專利名稱：可視顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可視顯示器，更具體地涉及光學(xué)平板顯示器，通過其可看到2D圖像或3D圖像。
背景技術(shù)：
有多種電子顯示技術(shù)。這些包括陰極射線管顯示器、液晶顯示器、等離子顯示面板以及后投影顯示器。這些顯示技術(shù)的每一個的優(yōu)點和缺點都已認(rèn)識，且這些技術(shù)的每一個都有其自己合適的應(yīng)用。陰極射線管顯示器和液晶顯示器當(dāng)前支配著顯示器市場，盡管其它技術(shù)正作為電視機(jī)和計算機(jī)顯示器應(yīng)用可行的替代出現(xiàn)。
例如，陰極射線管(CRT)電視機(jī)保持著優(yōu)勢。然而，CRT電視相稱地大且重以適合屏幕尺寸，且并不以負(fù)擔(dān)得起的價格提供高清晰度顯示。液晶顯示器(LCDs)正作為主要的市場分割出現(xiàn)。LCDs廣泛用作計算機(jī)監(jiān)視器以及有力挑戰(zhàn)獲利的平面板電視應(yīng)用。然而由于LCD的工作環(huán)境浪費(fèi)大量的背光源的問題不能被避免。等離子顯示面板(PDPs)具有小體積以及色度和色飽和度的優(yōu)點。然而，PDP生產(chǎn)當(dāng)前具有低產(chǎn)率以及因此是昂貴的。只要應(yīng)用沒有對縱向空間的嚴(yán)格限制，后投影顯示器為很大面積的顯示器的可替換的解決方案。大多數(shù)投影式技術(shù)并不用于室外應(yīng)用。
使用當(dāng)前的電子顯示技術(shù)顯示3D視頻圖像且基本不增加光部件也被認(rèn)為是一挑戰(zhàn)任務(wù)。
清楚地，需要一種顯示技術(shù)，其對于所選的顯示應(yīng)用提供進(jìn)一步的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
一種顯示技術(shù)，描述在本說明書中，其中光通道用于向“波導(dǎo)”顯示器的圖像元件(像素)提供光。使用自光源耦合的光，通過光通道，光信息行被垂直或水平掃描到顯示器屏幕上。
可視顯示通過圖像元素或像素形成。所述圖像元素被光耦合到光通道，光通過所述光通道提供給所述圖像元素。受控制硬件控制的光源向光通道(200)傳輸光，方式為將自所述光源的光掃描到不同的光通道。所述光源和光通道相互定向從而自所述光源的光可被掃描到不同的光通道以形成顯示圖像。控制硬件用于控制所述光源的切換以產(chǎn)生靜止圖像或視頻圖像。
不同的構(gòu)造是可能用來將自所述光源的光掃描到所述光通道。所述光源可安裝在可旋轉(zhuǎn)的基板上，所述可旋轉(zhuǎn)的基板相對于所述光通道旋轉(zhuǎn)以將光掃描到所述光通道。所述光源可直接耦合到所述波導(dǎo)通道。
可替換地，輥以穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn)以將光線耦合(或掃描)進(jìn)波導(dǎo)通道。所述光源可固定，且與透明輥結(jié)合使用，所述透明輥沿其直徑其具有反射面，用于當(dāng)所述反射面旋轉(zhuǎn)時將光反射到所述波導(dǎo)通道。
直接的光耦合涉及將自所述光源傳送的光直接傳輸?shù)剿龉馔ǖ?。間接光耦合涉及通過反射鏡在所述光源到所述光通道間的反射。在兩種情況下都存在旋轉(zhuǎn)關(guān)聯(lián)性以有效地將自所述光源的光掃描到所述光通道，如本說明書中所述。
本說明書中所述的設(shè)計的特殊優(yōu)點在于，在顯示屏幕表面上不需要任何電子電路，以及具有修復(fù)電子零件和不合適光源的可能性。此外，工業(yè)生產(chǎn)可簡化，且需要較少的資本投資。產(chǎn)生多種尺寸、形式的面板，其僅具有少數(shù)小的模塊和部件，沒有任何技術(shù)障礙。顯示面板能夠顯示3D視頻圖像，其使用或不使用眼鏡裝置(eye gear)，所述顯示面板也可由此技術(shù)制造。


