CN2547079Y - 扫描式投影装置 - Google Patents

Abstract

一种扫描式投影装置，用以依照一输入信号重建并投射出一影像图框于一屏幕上，该影像图框具有一由多个像素构成的二维像素阵列，各该像素在该屏幕上是分别对应一具有一位址座标与一扫描线座标的特定位置，其特征在于：该扫描式投影装置同步输出与位址座标延伸方向的像素数目相符的数个光束以依序投影于位于不同扫描线座标上的该位址座标的位置上，以逐条扫描来构成影像图框。

Description

扫描式投影装置

(1)技术领域

本实用新型涉及一种投影装置，特别是涉及一种以逐条扫描方式来形成影像图框的扫描式投影装置。

(2)背景技术

目前市场上供显示画面用的显示装置大致可分成直视型显示器与投射型显示器，呈现较小画面(如15时、17时、20时等)时，可用诸如阴极射线管(Cathode RayTube，以下简称CRT)显示器、等离子体显示器(Plasma Display Panel，PDP)、液晶显示器(Liquid Display Panel，LCD)等直接显示供人观赏。而大画面(如40时至200时)显示时，受限于大尺寸面板的制造技术有其上限、即便在可制造范围内，成本仍太高，所以主要采用投射型显示器，其中包括阴极射线管投射型显示器、液晶投射型显示器及光闸型显示器，如数字微型透镜式(Digital MicromirrorDevice，DMD)等等，而无论上述何种投影型显示器，都包含一影像电信号处理电路与一依影像信号形成影像图框的投影装置。

图1所示是一种以往阴极射线管投射型显示器1。显示器1是由三个单色(红、绿、蓝)的阴极射线管111所构成，各阴极射线管111的输出处分别设有一透镜112，将阴极射线管111原本四散输出光线，向前方一定角度范围***出而集中投射至屏幕12。但是此种阴极射线管投射型显示器1受限于阴极射线管111的体积，而存在整体体积甚大的缺失，有违今日电子产品趋向短小轻薄的趋势。另外，在此阴极射线管投射型显示器1中，诸阴极射线管111中与邻接透镜112的表面分别涂布对应颜色的萤光体，以利用电子枪激发萤光体间接发光的方式来输出光线经透镜112投影于屏幕12上，使得此阴极射线管投射型显示器1具有间接发光的低转换效率的缺点，更因每一阴极射线管111是四散发光，真正能被透镜112集光输出至屏幕12上的部分又需再经折扣，其间能量损耗更大，使其光源利用率更低。

因此，为确保重建的影像图框可被清晰观赏，屏幕12必须限制为贴有方向性的铝箔或玻璃珠等结构体，且使用时最好关灯，以减少其他光源的干扰，使用场合相当受限制。

再者，如图2所显示的以往液晶投射型显示器2(称液晶投影机)，其中，用以接收影像信号以形成影像图框的投影装置21包含一高亮度光源211，理论上，假设该光源211为一点光源，所以可经一抛物面镜212的反射，将光源211发光平行输出，经分色镜213、214、215的分光、分别入射至对应的液晶板216、217、218，各色光分别受对应液晶板调制后整合，并通过一投射镜头219投射至屏幕22上。

所以，实际上投影于各图框影像中各像素的光束强度需经液晶板216、217、218调制，使得液晶板216、217、218的尺寸需配合以往液晶投射型显示器2的解析度，举例来说，此液晶投影显示器2的解析度为1024×768像素，则各液晶板216、217、218至少需1024×768个晶胞用来分别与各像素对应，但是众所皆知，液晶板216、217、218的价格随着尺寸递增而大幅增加，使得此种液晶投射型显示器2-虽然具有体积相较于阴极射线管投射型显示器1小的优点但其价格却高居不下。此外，由于实际采用的光源211所发的光无法单纯由一抛物面镜规范至平行输出、分色镜213、214、215的频率限制与光经液晶板筛检等等的多次损耗，造成此种投影装置2的能量利用率极低，使得搭配的光源211的发光强度必须极高才可足以产生清晰的影像。但是光源211的发光不但伴随有高热，且高强度的光束入射，造成各光路元件的大量吸收光能后，转换为热而损害元件寿命，所以光源发光也不能无限制增强。

