CN104614929B - 一种多画面投影显示装置及多画面投影方法 - Google Patents

Abstract

一种多画面投影显示装置及多画面投影方法，包括一台投影仪、投影屏幕、投影反射镜、2个以上投射透镜、图像处理单元和电机，投影仪包括显示芯片，投影反射镜为振镜或者多面反射镜；经显示芯片处理后出射的光线首先入射到投影反射镜上，然后再入射到一个投射透镜上；投影分时控制***连续设置若干时间段，不同的时间段，入射光加载不同的分区图像，投影反射镜把不同的分区图像入射到对应的投射透镜上，再投射到各个投射图像区，最终形成一个完整的图像；全部时间段依次循环扫描；本技术方案使用了单个投影仪实现多画面拼接，在控制设备成本的前提下可获更好的分辨率或更大的显示画面。

Description

一种多画面投影显示装置及多画面投影方法

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，特别是一种多画面投影显示装置，可提供高分辨率或者大投影区域的投影显示，还涉及利用该投影装置的多画面投影方法。

背景技术

投影仪是目前影院以及做报告时不可缺少的显示工具。其中，投影区域的分辨率是显示方面一直以来需要不断提升的关键参数；同时，更大的投影区域也是投影显示一直追求的目标。目前的投影显示如果要提高分辨率，需要提高LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶面板)、LCoS(LiquidCrystalonSilicon，硅基液晶)或者DLP(DigitalLightProcession，数字光处理)的分辨率，这需要很大的技术进步。

目前也有使用投影拼接技术来扩大画面和提高分辨率的手段，中国专利CN20111009L448和专利申请CN201L10085674均记载了使用投影拼接多个画面的方式获得高分辨率、高物理尺寸或者曲面屏幕的画面显示输出，但是现有的投影拼接技术还是使用多台投影仪实现，所需设备繁多，成本比较昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种使用单一投影仪的多画面投影显示装置及多画面投影方法。

本发明显示装置的技术方案为：

一种多画面投影显示装置，包括一台投影仪、投影屏幕、具有四个反射面的反射镜、2个以上投射透镜、图像处理单元和电机；其中：

所述图像处理单元连接投影仪，所述投影仪内含显示芯片，图像处理单元控制显示芯片生成加载待投影图像的入射光，所述入射光经具有四个反射面的反射镜形成反射光，所述反射光入射投射透镜并在后方投影屏幕上投影成像；

所述电机连接具有四个反射面的反射镜，驱动具有四个反射面的反射镜转动；

每个投射透镜分别对准投影屏幕上的一个投射图像区，多个所述投射图像区拼接成完整的投影区域；

所述多面反射镜为具有四个反射面的反射镜，设置4个投射透镜，分别对应的投射图像区自左上向右下2×2方式拼接；具有四个反射面的反射镜的反射面与投射透镜分别对应。设置4个投射透镜的主截面分别与入射的反射光垂直，以相邻投射透镜的中心点之间的距离为a，入射光的反射点与投射透镜的中心点的距离为b，则上下相邻的投射图像区各自对应的反射面的夹角θ为arctan(a/b)。

本发明投影方法的技术方案为：

一种使用前述多画面投影显示装置的多画面投影方法，包括如下步骤：

a.设置与投射图像区一一对应的时间段，工作时顺次执行全部时间段并反复循环；

b.使用图像处理单元按照各投射图像区几何关系将待投影图像分割成多个分区图像，分区图像一一对应投射图像区，显示芯片输出加载分区图像的入射光并入射至具有四个反射面的反射镜；

c.每个时间段，具有四个反射面的反射镜与图像处理单元同步工作，通过具有四个反射面的反射镜偏转将该时间段入射的分区图像反射至该分区图像对应投射图像区的投射透镜上。

设置投射图像区相邻位置部分重叠，分割图像时将重叠区域图像归属于一个对应分区图像中，其它对应的分区图像在该重叠区域无显示。

优选的，所述时间段循环总时长不超过100ms；当两个相邻时间段的时间间隔足够小时，人眼无法分辨两幅分区图像的时间间隔，从而看到的是一幅图像，

进一步优选的，所述时间段循环总时长不超过50ms。

本发明原理为，经显示芯片LCD、LCoS或者DLP的DMD(Digital MicromirrorDevice，数字微镜元件)等处理后出射的光线首先入射到振镜或者多面反射镜上，然后再入射到一个投射透镜上。在不同的时间段，LCD、LCoS或者DMD出射不同的分区图像，振动的振镜或者多面反射镜，振镜或者多面反射镜把不同的分区图像投射到不同的角度，且投射在投影屏幕的投射图像区，由多个分区图像快速切换，借助人眼视觉暂留的特性拼接成完整的图像。

