ПРОЕЦИРУЮЩАЯ ИЗОБРАЖЕНИЕ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 2014 года по МПК F21S10/00 F21V5/00 G02B3/00 G02F1/1335 H04N9/31 F21Y101/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к светоизлучающей системе, предназначенной для образования управляемого изображения из освещенных пятен на удаленной плоскости проецируемого изображения.

Уровень техники

В связи с происходящим в настоящее время прогрессом в разработке новых источников света, таких как новые и усовершенствованные светоизлучающие диоды (LED), возникли новые области их применений. Например, была разработана продукция, которая позволяет пользователю изменять окружающую обстановку с использованием управляемого освещения. Одним примером такой продукции является лампа LivingColours от компании Philips, которая посредством ее интуитивного дистанционного управления обеспечивает пользователю свободу открывать огромную цветовую гамму.

В качестве дальнейшего этапа было бы желательно позволить пользователю управлять дополнительными аспектами освещения, такими как формирование управляемых оптических изображений на стене или т.п.

Для формирования таких управляемых изображений могут использоваться существующие устройства, такие как электронные проекторы. Однако для формирования изображения фактически используется только небольшая часть светового излучения, генерируемого источником света в таких устройствах - обычно всего лишь 5%.

Раскрытие изобретения

Принимая во внимание вышеупомянутые и другие недостатки уровня техники, общая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить улучшенную светоизлучающую систему, которая позволяет формировать управляемые оптические изображения на стене или подобном объекте с более высокой относительной световой эффективностью, чем у существующих электронных проекционных устройств.

Соответственно, изобретение обеспечивает светоизлучающую систему, предназначенную для формирования управляемого изображения из освещенных пятен на удаленной плоскости проецируемого изображения, причем светоизлучающая система содержит: множество индивидуально управляемых светоизлучающих устройств, выполненных в матрице светоизлучающих устройств с шагом светоизлучающих устройств; и оптическую систему, выполненную между матрицей светоизлучающих устройств и плоскостью проецируемого изображения, при этом оптическая система выполнена с возможностью проецировать свет, излучаемый матрицей светоизлучающих устройств, на плоскость проецируемого изображения в виде проецируемой матрицы освещенных пятен с взаимно однозначным отношением к светоизлучающим устройствам, причем проецируемая матрица имеет шаг проецируемого изображения, превышающий шаг светоизлучающих устройств.

Термин "светоизлучающее устройство" или световыводящее устройство в контексте настоящей заявки следует понимать, как относящийся к любому устройству, способному излучать или выводить свет, то есть электромагнитное излучение в пределах видимой области спектра.

Термин "шаг" матрицы относится к расстоянию между соседними устройствами, содержащимися в матрице, в одном из основных направлений этой матрицы. Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, у одномерной матрицы имеется одно значение шага, а у двумерной матрицы имеются два значения шага, которые могут быть равны или не равны.

Настоящее изобретение основано на реализации, в которой управляемые оптические изображения могут быть спроецированы на стену или подобный объект с очень высокой относительной световой эффективностью посредством формирования изображения, подлежащего проецированию, с использованием матрицы светоизлучающих устройств и проецирования отдельных светоизлучающих устройств на соответствующие пятна на стене или подобном объекте, при этом шаг матрицы пятен превышает шаг матрицы светоизлучающих устройств.

Проецируемая матрица освещенных пятен может содержать преимущественно такое же количество элементов матрицы, как матрица светоизлучающих устройств.

При использовании светоизлучающей системы в соответствии с настоящим изобретением, практически вся световая мощность, излучаемая светоизлучающими устройствами, используется для того, чтобы проецировать оптические изображения. Это приводит к существенно улучшенной относительной световой эффективности светоизлучающей системы по сравнению с системами из уровня техники, полагающимися на свет, модулируемый пространственным оптическим модулятором или подобным устройством.

Кроме того, оптическая система в соответствии с изобретением может быть сделана очень компактной и рентабельной, поскольку необходимы только матрица светоизлучающих устройств и оптическая система без подвижных частей и/или индивидуально управляемых элементов для достижения требуемых управляемых изображений проецируемого светового излучения.

Оптическая система, выполненная между матрицей светоизлучающих устройств и плоскостью проецируемого изображения, преимущественно может содержать матрицу оптических элементов, имеющих шаг оптических элементов.

