專利名稱：照明系統及其在視頻顯示單元中的運行方法
技術領域：
本發明屬于視頻顯示技術領域，尤其涉及投影式視頻顯示器照明系統的技術。
背景技術：
通常情況下，投影電視和其他的投影顯示器需要采用照明系統，如采用照 明燈管發光，這些光最終用來產生圖像。很多的圖像顯示系統，如數字光處理
(DLP )系統，都包括照明系統，利用一個專門的高壓汞弧燈作為光源。這 種燈給照明系統提供最初的白光，這些光后來被光學元件(如色輪)分解或分 離三個原色，即紅、綠、藍(RGB)。此后，RGB光通過另外的光學器件混合 后產生彩色圖像。
上述采用汞弧燈作為照明光源的照明系統存在較多的不足，如汞弧燈的壽 命較短，需要頻繁更換。更換弧燈時，需要拆卸投影電視和其他的投影顯示器 的其他部件，操作繁瑣。此外，上述用來進行光分解或者混合的光學元件和其 他裝置可能占用照明系統較大的空間，因此，這些裝置將導致投影電視和其他 的投影顯示器的尺寸擴大。而且，弧燈中使用的汞屬于對環境有害的物質。
因此，有必要設計一種不使用弧燈作為照明源的視頻顯示裝置，并且還能 提供高效的照明光源。

發明內容
本發明的目的在于提供一種照明系統及其在視頻顯示單元中運行的方法， 旨在解決現有技術中存在的視頻顯示單元照明系統尺寸過大、維護繁瑣的問題。
4本發明是這樣實現的， 一種照明系統，其包括若干發光二極管模塊、若干 透鏡元件以及一光混合裝置，該發光二極管模塊包括若干用于發光的發光二極 管，該透鏡元件設置在發光二極管之后，用來調整發光二極管發射光的方向， 將發光二極管發射的光傳輸至若干透鏡，該光混合裝置設置于透鏡之后，用于 混合來自該透鏡的光以形成一單一圖像。
本發明克服現有技術的不足，采用由多個LED組成的LED模塊替換現有 視頻顯示單元照明系統中的弧燈，使得視頻顯示單元的尺寸可以大幅度的降低， 并且方便了照明系統的維護，提高了光的傳輸效率，同時避免了汞弧燈的使用， 更有利于環保。


圖1是本發明實施例提供的視頻顯示單元的原理框圖2是本發明實施例提供的照明系統12的原理框圖3是本發明實施例4I:供的照明系統70的原理框圖4是本發明實施例提供包括微透鏡組件的照明系統示意圖5是本發明實施例流程圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實 施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本發明實施例提供的視頻顯示單元的原理框圖如圖1所示，圖1中標注為 10。視頻顯示單元IO可以是包括一個高功率數字光處理系統(DLP)的投影電 視或投影機或類似的視頻顯示單元。視頻顯示單元10也可以是包括液晶顯示器 (LCD)的投影電視，也可以是硅晶投影電視(LCOS)，或者高溫多晶硅投影 電視(HTPS )。
5視頻顯示單元10包括照明系統12,該照明系統12用以產生白色或彩色光， 供成^^系統14產生—見頻圖i^象。照明系統12可由多個子照明系統組成，如上述 高功率DLP系統中應用的照明系統。照明系統12包括光學和電子光學元件， 這些光學和電子光學元件用來取代傳統照明系統中的弧燈。照明系統12包括脈 沖調制發光二極管(LED)組件，這些LED組件用來發光，如發射不同強度的 RGB光。此外，照明系統12還包括一個光學裝置——微透鏡組件。該微透鏡 組件由多個透鏡元件組成，透鏡元件的數目與LED的數目對應。微透鏡組件用 來收集LED發射的RGB光，并用來將這些RGB光傳輸到孔徑(aperture )。通 過這種方式，照明系統12可以高效的將其發射的光傳輸到視頻顯示單元10的 光導器件。本領域的普通技術人員都可以理解，上述的光導器件指的是安裝在 視頻顯示單元10中的照明系統12之后的元器件。具體來說，這些元器件包括 成像系統、投影系統、屏幕，以及與之相連的光學器件。
本發明實施例中照明系統12利用多個發光二極管，而不是傳統的弧燈作為 光源。換句話說，沒有采用燈泡和/或分光元件，如色輪、分色鏡、過濾器等， 照明系統12將LED發射的光有效混合成不同強度的有色光及白光。因此，相 對于現有技術的照明系統而言，本發明實施例提供的視頻顯示單元10的照明系 統12的尺寸小于采用弧燈的照明系統。
