專利名稱：多透鏡片正投影設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及多透鏡片正投影設(shè)備，特別是涉及采用LED圖像陣列實現(xiàn)的多透鏡片正投影設(shè)備。
背景技術(shù)：
LED燈，又稱為固態(tài)發(fā)光器件，因其使用壽命長，尺寸可以做得較小，并且通過控制加載在LED燈的電流可以控制其亮度，而且LED燈可以有由多種顏色。因此使用LED燈作為圖像顯示設(shè)備，在大屏幕廣告系統(tǒng)、大屏幕電視接收系統(tǒng)中廣泛使用。
但由于LED燈需要固定在電路板上形成LED燈陣列，使得LED燈之間存在間隙，當(dāng)人們以較近距離觀看LED陣列顯示的圖像，會看到明顯的像素點間隔區(qū)域，造成圖像模糊、圖像質(zhì)量低的問題。
同樣，在基于熒光顯示屏的陰極射線管顯示器中，在熒光顯示屏的橫向和縱向上按照分辨率的要求劃分為多個像素點，像素點之間有間隙。陰極射線打在像素點，使像素點發(fā)光，打在像素點之間有間隙則不會發(fā)光，當(dāng)人們以較近距離觀看陰極射線管顯示器顯示的圖像，會看到明顯的像素點間隔區(qū)域，造成圖像模糊、圖像質(zhì)量低的問題。
同樣，在基于點陣顯示的其他各種顯示器中，如液晶顯示器、等離子體顯示器等，由于制造工藝的限制，顯示器中像素點的間隙總是存在，當(dāng)人們以較近距離觀看這些顯示器顯示的圖像，會看到明顯的像素點間隔區(qū)域，造成圖像模糊、圖像質(zhì)量低的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是如何提高基于點陣顯示的圖像顯示效果，消除點陣之間間隙造成的圖像模糊和圖像質(zhì)量低。本實用新型采用光學(xué)方法將圖像進行光學(xué)處理后，使顯示出的圖像沒有像素點間隙，從而提高圖像顯示效果，即使近距離觀看，圖像質(zhì)量也得到提高，進而實現(xiàn)一種壽命長、可靠性高的投影設(shè)備的設(shè)計。
術(shù)語說明本文中所指的點陣間隙是指兩個相鄰發(fā)光點同時發(fā)光時在人們的視覺上感受到的兩個發(fā)光點之間的未發(fā)光區(qū)域。所指的點陣間隙為零或點陣間隙消除或點陣之間沒有間隙或光點之間沒有間隙是指兩個發(fā)相鄰光點同時發(fā)光時在人們的視覺上感受不到兩個發(fā)光點之間存在明顯的未發(fā)光區(qū)域。術(shù)語說明所謂成像部件的散射效應(yīng)是指光線照射到成像部件上時，如果是反射型成像部件，則光線將以多個方向進行反射，如果是透射型成像部件，則光線將以多個方向進行折射。
為解決上述問題，提出的技術(shù)解決方案是
1、 一種提高圖像顯示效果的方法， 一種方法是包括如下步驟
第一步，將由光點陣列構(gòu)成的圖像利用第一光學(xué)元件進行光學(xué)縮小在具有散射效果的第一成像部件上生成第一光學(xué)影像，直到形成的第一光學(xué)影像中光點的間距小于或等于光學(xué)影像中光點的尺寸，使第一光學(xué)影像中光點之間沒有間隙；
第二步，將第一光學(xué)影像利用第二光學(xué)元件進行光學(xué)放大在第二成像部件上形成光點圖像的第二光學(xué)影像；
第一成像部件和第二成像部件可用幕布構(gòu)成，所述幕布可以是透射型屏幕，也可以是反射型屏幕。在
公開日為2004年5月12日公開號為CN1495518A的中國專利申請中公開了透射型屏幕的實現(xiàn)方法，作為本實用新型的引用資料，引用方式為全文引用。當(dāng)用透射型屏幕時，類似于背投投影設(shè)備，原始圖像源位于屏幕的背面(后面)，觀察者位于屏幕的前面。當(dāng)用反射型屏幕時，原始圖像源位于屏幕的前面，觀察者也位于屏幕的前面，其效果類似于投影設(shè)備。但本實用新型與投影設(shè)備有著根本的區(qū)別，投影設(shè)備是將圖像通過光學(xué)放大和聚光燈照射圖像后投射到屏幕上；而本實用新型的光學(xué)元件是解決原始圖像源，如LED燈幕墻、LED燈構(gòu)成的廣告顯示器等點陣間的間隙產(chǎn)生的圖像模糊問題，特別是當(dāng)近距離觀看這種圖像時存在明顯的顆粒效應(yīng)的問題。當(dāng)然本實用新型除了解決了該問題，也可以調(diào)節(jié)第二光學(xué)元件的放大倍數(shù)和位置將原始圖像進行放大或縮小顯示。而且這種放大與縮小的處理是完全基于光學(xué)線性放大和縮小，不同于數(shù)字圖像處理中的插值處理或抽點處理產(chǎn)生的圖像模糊和邊沿鋸齒效應(yīng)。因此依照本實用新型的實現(xiàn)，將極大提高點陣類圖像顯示器、LED燈陣列顯示器等的顯示效果，而且還可以對原始圖像進行線性光學(xué)放大或縮小處理而不會降低清晰度或產(chǎn)生圖像模糊的問題。
