包括旋转反射器(50),以及其中，所述多个发光二极管(40a、 40b、以及40c)中的每一个都一皮配置用于以小于百分之三十 三的占空因数进行操作。
5. 根据权利要求1所述的视频单元(10)，其中，所述反射器包括锥体棱镜(46 )。
6. 才艮据斥又利要求1所述的4见频单元(10)，其中，所述多个光部件包括多个椭圆体反射镜(52 )。
7. 根据—又利要求1所述的一见频单元(10 )，其中，所述多个光部件包括多个透镜(42)。
8. 根据权利要求1所述的视频单元(10 )，包括数字微镜设备(18),其中，所述数字微镜设备(18)被配置用于利用所反 射的光来才更射图像。
9. 一种将图像投射到屏幕(28)上的方法，所述方法包括从以环形构造(41)布置的多个发光二极管(40a、杨、 以及40c)中生成光(44);聚焦所生成的光(44);将所生成的光(44)反射到集成器(38)中；以及 将所生成的光(44)投射到屏幕(28)上。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，生成所述光包括同时从 多个发光二极管(40a、杨、以及40c)中生成光。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，同时从多个发光二极管(40a、 40b、以及40c)中生成光包括同时,人所述多个发光 二极管(40a、 40b、以及40c)中生成单色光。
12. 根据权利要求9所述的方法，其中，聚焦所生成的光(44)到 反射器上包括聚焦所生成的光到旋转反射器(50)上。
13. 根据权利要求9所述的方法，其中，生成光包括从以小于百 分之三十三的占空因数进行操作的多个发光二极管(40a、 线、以及40c)中生成光。
14. 根据权利要求9所述的方法，其中，聚焦所生成的光(44)到 反射器上包括从椭圆体反射器(52)中反射所生成的光。
15. 根据权利要求9所述的方法，其中，聚焦所生成的光到反射器 上包括通过透镜(42)来聚焦所生成的光。
16. 根据权利要求9所述的方法，包括利用所反射的光来投射视频图像。
17. —种视频单元(IO)，包括生成装置，用于从以环形构造(41 )布置的多个发光二 极管(40a、杨、以及40c)中生成光；聚焦装置，用于聚焦所生成的光；以及反射装置，用于反射所生成的光到集成器(38)之中。
18. 根据权利要求17所述的视频单元，其中，所述用于生成光的 生成装置被配置用于同时从所述多个发光二极管(40a、 40b、 以及40c)中生成单色光。
19. 根据权利要求17所述的视频单元，其中，所述用于聚焦所生 成的光的聚焦装置包括旋转反射器(50)。
20. 根据权利要求17所述的视频单元，其中，所述用于生成光的 生成装置包括被配置用于以小于百分之三十三的占空因数进 行操作的多个发光二极管。
全文摘要
本发明所公开的实施例涉及用于将视频投影到屏幕上的系统和方法。视频单元(10)可包括以环形构造(41)布置的并且被配置用于产生光(44)的多个发光二极管(40a、40b、以及40c)、被配置用于反射从所述多个发光二极管(40a、40b、以及40c)中至少一个所产生的光的一个反射器、以及以环形构造布置的多个光部件，其中的每个光部件都对应于所述多个发光二极管(40a、40b、以及40c)之一，其中的每个光部件都被配置用于在所述反射器处聚焦所产生光。
文档编号H04N9/31GK101204096SQ200680018344
公开日2008年6月18日 申请日期2006年1月9日 优先权日2005年3月30日
发明者小詹姆斯·爱德华·利斯特, 尤金·墨菲·奥唐奈 申请人:深圳Tcl新技术有限公司