Кроме того, оптические элементы могут быть фокусирующими линзами. Фокусирующие линзы преимущественно могут иметь по существу идентичные свойства фокусировки.

В соответствии с одним вариантом осуществления шаг оптических элементов в матрице оптических элементов может быть больше, чем шаг светоизлучающих устройств, и меньше, чем шаг проецируемого изображения. При такой конфигурации может быть достигнута проецируемая матрица освещенных пятен, имеющая шаг проецируемого изображения, который превышает шаг светоизлучающих устройств, без помощи каких-либо дополнительных оптических приспособлений.

Поскольку расстояние между поверхностью проецируемого изображения и оптическими элементами обычно значительно больше, чем расстояние между светоизлучающими устройствами и оптическими элементами, шаг оптических элементов может быть преимущественно больше, чем шаг светоизлучающих устройств, на коэффициент, находящийся в диапазоне от 1 и 1,25, и преимущественно, на коэффициент, находящийся в диапазоне от 1,05 и 1,18. Другими словами, шаг оптических элементов может быть связан с шагом светоизлучающих устройств в соответствии со следующим соотношением:

P_{optical element} = • P_{light-output device}

где P_{optical element} - шаг оптических элементов; P_{light-output device} - шаг светоизлучающих устройств, а • - вышеупомянутый коэффициент.

Чтобы гарантировать, что световой сигнал, излучаемый каждым из светоизлучающих устройств в матрице светоизлучающих устройств, проецируется своим связанным оптическим элементом в матрице оптических элементов, количество оптических элементов в матрице оптических элементов преимущественно может удовлетворять следующему соотношению:

N(P_{optical element} -P_{light-output device})<P_{optical element},

где N - самый большой размер матрицы оптических элементов в любом направлении;

P_{optical element} - шаг оптических элементов; и

P_{light-output device} - шаг светоизлучающих устройств.

Кроме того, каждое светоизлучающее устройство может содержать, по меньшей мере, первый источник света и второй источник света, выполненные с возможностью излучать по-разному окрашенный свет. Это позволяет проецировать окрашенные изображения.

Преимущественно первый источник света, содержащийся в первом светоизлучающем устройстве, может быть выполнен относительно оптического элемента, связанного с первым светоизлучающим устройством, таким образом, что свет, излучаемый первым источником света, проецируется в виде пятна, связанного со вторым источником света, содержащимся во втором светоизлучающем устройстве. Второе светоизлучающее устройство может быть размещено рядом с первым светоизлучающим устройством, или первое и второе светоизлучающие устройства могут быть разнесены на расстояние посредством одного или более других светоизлучающих устройств.

Эта конфигурация светоизлучающих устройств позволяет управлять цветом проецируемого пятна посредством смешивания света, излучаемого источниками света, содержащимися в разных светоизлучающих устройствах.

Кроме того, первый и второй соседние источники света, содержащиеся в данном светоизлучающем устройстве, могут быть разнесены на расстояние Δ_LS, задаваемое соотношением:

$${\Delta }_{LS}=n\frac{z_0}{z_i}{P}_{spot},$$

где n - целое число 1, 2, 3,..., Z_i - оптическое расстояние между оптическим элементом, связанным со светоизлучающим устройством, и плоскостью проецируемого изображения, z₀ - оптическое расстояние между светоизлучающим устройством и оптическим элементом, а P_spot - шаг проецируемого изображения. Как известно специалистам в данной области техники, "оптическое расстояние" является физическим расстоянием, умноженным на показатель преломления среды, через которую проходит свет.

Таким образом, может быть достигнуто по существу полное перекрытие между по-разному окрашенными составляющими пятнами, посредством чего можно избегать паразитных эффектов, таких как цветные ореолы.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, оптическая система дополнительно может содержать направляющий лучи элемент, выполненный между матрицей оптических элементов и плоскостью проецируемого изображения, при этом направляющий лучи элемент выполнен с возможностью направлять световые лучи, исходящие от матрицы оптических элементов, к проецируемой матрице освещенных пятен в плоскости проецируемого изображения.

С направляющим лучи элементом, выполненным между матрицей оптических элементов и плоскостью проецируемого изображения, разница между шагом оптических элементов и шагом выходных элементов может быть уменьшена (шаг оптических элементов и шаг выходных элементов может быть даже равным), посредством чего может быть размещена матрица оптических элементов (светоизлучающих устройств) большего размера, и это обеспечивает возможность более высокого разрешения и/или формирования проецируемого изображения большего размера на данном расстоянии.