由像素點構(gòu)成的圖像顯示器由于像素點之間的間隙，使人們看到的圖像存在顆粒效應(yīng)，即距離較近時，可以感覺到圖像是由離散的像素顆粒構(gòu)成，明顯感覺到像素點之間的間隔。其結(jié)果是圖像顯示效果差，甚至模糊。通過上述方法，圖像顯示器顯示的圖像通過第一光學(xué)元件進行光學(xué)縮小，相應(yīng)的形成的第一光學(xué)影像被縮小，圖像中的像素點距離也縮小了，當(dāng)像素點的尺寸大于像素點之間的間隙時，通過圖像的縮小，由于光點在成像平面成像存在擴散效應(yīng)，即由于成像平面的散射，會使光點的光學(xué)圖像區(qū)域擴散，可以使相鄰的像素點的影像點之間的間隙縮小到零，甚至使像素點形成的影像點出現(xiàn)交叉。因此可以使經(jīng)過第一光學(xué)元件形成第一光學(xué)影像不存在影像點之間的間隙，再將第一光學(xué)影像經(jīng)過第二光學(xué)元件進行光學(xué)放大形成像素點圖像的第二光學(xué)影像，由于第一光學(xué)影像已經(jīng)不存在影像點之間的間隙，因此光學(xué)放大后的第二光學(xué)影像的影像點之間不存在間隙。將第二光學(xué)影像成像在顯示部件，此時顯示部件顯示的圖像是沒有像素點之間的間隙。人們觀看第二光學(xué)影像的顯示效果將更清晰，沒有像素點之間的間隙產(chǎn)生的模糊感覺。即使近距離觀看也不會產(chǎn)生顆粒效應(yīng)。
采用本實用新型的技術(shù)方法，還可以設(shè)計出一種新型的投影設(shè)備，相比于現(xiàn)有投影設(shè)備采用高亮度燈泡或LED燈作背光光源，通過光學(xué)處理和電學(xué)處理，將要顯示信息投射到屏幕上顯示出來。本實用新型設(shè)計的新型的投影設(shè)備是先將要顯示的信息傳送到 點陣顯示器如LED燈陣列構(gòu)成的圖像顯示器顯示出圖像，然后將該圖像采用本實用新型的第一光學(xué)部件將圖像進行縮小并在具有散射效應(yīng)的第一成像部件上形成已消除點陣間的間隙的第一影像，然后采用本實用新型的第二光學(xué)部件將經(jīng)過第一光學(xué)元件和第一成像部件處理后的第一影像信息進行光學(xué)放大或縮小后，形成第二光學(xué)影像，在投影屏幕上顯示第二光學(xué)影像。這種新型的投影設(shè)備包含如LED燈陣列一樣的點陣列構(gòu)成的圖像顯示器部件、第一光學(xué)元件、第一成像部件、第二光學(xué)元件、投影屏幕。這樣的投影設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，而且投影效果仍可以很清晰，且可以進行光學(xué)放大或縮小處理。當(dāng)用反射型屏幕時，可以設(shè)計成基于本實用新型的新型前投投影設(shè)備，當(dāng)用透射型屏幕時，可以設(shè)計成基于本實用新型的新型背投投影設(shè)備。
同樣，采用本實用新型的技術(shù)方案，還可以設(shè)計出將多光源變成類似單光源的照明
系統(tǒng)。本實用新型設(shè)計的照明系統(tǒng)是先將多光源的輸出采用本實用新型的第一光學(xué)部件進行縮小消除光源伺的伺隙形成第一照明輸出，然后采用本實用新型的第二光學(xué)部件將
經(jīng)過第一光學(xué)元件處理后的第一照明輸出進行光學(xué)放大或縮小后，形成第二光學(xué)照明輸出，由于光源之間的間隙已經(jīng)被消除，因此第二光學(xué)照明輸出就像是單光源輸出。這種新型的照明系統(tǒng)包含如LED燈陣列一樣的多光源部件、第一光學(xué)元件、第二光學(xué)元件。這樣的照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，可以產(chǎn)生單光源輸出效果，且可以進行光源輸出照射面的放大或縮小處理。
2、 進一步特征之一是當(dāng)光點圖像尺寸較小時，上述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件可以分別采用單個圓形凸透鏡。通常圖像顯示器的顯示屏外形輪廓是矩形，因持上述第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件可以是設(shè)計成與圖像顯示器形狀相似的矩形凸透鏡。
3、 進一步特征之二是上述矩形的凸透鏡是通過裁剪圓形凸透鏡獲得，使所述矩形的凸透鏡在任意一個透鏡軸線上的光學(xué)特征相同。 一種方法是先制造一個各向光學(xué)性能一致的圓形凸透鏡，然后采用切割方式去除圓形凸透鏡的外邊形成外形輪廓為矩形的凸透鏡。另一種方法是直接采用模具一次成型矩形的凸透鏡。
4、 進一步特征之三是由于LED燈幕墻、LED燈構(gòu)成的廣告顯示器等的點陣包含兩個方向，像素點之間的間隙包含橫向方向和縱向方向，當(dāng)圖像尺寸較小時， 一種解決方案是上述第一光學(xué)元件包含第一柱形的凸透鏡和第二柱形的凸透鏡的組合，所述第一柱形的凸透鏡的透鏡軸線與第二柱形的凸透鏡的透鏡軸線垂直。由于柱形的凸透鏡可以使圖像在一個方向上縮小，在另一個與前一方向垂直方向上沒有變化，因此需要采用兩個透鏡軸線相互垂直的凸透鏡分別對于圖像陣列的兩個方向上進行光學(xué)縮小處理。
5、 進一步特征之四是上述第二光學(xué)元件是矩形的凸透鏡。
6、 進一步特征之五是上述矩形的凸透鏡是通過裁剪圓形凸透鏡獲得，使所述矩形的凸透鏡在任意一個透鏡軸線上的光學(xué)特征相同。
7、 進一步特征之六是上述第二光學(xué)元件包含第一柱形的凸透鏡和第二柱形的凸透鏡，所述第一柱形的凸透鏡的透鏡軸線與第二柱形的凸透鏡的透鏡軸線垂直。所述柱形的凸透鏡在一個方向上呈現(xiàn)凸透鏡的光學(xué)特性，在與該方向垂直的另一個方向上是平行的光學(xué)面/線。
8、 進一步特征之七是所述第一光學(xué)元件的光軸線與所述第二光學(xué)元件的光軸線重合。