如上文所述，照明系統12用來在成像系統14上投影、發光和聚焦。成像 系統14利用彩色光在屏幕24上成像。本領域的普通技術人員都可以理解，本 發明實施例所述的成像系統可能包括多個子成像系統，如高功率DLP系統或 HTPS系統所使用的成像系統一樣。例如，在本實施方式中，成像系統14內的 多個成像裝置都對應各自的照明光源，這些照明光源與照明系統12中的類似。
成像系統14用來產生一個或一個以上像素模式，用來校準像素視頻顯示單 元10的像素偏移。通常來說，成像系統14包括DLP,利用一個或一個以上 DMDS產生一個浮見頻圖4象。此外，成像系統14也可以包括液晶^:影系統。本 領域的普通技術人員都能夠理解，實際應用本發明提供的技術方案時，成像系統并不局限于上述的形式，其它的成像系統也可以適用。
如圖l所示，成像系統14用來將圖像投影在投影系統16上。該投影系統 16包括一個或者多個鏡片和/或透鏡，用來將成像系統14生成的圖像投射到屏 幕24上。
如圖2所示，為本發明實施例提供的照明系統12的原理框圖。如上所述， 照明系統12包括光生成和采集元件，用來生成有色和/或白光，并將其傳遞到 -f見頻顯示單元10的后續元器件。照明系統12包括一個LED才莫塊40，該LED 模塊40由多個LED 42組成。每一個LED發射的光被調制為特定頻率的脈沖 波。每一LED42用來發射紅、綠或藍光。具體實現時，LED42可以是集成式 的，也可以發射出不同于紅、綠或藍的光。LED42的數量在本發明實施例中為 11個，當然也可以多于或者少于11個。在另一實施方式中，LED模塊40包括 5個或7個LED。在又一實施方式中，照明系統12包括多個如LED模塊40 — 樣的模塊。在該實施方式中，每一 LED模塊40具有不同數量的LED,每個LED 模塊中的LED的數量由設計需要、操作標準或者成本方面的因素所決定。
如果需要特別加重某一種顏色，可以通過在LED模塊40中配置不同的LED 來實現42。例如，如果需要視頻顯示單元10的紅色色調強于藍色的色調，則 可以在LED模塊40中配置比藍色LED更多的紅色LED。其他顏色的加重也 可以通過這種方式來實現。
LED模塊40采用模組化設計，其中的LED 42的數量可以根據需要調整， 每一個LED都相對獨立，可以輕易的安裝或者拆卸。另外，如果一個或多個 LED42失靈或出現其他故障，視頻顯示單元IO仍可繼續工作，盡管在彩色和/ 或亮度方面會有一些影響。因此，不同于使用弧燈的照明系統，如果弧燈出現 故障，整個視頻顯示單元都不能工作，本發明提供的技術方案使得一個或者多 個LED出現故障時，-見頻顯示單元10可以繼續工作。本領域的普通技術人員 都理解，LED的平均壽命是要遠遠大于弧燈的平均壽命的，這也是本發明技術 方案的優勢之一。照明系統12還包括多個校準元件或準直儀44，用來提高對LED 42發射光 釆集的效率。具體實施時，準直儀44可直接連接LED 42，也可接近LED 42 設置，還可以環繞LED42，以便LED 42部分嵌入式準直儀44內部，這樣， 準直儀44可以最大限度的吸收LED 42所發射出的光。這樣做可提高準直儀44 釆集光的效率，確保大部分LED 42發射的光得到有效利用。
照明系統12還包括微透鏡組件46,該孩i透鏡組件46包括多個光學元件， 由多個微透鏡或者透鏡元件組成，其數量與LED模塊40中的LED 42對應， 每一微透鏡都用來采集LED42或者準直儀44發射的光。此外，在采集到LED 心發射的光之后，微透鏡組件46將光傳遞到設置在其后的透鏡48，同時改變 光的傳輸方向，這樣可確保將LED 42發射的光最大量的傳遞到透鏡'48。透鏡 48用來將光線聚焦到孔徑50,孔徑50用來將光線傳遞到由投影和成像元器件 組成的光導器件。
微透鏡組件46用來影響每個LED 42在孔徑50上的光強度分布。這種強 度可根據每一 LED 42中LED模塊40的位置決定，并由微透鏡組件46相對透 鏡48和孔徑50的方向確定。由此。通過照明系統12內部的孩么透鏡組件46 , LED42發射的光在孔徑50上獲得的適當的強度，以便成像。如果沒有微透鏡 組件46， LED 42發射的光將不能有效的在孔徑50上聚集，從而形成可視圖像。