Направляющий лучи элемент может содержать матрицу направляющих оптических элементов, каждый из которых выполнен с возможностью направлять световой луч, исходящий от связанного оптического элемента в матрице оптических элементов, к связанному пятну в проецируемой матрице освещенных пятен в плоскости проецируемого изображения.

В качестве альтернативы или в сочетании с описанным выше направляющим лучи элементом, выполненным между матрицей оптических элементов и плоскостью проецируемого изображения, светоизлучающая система в соответствии с различными вариантами осуществления изобретения может содержать направляющий лучи элемент, выполненный между матрицей светоизлучающих устройств и матрицей оптических элементов. Этот направляющий лучи элемент может содержать матрицу направляющих оптических элементов по аналогии с тем, что было описано выше.

Кроме того, светоизлучающая система преимущественно может быть выполнена с возможностью допускать относительное перемещение между матрицей светоизлучающих устройств и оптической системой. В соответствии с этим вариантом осуществления позиция одной или обеих из матрицы светоизлучающих устройств и оптической системы может быть регулируемой. Таким образом, конфигурацию проецируемых пятен пользователь может регулировать в соответствии с условиями в местоположении применения светоизлучающей системы.

Например, светоизлучающая система может быть выполнена с возможностью допускать регулирование расстояния между матрицей светоизлучающих устройств и оптической системой. Таким образом, светоизлучающая система может быть адаптирована для различных расстояний до поверхности, на которую должно быть спроецировано изображение, и/или для различных требуемых перекрытий между соседними пятнами на этой поверхности.

Кроме того, выравнивание между матрицей светоизлучающих устройств и оптической системой может быть регулируемым, то есть либо одна, либо обе из матрицы светоизлучающих устройств и оптической системы могут перемещаться в поперечном направлении, посредством чего пользователь может регулировать местоположение проецируемого изображения из освещенных пятен, в то время как светоизлучающая система остается стационарной.

Помимо этого, светоизлучающая система может содержать разделительные перегородки, разделяющие светоизлучающие устройства, при этом разделительные перегородки выполнены между матрицей светоизлучающих устройств и оптической системой. Таким образом, можно предотвращать возможность того, что направление излучения светового сигнала данным светоизлучающим устройством будет изменено оптическим элементом, который не связан с этим светоизлучающим устройством.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты настоящего изобретения теперь будут описаны более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, показывающие предпочтительные в настоящий момент варианты осуществления изобретения, на которых:

Фиг.1 схематично иллюстрирует примерную светоизлучающую систему, проецирующую оптическое изображение на стену;

Фиг.2 - схематичное представление участка светоизлучающей системы, показанной на Фиг.1, иллюстрирующее ее одну возможную конфигурацию;

Фиг.3 - вид в разрезе по линии A-A' упрощенного представления части светоизлучающей системы, показанной на Фиг.2, который иллюстрирует геометрическую форму светоизлучающей системы;

Фиг.4 - вид в разрезе по линии A-A' частичной светоизлучающей системы, показанной на Фиг.2, который иллюстрирует, как могут быть сформированы по-разному окрашенные пятна;

Фиг.5 - схематичное представление участка светоизлучающей системы, показанной на Фиг.1, иллюстрирующее ее другую возможную конфигурацию;

Фиг.6 - схематичное представление участка светоизлучающей системы, показанной на Фиг.1, иллюстрирующее еще одну ее возможную конфигурацию, включающую в себя направляющий лучи элемент, выполненный между матрицей оптических элементов и плоскостью проецируемого изображения; и

Фиг.7 - вид в разрезе по линии B-B' части светоизлучающей системы, показанной на Фиг.6.

Осуществление изобретения

В последующем описании настоящее изобретение главным образом описывается в отношении светоизлучающей системы, в которой светоизлучающие устройства содержат множество по-разному окрашенных светоизлучающих диодов (LED) и матрицу обычных положительных линз.

Следует отметить, что это ни в коем случае не ограничивает объем изобретения, которое в равной степени применимо к светоизлучающим системам, содержащим другие типы светоизлучающих устройств, так же как другие оптические элементы, такие как линзы Френеля и т.д.

