專利名稱：照明系統(tǒng)及其在視頻顯示單元中運行的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于視頻顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及視頻顯示器照明的技術(shù)。
背景技術(shù)：
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(tǒng)，如采用照
明燈管發(fā)光，這些光最終用來產(chǎn)生圖像。舉例來說，數(shù)字光處理(DLP )系 統(tǒng),，包括照明系統(tǒng)，利用一個專門的高壓汞弧燈作為光源。這種燈給照明系統(tǒng) 提供最初的白光，這些光后來被光學(xué)元件(如色輪)分裂或者分散為三個原色， 即紅、綠、藍(RGB)。此后，RGB光通過另外的光學(xué)器件混合后產(chǎn)生彩色圖 像。在這種照明系統(tǒng)中，光學(xué)元件和其他用來進行光分裂或者混合裝置的光聚 集效率較低，這將影響到圖〗象質(zhì)量。此外，上述用來進行光分裂或者混合的裝 置可能占用照明系統(tǒng)較大的空間。因此，這些裝置將導(dǎo)致投影電視和其他的投 影顯示器的尺寸擴大。此外，上述系統(tǒng)中的弧燈的使用壽命較短，可能需要頻 繁更換。更換弧燈時，需要進行拆卸投影電視和其他的投影顯示器的其他部件， 操作繁瑣。而且，弧燈中使用的汞屬于對環(huán)境有害的物質(zhì)。
因此，有必要設(shè)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種照明系統(tǒng)及其在視頻顯示單元中運行的方法， 旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的視頻顯示單元照明系統(tǒng)尺寸過大、維護繁瑣的問題。 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的， 一種照明系統(tǒng)，所述的照明系統(tǒng)包括 由兩個或者兩個以上的發(fā)光二極管LED組成的LED模塊，所述的LED用
5來發(fā)射光；
兩個或者兩個以上的透鏡元件，所述的透4t元件位于所述的LED之后，所
在孔徑上的分布強度由所述LED模塊中的LED的位置決定。
所述的透鏡元件用來分配從所述的LED發(fā)射的光，將其分散成不同強度。 所述的兩個或者兩個以上的透鏡元件分布于同一平面內(nèi)，排列成透鏡元件
陣列，設(shè)置于所述的LED和孔徑之間。
所述透鏡元件陣列的中心區(qū)域傳輸光的效率高于所述透鏡陣列周邊區(qū)域
傳輸光的效率。
所述透鏡元件的數(shù)目與所述LED的數(shù)目對應(yīng)。 所述的LED的數(shù)目為5個或者7個或者11個。 所述LED用來發(fā)射紅色光或者綠色光或者藍色光。
所述的透鏡元件分布在與其對應(yīng)的LED之后，所述透鏡元件與對應(yīng)的
LED都近似垂直于穿透兩者的同 一軸線。
所述兩個或者兩個以上的透鏡元件在對稱線兩側(cè)對稱分布。 所述兩個或者兩個以上的透鏡元件在對稱線兩側(cè)不對稱分布。 本發(fā)明還提供了一種一見頻顯示單元的照明系統(tǒng)運行的方法，所述的方法包
括如下步驟
由兩個或者兩個以上的LED組成的LED 4莫塊發(fā)射光； 透鏡組接收所述LED模塊發(fā)射的光；
所述LED模塊發(fā)射的光通過所述透鏡組之后在孔徑上聚集，所述的光在 孔徑上的分布強度由所述LED模塊中的LED的位置決定；
所述孔徑將所述的光傳輸?shù)剿缘囊曨l顯示單元的光導(dǎo)器件。
還包括對所述LED發(fā)射的光進行脈沖調(diào)制。
所述的LED發(fā)射的光為紅色光或者綠色光或者藍色光。
所述的LED發(fā)射的光被傳輸?shù)剿鐾哥R組之前，經(jīng)過準直儀準直。所述的光在通過所述透鏡組之后，在所述孔徑上聚焦之前，還經(jīng)過透鏡發(fā)散。
本發(fā)明還提供了一種視頻顯示單元，所述視頻顯示單元包括照明系統(tǒng)，所
述的系統(tǒng)包括由兩個或者兩個以上的LED組成的LED模塊、兩個或者兩個以 上的透鏡元件、成像系統(tǒng)和投影系統(tǒng)，其中 所述LED模塊的LED用來發(fā)射光；
所述透鏡元件設(shè)置于所述的LED之后，所述透鏡元件用來分配從所述的
LED發(fā)射的光在孔徑上的分布強度；所述的光在孔徑上的分布強度由所述LED
模塊中的LED的位置決定；
所述成像系統(tǒng)用來才艮據(jù)所述照明系統(tǒng)發(fā)射的光成^f象； 所述的投影系統(tǒng)用來將圖像投射在所述視頻顯示單元的屏幕上。 所述的透鏡元件用來分配從所述的LED發(fā)射的光，將其分散成不同強度。 所述的兩個或者兩個以上的透鏡元件分布在同 一平面內(nèi)，排列成透鏡元件