圖1為本說明書所描述的波導(dǎo)顯示器部件的示意性圖示；圖2為波導(dǎo)屏幕和光通道的示意性圖示，所述光通道形成本說明書中所描述的波導(dǎo)顯示器的一部分；圖3為使用本說明書所述的波導(dǎo)顯示器的簡化的圖像顯示的時序圖；圖4為不同數(shù)字脈沖串的時序圖，所述不同數(shù)字脈沖串用于改變使用在本說明書中所述的波導(dǎo)顯示器中的光源強(qiáng)度；圖5為電子線路的示意性圖示，所述電子線路用于實現(xiàn)本說明書中所描述的波導(dǎo)顯示器的控制硬件；圖6為與圖2所示的波導(dǎo)屏幕系統(tǒng)結(jié)合使用的旋轉(zhuǎn)輥的一部分的示意性圖示；圖7為3D顯示裝置的示意性圖示，其波導(dǎo)通道已更改成圖2所示的系統(tǒng)的可替換的設(shè)計選擇。
詳細(xì)說明圖1示意性表示本說明書中所述的波導(dǎo)顯示器1000的部件。波導(dǎo)屏幕100顯示通過光通道200提供的圖像。光源300受控制硬件500的控制以向光通道200提供光。輥安裝座350為透明柱體，沿其直徑貫穿雙面反射面，用于將自光源300的光反射到光通道200。電源500為光源300和電動機(jī)400提供動力，以及可用于為控制硬件500提供動力?？刹捎闷渌娫囱b置，這依賴于如所需的以及如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述設(shè)計細(xì)節(jié)。
波導(dǎo)屏幕圖2示意性表示波導(dǎo)屏幕100，其可為基本平面和矩形形狀，如現(xiàn)有顯示器的情況。彎曲形狀，甚至360度的“環(huán)繞的”顯示器也可被提供以適合專門應(yīng)用。不管采用什么屏幕形狀，操作原理保持不變。
波導(dǎo)屏幕100提供相對透明或半透明的介質(zhì)，用于透射由光通道200傳送的光。波導(dǎo)屏幕100的單獨(dú)的像素可以有效地為長1mm寬1mm的尺寸，但是也可以為更大或更小的尺寸。為了方便，一般優(yōu)選矩形像素矩陣，盡管若合適也可采用其它布置，例如六邊形排列的像素矩陣。當(dāng)然，矩形矩陣尺寸可以為方形或非方形。
進(jìn)一步地，像素間的精確邊界不必在結(jié)構(gòu)上描繪出。自光通道200的光可通過波導(dǎo)屏幕100的局部區(qū)域漫射以適當(dāng)?shù)匦纬伤@示圖像的一部分。
其它的設(shè)計可用于波導(dǎo)屏幕100，所述波導(dǎo)屏幕100由光學(xué)元件矩陣構(gòu)造，所述光學(xué)元件在像素間的界面具有最小的光干涉。這樣的設(shè)計未進(jìn)一步詳細(xì)描述。
光通道光通道200可以由光纖形成，所述光纖為單個光纖或者一束光纖，其形成與單個屏幕像素有關(guān)的單個通道。
一般，可使用單個光纖，例如其具有750μm的橫截面直徑。也可使用更粗或更細(xì)的光纖200。一合適的光纖200為Mitsubishi ESKA塑料光纖(POF)，其中其生產(chǎn)成的直徑為0.25mm、0.50mm、0.75mm和1.00mm。
如上所述，光纖200將自光源300的光提供給屏幕100的顯示平面。光纖200最方便地直接耦合到屏幕100。實現(xiàn)這樣的直接耦合的一方式為使用光學(xué)粘合劑。小孔可在屏幕100的后(即非顯示)表面形成，以收容光纖200的端部。各孔表示屏幕100的相應(yīng)像素。這樣的孔提供可插入光纖200的通道，以輔助光纖200到屏幕100的后部的牢固的固定，以及還改善光纖200和屏幕100間的光耦合。盡管可使用多種制造技術(shù)，然而這是實現(xiàn)用于大量的光纖組件的精確的像素間距的一種方式。
