專利名稱：光投影系統(tǒng)和顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)合顯示設(shè)備使用的光投影系統(tǒng)。 本發(fā)明還涉及顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
在顯示技術(shù)方面的最近發(fā)展是當(dāng)觀看顯示在顯示設(shè)備上的內(nèi)容時(shí)使 用環(huán)境光照明系統(tǒng)來增強(qiáng)視覺體驗(yàn)的環(huán)境光效果的增加。該環(huán)境光效果使 用與當(dāng)前在顯示設(shè)備上顯示的圖像內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的光來照亮顯示設(shè)備(例如 電視)的周圍環(huán)境。例如，使用是顯示設(shè)備一部分的環(huán)境光系統(tǒng)來生成環(huán) 境光效果。該照明系統(tǒng)能夠使用與圖像內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的光照亮在顯示設(shè)備后 面的墻。可選地，顯示設(shè)備可與位于遠(yuǎn)程的照明系統(tǒng)相連接，以遠(yuǎn)程地生 成與圖像內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的光。當(dāng)顯示設(shè)備顯示圖像序列(例如作為部分視頻 內(nèi)容的視頻幀序列)時(shí)，在序列中顯示的圖像內(nèi)容通常隨著時(shí)間改變，這 導(dǎo)致與圖像序列相關(guān)聯(lián)的光也隨著時(shí)間改變。
這樣的投影系統(tǒng)在WO2005/076602中被公開，它公開了在顯示裝置后
部用于背景照明的裝置。用于背景照明的裝置包括在顯示裝置右邊和左邊 提供的兩個(gè)照明單元。照明單元被形成為基本垂直放置的、包括用于向外 耦合光的裝置的縱向光導(dǎo)。在光導(dǎo)末端的至少一個(gè)上具有光源。光源優(yōu)選 地包括有色LED。
已知環(huán)境光系統(tǒng)的缺點(diǎn)是表面照明不均勻(homogeneous )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改善投影表面均勻度的光投影系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，使用與顯示設(shè)備結(jié)合使用的光投影系統(tǒng)該目 的得以實(shí)現(xiàn)，該光投影系統(tǒng)包括
-用于發(fā)射由顯示設(shè)備的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制的光的光源，和 -用于基本沿著縱向軸引導(dǎo)由光源發(fā)射的光和用于在投影表面投影 通過光導(dǎo)傳播的光的縱向光導(dǎo)，縱向光導(dǎo)包括設(shè)置在縱向光導(dǎo)尾部的光輸 入窗口 ，光輸入窗口被設(shè)置用于基本沿著縱向軸將來自光源的光耦合至縱向光導(dǎo)，和
-多個(gè)用于在投影表面上投影光的向外耦合光(1 ight out-coupling)元件，多個(gè)向外耦合光元件包括向外耦合光元件的子集， 特定的子集被設(shè)置用于基本地照亮投影表面的特定區(qū)域，由特定的子集發(fā) 射的發(fā)光強(qiáng)度取決于沿著特定的子集和特定區(qū)域之間的直線的距離，和/ 或取決于該直線和投影表面的法線之間的角度。
根據(jù)本發(fā)明措施的效果是通過使發(fā)光強(qiáng)度取決于特定的子集和特定 區(qū)域之間的距離和/或取決于直線和投影表面的法線之間的角度，在特定 區(qū)域上的光分布可被影響，它使得在特定區(qū)域上的發(fā)光強(qiáng)度的變化 (variation)能夠被均勻化。如果向外耦合光元件的特定子集與特定區(qū) 域之間的距離變化了和/或如果直線與投影表面的法線之間的角度變化 了，每區(qū)域的發(fā)光強(qiáng)度改變，因此投影表面的照明不均勻。在根據(jù)本發(fā)明 的光投影系統(tǒng)中，從特定子集發(fā)射的光的發(fā)光強(qiáng)度取決于特定子集與特定 區(qū)域之間的距離和/或取決于直線與投影表面的法線之間的角度，這使能 了投影表面照明的均勻化。
在已知的系統(tǒng)中，照明單元包括具有圓柱狀形式的縱向光導(dǎo)，其中當(dāng) 從光源到向外耦合區(qū)域的距離增加時(shí)，向外耦合區(qū)域的寬度增加。向外耦 合元件的這種設(shè)置的效果是向外耦合的光的量在光導(dǎo)的長度范圍內(nèi)基本 保持不變。由于在縱向光導(dǎo)長度范圍內(nèi)不變的光發(fā)射，在基本平行于已知 縱向光導(dǎo)縱向軸的方向上投影表面的照明將相對(duì)地均勻，而在基本垂直與 已知縱向光導(dǎo)縱向軸的方向上投影表面的照明明顯地不均勻，導(dǎo)致投影表 面的整體不均勻的照明。在根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)中，從向外耦合元件 向投影表面發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度是取決于特定子集與由特定子集照亮的特定 區(qū)域之間的距離，和/或取決于直線與投影表面的法線之間的角度，而不 是取決于特定子集與光源的距離。因此由根據(jù)本發(fā)明的投影系統(tǒng)取得的效 果明顯不同，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了投影表面、以及在基本垂直與縱向軸方向上的 更均勻的照明。