9、 一種提高圖像顯示效果的方法，第二種方法是包括如下步驟第一步，將圖像劃分為至少兩個圖像區(qū)域；
第二步，將每個圖像區(qū)域利用第一光學(xué)元件進行光學(xué)縮小，直到形成的每個圖像區(qū)域的第一光學(xué)影像中像素點的間距小于或等于光學(xué)影像中像素點的尺寸，使第一光學(xué)影像中像素點之間沒有間隙；第三步，將第一光學(xué)影像利用第二光學(xué)元件進行光學(xué)放大形成每個圖像區(qū)域的第二 光學(xué)影像；
第西步，將每個圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像在成像部件上顯示。
對于較大的圖像顯示器陣列，由于大面積的光學(xué)元件加工不容易,可以將圖像顯示 器陣列劃分為多個區(qū)域，對于每個區(qū)域
10、 所述每個圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像在成像部件上顯示出的圖像與相鄰圖像區(qū)域 的第二光學(xué)影像在成像部件上顯示出的圖像之間沒有分隔區(qū)域。
11、 一種提高LED圖像顯示效果的系統(tǒng)， 一種方案是包括如下部件-
第一光學(xué)元件，將圖像進行光學(xué)縮小，直到形成的圖像的第一光學(xué)影像中像素點的 間距小于光學(xué)影像中像素點的尺寸，使第一光學(xué)影像中像素點之間沒有間隙；
第二光學(xué)元件，將第一光學(xué)影像進行光學(xué)放大形成圖像的第二光學(xué)影像； 成像部件，將第二光學(xué)影像在成像部件上顯示；成像部件可以采用透射型投影幕布， 也可以采用反射型投影幕布。
所述第一光學(xué)元件的光學(xué)輸出作為第二光學(xué)元件的光學(xué)輸入，所述第二光學(xué)元件的 光學(xué)輸出作為成像部件的光學(xué)輸入。
12、 該系統(tǒng)中，所述第一光學(xué)i^件第一個方面是矩形的凸透鏡。
13、 該系統(tǒng)中，所述矩形的凸透鏡是通過裁剪圓形凸透鏡獲得，使所述矩形的凸透 鏡在任意一個透鏡軸線上的光學(xué)特征相同。
14、 該系統(tǒng)中，所述第一光學(xué)元件第二個方面是包含第一柱形的凸透鏡和第二柱形 的凸透鏡，所述第一柱形的凸透鏡的透鏡軸線與第二柱形的凸透鏡的透鏡軸線垂直。
15、 該系統(tǒng)中，所述第二光學(xué)元件第一個方面是矩形的凸透鏡。
1《 該系統(tǒng)中，所述矩形的凸透鏡是通過裁剪圓形凸透鏡獲得，使所述矩形的凸透 鏡在任意一個透鏡軸線上的光學(xué)特征相同。
17、 該系統(tǒng)中，所述第二光學(xué)元件第二個方面是包含第一柱形的凸透鏡和第二柱形 的凸透鏡，所述第一柱形的凸透鏡的透鏡軸線與第二柱形的凸透鏡的透鏡軸線垂直。
18、 該系統(tǒng)中，所述第一光學(xué)元件的光軸線與所述第二光學(xué)元件的光軸線重合。
19、 一種提高圖像顯示效果的系統(tǒng)第二種方案，是包括如下部件一個圖像區(qū)域，將圖像區(qū)域 進行光學(xué)縮小，直到形成的圖像區(qū)域的第一光學(xué)影像中像素點的間距小于光學(xué)影像中像 素點的尺寸，使第一光學(xué)影像中像素點之間沒有間隙；
至少兩個第二光學(xué)元件，將第一光學(xué)影像進行光學(xué)放大形成圖像區(qū)域的第二光學(xué)影
像；
成像部件，將每個圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像在成像部件的對應(yīng)區(qū)域上顯示；
所述第一光學(xué)元件的光學(xué)輸出作為第二光學(xué)元件的光學(xué)輸入，所述第二光學(xué)元件的 光學(xué)輸出作為成像部件的光學(xué)輸入。
20、 該系統(tǒng)中，所述每個圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像在成像部件上顯示出的圖像與相 鄰圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像在成像部件上顯示出的圖像之間沒有分隔區(qū)域。
21、 一種多透鏡片正投影設(shè)備，其特征是包括如下部件 電信號接口部件；
點陣發(fā)光顯示部件；
信號轉(zhuǎn)換部件，將來自所述電信號接口部件的電信號轉(zhuǎn)換為點陣圖像信號傳送到所 述的點陣發(fā)光顯示部件上形成點陣圖像；
至少兩個第一光學(xué)元件，每個第一光學(xué)元件對應(yīng)點陣發(fā)光顯示部件顯示的點陣圖像 的一個圖像區(qū)域，將圖像區(qū)域進行光學(xué)縮小在具有散射效果的第一成像部件上生成圖像 區(qū)域的第一影像；
至少兩個第二光學(xué)元件，將圖像區(qū)域的第一光學(xué)影像進行光學(xué)放大形成圖像區(qū)域的 第二光學(xué)影像；
第二成像部件，將每個圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像在第二成像部件的對應(yīng)區(qū)域上顯 示，所述第二成像部件是具有光學(xué)反射的投影屏幕；