圖7顯示可替換的選擇，其不需要任何光纖200可選件。在此設(shè)計選擇中，在每一級分布圓光學(xué)透鏡210位于光掃描分布周邊的邊緣，所述光學(xué)透鏡210形成分隔區(qū)域，在此區(qū)域本說明書中所描述的光學(xué)透鏡210將自幾何結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出如扇形的普通的通道的光線重構(gòu)成與透鏡210的光軸平行的相干光。在此設(shè)計中的各波導(dǎo)通道200需要最大兩平面反射面220和230，所重構(gòu)的平行光束在垂直地從所述屏幕射出之前在波導(dǎo)通道200內(nèi)重定向到反射面220和230上。理論上，在光束在這樣的光波導(dǎo)通道內(nèi)傳播時，光束的輪廓遠(yuǎn)較不可能畸變。因此，如圖7所示設(shè)計中的光纖200不是必要的。更優(yōu)選地，光通道可以為中空、實心或液體介質(zhì)，相關(guān)光速以最小的光損耗通過其傳播到所指定的顯示元件。
光源若光源安裝在接近波導(dǎo)通道的掃描分布周邊，那么具有小發(fā)射角的發(fā)光二極管(LEDs)是光源300的合適選擇。由于LEDs尺寸相對小，因此具有快速的相應(yīng)時間和強(qiáng)的光強(qiáng)。此外不使用濾波器，LEDs就產(chǎn)生自然可見光譜顏色，且在連續(xù)使用期間是可靠的。LEDs還可以以原色(RGB，紅-綠-藍(lán))獲得，其形成許多現(xiàn)有的全色顯示技術(shù)的基礎(chǔ)。這些是光源300的所有期望的屬性?？墒褂萌魏魏线m類型的LED，其需要具有足夠的響應(yīng)時間以切換到特定的應(yīng)用。
其它可能的光源包括激光，其也提供相干原色，且可適用于特定的應(yīng)用。
旋轉(zhuǎn)式光源容納和旋轉(zhuǎn)光源300的輥安裝座350可用于為光通道200提供光。LED方便地以垂直列安裝在輥安裝座上，安裝在許多法蘭上。當(dāng)然許多更改也是可能的。光源300的定位符合光源300的切換順序，因為光源300掃描經(jīng)過孔到光通道200。
控制硬件500可容納在輥安裝座500內(nèi)，如下或別處所述。在任一情況下，數(shù)據(jù)需要被傳送到輥安裝座350。對于控制硬件500容納在輥安裝座500內(nèi)的設(shè)計，此數(shù)據(jù)為圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)由控制硬件500接受用于直接或?qū)硎褂糜谇袚Q光源300。相反，若控制硬件500沒有容納在輥安裝座350內(nèi)，而是在別的地方，那么調(diào)整光源300的切換信號被提供給輥安裝座350。
在任一情況下，使用無線通信例如紅外(IR)信號可實現(xiàn)數(shù)據(jù)或信號傳送到輥安裝座350。窄角紅外通信需要發(fā)送和接收端對齊，但是可支持相對高容量的通信，這種通信具有相對低的功率。
能量可通過電刷觸點提供給輥安裝座。這樣的裝置可受到磨損，以及可采用的更方便的方法是通過容納在輥安裝座內(nèi)的電磁發(fā)生器產(chǎn)生足夠的電功率。有效地，光源300通過電磁發(fā)生器供以動力，電磁發(fā)生器又被通過電動機(jī)400的機(jī)械驅(qū)動供以動力。由于穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動速度是操作標(biāo)準(zhǔn)，因此可適當(dāng)?shù)剡x擇小電磁發(fā)生器以產(chǎn)生足以驅(qū)動光源300的可預(yù)測的功率輸出。
其它的設(shè)計可用于太陽或可能甚至光源300的感應(yīng)供電。感應(yīng)電源可以以與變壓器相似的方式操作，且具有靜止線圈和轉(zhuǎn)動線圈。感應(yīng)電源作為現(xiàn)成產(chǎn)品或作為定做組件可在商業(yè)上獲得。一提供商為德國的Telemetrie Elektronik GmbH。
控制硬件控制硬件500控制光源300，其構(gòu)成屏幕100顯示的圖像。與要顯示的圖像有關(guān)的數(shù)據(jù)提供給控制硬件500，且與自輥安裝座350的信息組合，發(fā)信號的信息提供給光源以與其相對于光通道200的旋轉(zhuǎn)同步。