在光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，當(dāng)沿著特定子集和特定區(qū)域之間的直線的 距離增加時(shí)，和/或當(dāng)在該直線與投影表面的法線之間的角度增加時(shí)，由 特定子集發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度增加。典型地由特定子集照亮的區(qū)域大小取決于 特定子集與特定區(qū)域之間的距離，和/或取決于直線與投影表面的法線之 間的角度。當(dāng)距離增加時(shí)，照亮的特定區(qū)域增加。當(dāng)角度增加時(shí)，照亮的 特定區(qū)域增加。當(dāng)發(fā)光強(qiáng)度不變時(shí)，發(fā)射的光必須在更大的特定區(qū)域上被傳播開，導(dǎo)致減少在特定區(qū)域上的強(qiáng)度。在根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)中， 當(dāng)特定子集與特定區(qū)域之間的距離增大時(shí)，和/或當(dāng)角度增大時(shí)，由特定
子集發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度增加，因此平衡(leverage) 了歸因于導(dǎo)致投影表面 的均勻照明的增大的距離增大的特定區(qū)域的增大。
在光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，由特定子集發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度取決于在特定 子集中向外耦合光元件的密度，或者取決于在特定子集中向外耦合光元件 的尺寸(dimension )。向外耦合光元件特定子集的發(fā)光強(qiáng)度受在向外耦合 光元件特定子集內(nèi)向外耦合光元件密度的改變的影響。例如，增加向外耦 合光元件的密度將引起每單位區(qū)域的更多光或?qū)奶囟ㄗ蛹l(fā)射的更多 量，反之亦然?？蛇x地，向外耦合光元件特定子集的發(fā)光強(qiáng)度可受在特定 子集中向外耦合光元件的尺寸的影響。例如，增加向外耦合光元件的尺寸 將再次？I起每單位區(qū)域的更多光或?qū)奶囟ㄗ蛹l(fā)射的更多量，反之亦 然。
在光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，由子集發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度在縱向軸周圍的切 線方向上改變。例如，當(dāng)投影表面被設(shè)置為平行于已知光投影系統(tǒng)中縱向 光導(dǎo)的縱向軸時(shí)，在基本平行于縱向軸的方向上投影表面的照明典型地是 不均勻的。照亮特定區(qū)域的特定子集典型地被設(shè)置為在切線方向上鄰近于 照亮另一個(gè)特定區(qū)域的另一個(gè)特定子集。與另一個(gè)特定子集和另一個(gè)特定 區(qū)域之間的距離相比，特定子集與特定區(qū)域之間的距離是不同的。通過改 變?cè)谇芯€方向上由子集發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度，可以減少由距離不同引起的在投 影表面特定區(qū)域和另 一個(gè)特定區(qū)域照明方面的變化，從而改善了投影表面 照明的均勻度。
在光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，多個(gè)向外耦合光元件被設(shè)置在縱向光導(dǎo)的 壁處，該壁被設(shè)置為基本平行于縱向軸。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是向外耦合光元 件可相對(duì)容易地應(yīng)用于縱向光導(dǎo)。進(jìn)一步地，通過改變應(yīng)用于縱向光導(dǎo)壁 的向外耦合光元件的分布和/或尺寸，可以相對(duì)容易地完成多個(gè)向外耦合 光元件分布和/或尺寸的改變。
在光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，設(shè)置在縱向光導(dǎo)壁處的多個(gè)向外耦合光元 件被設(shè)置在縱向軸背對(duì)遠(yuǎn)離投影表面的一側(cè)。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是向外耦合 光元件不需要是透明的，這增加了在根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)中可被選取 的向外耦合光元件的選擇。甚至生漆和/或油漆(paint )可被應(yīng)用于縱向 光導(dǎo)壁以便向外耦合光。
在光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，縱向光導(dǎo)由對(duì)由光源發(fā)射的光基本透明的
7固體材料構(gòu)成。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是縱向光導(dǎo)的固體材料像透鏡一樣操作。 由縱向光導(dǎo)構(gòu)成的透鏡典型地表現(xiàn)為圓柱狀透鏡，在基本平行于縱向軸的 方向上傳播并均勻化由向外耦合光元件發(fā)射的光，同時(shí)在垂直于縱向軸的 方向上準(zhǔn)直由向外耦合光元件發(fā)射的光?？v向光導(dǎo)橫截面的形狀確定了在 垂直于縱向軸方向上縱向光導(dǎo)的確切透鏡特性?？v向光導(dǎo)的橫截面可以是 圓的、橢圓的、多邊形的或者其他形狀。
在光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，另 一個(gè)向外耦合光元件的另 一個(gè)子集被設(shè) 置用于發(fā)射光遠(yuǎn)離投影表面。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是它使由在投影表面上顯示 設(shè)備的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制的光的投影與例如在朝向觀看者方向上該
調(diào)制光的漫射(diffuse emission)能結(jié)合在一起。
