專利名稱：從屏幕的背面投影圖像的背投式投影儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于從屏幕后側投影圖像的背投式投影儀。
背景技術：
近來，作為大尺寸顯示設備的背投電視引起關注。背投電視由安裝在外殼中的屏幕，安裝在屏幕后面的平面鏡，和用于發射投影光線到平面鏡的投影裝置(投影儀)組成。光學裝置具有照明光學系統、顯示器和投影光學系統。照明光學系統從高亮度的白光源提供均勻的照明光。顯示器對照明光進行調制形成原始圖像。投影光學系統放大及發射具有圖像信息的投影光。
光學裝置通常設置在這樣一個位置，即，使投影光向上發射到相對于屏幕傾斜并設置在屏幕的后面的平面鏡。至于背投電視，豎起平面鏡使其盡可能的與屏幕表面平行，與平面鏡的傾斜角為45度的情形相比，外殼縱深減小。因此，光學裝置面對平面鏡且沿斜上方向發射投影光(例如，參見日本專利公開文獻No.2002-141025)。
同時，由于該背投電視的外殼內部大體為中空，照明光學系統和投影光學系統可以自由地設計。因此，該背投電視的大小和形式不會受到明顯地限制，如普通的前投影儀。不僅可使所述各光學系統的元件，而且還可使所述光學裝置本身的元件通用于具有不同外部形狀的外殼和不同尺寸的屏幕。
用于投影儀的放電光源有金屬鹵化物燈，超高壓汞燈等等。然而，這些光源存在的問題是，當由于重力的影響，電極之間的弧光下降和上升，導致發光強度降低和燈的使用壽命變短，如上述公開文獻No.2002-141025所述。為了該光學裝置通用，限制設計以便不改變對所使用光源來說適當的放置狀態。例如，當為了減少背投電視的縱深而使平面鏡的傾斜角改變時，要求使用適合傾斜設置的光源。當投影光是沿水平方向或者垂直方向發射時，要求使用適合水平設置或者垂直設置的光源。因此，以常規的方法，當通常使用投影電視的光學裝置時，存在光源不通用的缺陷。
發明內容
鑒于以上所述，本發明的一個主要目的是提供一種背投式投影儀，其包括一個光源，使得在不同的屏幕尺寸和投影光不同仰角的情況下，光源保持恒定的放置狀態。
本發明的第二目的是提供一種背投式投影儀，其中通常使用具有相同結構的光學裝置而不會降低燈的亮度和縮短使用壽命。
為了實現上述及其他目的，根據本發明的背投式投影儀包括一光學裝置，所述光學裝置包括光源，光調制器和投影光學系統。附帶地，在所述背投式投影儀中，圖像是從屏幕的背面投影的。投影圖像從屏幕的正面觀看。
所述光源發出光路平行于屏幕表面的照明光。所述光調制器逐個像素地對所述照明光進行光學調制，以發出投影光。投影光學系統放大投影光，并朝屏幕方向發射投影光。該投影光沿與照明光發出方向垂直的方向傳送。通過使所述光學裝置繞平行于屏幕表面的照明光光路進行旋轉而改變投影光的仰角，而不用改變光源的設置狀態。
在一優選實施例中，投影光學系統包括一種用于垂直彎曲投影光光路的反射光學元件。另外，在屏幕和投影光學系統之間設置一用于將投影光反射到屏幕上的平面鏡。投影光的仰角適于可相對具有不同傾斜角的平面鏡發生改變，而不用改變光源的設置狀態。
優選地，投影光學系統由第一透鏡組，第二透鏡組和反射光學元件組成。第一透鏡組具有平行于所述照明光光路的第一光軸。第二透鏡組具有與第一透鏡組的第一光軸相垂直的第二光軸。反射光學元件設置在第一透鏡組和第二透鏡組之間。
根據本發明的背投式投影儀，投影光的傳輸方向可以在垂直于屏幕短邊或者屏幕長邊的平面上適當地變化。而且，所述光學裝置可以通用而不必考慮屏幕尺寸，平面鏡的大小和平面鏡的傾斜角。這些有利于節省成本等。由于所述投影光學系統包括用于彎曲投影光光路的反射光學元件，與反射光學元件設置在投影光學系統屏幕一邊的情形相比，可減少投影光學系統的尺寸。進一步地，與反射光學元件設置在投影光學系統屏幕一邊的情形相比，可減少具有L型形狀的投影光學系統的凸出。
上述本發明的目的和優點，將由本發明優選實施例及附圖由下面的詳細描述變得顯而易見。附圖簡述圖1所示為背投式投影儀的示意圖；圖2所示為設置屏幕，平面鏡和光學裝置的透視圖；圖3所示為光學裝置內部的透視圖；圖4所示為使用相同光學裝置的背投式投影儀的第二實施例的示意圖；和圖5所示為光學裝置具有不同結構的背投式投影儀的透視圖。
具體實施例方式
在圖1中，背投式投影儀2包括設置在外殼3前側的屏幕4，設置在屏幕4后面的平面鏡5，以及光學裝置6。平面鏡5傾斜設置，使其相對于屏幕4的傾斜角小于45度。該光學裝置6具有一個固定的投影透鏡，其光軸相對于屏幕4傾斜。從光學裝置6傾斜向上發射的投影光被平面鏡5反射，傳輸到屏幕4的背面。投影到屏幕4背面的是一個顛倒的投影圖像，從屏幕4的前面可以看到一個直立的投影圖像。