通過順序地每次掃描完整的線來顯示幀，因此掃描整個屏幕來產(chǎn)生完整的圖像。每一特定的光源每次顯示一像素。方便地，多個光源同時掃描多個相應(yīng)的像素。這些多個光源以適合于顯示全幀的速率循環(huán)通過多個相應(yīng)的像素。
下面的說明為了方便被簡化，光源300限制為一列僅8個單色的LED。每一LED在單次旋轉(zhuǎn)中通過180個光波導(dǎo)。這產(chǎn)生1440個像素顯示(8LED×180波導(dǎo))。由于光源的一次旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于一整幀，因此旋轉(zhuǎn)速度期望大于每秒25轉(zhuǎn)以消除閃爍。所描述的設(shè)計基于每秒30轉(zhuǎn)，相應(yīng)于每秒30幀(fps)的刷新率。
旋轉(zhuǎn)柱體的直徑為80mm；光波導(dǎo)定位成分開2度以及0.75mm寬。因此，如通過下面的公式[1]和[2]所指示的可獲得下面所指示的估計。
每轉(zhuǎn)行進(jìn)的距離＝3.14(π)×80mm＝251.2mm [1]在30fps的行進(jìn)速度＝251.2mm×30fps＝7536mm/秒＝133μsec/mm [2]因此，每一LED花費(fèi)133μsec/mm×0.75mm或大約100μsec通過波導(dǎo)，在這里出于方便稱作“亮區(qū)”。由于波導(dǎo)間的距離為251.2mm/180-0.75＝0.65mm，因此每一LED在波導(dǎo)間花費(fèi)133μsec/mm×0.65mm或大約85μsec，在這里出于方便稱作“暗區(qū)”。因此，暗區(qū)和亮區(qū)以85μs和100μs的周期交替。
垂直同步和幀同步當(dāng)需要，每一LED當(dāng)通過“暗區(qū)”時切換，因此在亮區(qū)期間，最大量的光被傳送給合適的波導(dǎo)。這需要同步源，其可以用具有180脈沖分辨率的組件的增量式光學(xué)編碼器來實現(xiàn)，或其可構(gòu)成所述組件的一部分。所述編碼器需要對齊使得上升沿或下降沿在“暗區(qū)”的開始產(chǎn)生，以確保最大的“建立”時間可用于控制電路來準(zhǔn)備下一垂直掃描。所述脈沖的寬度并不是關(guān)鍵，因為控制電路僅在所述脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā)。
圖3為使用6像素寬8像素高的字體顯示字母“H”所需要的時序圖。“波導(dǎo)”行分別由標(biāo)簽“L”和“D”表示亮區(qū)和暗區(qū)。在每一暗區(qū)觸發(fā)垂直同步脈沖，以及在每一幀的開始發(fā)射幀同步脈沖。用于LED 1到8的每一個的信號指示應(yīng)用于這些相應(yīng)的LED的信號和自所述這些相應(yīng)的LED的光的相應(yīng)強(qiáng)度。
鄰近的亮區(qū)表示鄰近的像素。因此，由于旋轉(zhuǎn)作用，水平軸表示空間和時間維度。整個時序圖提供在給定時間哪一像素被激活的“瞬象(snapshot)”指示，以及當(dāng)LED旋轉(zhuǎn)時各個LED激活的模式。
圖3指示字母“H”自幀的開始偏置，以及需要脈沖以指示控制電路一幀開始。
大多數(shù)增量式光學(xué)編碼器每完整的轉(zhuǎn)(Z相或Z軸)提供一單獨(dú)的單個脈沖。所述編碼器是對齊的，從而此脈沖在第一和最后的垂直掃描線間產(chǎn)生?？刂齐娐肥褂么嗣}沖來處理顯示下一幀所需要的信息，或在靜態(tài)顯示的情況下重復(fù)相同的幀。
多色彩顯示通過增加另外列的不同顏色的LED，并將相同的波導(dǎo)暴露于不同顏色的光可實現(xiàn)多色彩顯示。例如，通過使用三列“原”色紅、綠和藍(lán)LED，可產(chǎn)生合成色，例如青色、絳紅和黃色。由于光源的數(shù)量仍為僅8×3＝24LED，因此實現(xiàn)多色彩顯示所需要的另外的控制硬件的數(shù)量和復(fù)雜性是相對微小的。