在光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，向外耦合元件從包括劃痕(scratch )、噴 砂(sandblasted)結(jié)構(gòu)、印刷結(jié)構(gòu)、凹槽(indent )、裂縫(slit)、漆 器(lacquer)和粘一莫(sticker)的組中選取。
在光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，光源包括多個(gè)發(fā)光元件，每個(gè)發(fā)光元件發(fā) 射原色的光。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是通過光輸入窗口耦合至縱向光導(dǎo)的光可包 括不同的顏色。進(jìn)一步地，通過改變發(fā)光元件對(duì)耦合至光導(dǎo)的光的貢獻(xiàn)， 由多個(gè)發(fā)光元件發(fā)射的不同顏色的不同混合光可由光源生成，并且能被耦 合至縱向光導(dǎo)。
原色光包括特定波長周圍預(yù)定義光譜帶寬的光。典型地使用三種原 色，例如，紅、綠和藍(lán)。通過選擇紅、綠和藍(lán)光的特定組合，基本每種顏 色都能由發(fā)光元件生成，包括白色。其他原色組合也可被用于能生成基本 每種顏色(例如，紅、綠、藍(lán)、青和黃)的光投影系統(tǒng)。在光投影系統(tǒng)中 使用的原色數(shù)目可改變。
在環(huán)境光投影系統(tǒng)的實(shí)施例中，縱向光導(dǎo)包括包括另 一個(gè)光源的另一 個(gè)尾部。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是耦合至縱向光導(dǎo)、將被投影到投影表面的光的 強(qiáng)度可增加。進(jìn)一步地，另一個(gè)光源可耦合不同顏色和/或強(qiáng)度的光至光 導(dǎo)。結(jié)果，與由設(shè)置在另一個(gè)尾部附近的向外耦合光元件發(fā)射的光相比，
影系統(tǒng)被設(shè)i為接近i示設(shè)備圖像顯示區(qū)域時(shí),°與在接、^另一^尾部的圖
像顯示區(qū)域上顯示的圖像的另 一個(gè)區(qū)域相比，在接近尾部的圖像顯示區(qū)域 上顯示的圖像的區(qū)域可顯示不同的顏色和/或強(qiáng)度。通過使用另 一個(gè)光源， 根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)可適應(yīng)通過單個(gè)縱向光導(dǎo)在圖像顯示區(qū)域上顯 示的圖像的不同區(qū)域處的顏色和/或強(qiáng)度的差異。當(dāng)觀看在顯示設(shè)備的圖像顯示區(qū)域上顯示的圖像時(shí)，這進(jìn) 一 步增強(qiáng)了觀看者的視覺體驗(yàn)。
本發(fā)明還涉及包括顯示區(qū)域和包括根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)的顯示 設(shè)備。
在顯示設(shè)備的實(shí)施例中，該顯示設(shè)備進(jìn)一步包括控制單元，用于從視 頻和/或音頻內(nèi)容中提取顏色和/或強(qiáng)度信息，和用于根據(jù)提取的顏色和/ 或強(qiáng)度信息調(diào)制由光源發(fā)射的光。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是光投影系統(tǒng)可直接從 視頻和/或音頻圖像或從視頻和/或音頻信號(hào)中提取顏色信息。這使得即使 當(dāng)例如用戶轉(zhuǎn)換頻道時(shí)，也能夠連續(xù)調(diào)適投影光。該實(shí)施例還使得當(dāng)沒有 分開地提供特定環(huán)境光信號(hào)時(shí)，能夠根據(jù)視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制投影光。 特定的環(huán)境光信號(hào)可以例如指示與^f見頻和/或音頻內(nèi)容相關(guān)的相應(yīng)顏色和 /或強(qiáng)度。
在顯示設(shè)備的實(shí)施例中，光投影系統(tǒng)和圖像顯示區(qū)域被設(shè)置在設(shè)置于 不同地方的分開的物理對(duì)象上。典型地，環(huán)境光系統(tǒng)被集成在顯示設(shè)備中。 于顯示圖像的圖像顯示區(qū)域相比，根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)^皮設(shè)置在分開 的物理對(duì)象上。光投影系統(tǒng)，例如可以是用于房間普通照明的、例如設(shè)置 在房間的墻壁上或房間的天花板上的照明單元。照明單元可以具有特別設(shè) 計(jì)的外觀或者可以是內(nèi)部裝飾的發(fā)光元件。光投影系統(tǒng)，例如接收來自顯 示設(shè)備的控制單元的控制信號(hào)，以產(chǎn)生在顏色和/或強(qiáng)度上正由顯示設(shè)備 的-見頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制的光。例如，這可以通過家庭網(wǎng)絡(luò)，或通過在 光投影系統(tǒng)與被設(shè)置在例如顯示設(shè)備圖像顯示區(qū)域附近的控制單元之間 的無線連接來完成。
在顯示設(shè)備的實(shí)施例中，光投影系統(tǒng)可以圍繞縱向軸旋轉(zhuǎn)。該實(shí)施例 的優(yōu)點(diǎn)是例如當(dāng)顯示設(shè)備沒有被設(shè)置為與投影表面基本平行時(shí)，從縱向光 導(dǎo)發(fā)射的光的投影的總體方向可被調(diào)整。光投影系統(tǒng)可被旋轉(zhuǎn)以照亮在所 需地方的投影表面。
在顯示設(shè)備的實(shí)施例中，顯示設(shè)備包括多個(gè)被設(shè)置在圖像顯示區(qū)域外 圍周圍的光投影系統(tǒng)。


通過參考在下文中描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面是顯而易 見的并且將得以解釋。
在圖中