所述第一成像部件的光學(xué)輸出作為第二光學(xué)元件的光學(xué)輸入，所述第二光學(xué)元件的 光學(xué)輸出作為第二成像部件的光學(xué)輸入。
22、 所述電信號接口部件包含與其他電子設(shè)備連接的如下接口之一或組合通用串 行總線接口(USB接口)、視頻接口。
點陣發(fā)光顯示部件，如單色LED陣列、多色LED陣列、有機發(fā)光體陣列、電致發(fā)光體陣列等。
第一光學(xué)元件，將所述點陣發(fā)光顯示部件顯示的點陣圖像進行光學(xué)縮小在具有散射 效果的第一成像部件上生成第一光學(xué)影像,通過調(diào)整第一光學(xué)元件的焦距或點陣發(fā)光顯 示部件與第一光學(xué)元件的距離可以最佳的實現(xiàn)使形成的點陣圖像的第一光學(xué)影像中像 素點的間距小于光學(xué)影像中像素點的尺寸，使第一光學(xué)影像中像素點之間沒有間隙；
具體實例中，第一成像部件可以采用透射型投影幕布，也可以采用反射型投影幕布。 第二光學(xué)元件，將第一光學(xué)影像進行光學(xué)放大形成點陣圖像的第二光學(xué)影像； 第二成像部件，將第二光學(xué)影像在第二成像部件上顯示；第二成像部件可以采用透 射型投影幕布，也可以采用反射型投影幕布。
所述第一成像部件的光學(xué)輸出作為第二光學(xué)元件的光學(xué)輸入，所述第二光學(xué)元件的 光學(xué)輸出作為第二成像部件的光學(xué)輸入。
具體實現(xiàn)中，第一成像部件和第二成像部件有四種組合第一成像部件為反射型幕 布，第二成像部件為反射型幕布；第一成像部件為反射型幕布，第二成像部件為透射型 幕布；第一成像部件為透射型幕布，第二成像部件為反射型幕布；第一成像部件為透射 型幕布，第二成像部件為透射型幕布。在不同組合狀態(tài)下，系統(tǒng)的光學(xué)傳播路徑是不同 的。當(dāng)?shù)谝怀上癫考榉瓷湫湍徊紩r，為了避免第一成像部件遮擋第二成像部件的視角 范圍，點陣發(fā)光顯示部件的顯示平面、第一光學(xué)部件需要與第一成像部件形成一個銳角 角度，優(yōu)選的是45度角，使第一成像部件的主光路出射角與第一成像部件形成銳角角 度，優(yōu)選的是45度角，可以是第一成像部件和第二成像部件可以錯開放置。當(dāng)?shù)谝怀?像部件為透射型幕布時，第一成像部件和第二成像部件及第一光學(xué)部件、第二光學(xué)部件 的光軸線可以平行。
23、 一種投影系統(tǒng)， 一種方案是包括如下部件-
點陣發(fā)光顯示部件，如單色LED陣列、多色LED陣列、有機發(fā)光體陣列、電致發(fā) 光體陣列等。
至少兩個第一光學(xué)元件，每個第一光學(xué)元件對應(yīng)圖像的一個圖像區(qū)域，將圖像區(qū)域 進行光學(xué)縮小在具有散射效果的第一成像部件上生成第一影像，通過調(diào)整第一光學(xué)元件 的焦距或點陣發(fā)光顯示部件與第一光學(xué)元件的距離可以最佳的實現(xiàn)使形成的圖像區(qū)域 的第一光學(xué)影像中像素點的間距小于光學(xué)影像中像素點的尺寸，使第一光學(xué)影像中像素點之間沒有間隙；
具體實例中，第一成像部件可以采用透射型投影幕布，也可以采用反射型投影幕布。 至少兩個第二光學(xué)元件，將第一光學(xué)影像進行光學(xué)放大形成圖像區(qū)域的第二光學(xué)影
像；
第二成像部件，將每個圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像在第二成像部件的對應(yīng)區(qū)域上顯
所述第一成像部件的光學(xué)輸出作為第二光學(xué)元件的光學(xué)輸入，所述第二光學(xué)元件的 光學(xué)輸出作為第二成像部件的光學(xué)輸入。
24、 一種照明系統(tǒng)， 一種方案是包括如下部件
點陣發(fā)光部件，如單色LED陣列、多色LED陣列、有機發(fā)光體陣列、電致發(fā)光體 陣列等。
第一光學(xué)元件，將所述點陣發(fā)光部件發(fā)出的光進行光學(xué)匯聚在具有散射效果的第一 成像部件上生成第一光學(xué)照明，通過調(diào)整第一光學(xué)元件的焦距或點陣發(fā)光顯示部件與第 一光學(xué)元件的距離可以最佳的實現(xiàn)使形成的光輸出的第一光學(xué)照明輸出中光源間的間 距小于第一光學(xué)照明輸出中光源的尺寸，使第一光學(xué)照明輸出中光源之間沒有間隙；
第二光學(xué)元件，將第一光學(xué)照明輸出進行光學(xué)放大或縮小形成第二光學(xué)照明輸出；
所述第一光學(xué)照明的光學(xué)輸出作為第二光學(xué)元件的光學(xué)輸入，所述第二光學(xué)元件的 光學(xué)輸出作為第二光學(xué)照明系統(tǒng)的輸出。
25、 一種照明系統(tǒng)， 一種方案是包括如下部件
點陣發(fā)光部件，如單色LED陣列、多色LED陣列、有機發(fā)光體陣列、電致發(fā)光體 陣列等。