依前所述，以往投影装置中的阴极射线管投射型显示器1存在体积过大的缺点，而液晶投射型显示器2又存在着成本过高的缺点，因此如何在体积小的条件下以更简单与低成本的结构来达成重建影像图框成为业者努力重点。再者，以往投影装置是利用间接方式来重建影像图框，造成能量利用效率偏低。所以若能直接控制光源输出强度，不经其他元件二次发光或吸收的损耗，将可使能源利用效率提高，大幅降低光源所需能量、减少发热与散热的问题，使得原料与使用成本随之下降、元件寿命随之增长。

(3)实用新型内容

在本实用新型中借由控制光源组件的发光强度来输出影像图框的一维度上的数个光束并搭配反射单元驱使光束循序反射而进行逐列扫瞄，使其依序投射至对应各该像素位置，所以光源组件不需再配合整体影像图框的解析度，只需配合影像图框的一维度即可，有效降低光源组件的体积。

因此，本实用新型的一目的在于提供一种可达成降低体积的功效的扫描式投影装置。

本实用新型的另一目的在于提供一种可达到降低成本的功效的扫描式投影装置。

本实用新型的又一目的在于提供一种可达到提高光源利用率的功效的扫描式投影装置。

本实用新型的再一目的在于提供一种可达到延长元件使用寿命的功效的扫描式投影装置。

本实用新型的扫描式投影装置，用以依照一输入信号重建并投射出一影像图框于一屏幕上，该影像图框具有一由多个像素构成的二维像素阵列，各该像素在该屏幕上是分别对应一具有一位址座标与一扫描线座标的特定位置，该扫描式投影装置包括一同步信号产生单元、一光源组件及一反射单元；其中，该同步信号产生单元用以产生一与该输入信号同步的同步控制信号；该光源组件是同步输出具有数量与该像素阵列的位址座标延伸方向的像素数目相符并分别对应该屏幕上的各该具有不同位址座标的位置的数个个光束，且该光源组件是受该输入信号的控制而致使该光束分别具有一对应该影像图框的该像素中的一投影像素的可见光波长与相关强度；及该反射单元用以使来自该光源组件的该光束分别投影在该屏幕同一扫描线座标上的各该对应位址座标的位置，以显示该影像图框中的该投影像素构成一扫描线，而该反射单元更耦合该同步信号产生单元以接收该同步控制信号，以依该同步控制信号使该投影光束能投射于该屏幕上的不同扫描线座标的对应位置上，借此构成该影像图框。

为进一步说明本实用新型的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对实用新型进行详细的描述。

(4)附图说明

图1是以往阴极射线管投射型显示器的示意图。

图2是以往液晶投射型显示器的示意图。

图3是本实用新型的扫描式投影装置的一较佳实施例的方块示意图。

图4是图3中光源组件的示意图。

图5是本实施例的影像图框的二维阵列示意图。

图6是图3的实施例的侧视图。

图7是图3中的反射单元的示意图。

图8是图3的实施例的侧视图，此图中光束被放大显示。

图9是本实用新型的第二较佳实施例的侧视图。

图10是本实用新型的第三较佳实施例的侧视图。

图11是本实用新型的第四较佳实施例的侧视图。

(5)具体实施方式

如图3所显示，本实用新型的较佳实施例的扫描式投影装置是适于依据一输入信号重建并投射出一影像图框于一屏幕(图中未示出)上。如图5所示，该影像图框具有一由多个像素构成的二维像素阵列，各该像素在该屏幕上是分别具有对应一具有一位址座标与一扫描线座标的特定位置。本实施例的扫描式投影装置包含一同步信号产生单元3、一光源组件4及一反射单元5。

此同步信号产生单元3用以产生一与输入信号同步的同步控制信号至该反射单元5。

此光源组件4用以产生数量与该像素阵列的位址座标延伸方向的像素数目相符并分别对应该屏幕上的各该具有不同位址座标的位置的数个光束，及可依输入信号操作各光束的波长与相关强度并依输入信号的控制同步输出这些光束。