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的包括光投影系統(tǒng)的顯示設(shè)備的橫截面圖，圖2A、 2B和2C顯示了從投影表面看根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)的幾個(gè) 實(shí)施例，
圖3顯示了包括多個(gè)光投影系統(tǒng)的顯示設(shè)備的正視圖， 圖4顯示了應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)的幾個(gè)實(shí)施例的房間的 俯視圖。
附圖是示意性的，并非依比例作出。特別地，為了清楚， 一些尺寸被 夸張地放大。在圖中相同的部件盡可能地由相同的附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明包括光投影系統(tǒng)10的顯示設(shè)備40的橫截面 圖。圖1中所示的光投影系統(tǒng)10包括由固體材料，例如由聚曱基丙烯酸 曱酯(也被稱為P固A)或由玻璃構(gòu)成的圓柱狀光導(dǎo)20。圓柱狀光導(dǎo)20被 設(shè)置在顯示設(shè)備40遠(yuǎn)離圖像顯示區(qū)域42的一側(cè)，并且被設(shè)置為用于將光 投影在投影表面50上。投影光的顏色和/或強(qiáng)度由顯示設(shè)備40的視頻和/ 或音頻內(nèi)容調(diào)制。光導(dǎo)20包括多個(gè)用于將光投影在投影表面50上的向外 耦合光元件60、 62、 64(參見圖2)。多個(gè)向外耦合光元件60、 62、 64包 括向外耦合光元件60、 62、 64的子集70a、 70d。第一子集70a被設(shè)置為 用于照亮第一區(qū)域50a，第二子集70d ^皮設(shè)置為用于照亮投影表面50的 第二區(qū)域50d。子集70a、 70d一皮設(shè)置為發(fā)射通過光導(dǎo)20引導(dǎo)的光的發(fā)光 強(qiáng)度。由特定子集70a、 70d發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度取決于沿著在特定子集70a、 70b與由子集70a、 70d照亮的各個(gè)區(qū)域50a、 50d之間的直線的距離da、 dd。為了獲得由來自光導(dǎo)20的光投影的投影表面50的基本均勻照明，當(dāng) 沿著在特定子集70a、 70b與相應(yīng)照亮區(qū)域50a、 50d之間的直線的距離 da、 dd增加時(shí)，由特定子集70a、 70d發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度增加。因?yàn)榈谝痪嚯x da (第一子集70a與第一區(qū)域50a之間的距離)比第二距離dd (第二子集 70d與第二區(qū)域50d之間的距離)大，由第一子集70a發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度大 于由第二子集70d發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度。在沿著光導(dǎo)20的縱向軸26周圍的切 線方向27改變的、由子集70a、 70b發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度方面的該差異減少了 在投影表面50上的照明變化，實(shí)現(xiàn)了投影表面50更均勻的照明。
圖1中顯示的光導(dǎo)20具有具有基本圓形的橫截面的圓柱狀形狀。光 導(dǎo)20的其他形狀也是可能的，并且不同的橫截面也是可能的，例如橢圓 形(未示出)或多邊形的形狀(未示出)。橫截面形狀和連同向外耦合光 元件60、 62、 64 (參見圖2)的分布一起可由本領(lǐng)域技術(shù)人員選取，以獲取在投影表面50上投影光的特定所需模式。
根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)10經(jīng)一步包括光源30 (參見圖2)。光源 30被設(shè)置在光輸入窗口 28 (參見圖2)處，光輸入窗口 28被設(shè)置在光導(dǎo) 20的尾部。光源30可包括任意發(fā)光元件34、 36、 38 (參見圖2),例如 白熾燈(未示出)、焚光燈(未示出)、發(fā)光二極管(參見圖2)和/或發(fā) 光激光器(未示出)。優(yōu)選地，光源30能夠發(fā)射不同顏色的光，以便由光 源30發(fā)射的光的顏色能夠由顯示設(shè)備40的內(nèi)容的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào) 制。這可以通過顏色可調(diào)發(fā)光元件(未示出)得以實(shí)現(xiàn)，或優(yōu)選地，這可 使用至少三個(gè)發(fā)光元件34、 36、 38 (每個(gè)發(fā)射不同原色R、 G、 B的光) 得以實(shí)現(xiàn)。光源30可改變每個(gè)發(fā)光元件34、 36、 38的貢獻(xiàn)，從而改變對(duì) 光貢獻(xiàn)的原色R、 G、 B的貢獻(xiàn)，這樣確定由光源30通過光輸入窗口 28發(fā) 射至光導(dǎo)20、投影向投影表面50的光的顏色。
原色R、 G、 B的光包括在特定波長周圍預(yù)定義光譜帶寬的光。典型地 使用三原色，例如，紅R、綠G和藍(lán)B。通過選取紅R、綠G和藍(lán)B光的 特定組合，基本每種顏色都能由光源30生成，包括白色。在光投影系統(tǒng) 10中還可以使用原色R、 G、 B、 C、 Y的其他組合，這實(shí)現(xiàn)了基本每種顏 色的生成，例如，紅R、綠G、藍(lán)B、青C和黃Y。在光投影系統(tǒng)10中使 用的原色R、 G、 B、 C、 Y數(shù)目可以改變。青C和黃Y的添加典型地增大了 定義能夠由光投影系統(tǒng)生成的不同顏色的顏色空間，并實(shí)現(xiàn)了由光投影系 統(tǒng)投影的光的顏色飽和度的增加。