至少兩個第一光學(xué)元件，每個第一光學(xué)元件對應(yīng)點陣發(fā)光部件的一個光源區(qū)域，將 光源區(qū)域進行光學(xué)匯聚在具有散射效果的第一成像部件上生成第一光學(xué)照明，通過調(diào)整 第一光學(xué)元件的焦距或點陣發(fā)光顯示部件與第一光學(xué)元件的距離可以最佳的實現(xiàn)使形 成的光源區(qū)域的第一光學(xué)照明輸出中光源間的間距小于第一光學(xué)照明輸出中光源的尺 寸，使第一光學(xué)照明輸出中光源之間沒有間隙；
至少兩個第二光學(xué)元件，將第一光學(xué)照明進行光學(xué)放大形成光源區(qū)域的第二光學(xué)照明輸出；
所述第一光學(xué)照明的光學(xué)輸出作為第二光學(xué)元件的光學(xué)輸入，所述第二光學(xué)元件的 光學(xué)輸出作為照明系統(tǒng)的輸出。
本實用新型的有益效果采用本實用新型的技術(shù)將點陣圖像經(jīng)過光學(xué)處理后呈現(xiàn)
給人們的圖像沒有點陣間隙的感覺，從而提供給觀察者一個平滑的圖像感受，達(dá)到提高 圖像顯示效果的目的，進而提高圖像的質(zhì)量。同時本實用新型的技術(shù)還可以用于設(shè)計新 的投影設(shè)備和照明系統(tǒng)。該新型投影設(shè)備可以不需要背光光源，直接以壽命長的固態(tài)發(fā) 光器件生成圖像，具有更高的可靠性、更低的價格。

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圖1是兩個具有一定間隙的光點經(jīng)過一個凸透鏡形成縮小了光點大小和光點間隙 的光學(xué)工作原理示意圖。
圖2是兩個具有一定間隙的光點經(jīng)過一個凸透鏡形成縮小了光點大小同時光點間 隙縮小到零的光學(xué)工作原理示意圖。
圖3是兩個沒有間隙的光點經(jīng)過一個凸透鏡形成放大了的光點同時維持沒有光點 間隙的光學(xué)工作原理示意圖。
圖4是兩個具有一定間隙的光點經(jīng)過光學(xué)元件后消除了光點間隙的光學(xué)工作原理 示意圖。
圖5是提高LED點陣圖像顯示效果的第一種系統(tǒng)實現(xiàn)示意圖。 圖6是提高LED點陣圖像顯示效果的第二種系統(tǒng)實現(xiàn)示意圖。 圖7是構(gòu)成第一光學(xué)元件的單向性柱形透鏡部件立體示意圖。 圖8是構(gòu)成第一光學(xué)元件的單向性柱形透鏡部件透視圖示意圖。 圖9是第一光學(xué)元件第一柱形的凸透鏡組示意圖。
圖io是第一光學(xué)元件第二柱形的凸透鏡組示意圖。
圖U是采用柱形的凸透鏡組設(shè)計提高LED點陣圖像顯示效果的系統(tǒng)實現(xiàn)示意圖。 圖12是構(gòu)成第一光學(xué)元件的全向性圓矩形凸透鏡部件立體示意圖。 圖13是構(gòu)成第一光學(xué)元件的全向性圓矩形凸透鏡部件透視圖示意圖。圖14是第一光學(xué)元件矩形的凸透鏡組示意圖。
圖15是采用全向性圓矩形凸透鏡組設(shè)計提高LED點陣圖像顯示效果的系統(tǒng)實現(xiàn)示意圖。
圖16是提高LED點陣圖像顯示效果的第三種系統(tǒng)實現(xiàn)示意圖。
具體實施方式
本實用新型的核心點在于，當(dāng)多個光點或光源構(gòu)成的光點間隙的圖像陣列時，通 過光學(xué)元件進行光學(xué)縮小使光點或光源經(jīng)過光學(xué)元件后的圖像光學(xué)面尺寸縮小，同時光 點或光源之間的間隙經(jīng)過光學(xué)元件后的圖像光點或光源之間的間隙也成比例縮小，當(dāng)圖 像光點或光源之間的間隙很小時，同時光點本身也被聚焦為亮度提高光點尺寸減小得光 點光學(xué)影像，由于這樣的光點光學(xué)影像在具有擴散效應(yīng)的成像部件如投影屏幕上成像時 的擴散效應(yīng)，使光點光學(xué)影像中相鄰的發(fā)光光點之間的間隙被擴散的光所掩蓋，所呈現(xiàn) 的光學(xué)影像的間隙被消除。然后再經(jīng)過光學(xué)元件對光點光學(xué)影像進行光學(xué)放大，將在另 一個成像部件如投影屏幕中呈現(xiàn)沒有間隙的放大了的圖像光點光學(xué)影像。當(dāng)前述光學(xué)放 大倍數(shù)與光學(xué)縮小倍數(shù)相同時，可以實現(xiàn)將有光學(xué)間隙的光點或光源陣列經(jīng)過光學(xué)處理 后成為沒有間隙的與原光點圖像相同大小的光點或光源陣列輸出。通過調(diào)節(jié)光學(xué)放大的 倍數(shù)可以調(diào)整圖像光點光學(xué)影像的大小。
以下結(jié)合附圖進一步描述本實用新型的具體實施方案。
圖i是兩個具有一定間隙的光點經(jīng)過一個凸透鏡形成縮小了光點大小和光點間隙 的光學(xué)工作原理示意圖。第一光點101和第二光點102相距一定的距離，第一凸透鏡 103的焦點分別為Fl和Fl'，第一光點101和第二光點102所處的平面與第一凸透鏡 103的透鏡軸線平行，并且相對于第一凸透鏡103的光學(xué)軸線對稱，當(dāng)?shù)谝还恻c101和 第二光點102與第一凸透鏡103的距離大于兩倍的第一凸透鏡103焦點長度時，第一光 點101和第二光點102的光線通過第一凸透鏡103的折射在第一凸透鏡103的另一側(cè)的 第一成像屏幕上形成光點的第一影像點104和第二影像點105分別比第一光點101和第 二光點102的尺寸縮小，同時第一影像點104和第二影像點105之間的距離比第一光點 101和第二光點102的距離縮小。