圖3是本發明實施例提供的另一照明系統的原理框圖，照明系統70包括多 個圖2所示的照明系統12中的元件。照明系統70用于照明高功率顯示單元， 如高功率DLP系統。照明系統70還用于混合多種照明信號，并將這些信號提 供至一單一成像裝置以形成圖像。
如圖3所示，照明系統70包括3個如圖2所示的LED模塊40的模塊72、 74和76,本實施例中的LED模塊的數量僅僅作為參考，實際應用本發明技術 方案時，用于照明如DLP系統中的成像裝置的LED模塊數目可能不同于本實 施例中的數目。每個LED模塊都包括多個如圖2所示的LED。需要注意的是， 每個LED模塊中的LED的數目并不一定一樣，圖3中分別用M、 N和Q表示三個LED模塊中的LED數目。
本實施例中，每個LED模塊用來發射特定顏色的光，如，LED模塊72用 來發射紅色光，LED模塊74用來發射綠色光，LED模塊76用來發射藍色光。 當然，實際應用時，LED模塊也可以用來發射不同于紅色或者綠色或者藍色的 光，此外，同一個LED才莫塊中的不同LED還可以發射不同顏色的光。
如圖3所示，三個LED模塊分別連接有準直儀78、 80和82，準直儀78、 8p和82用來提高從對應的LED模塊的LED發射光的采集效率，這些準直儀 與對應的LED模塊的連接關系同圖2所示。照明系統70還包括3個微透鏡組 件84、 86和88，分別設置于準直儀78、 80和82之后。同圖2中的微透鏡組 件46相似，微透鏡組件84、 86和88各自包括多個微透鏡，各個微透鏡組件中 微透鏡的數目與對應的LED模塊中LED的數目相同。各個微透鏡組件用來接 收其對應的LED模塊發射的光，并用來將接收的光分別傳輸到對應的透鏡90、 9 ,和94。
透鏡90、 92和94與圖2中所示的透鏡48類似，用來將對應的微透鏡組件 傳輸的光收集并聚焦后傳輸到X-cube 102上。X-cube 102用于將透鏡卯、92 和94提供的光混合為一單一光信號。該光信號接下來被傳輸至孔徑104,并進 一步傳輸至光導器件以顯示可視圖像。通過混合LED模塊72、 74和76的光信 號，照明系統70就可以為如高功率DLP系統提供充足的照明信號。
圖4是本發明實施例提供包括微透鏡組件的照明系統示意圖，其中的微透 鏡組件與圖2和圖3中的微透鏡組件相同，其后設置有透鏡48。圖4中的微透 鏡組件46包括5個微透鏡(透鏡元件)，與LED模塊40中的5個LED對應。 實際應用時，微透鏡的數目并不局限于5個，也可以是7個或者11個，與對應 的LED模塊中的LED的數目對應即可。其中的微透鏡120用于重新調整光線 的方向，其采用光學玻璃，如丙烯酸化合物或者類似材質的光學玻璃。微透鏡 120的造型為半球形，如凸透鏡。本實施例中，微透鏡120面向LED模塊40 的一面為平面造型，而面向透鏡48的一面為半球形或者曲面造型。如圖4所示，微透鏡120靠近軸線122設置，并且以軸線122為對稱線對 稱，具體應用時，微透鏡也可以設置成非對稱的。此外，每一微透鏡相對軸線 122、 LED模塊和透鏡48都有其特定的定位，這種定位使得每一微透鏡都能最 大限度的采集LED模塊40中(LED模塊72、 74和76同理)對應的LED 42 發射的光。換句話說，每一微透鏡都相對其對應的LED和透鏡48處于最佳的 位置。
圖5是本發明實施例流程圖，圖2中的照明系統12和圖3中的照明系統 70都適用本流程，具體包括如下的步驟 142、開始；
144、視頻顯示單元的照明系統中的LED模塊發射光，該照明系統中的LED 才S塊包括多個LED (本步驟還可以包括對光線的準直過程)； 146、與LED模塊對應的微透鏡組件接收LED發射的光； 148、微透鏡組件將光線混合為單一光信號；
150、該單一光信號傳輸至孔徑處形成一才殳射在^L頻顯示單元的屏幕上的單 一圖像；