Фиг.1 представляет изображение в разобранном виде, схематично иллюстрирующее примерную светоизлучающую систему 1, проецирующую изображение 2 на удаленную стену 3, которая представляет собой плоскость проецируемого изображения. Что касается Фиг.1, то на ней светоизлучающая система 1 содержит матрицу 5 индивидуально управляемых светоизлучающих устройств 6a-6c (только три из которых обозначены с использованием позиционных обозначений, чтобы избегать загромождения чертежа) и оптическую систему 7, содержащую матрицу оптических элементов 9a-9c, выполненных между светоизлучающими устройствами 6a-6c и плоскостью 3 проецируемого изображения.

Кроме того, как схематично иллюстрируется на Фиг.1, свет, излучаемый матрицей 5 светоизлучающих устройств 6а-6с, проецируется в виде проецируемой матрицы 10 освещенных пятен 11а-11с. Шаг (расстояние между соседними светоизлучающими устройствами) P_LS матрицы 5 светоизлучающих устройств 6а-6с, как можно увидеть на Фиг.1, значительно меньше, чем шаг P_spot освещенных пятен 11а-11с в плоскости 3 проецируемого изображения. Преобразование от шага P_LS светоизлучающих устройств к шагу P_spot освещенных пятен 11а-11с обеспечивается оптической системой 7, выполненной между матрицей 5 светоизлучающих устройств 6а-6с и плоскостью 3 проецируемого изображения, и будет дополнительно описана ниже в отношении некоторого количества иллюстративных вариантов осуществления светоизлучающей системы, показанной на Фиг.1.

Первый вариант осуществления светоизлучающей системы, имеющей базовую конфигурацию, иллюстрируемую на Фиг.1, будет далее описан со ссылкой на Фиг.2.

Фиг.2 представляет собой вид в плане светоизлучающей системы 1, видимой от плоскости 3 проецируемого изображения, показанной на Фиг.1, и светоизлучающие устройства 6а-6с видны сквозь оптические элементы 9а-9с. В этом конкретном варианте осуществления каждое светоизлучающее устройство 6а-6с содержит голубые LED 12a, 13a, 14a, красные LED 12b, 13b, 14b и зеленые LED 12c, 13c, 14c, а оптические элементы 9а-9с обеспечены в форме линз, выполненных с шагом P_lens, который больше, чем шаг P_LS светоизлучающих устройств. Хотя вариант осуществления, иллюстрируемый на Фиг.2, представляет собой окрашенный управляемый вариант осуществления, принцип преобразования от шага P_LS светоизлучающих устройств к шагу P_spot освещенных пятен 11а-11с, показанных на Фиг.1, сначала будет описан в отношении упрощенного монохроматического случая, который схематично иллюстрируется на Фиг.3 и который соответствует конфигурации Фиг.2 только с красными LED 12b, 13b, 14b.

Теперь со ссылкой на Фиг.3 будут описаны соотношения между геометрическими свойствами представленного варианта осуществления светоизлучающей системы 1. В варианте осуществления, схематично иллюстрируемом на Фиг.3, оптические элементы 9b-9c выполнены на оптическом расстоянии z₀ от источников 6b-6c света, а плоскость 3 проецируемого изображения расположена на оптическом расстоянии z_i от оптических элементов 9b-9c. Как обозначено на Фиг.3, каждый источник 6b-6c света может быть оборудован коллимирующей оптической системой 15b-15c, чтобы до некоторой степени коллимировать свет, излучаемый источниками 6b-6c света. Это делается для гарантирования того, что большая часть света, излучаемого источниками 6b-6c света, сможет улавливаться соответствующей линзой 9b-9c.

Теперь, в варианте осуществления, который схематично иллюстрируется на Фиг.3, преобразование от шага P_LS источников света к шагу P_spot освещенных пятен на плоскости 3 проецируемого изображения достигается посредством выбора соответствующим образом геометрической формы системы, то есть для данного шага P_LS источников света посредством выбора соответствующим образом расстояния z₀ между источниками 6b-6c света и линзами 9b-9c и шага P_lens для линз 9b-9c в матрице 8 линз.