陣列，設(shè)置于所述的LED和孔徑之間。
所述透鏡元件陣列的中心區(qū)域傳輸光的效率高于所述透鏡陣列周邊區(qū)域
傳輸光的效率。
所述的LED的數(shù)目為5個或者7個或者11個。
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用LED組成的LED才莫塊替換現(xiàn)有視頻顯 示單元照明系統(tǒng)中的弧燈，并由LED燈與其對應(yīng)的透鏡元件的位置決定孔徑上 光的強度，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(tǒng) 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(huán)保。


圖l是本發(fā)明實施例提供的視頻顯示單元的原理框圖； 圖2是本發(fā)明實施例提供的照明系統(tǒng)12的原理框圖； 圖3是本發(fā)明實施例提供的微透鏡組件46的示意圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的另一微透鏡組件70的示意圖； 圖5是與圖4所示的微透鏡組件46對應(yīng)的LED的示意圖； 圖6是本發(fā)明實施例流程圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實 施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)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可以是包括一個數(shù)字光處理系統(tǒng)(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IO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 )。
-純頻顯示單元10包"fe照明系統(tǒng)12，該照明系統(tǒng)12用以產(chǎn)生白色或彩色光， 供成像系統(tǒng)14產(chǎn)生視頻圖像。照明系統(tǒng)12包括光學(xué)和電子光學(xué)元件，這些光 學(xué)和電子光學(xué)元件用來取代傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中的弧燈。照明系統(tǒng)12包括脈沖調(diào)制 發(fā)光二極管(LED)組件，這些LED組件用來發(fā)光，如發(fā)射不同強度的RGB 光。此外，照明系統(tǒng)12還包括一個光學(xué)裝置——微透鏡組件。該微透鏡組件由 多個微透鏡組成，微透鏡的數(shù)目與LED的數(shù)目對應(yīng)。微透鏡組件用來收集LED 發(fā)射的RGB光，并用來將這些RGB光傳輸?shù)娇讖?aperture )。每一微透鏡在 照明系統(tǒng)12內(nèi)的位置都是特定的，以便將RGB光傳輸?shù)娇讖?。此外，每個微 透鏡在照明系統(tǒng)內(nèi)的定位都是為了為每一顏色的光提供一個獨特的光強度。這 個強度由孔徑向其他部件提供，如^:影或者成像裝置。因此，微透鏡在照明系 統(tǒng)12中的幾何位置將決定視頻顯示單元10中光導(dǎo)器件用以成像的彩色光的水 平。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都可以理解，上述的光導(dǎo)器件指的是安裝在視頻顯 示單元10中的照明系統(tǒng)12之后的元器件。具體來說，這些元器件包括成像系統(tǒng)、投影系統(tǒng)、屏幕，以及與之相連的光學(xué)器件。
本發(fā)明實施例中照明系統(tǒng)12利用多個發(fā)光二極管，而不是傳統(tǒng)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(tǒng)12將LED發(fā)射的光有效混合成不同強度的有色及白光。因此，相對 于現(xiàn)有技術(shù)的照明系統(tǒng)而言，本發(fā)明實施例提供的一見頻顯示單元10的照明系統(tǒng) 12的尺寸小于采用弧燈的照明系統(tǒng)。