通過擴大第一光點101和第二光點102與第一凸透鏡 103的距離，將使第一影像點104和第二影像點105的尺寸進一步縮小，同時第一影像 點104和第二影像點105之間的距離進一步縮小。當(dāng)把第一影像點104和第二影像點第一影像點104和第二影像點 在投影屏幕上存在擴散效應(yīng)，即光點在成像面上形成的光點影像由于光學(xué)散射而向周邊 擴散，使第一影像點104和第二影像點的光學(xué)尺寸因擴散效應(yīng)而擴大。可以使第一影像 點104和第二影像點105之間的距離縮小到一定尺寸后將使第一影像點104和第二影像 點105之間沒有光學(xué)間隙。圖2給出了這種效果的示意圖。從圖2可以看到形成的第一 影像點204和第二影像點205之間的光學(xué)間隙為零。當(dāng)進一步擴大第一光點101和第二 光點102與第一凸透鏡103的距離，將使第一影像點104和第二影像點105之間的光學(xué) 影像發(fā)生重疊。
圖3是兩個沒有間隙的光點經(jīng)過一個凸透鏡形成放大了的光點同時維持沒有光點 間隙的光學(xué)工作原理示意圖。第一影像點204和第二影像點205之間的光學(xué)間隙為零， 第二凸透鏡307的焦點分別為F2和F2'，第一影像點204和第二影像點205所處的平 面與第二凸透鏡307的透鏡軸線平行，并且相對于第二凸透鏡307的光學(xué)軸線對稱，當(dāng) 第一影像點204和第二影像點205與第二凸透鏡307的距離位于一倍的第二凸透鏡307 焦距長度和兩倍的第二凸透鏡307焦點長度之間時，第一影像點204和第二影像點205 的光線經(jīng)過第二凸透鏡307的折射在第二凸透鏡307的另一側(cè)的第二成像屏幕上形成光 點的第三影像點304和第四影像點305分別比第一影像點204和第二影像點205的尺寸 放大。由于第一影像點204和第二影像點205之間的光學(xué)間隙為零，那么第三影像點 304和第四影像點305之間的光學(xué)間隙為零。
圖4是兩個具有一定間隙的光點經(jīng)過一組光學(xué)元件后消除了光點間隙的光學(xué)工作 原理示意圖。圖4實際上是將圖2和圖3融合在一起實現(xiàn)。圖中第一光點101和第二光 點102的光線通過第一凸透鏡103的折射在第一凸透鏡103的另一側(cè)的具有散射效應(yīng)的 第一成像屏幕406上形成光點的第一影像點104和第二影像點105，其中第一影像點104 和第二影像點105沒有畫出。再經(jīng)過第二凸透鏡307的折射在第二凸透鏡307的另一側(cè) 的第二成像屏幕408形成光點的第三影像點304和第四影像點305。按照圖4的光學(xué)原 理，可以消除了光點間隙。這樣的效果對于基于多點陣發(fā)光的形成圖像顯示或基于多點 陣發(fā)光提供單一光源的應(yīng)用十分有用。對于多點陣發(fā)光的形成圖像顯示中，由于消除了 點陣之間的間隙，其圖像顯示中將沒有明顯的鋸齒效應(yīng)和點陣間隙引起的圖像模糊現(xiàn) 象，改善圖像顯示效果。對于基于多點陣發(fā)光提供單一光源的應(yīng)用而言，由于多點陣之 間的間隙被消除，其提供的多點陣光源就和單一光源一樣或接近單一發(fā)光光源。圖5是提高LED點陣圖像顯示效果的第一種系統(tǒng)實現(xiàn)示意圖。固體發(fā)光二極管LED 點陣形成圖像時，由于在制造固體發(fā)光二極管LED，由于工藝和可靠性的限制，固體發(fā) 光二極管LED的發(fā)光體比固體發(fā)光二極管LED元件的實際尺寸要小，將多個固體發(fā)光二 極管LED按照點陣要求焊接在電路板上后，固體發(fā)光二極管LED發(fā)光時，點陣之間的間 隙是明顯的。這種間隙使LED點陣圖像出現(xiàn)明顯的鋸齒效應(yīng)并使圖像模糊。在圖5中， LED點陣圖像500是包含多個固體發(fā)光二極管LED，如圖中的固體發(fā)光二極管501、 502 等。經(jīng)過第一凸透鏡503在具有散射效應(yīng)的第一成像屏幕506上形成縮小的圖像，但縮 小的圖像的點陣間的間隙因為光的散射而消除。再經(jīng)過第二凸透鏡507，在第二成像屏 幕508上形成放大的圖像，且放大的圖像的點陣間的間隙仍然很小或為零。本實例中第 一成像屏幕506必須是透射型屏幕，第二成像屏幕508可以是透射型屏幕，也可以是反 射型屏幕，根據(jù)實際使用中是通過屏幕透射觀看圖像還是通過屏幕反射觀看圖像確定。 顯然圖中的影像點504和505之間已經(jīng)沒有間隙。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員，完全可以理解， 當(dāng)?shù)谝怀上衿聊?06是反射型屏幕，仍然可以實現(xiàn)本實用新型，只是需要把第二凸透鏡 507和第二成像屏幕508置于第一成像屏幕506入射光線的相同側(cè)，接受第一成像屏幕 506的反射光線即可，參見圖16，第一成像屏幕1606是反射型屏幕。