本发明技术方案相比于传统的投影显示，使用了单个投影仪实现多画面拼接，在控制设备成本的前提下获得了更高的分辨率或者更大的显示区域。

附图说明

图1为本发明实施例1的投影装置结构示意图；

图2为本发明实施例1的工作流程示意图；

图3a为本发明实施例1的显示芯片工作示意图；

图3b为本发明实施例1的分区图像拼接示意图；

图4为本发明实施例2的投影装置结构示意图；

图5为本发明实施例2的工作流程示意图；

图6a为本发明实施例2的显示芯片工作示意图；

图6b为本发明实施例2的分区图像拼接示意图；

图7为本发明实施例2的具有四个反射面的反射镜结构示意图；

图8为本发明实施例2的具有四个反射面的反射镜投影原理示意图。

其中：

1：扫描振镜；2：具有四个反射面的反射镜；M1、M2、M3、M4：反射面；

3：入射光；30：反射点；3-1、3-2、3-3、3-4：反射光；

t1、t2、t3、t4：显示芯片状态；p：像素；

L1、L2、L3、L4：投射透镜；Z1、Z2、Z3、Z4：投射图像区；

D0：无显示区域；D′：重叠区域； D1、D2、D3、D4：分区图像；

4：电机。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。

实施例1：

如图1和2所示，投射透镜L1和L2分别对准投影屏幕上的投射图像区Z1和Z2；原始图像信息输入到图像处理单元中，图像处理单元是一个软件***，其作用是把原始的图像进行分割产生分区图像，分区图像信息经过显示芯片处理，形成不同时间段的入射光；本实施例中，入射光3为经过LCD、LCoS或者DMD等处理过后的加载了分区图像的光线，在图像处理单元(图1中未显示)控制下，不同的时间段控制入射光3为该时间段对应的分区图像，并将扫描振镜1偏转到对应的位置；在时间段Ⅰ，入射光3为分区图像D1，反射光3-1投影至投射图像区Z1；在时间段Ⅱ，入射光3为分区图像D2，反射光3-2投影至投射图像区Z2。

由于投射透镜L1和投射透镜L2对入射光3的图像有放大作用，所以当分区图像D1和分区图像D2投射到投影屏幕上时，对应的投射图像区Z1和Z2会有部分重叠，如图3b所示，投射图像区Z1和Z2自左向右2×1方式拼接，拼接处有重叠区域D′。此时，分区图像D1都有显示信息，包括与分区图像D2的重叠区域D′，而分区图像D2只有与分区图像D1非重叠的部分有显示信息，图示无显示区域D0因与D1重叠，因此没有显示信息。如图3a，显示芯片状态t1和t2分别对应生成分区图像D1和分区图像D2，显示芯片上有排列的像素p，分区图像D1和分区图像D2的重叠部分对应图示重叠区域D′所覆盖的像素，在时间段Ⅰ，显示***分区图像D1，此时所有的像素均显示相关信息，在时间段Ⅱ，显示***分区图像D2，此时显示芯片上只有无显示区域D0部分之外的像素显示图像，这样就可以合并两幅图像。当一个时间段循环内投射的分区图像与下一循环的分区图像时间间隔小于100ms时，人眼所看到的两幅图像为连续图像，本实施例中，设置时间间隔为50ms。

在投影机投影原有画面分辨率为1920×1080，分区图像D1和D2(投射图像区Z1和Z2)有40％重叠的情况下，在画面大小不变的情况下，水平方向(长边)的分辨率可以提升至3072；或者在水平方向分辨率不变的情况下，水平方向画面长度可以增加至1.6倍。

实施例2：

如图4和5所示，使用具有四个反射面的反射镜2代替扫描振镜1；投射透镜L1、L2、L3和L4分别对准投影屏幕上的投射图像区Z1、Z2、Z3和Z4；原始图像信息输入到图像处理单元中分割产生分区图像，分区图像信息经过显示芯片处理，形成不同时间段的入射光；本实施例中，入射光3为经过LCD、LCoS或者DMD等处理过后的加载了分区图像的光线，在图像处理单元(图4中未显示)控制下，不同的时间段控制入射光3为该时间段对应的分区图像，并将具有四个反射面的反射镜2旋转到对应的位置；在时间段Ⅰ，入射光3为分区图像D1，反射光3-1投影至投射图像区Z1；在时间段Ⅱ，入射光3为分区图像D2，反射光3-2投影至投射图像区Z2；在时间段Ⅲ，入射光3为分区图像D3，反射光3-3投影至投射图像区Z3；在时间段Ⅳ，入射光3为分区图像D4，反射光3-4投影至投射图像区Z4。