天然色顯示涉及單獨(dú)的LED的調(diào)制來控制顏色強(qiáng)度，可實現(xiàn)產(chǎn)生實際圖像的全色顯示。調(diào)制提供混和顏色強(qiáng)度來產(chǎn)生大量的顏色的能力。這能夠被實現(xiàn)的一方式是通過脈寬調(diào)制(PWM)。
使用具有不變周期和固定基頻的數(shù)字脈沖序列。為了產(chǎn)生不同級別的顏色，改變數(shù)字信號的占空比和因此改變脈沖寬度。若需要更高的級別，那么增加脈沖寬度，反之亦然。
圖4為繪出十級顏色控制方案的例子的時序圖。為了實現(xiàn)真實的色譜，可以采用高得多的級別控制(意味更小的時基)所選擇的周期是“亮區(qū)”周期的更小部分(1/4)。用等于“亮區(qū)”的周期的周圍可實現(xiàn)相似的結(jié)果，這是因為最后所得的模擬信號的平均值是相同的。
硬件控制器要求用單一處理器控制板(PCB)可實現(xiàn)所描述的顯示器(例如預(yù)編程序消息顯示器)的簡單應(yīng)用，所述單一處理器控制板包括控制器、旋轉(zhuǎn)編碼器、電源和支持電子電路，所述電子電路安裝在旋轉(zhuǎn)光源內(nèi)。
加利福尼亞圣何塞的Atmel公司提供適合用于提供控制硬件500的一系列控制器。一例子為Atmel的AVR系列的控制器。這些具有能夠降低超過20mA電流以及因此能夠直接驅(qū)動LED的輸出緩沖器。這些類型的設(shè)備適合于此應(yīng)用。
圖5示意性表示ATMEGA18-6AC邏輯控制器510的電子示意圖，所述邏輯控制器510可形成控制硬件500的核心。此邏輯控制器具有五個8位的端口，這些端口能夠直接驅(qū)動LED。這可等同于具有分辨率40×180＝7200像素的單色彩顯示或分辨率為13×180＝2340像素的全色顯示。
為了實現(xiàn)所描述的例子，可使用具有8輸出和2輸入的小控制器。假定6像素寬8像素高的字體，且在字符間分隔兩像素，這可產(chǎn)生超過22字符的文本消息顯示。
由于相同顏色的各個LED(LD1到LD8300)特別是不同顏色的LED間的亮度改變可以是明顯的，因此如果需要，電位計(PD1到PD8520)可增加到當(dāng)前的限流電阻(R1到R8530)，以實現(xiàn)亮度級的手動匹配?？商鎿Q地，使用如上所述的脈寬調(diào)制可實現(xiàn)此。
為了垂直掃描同步使用增量式光學(xué)編碼器也簡化了用于控制光源電動機(jī)所需要的電路。由于每秒30轉(zhuǎn)的幀速率顯著大于所需要的最小速率，因此可直接驅(qū)動能夠維持約1800RPM的任何電動機(jī)，而不需要任何的速度控制，這是因為速度的小波動基本不會降低顯示質(zhì)量。
所述顯示可以是空白的，直到所述電動機(jī)達(dá)到期望的速度，以阻止在電動機(jī)啟動期間顯示器閃爍。使用編碼器的標(biāo)志脈沖(index pulse)，通過測量標(biāo)志輸出(index output)的周期或頻率可容易地實現(xiàn)這個目的。
需要被顯示的信息可作為ASCII字符通過紅外遠(yuǎn)程控制傳送(這是將數(shù)據(jù)提供給此“票-標(biāo)簽”類型的顯示的傳統(tǒng)方式)，其可通過邏輯控制器內(nèi)在切換成垂直掃描線查找表，存儲在邏輯控制器的內(nèi)存儲器中的查找表中。
由于每一掃描線需要存儲字節(jié)，6列乘22字符＝132字節(jié)是需要存儲一整幀所需要的全部字節(jié)。因此，多色彩顯示每幀需要最大6列乘3顏色×22字符＝396字節(jié)的存儲器。
由于此設(shè)計相對小功率的要求，因此特別在單個、旋轉(zhuǎn)模塊設(shè)備的情況下，通過安裝在所述模塊內(nèi)的可充電電池可提供能量。在不活動(電動機(jī)不運(yùn)行)期間，可通過安裝在主軸上的滑環(huán)來給所述電池充電。為了防止滑環(huán)的磨損，可當(dāng)電動機(jī)啟動時，離合器式機(jī)械組件可分開滑環(huán)，以及當(dāng)電動機(jī)停止時重新嚙合所述滑環(huán)。