В частности, конфигурация оптической системы в соответствии с иллюстрируемым теперь вариантом осуществления должна удовлетворять следующему соотношению:

$$P_{LS}=P_{lens}-\frac{z_0}{z_i}(P_{spot}-P_{lens})$$ (1)

Поскольку на практике P_spot>>P_lens, уравнение (1) подразумевает, что P_LS меньше, чем P_lens. Предпочтительно 0,8P_lens<P_LS<P_lens. Еще более предпочтительным является 0,85P_lens<P_LS<0,95P_lens. Отметим также, что z₀<<z_i.

Размер пятен, проецируемых на стену, d_spot, обычно равен коэффициенту увеличения системы, умноженному на линейный размер источника 6a-6b света (плюс коллиматора 15b-15c, если он применяется), d_LS:

$$d_{spot}=\frac{z_i}{z_0}{d}_{LS}$$ (2)

Чтобы гарантировать плавные переходы интенсивности и цвета в изображении 2 (Фиг.1), проецируемом на плоскость 3 проецируемого изображения, требуется некоторое перекрытие между соседними точечными элементами 11а-11с (Фиг.1). Это перекрытие следует из соотношения

$$O=\frac{d_{spot}-P_{spot}}{d_{spot}}\times 100\%$$ (3)

Было найдено, что требуемые плавные переходы дает перекрытие О>25%. Кроме того, чтобы сохранять возможность различать соседние точечные элементы 11а-11с (предотвращая потерю разрешения оптического изображения 2, проецируемого на стену 3), перекрытие может иметь верхний предел, который преимущественно может составлять О<75%.

Следует отметить, что может быть создано дополнительное перекрытие посредством расположения дополнительного оптического элемента (на Фиг.3 не показан), такого как рассеиватель (или матрица слабых и имеющих малый шаг линз), близко к плоскости линз.

Теперь, после пояснения геометрической формы одного примерного варианта осуществления светоизлучающей системы 1, посредством которого может быть достигнуто требуемое преобразование между шагом P_LS светоизлучающих устройств 6а-6с и шагом P_spot пятен 11а-11с, проецируемых на плоскость 3 проецируемого изображения, мы теперь можем перейти дальше к описанию того, как конфигурация, показанная на Фиг.3, может быть модифицирована так, чтобы позволить формирование окрашенных проецируемых изображений.

Фиг.4 представляет вид в разрезе по линии A-A' части светоизлучающей системы, показанной на Фиг.2, который иллюстрирует, как могут быть сформированы по-разному окрашенные пятна с использованием светоизлучающей системы, показанной на Фиг.1.

Чтобы получить высококачественное изображение с помощью окрашенных освещенных пятен 11а-11с, требуется гарантировать, что пятна основных цветов будут проецироваться в плоскости 3 проецируемого изображения таким образом, что они по существу полностью будут перекрываться. Таким образом, могут быть образованы пятна фактически свободно управляемых цветов без паразитных эффектов, таких как цветные ореолы и т.д.

Теперь, со ссылкой на Фиг.4, будет описан примерный вариант осуществления, в котором система основана на трех основных цветах, красном (=R), зеленом (=G) и синем (=B). Позади (если смотреть от плоскости 3 проецируемого изображения) каждой из линз 11а-11с расположен триплет RGB-LED 12a-12c, 13a-13c, 14a-14c. Свет, излучаемый каждым LED из этих триплетов, образует пятно света на стене 3, как схематично иллюстрируется на Фиг.4 для синего LED 12a, красного LED 13b и зеленого LED 14c. Получающееся в результате пятно 11b будет казаться белым.

Чтобы гарантировать, что освещенные пятна, получающиеся в результате от различных источников света, содержащихся в различных светоизлучающих устройствах 6а-6с (здесь триплетов LED), перекрываются, должен быть выбран подходящий промежуток между источниками света, содержащимися в светоизлучающих устройствах 6а-6с.

Что касается примерного варианта осуществления, показанного на Фиг.4, то он может гарантировать, что каждый LED определенного цвета дает в результате пятно света на стене, которое полностью совмещается со светом LED дополнительного цвета из другого триплета, посредством выполнения LED 12a-c, 13a-c, 14a-c в пределах каждого триплета 6а-6с с подходящим промежутком. Эта величина промежутка следует из соотношения

$${\Delta }_{LS}=n\frac{z_0}{z_i}{P}_{spot}$$ (4)

В этом соотношении n - целое число, указывающее расстояние, в единицах шага P_spot пятен, между пятнами, образованными в результате проецирования света, излучаемого соседними источниками света в светоизлучающем устройстве 6а-6с. Величина промежутка Δ_LS преимущественно может быть выбрана так, что в вышеупомянутом соотношении n=1. В случае если невозможно расположить по-разному окрашенные источники света настолько близко друг к другу, можно выбрать n=2 или n=3.