由光源30通過光輸入窗口 28發(fā)射到光導(dǎo)20的光典型地通過全內(nèi)反 射(也被稱為TIR )傳播經(jīng)過光導(dǎo)20。當(dāng)使用TIR時(shí)， 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過光 導(dǎo)的光的傳播基本是無損耗的，這導(dǎo)致了根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)10相 當(dāng)高的效率。
圖1中所示的光投影系統(tǒng)10被設(shè)置在顯示設(shè)備40背對(duì)圖像顯示區(qū)域 42的那一側(cè)。光投影系統(tǒng)10可形成顯示設(shè)備40的整體部分。可選地， 光投影系統(tǒng)10也可被設(shè)置為與顯示設(shè)備40分離，例如，被設(shè)置為投影表 面50處的分離物理對(duì)象，或者甚至位于房間里的其他任何地方的燈(參 見圖4)或內(nèi)部裝飾元件。包括根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)10的燈或內(nèi)部 裝飾元件可以操作的第 一模式運(yùn)行，根據(jù)用戶需要照亮房間的普通照明裝 置，在操作的第二模式中，由該燈或內(nèi)部裝飾元件投影的光的顏色和/或 強(qiáng)度由顯示設(shè)備40的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制。遠(yuǎn)離顯示設(shè)備40的光投 影系統(tǒng)10可通過有線或通過諸如家庭網(wǎng)絡(luò)(未示出)這樣的無線連接從控制單元44 (參見圖4 )接收顏色信息?？蛇x地，光投影系統(tǒng)10可例如 模仿由附接于顯示設(shè)備40的光投影設(shè)備10投影的光的顏色和/或強(qiáng)度， 或可通過例如從圖像顯示區(qū)域4 2或從部分圖像顯示區(qū)域4 2感應(yīng)特定顏色
和/或強(qiáng)度的傳感器確定顏色和/或強(qiáng)度。
圖2A、 2B和2C顯示了從投影表面5 0看根據(jù)本發(fā)明光投影系統(tǒng)10、 12、 14的幾個(gè)實(shí)施例。如上所述，向外耦合光元件60、 62、 64的分布和 /或大小，以及同樣地由子集70a、 70b、 70c、 70d、 72a、 72d、 74a、 74d 發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度可沿著光導(dǎo)20縱向軸26周圍的切線方向27 (參見圖1) 變化，以實(shí)現(xiàn)更均勻的投影表面50照明。圖2A、 2B和2C顯示了獲得沿 著切線方向27的這種變化的不同實(shí)施例。
并且，向外耦合光元件60、 62、 64的分布可沿著縱向軸26變化，例 如以保持沿著縱向軸26向外耦合的光基本不變，正如在已知縱向光導(dǎo)中 公開的那樣。然而，當(dāng)使用由固體材料構(gòu)成的圓柱狀縱向光導(dǎo)20時(shí)，縱 向光導(dǎo)20基本充當(dāng)圓柱狀透鏡，在基本平行與縱向軸26的方向上傳播由 每個(gè)向外耦合光元件60、 62、 64發(fā)射的光，同時(shí)在基本垂直于縱向軸26 的方向上準(zhǔn)直使由每個(gè)向外耦合光元件60、 62、 64發(fā)射的光。在基本平 行于縱向軸26的方向上光的傳播減少了沿著縱向軸26向外耦合光元件 60、 62、 64變化的需要。
圖2A顯示了包括光導(dǎo)22和光源30的光投影系統(tǒng)12。光源30包括 多個(gè)發(fā)光二極管34、 36、 38,每個(gè)發(fā)射不同原色R、 G、 B的光。光導(dǎo)22 包括設(shè)置在線62中的向外耦合光元件62的設(shè)置，其中向外耦合光元件 62的長度沿著縱向軸26周圍的切向方向27改變。光源30的光通過光輸 入窗口 28被發(fā)射至光導(dǎo)22,并優(yōu)選地通過TIR被分布貫穿光導(dǎo)22。當(dāng)光 撞擊在向外耦合光元件62上時(shí)，光將被投影到投影表面50。光導(dǎo)22被 分為幾個(gè)子集72a、 72d,其中第一子集72a照亮第一區(qū)域50a(參見圖1 ), 其中第二子集72d照亮第二區(qū)域50d(參見圖1)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員 可改變光導(dǎo)22分為72a、 72d的劃分，例如，增加子集72a、 72d的數(shù)目。 并且，向外耦合光元件62長度的變化可更加逐漸地改變，以便向外耦合 光元件62例如可被設(shè)置于包括向外耦合光元件62的三角形中(參見圖3 )。 在這樣的設(shè)置中，向外耦合光元件的每個(gè)子集例如包括單一向外耦合光元 件62。
圖2B顯示了包括光導(dǎo)20、光源30和另一個(gè)光源32的光投影系統(tǒng)10。 光源30和另一個(gè)光源32的每一個(gè)包括多個(gè)發(fā)光二極管34、 36、 38，每
12個(gè)發(fā)光二極管發(fā)射不同原色R、 G、 B的光。光導(dǎo)20包括設(shè)置為基本大小 相等的點(diǎn)60的向外耦合光元件60的設(shè)置，其中向外耦合光元件60的密 度沿著縱向軸26周圍的切線方向27改變。兩個(gè)光源30、 32的光都通過 光輸入窗口 28被發(fā)射至光導(dǎo)20，并且再一次地優(yōu)選地通過TIR被傳遞貫 穿光導(dǎo)20。當(dāng)光撞擊在向外耦合光元件60上時(shí)，光將被投影到投影表面 50。光導(dǎo)20被分為幾個(gè)子集70a、 70b、 70c、 70d,其中第一子集70a照 亮第一區(qū)域50a (參見圖1),其中第二子集70d照亮第二區(qū)域50d (參見 圖1)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可改變將光導(dǎo)分為子集70a、 70b、 70c、 70d 的劃分，例如增加子集70a、 70b、 70c、 70d的數(shù)量。并且，向外耦合光 元件60密度的變化可更加逐漸地改變，以便向外耦合光元件60，例如向 外耦合光元件的每個(gè)子集，例如包括單條線的向外耦合光元件60。