當(dāng)LED點陣圖像很大時，如果用單個凸透鏡，將由于尺寸太大而使生產(chǎn)工藝難度 和成本提高?？梢圆捎枚鄠€小凸透鏡組合在一起實現(xiàn)。如圖6， LED點陣圖像分成兩部 分第一部分600和第二部分610。第一部分600有多個固體發(fā)光二極管LED，如圖中 的601和602，經(jīng)過凸透鏡603在第一成像屏幕606上形成縮小的無點陣間隙的圖像影 像，然后經(jīng)過凸透鏡607在第二成像屏幕上形成經(jīng)過放大的無點陣間隙的圖像影像，如 圖中的影像點604和605之間就沒有間隙；第二部分610有多個固體發(fā)光二極管LED， 如圖中的611和612，經(jīng)過凸透鏡613在第一成像屏幕606上形成縮小的無點陣間隙的 圖像影像，然后經(jīng)過凸透鏡617在第二成像屏幕上形成經(jīng)過放大的無點陣間隙的圖像影 像，如圖中的影像點614和615之間就沒有間隙。適當(dāng)調(diào)整凸透鏡603和凸透鏡613 之間的位置以及凸透鏡607和凸透鏡617之間的位置，可以使第一部分600在第二成像 屏幕608上形成的影像與第二部分600在第二成像屏幕608上形成的影像之間沒有間 隙，從而實現(xiàn)大型LED點陣圖像經(jīng)過本實用新型的技術(shù)方法處理形成大型無間隙LED 點陣圖像的顯示效果。
但是對于大型LED點陣圖像，多個凸透鏡安放在同一個平面，為了使凸透鏡構(gòu)成
1的平面上沒有縫隙，需要設(shè)計特定形狀的凸透鏡。 一般凸透鏡都是各方向光學(xué)特性相同 的圓形形狀，但這樣的形狀安放在一個平面上時，凸透鏡之間是由縫隙的。較為理想的 形狀是矩形的凸透鏡，因為通常點陣圖像都是矩形的，因此采用矩形凸透鏡容易拼接成 點陣圖像的平面形狀而沒有縫隙。也可以采用等邊六邊形的凸透鏡形狀進行拼接，但邊 界處需要特殊工藝處理。
矩形凸透鏡也有兩種形式， 一種形式是柱型凸透鏡，即凸透鏡只在一個方向上具
有凸透鏡的特性，如圖7的示例實現(xiàn)700，另一種形式是全向性圓矩形凸透鏡，所謂全 向性圓矩形凸透鏡是指凸透鏡和圓形凸透鏡一樣各個方向上的光學(xué)特性相同，但是全向 性圓矩形凸透鏡外形不是圓形而是矩形，見圖12的示例實現(xiàn)1200。圖8給出了圖7的 三視圖。其中圖8 (B)是主視圖802，圖8 (A)是右視圖801，圖8 (C)是左視圖803， 圖8 (D)是俯視圖804。由于柱型凸透鏡只在一個方向上具有凸透鏡的特性，而點陣圖 像通常是一個平面，在兩個方向上都存在點陣間隙。因此需要兩層凸透鏡組才能實現(xiàn)點 陣平面的光學(xué)處理。如圖9是一個方向上的實現(xiàn)示例900，圖10是與圖9所述方向垂 直的另一個方向上的實現(xiàn)示例1000。實現(xiàn)示例900是由多個具有相同方向的柱型凸透 鏡700構(gòu)成。實現(xiàn)示例1000是由多個具有與圖9所述方向垂直的柱型凸透鏡700構(gòu)成。
圖ll是采用柱形的凸透鏡組設(shè)計提高LED點陣圖像顯示效果的系統(tǒng)實現(xiàn)示意圖。 LED陣列1101通過第一柱形的凸透鏡組1102將陣列橫向的點陣間隙消除，然后通過第 二柱形的凸透鏡組1103將陣列縱向的點陣間隙消除。再通過第三柱形的凸透鏡組1104 將陣列橫向點陣影像進行放大，通過第四柱形的凸透鏡組1105將陣列縱向點陣影像進 行放大，最終在成像屏幕1106上形成沒有間隙的LED點陣圖像的影像。在第一柱形的 凸透鏡組1102與第二柱形的凸透鏡組1103之間最好有一透射型屏幕(沒有畫出)，位 于第一柱形的凸透鏡組1102的聚焦成像平面上，在第二柱形的凸透鏡組1103與第三柱 形的凸透鏡組1104之間最好有一透射型屏幕(沒有畫出)，位于第二柱形的凸透鏡組 1103的聚焦成像平面上，在第三柱形的凸透鏡組1104與第四柱形的凸透鏡組1105之 間最好有一透射型屏幕(沒有畫出)，位于第三柱形的凸透鏡組1104的聚焦成像平面上。
圖13給出了圖12的三視圖。其中圖13 (B)是主視圖1302，圖13(A)是右視 圖1301,圖13 (C)是左視圖1303，圖12 (D)是俯視圖1304。由于全向性圓矩形凸 透鏡在每一個方向上都具有相同凸透鏡的光學(xué)特性，對于點陣圖像通常是一個平面，在 兩個方向上都存在點陣間隙。因此單層多個全向性圓矩形凸透鏡構(gòu)成凸透鏡組即可實現(xiàn)點陣平面的光學(xué)處理。如圖14是凸透鏡組的實現(xiàn)示例1400，是由多個全向性圓矩形凸 透鏡1200構(gòu)成。
全向性圓矩形凸透鏡1200的具體制造方法中， 一種方法是制造全向性圓形凸透 鏡，然后按照圓的內(nèi)四邊形切割或打磨圓形凸透鏡周邊形成外邊形狀為矩形的圓形凸透 鏡。另一種方法是直接設(shè)計出全向性圓矩形凸透鏡的成型模具，然后將玻璃熔漿倒入模 具中成型制造全向性圓形凸透鏡。
圖15是采用全向性圓矩形凸透鏡組設(shè)計提高LED點陣圖像顯示效果的系統(tǒng)實現(xiàn)示 意圖。LED陣列1501通過第一全向性圓矩形凸透鏡組1502將陣列的點陣間隙消除。再 通過第二全向性圓矩形凸透鏡組1503將陣列點陣影像進行放大，最終在成像屏幕1504 上形成沒有間隙的LED點陣圖像的影像。在第一全向性圓矩形凸透鏡組1502與第二全 向性圓矩形凸透鏡組1503之間最好有一透射型屏幕(沒有畫出)，位于第一全向性圓矩 形凸透鏡組1502的聚焦成像平面上。