如上文所述，照明系統(tǒng)12用來在成像系統(tǒng)14上投影、發(fā)光和聚焦。成像 系統(tǒng)14利用彩色光在在屏幕上24成像。成像系統(tǒng)14用來產(chǎn)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(tǒng) 14包括DLP，利用一個或一個以上DMDS產(chǎn)生一個視頻圖像。此外，成像系 統(tǒng)14也可以包括液晶投影系統(tǒng)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都能夠理解，實際應(yīng)用 本發(fā)明提供的技術(shù)方案時，成像系統(tǒng)并不局限于上述的形式，其它的成像系統(tǒng) 也可以適用。
如圖1所示，成像系統(tǒng)14用來將圖像投影在投影系統(tǒng)16上。該投影系統(tǒng) 16包括一個或者多個鏡片和/或透鏡，用來將成像系統(tǒng)14生成的圖像投射到屏 幕24上。
如圖2所示，為本發(fā)明實施例提供的照明系統(tǒng)12的原理框圖。如上所述， 照明系統(tǒng)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 視頻顯示單元10的后續(xù)元器件。照明系統(tǒng)12包括一個LED模塊40，該LED 模塊40由多個LED 42組成。每一 LED 42用來發(fā)射紅、綠或藍光。具體實現(xiàn) 時，LED 42可以是集成式的，也可以發(fā)射出不同于紅、綠或藍的光。LED 42 的數(shù)量在本發(fā)明實施例中為11個，當然也可以多于或者少于11個。
如果需要特別加重某一種顏色，可以通過在LED才莫塊40中配置不同的LED 來實現(xiàn)42。例如，如果需要是^L頻顯示單元IO的紅色強于藍色，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(xiàn)。
9LED模塊40采用模組化設(shè)計，其中的LED 42的數(shù)量可以根據(jù)需要調(diào)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(xiàn)其他故障，視頻顯示單元IO仍可繼續(xù)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(tǒng)，如果弧燈出現(xiàn) 故障，整個視頻顯示單元都不能工作，本發(fā)明提供的技術(shù)方案使得一個或者多 個LED出現(xiàn)故障時，視頻顯示單元IO可以繼續(xù)工作。本領(lǐng)域的普通技術(shù)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(fā)明技術(shù) 方案的優(yōu)勢之一。
照明系統(tǒng)12還包括多個校準元件或準直儀44,用來提高對LED 42發(fā)射光 采集的效率。具體實施時，準直儀44可直接連接LED 42，也可接近LED 42 謬置，還可以環(huán)繞LED42，以便LED42部分嵌入式準直4義44內(nèi)部，這樣， 準直儀44可以最大限度的吸收LED 42所發(fā)射出的光。這樣做可提高準直儀44 采集光的效率，確保大部分LED 42發(fā)射的光得到有效利用。
照明系統(tǒng)12還包括孩t透鏡組件46，該孩t透鏡組件46包括多個光學(xué)元件， 由多個微透鏡組成，其數(shù)量與LED模塊40中的LED 42對應(yīng)，每一微透鏡都 用來采集LED 42或者準直4義44發(fā)射的光。此外，在釆集到LED 42發(fā)射的光 之后，微透鏡組件46將光傳遞到設(shè)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(fā)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(dǎo) 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(jù)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(tǒng)12內(nèi)部的孩t透鏡組件46 ， LED 42發(fā)射的光在孔徑50上獲得的適當?shù)膹姸龋员愠上?。如果沒有微透鏡 組件46, LED 42發(fā)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(fā)明實施例提供的微透鏡組件46的示意圖，圖3中l(wèi)l個微透鏡60二維排列，分布于同一平面，各個微透鏡60相互毗鄰堆疊在一起，共有三排。 圖3中的微透鏡60分布于同一個平面，具體實施時，也可以分布于不同的平面。 此外，微透鏡組件46可定位于對稱或不對稱于主軸62。需要注意的是，每個 LED 42分布于對應(yīng)的微透鏡60之前，如圖5所示，為了將需要數(shù)量的光從LED 42引導(dǎo)到孔徑50，每個LED42都相對對應(yīng)的微透鏡60布置在特定的位置。