雙PCB設(shè)計對于更復(fù)雜的應(yīng)用，例如高分辨率、全色顯示，所述硬件設(shè)計可分成兩個PCB。大多數(shù)電子裝置，包括旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在主、靜止PCB上。主板接收數(shù)據(jù)流，其可以為圖像或文本串，以及將此數(shù)據(jù)解碼成單個垂直掃描線。這是大多數(shù)類型的可視顯示裝置的標(biāo)準(zhǔn)特征。
然后，包括用于單個垂直掃描線的所有必要信息的數(shù)據(jù)包可通過紅外接收器連續(xù)地傳送到第二PCB，所述第二PCB位于旋轉(zhuǎn)式光源組件內(nèi)，所述紅外接收器安裝在所述組件的旋轉(zhuǎn)軸上。
在“暗區(qū)”旋轉(zhuǎn)期間，需要發(fā)送整個包。然后，在“亮區(qū)”此數(shù)據(jù)被第二板轉(zhuǎn)換成驅(qū)動LED必要的垂直掃描信號。
依賴于應(yīng)用，此數(shù)據(jù)可包括用于接近垂直掃描線的每一LED的直接狀態(tài)(開或關(guān))，或在天然色顯示情況下可包括代表每一LED的占空比的脈寬調(diào)制值。例如，需要每LED 1字節(jié)以實現(xiàn)256級(分辨率為8位)的色彩控制。
一些控制器，包括上述的ATMEGA 128 510，提供多個基于硬件的脈寬調(diào)制輸出(在ATMEGA 128-6AC情況下為8個)。基于硬件的PWM控制勝過基于軟件的控制，這是因為硬件實施獨(dú)立于邏輯控制器的掃描時間操作。可編程邏輯器件例如FPGAs(現(xiàn)場可編程門陣列)更好地適合于大規(guī)模顯示器，所述大規(guī)模顯示器包括許多LED，且需要高分辨顏色控制和因此很高速度的脈寬調(diào)制。
電動機(jī)電動機(jī)400可與獨(dú)立的檢測設(shè)備例如編碼器410一起安裝，其結(jié)合到輥組件中以將信號輸入電子控制系統(tǒng)?？墒褂每刂朴布泶_定光源300的位置相對于波導(dǎo)通道位置的精確位置。
如果安裝上述的檢測設(shè)備以及實現(xiàn)如所設(shè)計的精確生產(chǎn)，那么嚴(yán)格準(zhǔn)確的電動機(jī)速度是不需要的，特別是當(dāng)可管理瞬間速度變化以不影響顯示質(zhì)量。
除了使用電動機(jī)和傳統(tǒng)方法來提供轉(zhuǎn)矩外，液體例如凈水也可用于推動特定的輪設(shè)備380，如圖7示意性示出，其類似液壓發(fā)電機(jī)的相反過程。在此設(shè)計中，小電動機(jī)400將水抽運(yùn)到輸送通道；微型玻璃毛細(xì)管410或420。若更多的水被抽運(yùn)到410，那么噴水器將有效地迫使特定的輪順時針旋轉(zhuǎn)，若更多的水被抽運(yùn)到420，則迫使其逆時針旋轉(zhuǎn)。輪旋轉(zhuǎn)速度通過控制閥受噴水器的體積和方向的控制。用于自微型玻璃毛細(xì)管410或微型玻璃毛細(xì)管420進(jìn)入的噴水器的出口分別為微型玻璃毛細(xì)管415或微型玻璃毛細(xì)管425。此設(shè)計適用于下面的段落所述的旋轉(zhuǎn)反射器選擇。
設(shè)計替換-旋轉(zhuǎn)的反射器圖6示意性地表示旋轉(zhuǎn)輥350的一部分，其包括具有平滑的反射平面的柱形玻璃桿360。雙面反射鏡面370通過輥350的中心軸355。當(dāng)輥350旋轉(zhuǎn)時，鏡面370繞其中心軸355旋轉(zhuǎn)。當(dāng)表面370與輥350旋轉(zhuǎn)時，虛線部分370’表示所述表面370。此反射面370將光線重新分布到不同光通道200的孔中。對于光通道200的每一“層”，可提供多于一組光源300。