在本实施例中，如图4，光源组件4具有数量与该像素阵列的位址座标延伸方向的像素数目相符并分别对应该屏幕上的各该具有不同位址座标的位置的数个个光源单元41，各该光源单元41是可***作产生多个分别具有不同波长的光束。各光源单元41包含一由数个发光二极管(LED)晶粒所构成的二极管矩阵。各该光源单元41是适于被经一信号线7所馈入的输入信号所控制而致能发射数个光束，以分别具有一对应该影像图框中一投影像素的相关强度。这些发光二极管包括一可产生红光的第一二极管集合、一可产生绿光的第二二极管集合与一可产生蓝光的第三二极管集合。每一二极管集合包括至少一发光二极管。在本实施例中，每一二极管集合包括一发光二极管，利用控制每一发光二极管的输入电压及/或电流，调控各该集合输出的色亮度，由此三个发光二极管集合共同发出光束信号，换句话说，利用控制各光源单元41中的各二极管集合的发光发度，即可界定出此光源单元41输出光束的色彩与亮度。应注意的是，在本实施例中，这些光源单元41依输入信号控制而被同时作动以分别输出光束而构成一排沿位址座标延伸方向排列的数个光束，进而形成一扫描线，而当该光源单元41数目为1024个时，则光源组件41输出具1024个像素的扫描线。一并参照图6，在本实施例中，此光源组件4还包括一设置于该光源单元41发光方向上的聚焦镜42，此聚焦镜42是一弧面柱状镜，并且使该光源单元41设于此聚焦镜42的一平面镜面421上，以使光束由聚焦镜42的弧状镜面422射出，此外，如图8，设置聚焦镜42使其焦距落于反射单元5上。这样，则诸光源单元41输出光束经此聚焦镜42收敛聚焦而将使光束的落

点随之变小、解析度同步提高，且同一高度的影像图框可被分割成更多条扫瞄线、而同一条扫瞄线也可由更多像素组成，使得影像呈现更加细致。

此外，各光源单元41中各二极管集合包含的二极管数量依实际设计需求而增减，例如一般画面显示由于蓝光需求较高，所以第三二极管集合也可包含两个可发蓝光的发光二极管。由于目前所采用的红、绿、蓝LED所发的光，其色彩较接近人眼视觉的极限，所以经由LED的光源所能组合显示的色彩也较丰富、可供调整的范围更加广泛。当然，此处的发光二极管除了如前述揭露实施例中直接以发光二极管来使用外，也可以被包含在发光二极管种类内的激光二极管(Laser Diode，以下简称LD)取代。

由于一幅影像图框可如图5所显示，以二维座标区分为数个像素(例如高画质显示器是1024×768)，是以，该反射单元5是受自同步信号产生单元3输出同步信号的驱动，将光源组件4输出扫描线以循序扫瞄方式逐步投射于每一像素的特定座标位置，在人眼的视觉暂留周期中扫瞄完一轮，以于人脑中形成一幅影像图框的信息。

为控制该光束的投射方向定位，如图6所示，该反射单元5为一反射镜，用以控制该光束于扫描线座标延伸方向的投射方向。当然，如熟知现有技术人士所能轻易理解那样，前述所谓循序扫瞄，未必需完全扫过构成该影像图框平面的每一像素位置，也可采用诸如交错式扫瞄而缩减扫瞄每一幅画面所需时间。换句话说，本实用新型所揭露的扫描式投影装置可借由以往控制电路，选择一幅画面中的取样点数，并从而改变纵、横扫瞄线数，提供使用者自行选择高解析度(高画质)、或缩短每一幅画面扫瞄所需时间周期(反应速率快、单位时间内的显示画面数增多)。

为说明起见，如图7所示，本实施例的反射单元5为一柱状多角面镜。如图5所示，若以X轴座标为位址座标，Y轴座标表扫描线座标，光源单元4将依信号线7馈入的输入信号同步输出对应该幅画面中位于第一条扫描线(即位于相同扫描线座标位置)上的各像素位置(1，1)、(2，1)、(3，1)…、(1024，1)的影像图框光束，该光束是由各不同波长带(红、绿、蓝)的不同强度光束所构成，如图7所示，通过反射单元5的反射将该光束投射于屏幕8的上对应的座标位置，致使光源单元4一次作动会于屏幕8上显示位于同一扫描线上的像素，而后光源单元4继续作动依输入信号输出下一条扫描线的像素与配合反射单元5旋转，以使光束循序投射至下一扫瞄线的高度，如此周而复始，完成整幅画面的扫瞄及影像图框的重现。换句话说，各光束由自光源单元4中哪一光源单元41的输出来决定此光束显示于屏幕8的相关位置上的位址座标(即X轴)，以及各光束由反射单元5的旋转角度而可决定此光束显示于屏幕8的相关位置的扫描线座标(即Y轴)，而反射单元5偏转一镜面则形成一幅影像图框。