每一對應(yīng)微透鏡60的空間定位確定了從LED 42到孔徑50的可用光的量。 也就是說，每一 LED 42發(fā)射的光的強度由LED 42與對應(yīng)的微透鏡60之間的 相對位置決定。在本發(fā)明實施例中，由微透鏡組件46傳播并由孔徑50聚集的 可用光的效率歸納如下表l。
LED編號傳播可用光的效率
176%
2、 3、 4、 558%
6、 739%
8、 9、 10、 1115%
表1
如表1和圖3所示，從LED發(fā)射出來的光越靠近微透鏡組件46的中心區(qū) 域，則傳輸?shù)男试礁撸?，越靠近微透鏡組件46的周邊區(qū)域，其傳輸效率 越低。
本發(fā)明實施例提供的另一微透鏡組件70的示意圖如圖4所示，包括7個微 透鏡，此時，照明系統(tǒng)12中的LED也為7個，其中各個部件的工作原理與圖 3中對應(yīng)部件的工作原理相同，此不贅述。
此外，如果需要構(gòu)建一個特別強化或者淡化某一種或者多種顏色的光在孔 徑上的強度，表l中所示的傳播效率可以用來參考。例如，在一個照明系統(tǒng)中， 編號為1 、 2和3的LED被選擇用來發(fā)射綠光、編號為4和6的LED被選擇 用來發(fā)射藍光，編號為5和7的LED被選擇發(fā)射紅光。這樣，孔徑50的中心區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)綠光，周邊區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)紅光和/或藍光。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都理 解，表l中的傳輸效率數(shù)據(jù)，也可以用來作為構(gòu)建其他照明系統(tǒng)的參考，并不 局限于上述的照明系統(tǒng)。
圖5是與圖4所示的微透鏡組件46對應(yīng)的LED的示意圖，如圖中所示， LED 42設(shè)置于樣i透鏡60之前，每一LED 42與樣炎透鏡——對應(yīng)，并且微透鏡 60和與其對應(yīng)的LED都垂直于軸線80,這樣光線將被^t透鏡60聚集后傳輸?shù)?孑u徑50。
具體來說，每一LED都用來發(fā)射特定顏色的光，給孔徑50提供特定強度 的光。如上述的例子中，LED可導(dǎo)致孔徑50的中心區(qū)域呈現(xiàn)綠色，同理，LED 模塊中的紅色和藍色LED的也可以導(dǎo)致孔徑50的周邊呈現(xiàn)對應(yīng)的顏色的光。 因此，孔徑50上的光的強度分布由LED模塊中的LED的位置決定。
圖6是本發(fā)明實施例流程圖，包括如下的步驟
62、開始；
64、照明系統(tǒng)中的多個LED發(fā)射光；
66、 LED發(fā)射的光被傳輸?shù)轿⑼哥R組件(此步驟還可以包括光線準直)； 68、 LED發(fā)射的光傳輸?shù)娇讖?，通過孔徑傳播；本步驟中，孔徑接收光 的強度取決于LED的位置；
610、光線從孔徑傳播到光導(dǎo)器件，形成圖像； 612、結(jié)束。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的照明系統(tǒng)包括由兩個或者兩個以上的發(fā)光二極管LED組成的LED模塊，所述的LED用來發(fā)射光；兩個或者兩個以上的透鏡元件，所述的透鏡元件位于所述的LED之后，所述的透鏡元件用來分配從所述的LED發(fā)射的光在孔徑上的分布強度；所述的光在孔徑上的分布強度由所述LED模塊中的LED的位置決定。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的透鏡元件用來 分配從所述的LED發(fā)射的光，將其分散成不同強度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的兩個或者兩個 以上的透鏡元件分布于同一平面內(nèi)，排列成透鏡元件陣列，設(shè)置于所述的LED 和孔徑之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡元件陣列的 中心區(qū)域傳輸光的效率高于所述透鏡陣列周邊區(qū)域傳輸光的效率。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡元件的數(shù)目 與所述LED的數(shù)目對應(yīng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的LED的數(shù)目為 5個或者7個或者11個。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述LED用來發(fā)射紅 色光或者綠色光或者藍色光。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述的透鏡元件分布 在與其對應(yīng)的LED之后，所述透鏡元件與對應(yīng)的LED都近似垂直于穿透兩者 的同一軸線。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個或者兩個以 上的透鏡元件在對稱線兩側(cè)對稱分布。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個或者兩個以上的透鏡元件在對稱線兩側(cè)不對稱分布。