由于投射透镜对入射光3的图像有放大作用，所以当分区图像投射到投影屏幕上时，对应的投射图像区Z1、Z2、Z3和Z4会有部分重叠，如图6b所示，投射图像区Z1、Z2、Z3和Z4自左上向右下以2×2方式拼接，拼接处有重叠区域D′。此时，分区图像D1都有显示信息，包括与分区图像D2、D3和D4的重叠区域D′；分区图像D2只有与分区图像D1非重叠的部分有显示信息，分区图像D2的无显示区域D0因与分区图像D1重叠而没有显示信息；分区图像D3只有与分区图像D1和D2非重叠的部分有显示信息，分区图像D3的无显示区域D0因与分区图像D1和D2重叠而没有显示信息；分区图像D4只有与分区图像D1、D2和D3非重叠的部分有显示信息，分区图像D4的无显示区域D0为重叠区而没有显示信息；显示芯片状态t1、t2、t3和t4分别对应生成分区图像D1、D2、D3和D4，显示芯片上有排列的像素p，如图6a所示，在此仅以t3为例说明。如图6a，分区图像D3和分区图像D4的重叠部分对应图示重叠区域D′所覆盖的像素，分区图像D3和其它分区图像的重叠部分为无显示区域D0；在时间段Ⅲ，显示芯片上只有无显示区域D0部分之外的像素显示图像。同理可以拼接全部分区图像。在本实施例中分区图像时间间隔小于16ms，这样4个时间段循环总时长小于48ms。

在投影机投影原有画面分辨率为1920×1080，分区图像D1、D2、D3和D4(投射图像区Z1、Z2、Z3和Z4)两两之间重叠40％区域的情况下，在画面大小不变时，水平方向(长边)的分辨率可以提升至3072×1728；在分辨率不变的情况下，水平和垂直方向画面长度均可以增加至1.6倍。

为了形成图4的显示效果，此实施例中的具有四个反射面的反射镜2必须特别设置。如图7和8所示，反射面M1反射的光线1与投射透镜L1的主截面垂直，投射透镜L1和投射透镜L3的中心点距离为a，而反射面M1上对光线的反射点30与投射透镜L1的中心点的距离为b，那么反射面M1和反射面M3之间的夹角θ＝arctan(a/b)。

同理，反射面M2反射的光线2与投射透镜L2的主截面垂直，反射面M2和反射面M4之间的夹角θ＝arctan(a/b)。

应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种多画面投影显示装置，包括一台投影仪和投影屏幕，其特征在于：

还包括具有四个反射面的反射镜(2)、4个投射透镜、图像处理单元和电机(4)；其中：

所述具有四个反射面的反射镜(2)的反射面与4个所述投射透镜分别对应；每个投射透镜分别对准投影屏幕上的一个投射图像区，4个所述投射图像区自左上向右下2×2方式拼接成完整的投影区域；所述图像处理单元连接投影仪，所述投影仪内含显示芯片，图像处理单元控制显示芯片生成加载待投影图像的入射光(3)，所述入射光(3)经具有四个反射面的反射镜(2)形成反射光，所述反射光入射投射透镜并在后方投影屏幕上投影成像；所述电机(4)连接具有四个反射面的反射镜(2)，驱动具有四个反射面的反射镜(2)转动；

设置4个投射透镜的主截面分别与入射的反射光垂直，以相邻投射透镜的中心点之间的距离为a，入射光(3)的反射点(30)与投射透镜的中心点的距离为b，则上下相邻的投射图像区各自对应的反射面的夹角θ为arctan(a/b)。

2.一种使用权利要求1所述多画面投影显示装置的多画面投影方法，包括如下步骤：

a.设置与投射图像区一一对应的时间段，工作时顺次执行全部时间段并反复循环；

b.使用图像处理单元按照各投射图像区几何关系将待投影图像分割成多个分区图像，分区图像一一对应投射图像区，显示芯片输出加载分区图像的入射光并入射至具有四个反射面的反射镜；

c.每个时间段，具有四个反射面的反射镜与图像处理单元同步工作，通过具有四个反射面的反射镜偏转将该时间段入射的分区图像反射至该分区图像对应投射图像区的投射透镜上；

其特征在于：设置投射图像区相邻位置部分重叠，分割图像时将重叠区域图像归属于一个对应分区图像中，其它对应的分区图像在该重叠区域无显示。

3.根据权利要求2所述的多画面投影方法，其特征在于：所述时间段循环总时长不超过100ms。

4.根据权利要求3所述的多画面投影方法，其特征在于：所述时间段循环总时长不超过50ms。