目前通讯用的发光二极管开关频率可达0.5GHz，而激光二极管最快开关频率可达到10GHz以上(例如Vertical-Cavity Surface Emitting Laser，垂直共振腔表面放射激光，简称VCEL或VCSEL)，适应人眼的视觉暂留现象，每秒钟只需提供约30幅画面左右的影像图框便已足够，而若本实施例的反射单元5为柱状六角面镜，则每秒需旋转5次(30/6＝5)，而以目前高画质显示器的1024×768条像素而言，每一发光二极管每一秒所需提供的信息总数等于768×30＝230400.023G。这样，目前发光二极管的技术便已可充分支援本实用新型的高画质显示器。

依前所述，由于半导体技术的进步，发光二极管可以半导体晶粒制成，光源组件4可以极小的体积构成、制造成本也甚低廉，使投影装置的整体体积及价格都随之更具竞争力。另外，有别以往投影装置利用间接的方式来控制各像素位置的影像亮度而造成光源利用率低的情况，本实施例直接控制多个光源单元的发光强度，使所发不同波长带的光束直接投射于对应的像素位置，不经遮蔽与衰减，使光源利用率高于以往技术，成本随之大幅下降。而且，由于本实施例的扫描式投影装置是逐条扫描而使对发光二极管切换要求降低与画面形成速度也可在不受限制下依需要而提高。再者，依照本实施例，光源只需发出诸如1800流明的强度，便可轻易投射出强度1500流明的影像图框，这样，将提供观赏者使用时不必关灯、无需屏幕的便利性，也就是说，微型化的投影装置只需置于一小盒状的机壳中，使用者只需手持该小盒子，选定一空白墙壁，便可投影至该墙面而观赏重建的影像图框。尤其，也可依据所欲投影的尺寸大小，决定影像图框重建时的解析度，或依照环境的光源色彩，进一步调整光源的色彩分布作为补偿，如此的使用模式可全盘改变目前的使用习惯。

此外，光源组件4的型式并不受于前述实施例所揭示的，只需利用可输出数个分别包含不同波长与强度的光束的光源组件即可。举例来说，如下文中所述，也可利用诸如液晶面板或数字微镜元件(Digital MicromirrorDevice，简称DMD)来对应输入信号调整光强度。在下文中的实施例相同于前述实施例功能的元件将以相同标号代表。

图9是本实用新型的第二实施例。在本实施例中与前述实施例不同处在于光源组件4’不再是控制每一发光二极管的输入电压及/或电流来调控各该集合输出的色亮度，而是使用于反射式液晶板(Liquid Crystal on Silicon，简称LCoS)44来控制色亮度。因此，本实施例的反射式液晶板44具有数量与该光源单元41相符的晶胞，而各晶胞内具有分别对应三原色的次晶胞，且此反射液晶板44是依照输入信号作动来决定各次晶胞针对馈入的光束所反射的光强度(即色亮度)。而由于以液晶板44的特性来说，光最好垂直进入与垂直射出为佳，所以本实施例的光源组件4’还搭配限制光束前进方向的偏极化分光器(polarized beam splitter，简称PBS)43。借此，当光源组件4’依照输入信号作动而输出数个包含不同波长的光束时，则这些光束中S分量的部分会经PBS43反射至反射式液晶板44，而后各次晶胞会依照输入信号的控制决定将入射光束的由S分量转成P分量的比例后穿过PBS43射出至反射单元5，以依序将经调制的光束投影于屏幕8上构成影像图框这样，由于本实施例的光源组件4’的设置，使得本实施例相较于以往阴极射线管投射型显示器1具体积大幅缩小的功效，而且即使相较于液晶投射型显示器2，由于反射式液晶板44的面积只需对应影像图框中位址座标延伸方向上的像素数量即可，使得所需面积相较于现有技术也有大幅降低的优点，让本实施例相较于以往投影装置存在体积缩小与成本降低的优点。