152、結束。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發 明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明 的保護范圍之內。
10
權利要求
1、一種照明系統，其特征在于，所述的照明系統包括若干發光二極管模塊、若干透鏡元件以及一光混合裝置，所述發光二極管模塊包括若干用于發光的發光二極管，所述透鏡元件設置在所述發光二極管之后，用來調整所述發光二極管發射光的方向，將所述發光二極管發射的光傳輸至若干透鏡，所述光混合裝置設置于所述透鏡之后，用于混合來自所述透鏡的光以形成一單一圖像。
2、 根據權利要求1所述的照明系統，其特征在于，所述光混合裝置為 X-cube。
3、 根據權利要求1所述的照明系統，其特征在于，所述的發光二極管用來 發射紅色光或者綠色光或者藍色光。
4、 根據權利要求1所述的照明系統，其特征在于，所述透鏡元件用于調節 所述發光二極管發射光的光強度，所述光強度與所述發光二極管在所述發光二 極管模塊中的位置相對應。
5、 根據權利要求1所述的照明系統，其特征在于，所述的透鏡元件設置于 兩個或者兩個以上的微透鏡組件內，每一微透鏡組件內的透鏡元件的數目分別 與其對應的發光二極管模塊中的發光二極管數目對應。
6、 根據權利要求5所述的照明系統，其特征在于，每一微透鏡組件中的透 鏡元件對稱于穿透所述微透鏡組件和緊隨其后設置的透鏡的軸線分布。
7、 根據權利要求5所述的照明系統，其特征在于，每一微透鏡組件中的透 鏡元件不對稱于穿透所述微透鏡組件和緊隨其后設置的透鏡的軸線分布。
8、 根據權利要求1所述的照明系統，其特征在于，所述透鏡元件的空間定 位相對與其對應的發光二極管的位置特定。
9、 根據權利要求1所述的照明系統，其特征在于，所述的透鏡光件用來提 高傳輸到視頻顯示單元光導器件的光的傳輸效率。
10、 一種3見頻顯示單元中照明系統運行的方法，其特征在于，所述的方法 包括如下步驟通過包括發光二極管的若干發光二極管模塊發射光； 利用包括透鏡元件的微透鏡組件來調整所述發光二極管發射光的方向，將 所述發光二極管發射的光傳輸至若干透鏡； 混合來自所述透鏡的光；將所述混合光傳輸至孔徑處，形成一投射在視頻顯示單元的屏辱上的單一 圖像。
11、 根據權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述透鏡元件與所述發光 二極管——對應分布。
12、 根據權利要求IO所述的方法，其特征在于，對所述的發光二極管發射 的光進行脈沖調制。
13、 根據權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述發光二極管發射的光 包括紅色光、綠色光和藍色光。
14、 根據權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述的微透鏡組件接收所 述的發光二極管發射的光之前還包括，對所述的發光二極管發射的光進行準直。
15、 根據權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述的微透鏡組件調整所 述光的方向具體包括所述的微透鏡組件中的透鏡元件接收其對應的發光二極 管發射的光，并將所述的光傳輸到透鏡。
全文摘要
本發明提供了一種照明系統，其包括若干發光二極管模塊、若干透鏡元件以及一光混合裝置，該發光二極管模塊包括若干用于發光的發光二極管，該透鏡元件設置在發光二極管之后，用來調整發光二極管發射光的方向，將發光二極管發射的光傳輸至若干透鏡，該光混合裝置設置于透鏡之后，用于混合來自該透鏡的光以形成一單一圖像。本發明克服現有技術的不足，采用由多個LED組成的LED模塊替換現有視頻顯示單元照明系統中的弧燈，使得視頻顯示單元的尺寸可以大幅度的降低，并且方便了照明系統的維護，提高了光的傳輸效率，同時避免了汞弧燈的使用，更有利于環保。
文檔編號F21V5/00GK101498404SQ200810065350
公開日2009年8月5日 申請日期2008年2月3日 優先權日2008年2月3日
發明者霍爾.托內 申請人:深圳Tcl新技術有限公司