Следует отметить, что по-разному окрашенные источники 12a-12c, 13a-13c, 14a-14c света могут быть обеспечены как отдельные устройства или могут быть смонтированы вместе в одном и том же корпусе.

В качестве альтернативы гексагональному размещению светоизлучающих устройств, иллюстрируемому на Фиг.2, светоизлучающие устройства 6а-6с могут быть размещены в прямоугольной конфигурации, как схематично иллюстрируется на Фиг.5.

Конфигурация, показанная на Фиг.5, также отличается от описанной выше со ссылкой Фиг.2, тем, что каждое светоизлучающее устройство 6а-6с содержит четыре источника 12a-12d, 13a-13d, 14a-14d света, при этом четвертый источник света представляет собой источник света, выполненный с возможностью излучать белый свет, чтобы достигать улучшенного освещения.

Следует отметить, что подобно варианту осуществления, показанному на Фиг.2, шаг оптических элементов 9а-9с больше, чем шаг светоизлучающих устройств 6а-6с и в горизонтальном, и в вертикальном направлении.

Далее, со ссылкой Фиг. 6 и 7, мы обсудим еще одну возможную конфигурацию, применимую в различных вариантах осуществления светоизлучающей системы 1, показанной на Фиг.1.

В соответствии с различными конфигурациями, обсуждавшимися до сих пор, преобразование от шага P_LS светоизлучающих устройств к шагу P_spot освещенных пятен 11А-11С, проецируемых на плоскость 3 проецируемого изображения, было достигнуто посредством выбора подходящего шага P_lens матрицы линз, выполненной между матрицей 5 светоизлучающих устройств 6а-6с и плоскостью 3 проецируемого изображения.

В качестве альтернативы или дополнительно, светоизлучающая система 1 может быть обеспечена направляющим лучи элементом, выполненным между матрицей оптических элементов 9а-9с и плоскостью 3 проецируемого изображения, чтобы направлять световые лучи, проходящие через оптические элементы 9а-9с, для получения освещенных пятен 11а-11с с требуемым шагом P_spot на плоскости 3 проецируемого изображения.

Например, как схематично иллюстрируется на Фиг.6, шаг P_lens оптических элементов 9а-9с может быть выбран таким же, как шаг P_LS светоизлучающих устройств 6а-6с, и направляющий лучи элемент может быть выполнен между оптическими элементами 9а-9с и плоскостью 3 проецируемого изображения, чтобы достигнуть по существу полного преобразования от P_LS к P_spot.

Специалисты в данной области техники могут оценить, что величина и направление отклонения луча, вызываемого направляющим лучи элементом, будут зависеть от местоположения в матрице, и что направляющий лучи элемент, в случае, иллюстрируемом на Фиг.6, должен быть выполнен таким образом, что при прослеживании лучей от внешней стороны светоизлучающей системы 1 через направляющий лучи элемент и матрицу оптических элементов 9а-9с к светоизлучающим устройствам 6а-6с светоизлучающие устройства 6а-6с выглядят, как выполненные с промежутками, равными шагу P_LS, задаваемому уравнением (1).

Пример простого направляющего лучи элемента, схематично иллюстрируемого в примерной конфигурации на Фиг.6, основан на имеющей малый шаг одномерной матрице призм 17a-17i. Направляющий лучи элемент может содержать множество оптических элементов или может быть обеспечен в виде одного большого направляющего все лучи элемента, который может быть, например, большой отрицательной линзой, предпочтительно линзой типа линзы Френеля.

На Фиг.7, которая представляет вид в разрезе по линии B-B' части светоизлучающей системы, показанной на Фиг.6, схематично иллюстрируется принцип последующего отклонения для упрощенного случая с монохроматическими светоизлучающими устройствами 6a-6b. Посредством конфигурации, показанной на Фиг.7, такой же шаг P_spot пятен достигается для того же шага P_lens оптических элементов, как на Фиг.3.