如图10是本实用新型的第三实施例。在本实施例中与前述第二实施例不同处在于光源组件4″是使用穿透式液晶板45来调制光源单元41输出的光束色强度，使得光束经穿透式液晶板45调制光强度即可输出至反射单元5。因本实施例中的穿过式液晶板45的数量也只需对应影像图框中位址座标延伸方向的像素数量，所以与前述实施例相同，也具有体积缩小与成本降低的优点。

如图11所示是本实用新型的第四实施例。本实施例与前述实施例不同处在于光源组件9利用DMD46来调制光亮度，如此作动时，该光源单元41输出光束射至DMD46，则DMD46依照输入信号旋转DMD46上的镜片，以决定反射出的光亮度，而后经调制光亮度的反射光束投射至反射单元5后，依序反射投影于屏幕8上，以构成影像图框。同样，本实施例的DMD46只需配合影像图框的位址座标延伸方向上的像素数目即可，因此相较于以往投影技术也可达到体积缩小与成本降低的功效。

值得注意的是，虽然前述实施例是使用包含多个由三原色发光二极管所构成光源单元41来直接产生包含不同波长的光束，然而也可使用诸如滤光片、分色镜之类的光路元件来区分诸如白光的单色光源所输出光束成三原色的光束，所以光源单元的数量与输出的波长并不受限于本实施例所揭示的。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种扫描式投影装置，用以依照一输入信号重建并投射出一影像图框于一屏幕上，该影像图框具有一由多个像素构成的二维像素阵列，各该像素在该屏幕上是分别对应一具有一位址座标与一扫描线座标的特定位置，其特在于，该扫描式投影装置包括：

一同步信号产生单元，用以产生一与该输入信号同步的同步控制信号；

一光源组件，同步输出具有数量与该像素阵列的位址座标延伸方向的像素数目相符并分别对应该屏幕上的各该具有不同位址座标的位置的数个个光束，且该光源组件是受该输入信号的控制而致使该光束分别具有一对应该影像图框的该像素中的一投影像素的可见光波长与相关强度；及

一反射单元，用以使来自该光源组件的该光束分别投影在该屏幕同一扫描线座标上的各该对应位址座标的位置，以显示该影像图框中的该投影像素构成一扫描线，而该反射单元还耦合该同步信号产生单元以接收该同步控制信号，以依该同步控制信号使该投影光束能投射在该屏幕上的不同扫描线座标的对应位置上，以构成该影像图框。

2.如权利要求1所述的扫描式投影装置，其特征在于：

该光源组件具有数量与该像素阵列的位址座标延伸方向的像素数目相符并分别对应该屏幕上的各该具有不同位址座标位置的数个个光源单元，各该光源单元是供产生包含数个可见光波长的光束，该光源单元是可受该输入信号控制而被同步作动以输出数个光束。

3.如权利要求2所述的扫描式投影装置，其特征在于：

各该光源单元具有数个个发光二极管以受该输入信号控制而致使该光束分别具有该对应该影像图框的该像素中的投影像素的相关强度。

4.如权利要求3所述的扫描式投影装置，其特征在于：

各该光源单元中的该发光二极管包含一产生红光的第一二极管集合、一产生绿光的第二二极管集合与一产生蓝光的第三二极管集合。

5.如权利要求2所述的扫描式投影装置，其特征在于：

该光源组件还包括一反射式液晶板，以受该输入信号控制而致使该光束分别具有该对应该影像图框的该像素中的投影像素的相关强度。

6.如权利要求2所述的扫描式投影装置，其特征在于：

该光源组件还包含一穿透式液晶板，以受该输入信号控制而致使该光束分别具有该对应该影像图框的该像素中的投影像素的相关强度。

7.如权利要求2所述的扫描式投影装置，其特征在于：

该光源组件还包含一数字微镜元件，以受该输入信号控制而致使该光束分别具有该对应该影像图框的该像素中的投影像素的相关强度。

8.如权利要求1所述的扫描式投影装置，其特征在于：

该光源组件还包括一聚焦透镜。

9.如权利要求8所述的扫描式投影装置，其特征在于：

该聚焦透镜是一柱状弧面镜。

10.如权利要求1所述的扫描式投影装置，其特征在于：

该反射单元是一柱状多角面镜。

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