權(quán)利要求1、一種多透鏡片正投影設(shè)備，其特征是包括如下部件電信號接口部件；點陣發(fā)光顯示部件；信號轉(zhuǎn)換部件，將來自所述電信號接口部件的電信號轉(zhuǎn)換為點陣圖像信號傳送到所述的點陣發(fā)光顯示部件上形成點陣圖像；至少兩個第一光學(xué)元件，每個第一光學(xué)元件對應(yīng)點陣發(fā)光顯示部件顯示的點陣圖像的一個圖像區(qū)域，將圖像區(qū)域進行光學(xué)縮小在具有散射效果的第一成像部件上生成圖像區(qū)域的第一影像；至少兩個第二光學(xué)元件，將圖像區(qū)域的第一光學(xué)影像進行光學(xué)放大形成圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像；第二成像部件，將每個圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像在第二成像部件的對應(yīng)區(qū)域上顯示，所述第二成像部件是具有光學(xué)反射的投影屏幕；所述第一成像部件的光學(xué)輸出作為第二光學(xué)元件的光學(xué)輸入，所述第二光學(xué)元件的光學(xué)輸出作為第二成像部件的光學(xué)輸入。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述電信號接口部件包含與其他電子設(shè)備連 接的如下接口之一或組合通用串行總線接口、視頻接口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述點陣發(fā)光顯示部件是如下部件之一單 色LED陣列、多色LED陣列、有機發(fā)光體陣列、電致發(fā)光體陣列。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征是所述點陣發(fā)光顯示部件是如下部件之一單 色LED陣列、多色LED陣列、有機發(fā)光體陣列、電致發(fā)光體陣列。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是使形成的點陣圖像的第一光學(xué)影像中像素點 的間距小于光學(xué)影像中像素點的尺寸，使第一光學(xué)影像中像素點之間沒有間隙。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征是使形成的點陣圖像的第一光學(xué)影像中像素點 的間距小于光學(xué)影像中像素點的尺寸，使第一光學(xué)影像中像素點之間沒有間隙。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是所述第一成像部件采用透射型投影幕布或采 用反射型投影幕布。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的設(shè)備，其特征是所述第一光學(xué)元件是矩形的凸透鏡，所述矩形的凸透鏡是通過裁剪圓形凸透鏡獲得，使所述矩形的凸透鏡在任意 一個透鏡軸線上的光學(xué)特征相同 ，或者所述第一光學(xué)元件包含第一柱形的凸透鏡和第二柱形的凸透鏡，所述第一柱形的凸 透鏡的透鏡軸線與第二柱形的凸透鏡的透鏡軸線垂直。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的設(shè)備，其特征是所述第二光學(xué)元件是矩形的凸 透鏡，所述矩形的凸透鏡是通過裁剪圓形凸透鏡獲得，使所述矩形的凸透鏡在任意 一個透鏡軸線上的光學(xué)特征相同；或者所述第二光學(xué)元件包含第一柱形的凸透鏡和第二柱形的凸透鏡，所述第一柱形的凸 透鏡的透鏡軸線與第二柱形的凸透鏡的透鏡軸線垂直。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征是所述第二光學(xué)元件是矩形的凸透鏡，所 述矩形的凸透鏡是通過裁剪圓形凸透鏡獲得，使所述矩形的凸透鏡在任意一個透鏡軸線上的光學(xué)特征相同； 或者所述第二光學(xué)元件包含第一柱形的凸透鏡和第二柱形的凸透鏡，所述第一柱形的凸 透鏡的透鏡軸線與第二柱形的凸透鏡的透鏡軸線垂直。
專利摘要本實用新型提出一種多透鏡片正投影設(shè)備，包括電信號接口部件；點陣發(fā)光顯示部件；信號轉(zhuǎn)換部件；至少兩個第一光學(xué)元件，每個第一光學(xué)元件對應(yīng)點陣發(fā)光顯示部件顯示的點陣圖像的一個圖像區(qū)域，將圖像區(qū)域進行光學(xué)縮小在具有散射效果的第一成像部件上生成圖像區(qū)域的第一影像；至少兩個第二光學(xué)元件，將圖像區(qū)域的第一光學(xué)影像進行光學(xué)放大形成圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像；第二成像部件，將每個圖像區(qū)域的第二光學(xué)影像在第二成像部件的對應(yīng)區(qū)域上顯示，第二成像部件是具有光學(xué)反射的投影屏幕；所述第一成像部件的光學(xué)輸出作為第二光學(xué)元件的光學(xué)輸入，所述第二光學(xué)元件的光學(xué)輸出作為第二成像部件的光學(xué)輸入。該系統(tǒng)具有更高的可靠性、更低的價格。
文檔編號G09F9/33GK201413611SQ20092010658
公開日2010年2月24日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
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