Наконец, следует отметить, что могут быть предприняты различные меры, чтобы избегать граничных эффектов в окрашенных управляемых вариантах осуществления светоизлучающей системы 1 в соответствии с настоящим изобретением. В соответствии с одним подходом источниками света, находящимися близко к краям матрицы 5 светоизлучающих устройств, которые не могут быть дополнены другими цветами, необходимыми для обеспечения полного спектра цветов для этого местоположения пятен на стене, можно управлять так, чтобы они не излучали свет, или они могут быть исключены из светоизлучающей системы 1.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение ни в коем случае не ограничено предпочтительными вариантами осуществления. Например, между соседними светоизлучающими устройствами 6а-6с могут быть размещены (поглощающие) перегородки, чтобы гарантировать, что свет, излучаемый конкретным светоизлучающим устройством, может проходить только через соответствующую линзу, а не через соседнюю линзу. Кроме того, в случае, если кто-нибудь желает спроецировать изображение на стену под углом, отличающимся от прямого угла, может выгодно иметь расстояние, которое меньше, чем среднее расстояние между светоизлучающими устройствами и оптическими элементами, для пятен, проецируемых близко к светоизлучающей системе, и иметь расстояние, которое больше, чем среднее расстояние между светоизлучающими устройствами и оптическими элементами, для пятен, проецируемых дальше от светоизлучающей системы. Помимо этого, линзы типа линзы Френеля, являющиеся сильными (с высоким оптическим увеличением), и все же имеющие легкий вес, могут благоприятно использоваться в качестве оптических элементов. Дополнительно, некоторые или все оптические элементы, содержащиеся в светоизлучающей системе, преимущественно могут быть электрически регулируемыми активными оптическими элементами, основанными, например, на жидких кристаллах или на технологии электросмачивания. Например, благодаря использованию активного рассеивателя можно регулировать перекрытие пятен света на стене. Благодаря использованию активного дефлектора после отклонения луча имеется возможность регулировать размер изображения из пятен света на стене.

Изобретение относится к области светотехники и предназначено для формирования управляемого изображения (10) из освещенных пятен (11a-11b) на удаленной плоскости (3) проецируемого изображения. Техническим результатом является повышение световой эффективности и компактности. Светоизлучающая система (1) содержит множество индивидуально управляемых светоизлучающих устройств (6а-6с), выполненных в матрице (5) светоизлучающих устройств с шагом (P_LS) светоизлучающих устройств, и оптическую систему (7), скомпонованную между матрицей (5) светоизлучающих устройств и плоскостью (3) проецируемого изображения. Оптическая система (7) выполнена с возможностью проецировать свет, излучаемый матрицей (5) светоизлучающих устройств, на плоскость (3) проецируемого изображения в виде проецируемой матрицы освещенных пятен (11а-11с), имеющих шаг (P_spot) проецируемого изображения, превышающий шаг (P_LS) светоизлучающих устройств. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Светоизлучающая система (1) для формирования управляемого изображения (10) из освещенных пятен (11а-11b) на удаленной плоскости (3) проецируемого изображения, причем упомянутая светоизлучающая система (1) содержит:
множество индивидуально управляемых светоизлучающих устройств (6а-6с), выполненных в матрице (5) светоизлучающих устройств с шагом (P_LS) светоизлучающих устройств, при этом каждое светоизлучающее устройство содержит, по меньшей мере, один светоизлучающий диод, и
оптическую систему (7), содержащую матрицу оптических элементов (9а-9с), имеющих шаг (P_lens) оптических элементов, превышающий упомянутый шаг (P_LS) светоизлучающих устройств, скомпонованную между упомянутой матрицей (5) светоизлучающих устройств и упомянутой плоскостью (3) проецируемого изображения,
при этом упомянутая оптическая система (1) выполнена с возможностью проецировать свет, излучаемый упомянутой матрицей (5) светоизлучающих устройств, на упомянутую плоскость (3) проецируемого изображения в виде проецируемой матрицы освещенных пятен (11а-11с), имеющих шаг (P_spot) проецируемого изображения, превышающий упомянутый шаг (P_lens) оптических элементов,
при этом светоизлучающая система удовлетворяет следующему соотношению:
N(P_{optical element} - P_{light-output device})<P_{optical element},
где N - самый большой размер матрицы оптических элементов в любом направлении в некотором количестве оптических элементов (9а-9с),
P_{optical element} - шаг оптических элементов, и
P_{light-output device} - шаг светоизлучающих устройств.