由光源300產(chǎn)生的光束被校準(zhǔn)，并耦合到光通道200。激光源是方便的光源選擇，盡管可使用其它的光源300。最后的光束垂直或以很小的角度照到透明輥350’上。理想地，任何光線光束中心具有與輥軸相交的一個交叉點。激光源可接近于輥350’的周邊定位。其也可布置在一個后平面上，其中棱鏡將激光束反射成所需的角度，這導(dǎo)致相同的效果。對于圖7，在相同列組中相同“水平”中的具有相同波長的光源300具有其自己的聚焦交叉點，其也為每一透鏡210的焦點，所述透鏡210位于相同水平的分布圓的周邊邊緣，其中重構(gòu)的光束與相應(yīng)的透鏡210的軸平行，所述光束耦合通過所述透鏡。
進(jìn)一步最小化由兩透明介質(zhì)間的反射率的差異例如旋轉(zhuǎn)鏡桿和靜止透明管間的空氣間層的差異引起的現(xiàn)象的一選擇為使用透明液體填充這樣的間隙。另一方面，這樣的差異對于圖7所示的設(shè)計選擇中的透鏡210和波導(dǎo)通道200是必要的。
此類型的設(shè)計的優(yōu)點在于，光源300是不動的，從而設(shè)計和制造更容易。所述反射面提供分布或掃描光通道200中的光。光源300波導(dǎo)通道200也可容易地隔離免受環(huán)境濕氣和潮濕。
控制硬件500和光源300可安裝在波導(dǎo)屏幕100的后部。此結(jié)構(gòu)避免了與傳送電源有關(guān)的問題和通信問題。相比旋轉(zhuǎn)光源的設(shè)計，旋轉(zhuǎn)部件可制造成相對較小。
進(jìn)一步的考慮為光源到光通道200的耦合端之間的相對較大的距離。為了最佳化效率，可能具有微觀空隙的任何區(qū)域應(yīng)再填充透明密封劑或凈液體。例如，反射鏡桿可完全浸在具有與波導(dǎo)核心和靜止的圓形桿的反射率相匹配的反射率的液體中。此液體也作為“潤滑劑”，并降低鏡桿的重量，其僅需要很小的DC電動機(jī)400或其它驅(qū)動功率裝置使其旋轉(zhuǎn)。
降低在不對準(zhǔn)或光線發(fā)散角情況下的串?dāng)_的第二選擇為在每一像素板(pixel floor)具有垂直和水平光吸收層。細(xì)節(jié)請參考附圖。
光學(xué)透鏡可用于準(zhǔn)直光源300，即使激光為光源300。這樣的透鏡可用于將自光源300的光聚焦到光通道200的孔。
控制硬件和其操作完全類似于用于旋轉(zhuǎn)式光設(shè)計的控制硬件和操作。
設(shè)計替換-多個模塊可使用單個輥安裝座350，如上所述。多個模塊可按需要使用以結(jié)合到更大且完整的顯示面板100，實際上，完全獨(dú)立的工作單元的每一模塊獨(dú)立工作，從而同步但關(guān)聯(lián)的圖像幀事實上為顯示圖像或視頻，其表面上為一圖像的較大區(qū)域。
設(shè)計替換-3D視覺圖7大體具有如圖2相似的結(jié)構(gòu)，除了下列額外的部件或不同的布局。
1.在每一級的靜止透明柱體中，光學(xué)透鏡210位于光掃描分布周邊的邊緣。
2.直波導(dǎo)通道200，而不是彎曲的波導(dǎo)通道。
3.在任何波導(dǎo)通道內(nèi)平面反射面210和220上的最大兩次內(nèi)反射，而圖2并不提供這樣的控制。
4.通過掃描屏幕100上的具有相對唯一且小外形的光束的“天然像素”區(qū)域，最終的光學(xué)系統(tǒng)重新分配光。
5.在屏幕100出口的不同功能的微型光學(xué)結(jié)構(gòu)，用于寬角度觀察功能，其可專用于3D可視或2D可視圖像。
6.在底板的多波長光源300的多模排列。
7.與光學(xué)硬件系統(tǒng)兼容的電子控制硬件和軟件。
結(jié)論本說明書所描述的類型的顯示器具有許多可能的應(yīng)用靜態(tài)圖像或視頻圖像顯示、像素化或圖片真實感顯示、平面或彎曲的顯示等。相似地，許多不同的體系結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)是可能的。這樣的不同設(shè)計通過特定的應(yīng)用以及其它考慮例如成本、可靠性、操作環(huán)境等而提出。一些這樣的更改在本說明書中描述，盡管許多其它的變更對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員是當(dāng)然的事。