在圖2B所示的實(shí)施例中，光投影系統(tǒng)10包括光源30和另一個(gè)光源 32。光源30被設(shè)置在光導(dǎo)20的第一末端21處，另一個(gè)光導(dǎo)32被設(shè)置在 光導(dǎo)20的第二末端19處。在優(yōu)選實(shí)施例中，由光源30發(fā)射的光的顏色 和/或強(qiáng)度不同于由另一個(gè)光源32發(fā)射的光。由光投影系統(tǒng)IO投影在投 影表面50上的光可沿著光導(dǎo)20的縱向軸26改變顏色和/或強(qiáng)度。由光源 30發(fā)射的光可例如由表現(xiàn)在圖像顯示區(qū)域42上顯示的圖像的第一圖像區(qū) 域42a (參見圖3)的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制，由另一個(gè)光源32發(fā)射的 光可例如由被顯示在圖像顯示區(qū)域42上的圖像的第二圖像區(qū)域42b表現(xiàn) 的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制。使用另一個(gè)光源32,投影的光可更緊密的與 在圖像顯示區(qū)域42上顯示的圖像相關(guān)，從而當(dāng)觀看顯示設(shè)備40時(shí)，加強(qiáng) 了用戶的視覺體驗(yàn)。
圖2C顯示了包括光導(dǎo)24和光源30的光投影系統(tǒng)14。光源30包括 多個(gè)發(fā)光二極管34、 36、 38,每個(gè)發(fā)光二極管發(fā)射不同原色R、 G、 B的 光。光導(dǎo)24包括被設(shè)置為點(diǎn)64的向外耦合光元件64的設(shè)置，其中向外 耦合光元件64的大小沿著縱向軸26周圍的切線方向27變化。光源30的 光通過光輸入窗口 28被發(fā)射至光導(dǎo)24,并且被分布貫穿光導(dǎo)24。當(dāng)光撞 擊在向外耦合光元件64上時(shí)，光將被投影到投影表面50。光導(dǎo)24被劃 分為幾個(gè)子集74a、 74d,其中第一子集74a照亮第一區(qū)域50a(參見圖1 ), 其中第二子集74d照亮第二子集50d (參見圖1)。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員 可改變將光導(dǎo)分為子集74a、 74d的劃分，例如增加子集74a、 74d的數(shù)量。 并且，向外耦合光元件64大小的變化可更加逐漸地改變，以便向外耦合 光元件64,例如向外耦合光元件的每個(gè)子集，例如包括單條線的光耦合元件64。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明包括多個(gè)光投影系統(tǒng)12的顯示設(shè)備40的正視 圖。在該正視圖中，光投影系統(tǒng)12被畫為是可見的，盡管所示實(shí)施例中 的這些光投影系統(tǒng)12被設(shè)置成為顯示設(shè)備40后面的觀看者所不可見。光 投影系統(tǒng)12被設(shè)置在圖像顯示區(qū)域42外圍周圍。多個(gè)光投影系統(tǒng)12中 的每一個(gè)投影由投影表面50上顯示設(shè)備的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制的光。 每個(gè)光投影系統(tǒng)12包括光源30和另一個(gè)光源32。由光源30發(fā)射的光可 不同于由另一個(gè)光源32發(fā)射的光，從而沿著縱向軸26 (參見圖2)的顏 色和/或強(qiáng)度變化基本相應(yīng)于在圖像顯示區(qū)域42上所顯示圖像上的顏色 和/或強(qiáng)度變化。為此，圖像顯示區(qū)域42可被劃分為第一圖像區(qū)域42a、 第二圖4象區(qū)域42b、第三圖像區(qū)域42c和第四圖〗象區(qū)域42d。優(yōu)選地，由 光源30或另一個(gè)光源32發(fā)射的光由被設(shè)置為接近于部分光導(dǎo)22的圖像 區(qū)域42a、 42b、 42c、 42d的音頻內(nèi)容和一見頻內(nèi)容調(diào)制，通過光導(dǎo)22光#皮 投影向投影表面50。
圖4顯示了房間80的俯視圖，其中應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明光投影系統(tǒng)10、 16、 18的幾個(gè)實(shí)施例。房間80包括顯示設(shè)備40,顯示設(shè)備40包括圖像 顯示區(qū)域42、控制單元44和被設(shè)置在圖像顯示區(qū)域42每一側(cè)的一對(duì)光 投影系統(tǒng)16?？刂茊卧?4從例如來自不同圖像區(qū)域42a、 42b、 42c、 42d
(參見圖3)的視頻和/或音頻內(nèi)容提取顏色和/或強(qiáng)度信息。提取的顏色 和/或強(qiáng)度信息被隨后用于調(diào)制由光投影系統(tǒng)10、 16、 18的光源30、 32
(參見圖3)發(fā)射的光。在圖4所示的實(shí)施例中，控制單元包括天線45, 并將與提取的顏色和/或強(qiáng)度相關(guān)的信息發(fā)射給遠(yuǎn)程放置的光投影系統(tǒng) 10、 18。調(diào)制的光被隨后投影在投影表面50、 52上。房間80可進(jìn)一步包 括家具，例如沙發(fā)84、兩把椅子82和桌子86。例如，桌子86可包括裝 飾物88，例如DeltaPatents的5周年紀(jì)念對(duì)七物。
根據(jù)本發(fā)明光投影系統(tǒng)16的第一實(shí)施例被附接至顯示設(shè)備40上，并 且祐:設(shè)置在圖像顯示區(qū)域42的任意一側(cè)上。緊接著如圖2所示的任何向 外耦合光元件60、 62、 64,光投影系統(tǒng)16進(jìn)一步包括附加的向外耦合光 元件66,向外耦合光元件66 ^皮設(shè)置為遠(yuǎn)離投影表面50直接向位于方向 80中的觀看者(未示出)發(fā)射光。