2. Светоизлучающая система (1) по п.1, в которой упомянутые оптические элементы (9а-9с) представляют собой фокусирующие линзы.

3. Светоизлучающая система (1) по п.1 или 2, в которой упомянутый шаг (P_lens) оптических элементов больше, чем упомянутый шаг (P_LS) светоизлучающих устройств, на коэффициент, находящийся в диапазоне от 1 до 1,25.

4. Светоизлучающая система (1) по п.1 или 2, в которой каждое светоизлучающее устройство (6а-6с) содержит, по меньшей мере, первый источник (12b, 13b, 14b) света и второй источник (12c, 13c, 14c) света, выполненные с возможностью излучать по-разному окрашенный свет.

5. Светоизлучающая система (1) по п.4, в которой первый источник (12a) света, содержащийся в первом светоизлучающем устройстве (6a), скомпонован относительно оптического элемента (9a), связанного с упомянутым первым светоизлучающим устройством (6a), таким образом, что свет, излучаемый упомянутым первым источником (12a) света, проецируется в виде пятна (11b), связанного со вторым источником (13b) света, содержащимся во втором светоизлучающем устройстве (6b).

6. Светоизлучающая система (1) по п.5, в которой первый (12a) и второй (12b) соседние источники света, содержащиеся в данном светоизлучающем устройстве (6a), разнесены на расстояние Δ_LS, задаваемое соотношением:
$${\Delta }_{LS}=n\frac{z_0}{z_i}{P}_{spot},$$
где n - целое число 1, 2, 3, …, z_i - оптическое расстояние между упомянутым оптическим элементом (9a), связанным с упомянутым светоизлучающим устройством (6a), и упомянутой плоскостью (3) проецируемого изображения, z₀ - оптическое расстояние между упомянутым светоизлучающим устройством (6a) и упомянутым оптическим элементом (9a), а P_spot - упомянутый шаг проецируемого изображения.

7. Светоизлучающая система (1) по п.1 или 2, в которой упомянутая оптическая система (7) дополнительно содержит направляющий лучи элемент, выполненный между упомянутой матрицей оптических элементов (9а-9с) и упомянутой плоскостью (3) проецируемого изображения, причем упомянутый направляющий лучи элемент выполнен с возможностью направлять световые лучи, исходящие от упомянутой матрицы оптических элементов, к упомянутой проецируемой матрице освещенных пятен (11а-11с) на упомянутой плоскости (3) проецируемого изображения.

8. Светоизлучающая система (1) по п.1 или 2, в которой упомянутая оптическая система (7) дополнительно содержит направляющий лучи элемент, выполненный между упомянутой матрицей (5) светоизлучающих устройств и упомянутой матрицей оптических элементов (9а-9с), причем упомянутый направляющий лучи элемент выполнен с возможностью направлять световые лучи, излучаемые упомянутыми светоизлучающими устройствами (6а-6с), к упомянутой проецируемой матрице освещенных пятен (11а-11с) на упомянутой плоскости (3) проецируемого изображения.

9. Светоизлучающая система (1) по п.7, в которой упомянутый направляющий лучи элемент содержит матрицу направляющих оптических элементов (17a-17i), каждый из которых выполнен с возможностью направлять световой луч, излучаемый связанным светоизлучающим устройством (6а-6с) в упомянутой матрице светоизлучающих устройств, к связанному пятну (11а-11с) в упомянутой проецируемой матрице освещенных пятен на упомянутой плоскости (3) проецируемого изображения.

10. Светоизлучающая система (1) по п.1 или 2, выполненная с возможностью допускать относительное перемещение между упомянутой матрицей (5) светоизлучающих устройств (6а-6с) и упомянутой оптической системой (7).

11. Светоизлучающая система (1) по п.10, выполненная с возможностью допускать регулирование расстояния (z₀) между упомянутой матрицей (5) светоизлучающих устройств и упомянутой оптической системой (7).

12. Светоизлучающая система (1) по п.1 или 2, содержащая разделительные перегородки, разделяющие упомянутые светоизлучающие устройства (6а-6с), при этом упомянутые разделительные перегородки скомпонованы между упомянутой матрицей (5) светоизлучающих устройств и упомянутой оптической системой (7).