11、 一種視頻顯示單元的照明系統(tǒng)運行的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟由兩個或者兩個以上的LED組成的LED才莫塊發(fā)射光； 透鏡組接收所述LED模塊發(fā)射的光；所述LED模塊發(fā)射的光通過所述透鏡組之后在孔徑上聚集，所述的光在 孔徑上的分布強度由所述LED模塊中的LED的位置決定；所述孔徑將所述的光傳輸?shù)剿龅腲L頻顯示單元的光導(dǎo)器件。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括對所述LED發(fā) 射的光進行脈沖調(diào)制。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的LED發(fā)射的光為 紅色光或者綠色光或者藍色光。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的LED發(fā)射的光被 傳輸?shù)剿鐾?:組之前，經(jīng)過準直儀準直。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的光在通過所述透 鏡組之后，在所述孔徑上聚焦之前，還經(jīng)過透鏡發(fā)散。
16、 一種視頻顯示單元，其特征在于，所述3見頻顯示單元包括照明系統(tǒng)， 所述的系統(tǒng)包括由兩個或者兩個以上的LED組成的LED才莫塊、兩個或者兩個 以上的透鏡元件、成像系統(tǒng)和投影系統(tǒng)，其中所述LED模塊的LED用來發(fā)射光；所述透鏡元件設(shè)置于所述的LED之后，所述透鏡元件用來分配從所述的 LED發(fā)射的光在孔徑上的分布強度；所述的光在孔徑上的分布強度由所述LED 模塊中的LED的位置決定；所述成像系統(tǒng)用來根據(jù)所述照明系統(tǒng)發(fā)射的光成像； 所述的投影系統(tǒng)用來將圖像投射在所述;f見頻顯示單元的屏幕上。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的視頻顯示單元，其特征在于，所述的透鏡元件用來分配從所述的LED發(fā)射的光,將其分散成不同強度。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的視頻顯示單元，其特征在于，所述的兩個或 者兩個以上的透鏡元件分布在同一平面內(nèi)，排列成透鏡元件陣列，設(shè)置于所述 的LED和孔徑之間。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的視頻顯示單元，其特征在于，所述透鏡元件 陣列的中心區(qū)域傳輸光的效率高于所述透鏡陣列周邊區(qū)域傳輸光的效率。
20、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的視頻顯示單元，其特征在于，所述的LED的 數(shù)目為5個或者7個或者11個。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種照明系統(tǒng)，所述的照明系統(tǒng)包括由兩個或者兩個以上的發(fā)光二極管LED組成的LED模塊，所述的LED用來發(fā)射光；兩個或者兩個以上的透鏡元件，所述的透鏡元件位于所述的LED之后，所述的透鏡元件用來分配從所述的LED發(fā)射的光在孔徑上的分布強度；所述的光在孔徑上的分布強度由所述LED模塊中的LED的位置決定。本發(fā)明提供的技術(shù)方案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(tǒng)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(huán)保。
文檔編號F21V5/04GK101451674SQ20071012480
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者霍爾·托內(nèi) 申請人:深圳Tcl新技術(shù)有限公司