權(quán)利要求
1.一種可視顯示器，包括屏幕，其用于顯示圖像；光通道，其用于將光提供給所述屏幕的圖像元素；圖像元素，其分配周圍2D可見光信息或矢量3D可見光信息；光源，其能夠被切換以向所述光通道傳輸光；以及控制硬件，其用于控制所述光源的切換；其中來自所述可切換的光源的光能夠被可旋轉(zhuǎn)地掃描到所述光通道以顯示自所述屏幕所投影的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的可視顯示器，進(jìn)一步包括可旋轉(zhuǎn)的安裝基板，所述光源安裝在所述可旋轉(zhuǎn)的安裝基板上，以在所述安裝基板旋轉(zhuǎn)期間將光耦合到不同的光通道。
3.如權(quán)利要求1所述的可視顯示器，進(jìn)一步包括可旋轉(zhuǎn)的反射元件，在所述反射元件旋轉(zhuǎn)期間，所述反射元件能夠?qū)⒆运龉庠吹墓夥瓷涞讲煌墓馔ǖ馈?br> 4.如權(quán)利要求2所述的可視顯示器，其中所述光源為小發(fā)射角的光源，例如LED。
5.如權(quán)利要求3所述的可視顯示器，其中所述光源為激光或相似的光源。
6.如權(quán)利要求1所述的可視顯示器，其中所述光源包括相應(yīng)的單色基色光源。
7.如權(quán)利要求1所述的可視顯示器，其中所述光通道可為內(nèi)反射介質(zhì)透明光纖；或高透明光波導(dǎo)介質(zhì)、平面內(nèi)反射面以及單或多光透鏡，作為光線傳播矢量操縱裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的可視顯示器，其中所述屏幕的所述圖像元素為任何一種矩形形狀。
9.如權(quán)利要求1所述的可視顯示器，其中所述控制硬件進(jìn)一步控制所述光源的強(qiáng)度。
10.如權(quán)利要求1所述的可視顯示器，其中所述光通道與所述圖像元素成整體。
11.如權(quán)利要求1所述的可視顯示器，其中所述圖像元素形成矩形陣列。
12.一種形成可視顯示的方法，包括下面的步驟存儲數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)相應(yīng)于要在屏幕上顯示的圖像或通過連接到投影屏幕的圖像元素的光通道而被指定到所述投影屏幕前面的空間的觀察位置的同時的多個圖像；確定光源被控制硬件切換的順序；根據(jù)所述確定的切換順序，切換所述光源；以及使自所述可切換的光源的光可旋轉(zhuǎn)地被掃描到所述光通道以形成自所述屏幕所投影的顯示圖像。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中其上安裝所述光源的可旋轉(zhuǎn)的安裝基板在所述安裝基板的旋轉(zhuǎn)期間將光耦合到不同的光通道。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中可旋轉(zhuǎn)的反射元件在所述反射元件旋轉(zhuǎn)期間將自所述光源的光反射到不同的光通道。
全文摘要
可見顯示通過圖像元素形成，所述圖像元素光耦合到光通道(200)，光自光源(500)通過所述光通道提供。受控制硬件(500)控制的光源(300)向光通道(200)傳輸光，方式為將自光源(300)的光掃描到不同的光通道(200)。光源(300)和光通道(200)相互定向從而自所述光源(300)的光可導(dǎo)引到不同的光通道(200)以形成顯示圖像。光源(300)可安裝到旋轉(zhuǎn)安裝座(350)上，所述旋轉(zhuǎn)安裝座旋轉(zhuǎn)通過靜止通道(200)，所述靜止通道將耦合的光傳輸?shù)讲▽?dǎo)屏幕(100)。
文檔編號G09F9/30GK101044543SQ200580035637
公開日2007年9月26日 申請日期2005年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月19日
發(fā)明者黃達(dá)瑋 申請人:黃達(dá)瑋