根據(jù)本發(fā)明光投影系統(tǒng)10的第二實(shí)施例被設(shè)置為分離的物理對(duì)象， 例如燈、例如所謂的洗墻燈(wall-washer )或者例如內(nèi)部裝飾元件。光 投影系統(tǒng)IO還可以投影部分光到房間80的天花板上。光投影系統(tǒng)10包
14括發(fā)射由顯示設(shè)備40的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制的光的光源。例如，光投
影系統(tǒng)10可接收由控制單元44通過天線45發(fā)射的無線信號(hào)，根據(jù)該接 收信號(hào)確定需要向投影表面50投影什么顏色和/或強(qiáng)度的光。可選地，控 制單元44可通過有線連接，例如通過家庭網(wǎng)絡(luò)或者例如通過電線通信系 統(tǒng)，向光投影系統(tǒng)IO提供信息。可選地，光投影系統(tǒng)10可包括傳感器， 通過傳感器光投影系統(tǒng)10確定在投影表面50上投影的光所需的顏色和/ 或強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明光投影系統(tǒng)18的第三實(shí)施例被再次設(shè)置為分離的物理對(duì) 象，例如加了燈罩的燈(shaded la即)81,其中光投影系統(tǒng)18將調(diào)制的 光投影到燈罩52上?？蛇x地，光投影系統(tǒng)18還可以將部分光投影到房間 80的天花板上。在圖4所示的實(shí)施例中，其中燈罩52具有基本正方形的 橫截面，由設(shè)置在光投影系統(tǒng)18中的子集發(fā)射的光強(qiáng)度在切線方向上改 變，其中該變化沿著切線方向每90度旋轉(zhuǎn)基本重復(fù)一次。其他形狀的燈 罩52也許要求不同的發(fā)光強(qiáng)度變化，以獲得基本均勻的照明。光投影系 統(tǒng)18可接收由控制單元44發(fā)射的無線信號(hào)，或者可通過有線連接，例如 通過家庭網(wǎng)絡(luò)或者例如通過電線通信系統(tǒng)接收信息。
根據(jù)本發(fā)明的光投影系統(tǒng)10、 18的第二和第三實(shí)施例的設(shè)置使得房 間80中的光能夠由顯示設(shè)備40的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制。
應(yīng)當(dāng)注意上述實(shí)施例解釋而不是限制了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 能夠設(shè)計(jì)許多可供選擇的實(shí)施例而不脫離附加權(quán)利要求書的范圍。
在權(quán)利要求書中，任何放置在括號(hào)間的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制 權(quán)利要求。動(dòng)詞"包括"的使用和它的變形不排除除了在權(quán)利要求中陳述 的元件或步驟之外其他元件或步驟的出現(xiàn)。在元件前的術(shù)語"一個(gè)"不排 除多個(gè)這樣的元件的出現(xiàn)。本發(fā)明可借助包括多個(gè)分開元件的硬件得以實(shí) 現(xiàn)。在列舉了多個(gè)裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置的一些可通過一個(gè)或 相同數(shù)目的硬件來實(shí)現(xiàn)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述的特定措施這 一事實(shí)并非指示這些措施的結(jié)合是不能用來產(chǎn)生良好結(jié)果的。
權(quán)利要求
1.與顯示設(shè)備(40)結(jié)合使用的光投影系統(tǒng)(10，12，14，16，18)，該光投影系統(tǒng)(10，12，14，16，18)包括-光源(30)，用于發(fā)射由所述顯示設(shè)備(40)的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制的光，和-縱向光導(dǎo)(20，22，24)，用于基本沿著縱向軸(26)引導(dǎo)由所述光源(30)發(fā)射的光，和用于將傳播通過所述縱向光導(dǎo)(20，22，24)的光投影在投影表面(50，52)上，縱向光導(dǎo)(20，22，24)包括-被設(shè)置在所述縱向光導(dǎo)(20，22，24)尾部的光輸入窗口(28)，所述光輸入窗口(28)被設(shè)置用于基本沿著所述縱向軸(26)將來自所述光源(30)的光耦合到所述縱向光導(dǎo)(20，22，24)中，和-多個(gè)向外耦合光元件(60，62，64)，用于將光投影在投影表面(50，52)上，所述多個(gè)向外耦合光元件(60，62，64)包括向外耦合光元件(60，62，64)的子集(70a，70d；72a，72d；74a，74d)，多個(gè)子集(70a，70d；72a，72d；74a，74d)被設(shè)置用于基本照亮所述投影表面(50，52)的特定區(qū)域(50a，50d)，由所述特定的子集(70a，70d；72a，72d；74a，74d)發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度取決于沿著所述特定的子集(70a，70d；72a，72d；74a，74d)與特定區(qū)域(50a，50d)之間的直線的距離(da，dd)，和/或取決于該直線與所述投影表面(50，52)的法線之間的角度。
2. 如權(quán)利要求1所述的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16, 18),其中 當(dāng)沿著所述特定的子集(70a, 70d; 72a, 72d; 74a, 74d )與特定區(qū)域(50a, 50d)之間的直線的距離(da, dd)增加時(shí)，和/或當(dāng)該直線與所述投影表 面(50， 52)的法線之間的角度增加時(shí)，由所述特定的子集(70a, 70d; 72a， 72d; 74a， 74d)發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度增加。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16, 18), 其中由所述特定的子集(70a, 70d; 72a, 72d; 74a, 74d)發(fā)射的發(fā)光強(qiáng) 度取決于在特定的子集(70a, 70d)中向外耦合光元件(60)的密度，或 者取決于在特定的子集(72a, 72d; 74a， 74d)中向外耦合光元件(62, 64)的尺寸。
4. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16, 18), 其中由子集(70a, 70d; 72a, 72d; 74a, 74d)發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度在縱向軸(26)周圍的切線方向(27)上變化。
5. 如權(quán)利要求l、 2、 3或4所示的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16, 18)，其中所述多個(gè)向外耦合光元件(60, 62, 64 )被設(shè)置在縱向光導(dǎo)(20, 22, 24 )的壁上，該壁被設(shè)置為基本平行于縱向軸(26)。
6. 如權(quán)利要求5所述的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16, 18),其中 被設(shè)置在所述縱向光導(dǎo)(20, 22， 24)的壁處的多個(gè)向外耦合光元件(60, 62, 64 )被設(shè)置在所述縱向軸(26 )背對(duì)所述投影表面(50, 52 )的一側(cè)。
7. 如權(quán)利要求6所述的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16, 18),其中 所述縱向光導(dǎo)(20, 22, 24 )由對(duì)由所述光源(30)發(fā)射的光基本透明的 固體材料構(gòu)成。
8. 如權(quán)利要求6所述的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16, 18),其中 另外的向外耦合光元件(66)的另外的子集被設(shè)置用于遠(yuǎn)離所述投影表面(50)而發(fā)射光。
9. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16, 18)， 其中所述向外耦合元件(60, 62, 64 )從包括劃痕、噴砂結(jié)構(gòu)、印刷結(jié)構(gòu)、 凹槽、裂縫、漆器和粘模的組中選取。
10. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16， 18),其中所述光源(30)包括多個(gè)發(fā)光元件(34， 36, 38 ),每個(gè)發(fā)光元 件(34, 36， 38)發(fā)射原色(R, G, B)的光。
11. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光投影系統(tǒng)(10, 12， 14, 16, 18),其中所述縱向光導(dǎo)(20， 22， 24)包括包括另外的光源(32)的另 外的尾部(19)。
12. 顯示設(shè)備(40),包括圖像顯示區(qū)域(42),和包括如在前任意 權(quán)利要求所述的光投影系統(tǒng)(10, 12, 14， 16, 18)。
13. 如權(quán)利要求12所述的顯示設(shè)備(40),其中所述顯示設(shè)備(40) 進(jìn)一步包括控制單元(44),該控制單元(44)用于從視頻和/或音頻內(nèi)容 提取顏色和/或強(qiáng)度信息，并且用于根據(jù)提取的顏色和/或強(qiáng)度信息調(diào)制由 所述光源(30)發(fā)射的光。
14. 如權(quán)利要求12和13所述的顯示設(shè)備(40),其中所述光投影系 統(tǒng)(IO, 12, 14, 16, 18)和圖像顯示區(qū)域(42)被設(shè)置在設(shè)置于不同位 置的分離物理對(duì)象中。
15. 如權(quán)利要求12和13所述的顯示設(shè)備(40)，其中所述光投影系 統(tǒng)(IO, 12, 14， 16, 18 )可圍繞所述縱向軸(26 )旋轉(zhuǎn)。
16. 如權(quán)利要求12和13所述的顯示設(shè)備(40),其中所述顯示設(shè)備(40)包括設(shè)置在所述圖像顯示區(qū)域(42 )外圍周圍的多個(gè)光投影系統(tǒng)(10, 12, 14, 16， 18)。
全文摘要
本發(fā)明涉及與顯示設(shè)備(40)結(jié)合使用的光投影系統(tǒng)(10)。光投影系統(tǒng)包括用于發(fā)射由顯示設(shè)備(40)的視頻和/或音頻內(nèi)容調(diào)制的光的光源，和光導(dǎo)(20)?？v向光導(dǎo)基本沿著縱向軸(26)引導(dǎo)由光源發(fā)射的光，并將傳播貫穿縱向光導(dǎo)的光投影在投影表面(50)上?？v向光導(dǎo)包括光輸入窗口和多個(gè)向外耦合光元件。多個(gè)向外耦合光元件通過包括向外耦合光元件子集(70a，70d)的向外耦合光元件將光投影在投影表面上。特定的子集(70a，70d)被設(shè)置用于基本照亮投影表面(50)的特定區(qū)域(50a，50d)。由特定的子集發(fā)射的發(fā)光強(qiáng)度取決于沿著在特定的子集與特定區(qū)域之間的直線的距離(d_a，d_d)，和/或取決于在該直線與投影表面的法線之間的角度。根據(jù)本發(fā)明的措施的效果是在特定區(qū)域上光強(qiáng)度的變化得以減小。
文檔編號(hào)F21V33/00GK101568866SQ200780047847
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者T·F·E·M·奧弗雷斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司