如圖2所示，屏幕4為長方形形狀。屏幕4的長邊與水平方向平行，短邊與豎直方向平行。平面鏡5以傾斜方式設置，其上側沿著與屏幕4的長邊平行的參考軸靠近屏幕4。平面鏡5設置成可以減少外殼3的縱深尺寸。附帶地，雖然平面鏡5小于屏幕4，當平面鏡5設置為與屏幕4更遠而更靠近光學裝置6時，平面鏡5所需的尺寸可以減少。
圖3所示，該光學裝置6包括一個光源10，一個照明光學系統(未顯示)，一個分色光學系統(未顯示)，它們組成一個整體。光源10用于高亮度的照明。照明光學系統將從光源10發出的與屏幕4長邊平行的白光，轉換成均勻照明光。分色光學系統將白光分成紅(R)、綠(G)和藍(B)三個基本顏色光。在這里省略了偏振變換單元等的解釋和說明。液晶顯示器11a、11b和11c被分別設置在分成三種顏色的照明光的各自光路上。液晶顯示器11a到11c包括大量液晶像素，這些液晶像素以矩陣方式排列且具有例如XGA(Extended Graphics Array)的大小。液晶顯示器各自的像素調整各顏色照明光的傳輸量。液晶顯示器11a，11b和11c組成一個光調制器。
借助于11a到11c這三個顯示器，各顏色的照明光被調制成為具有圖像信息的投影光，其圖像長寬比是4比3。液晶顯示器的位置是圍繞交叉的分色棱鏡12的三個邊設置。液晶顯示器以縱向的狀態設置，它的矩形顯示表面的各長邊彼此平行。對于分別設置在紅光路徑和藍光路徑的上液晶顯示器11a和11c，它的短邊平行于屏幕4的長邊。
交叉分色棱鏡12具有一個紅光反射鍍膜12a和一個藍光反射鍍膜12b，分別用于反射紅色投影光和藍色投影光。通過液晶顯示器11a的紅色投影光被紅光反射鍍膜12a反射。通過液晶顯示器11c的藍色投影光被藍光反射鍍膜12b反射。同時，通過液晶顯示器11b的綠色投影光經過各鍍膜。當通過交叉分色棱鏡12時，各個顏色的投影光被合成為具有全色圖像信息的投影光。
從交叉分色棱鏡12透過的投影光進入投影光學系統13，投影光學系統13由第一投影透鏡組14，平面反射鏡15和第二投影透鏡組16組成。第一投影透鏡組14的光軸平行于屏幕4的長邊。反射鏡面15以傾斜45度設置。第二投影透鏡組16向平面鏡5發射投影光。有可能使用一個其傾斜表面上形成有反射鍍膜的矩形棱鏡代替反射鏡面15。
反射鏡面15使從交叉分色棱鏡12傳輸出的投影光的光路垂直彎曲。反射鏡面15和平面鏡5被設置成不同的傾斜狀態，以致它們之間互相偏斜。投影光適于被偏轉90度。換句話說，由縱向狀態設置的液晶顯示器11a到11c形成的縱向圖像被投影到長方形形狀的屏幕4上。
下面描述背投投影儀2的操作。當開啟水平設置的光源10時，白色照明光沿照明光的水平光路發射，其平行于屏幕4的長邊。從光源10發出的照明光通過已知的分色光學系統被分離成紅色照明光、綠色照明光和藍色照明光，進入設置在各顏色照明光路上的液晶顯示器11a到11c中。通過液晶顯示器11a到11c的各顏色照明光，被調制為具有圖像信息的投影光。調制后的投影光入射到交叉分色棱鏡12。
在交叉分色棱鏡12的內部，紅色和藍色反射鍍膜12a和12b分別反射紅色投影光和藍色投影光，綠色投影光分別穿過各反射鍍膜。在進入投影光學系統13之前，三種顏色的投影光被合成在一起。合成的投影光經過第一投影透鏡組14并被反射鏡面15反射。然后，投影光穿過第二投影透鏡組16并向平面鏡5發射。從光學裝置6發出的投影光被平面鏡5反射，在屏幕4上形成一長方形圖像。有可能從屏幕的前側看到放大的投影圖像。
同時，圖4所示為一個背投式投影儀20，其包含與背投式投影儀2中的光學元件相同的光學元件6，可圍繞水平軸旋轉。光學裝置6水平地向儀器前部發射投影光。外殼21包含第一平面鏡22和第二平面鏡23。從光學裝置6發射到儀器前部的光被第一和第二平面鏡22和23反射，沿著Z字形光路前進。于是在比屏幕4具有更大尺寸的屏幕24上形成圖像。通過兩個平面鏡確保了較長的投影距離，使得投影放大倍數增大。在背投式投影儀20中，從光學裝置6發出的光被偶數個平面鏡反射偶數次。由光學裝置6的液晶顯示器形成的圖像預先在背投式投影儀形成的圖像的長邊方向顛倒。然而，關于這些的說明在這里省略。
由于投影光的傳輸方向在垂直于屏幕長邊的平面上適當變化，光學裝置6可通用于具有不同屏幕尺寸和不同平面鏡尺寸的背投式投影儀。
上述實施例中，使用透射式液晶顯示器作為圖像顯示器。然而，這不是唯一的。本發明可以同樣地采用反射型液晶顯示器(例如LCOS)、數字微鏡器件等圖像顯示器，這些需要照明光源。而且，圖像顯示的數量也不是唯一的。本發明同樣地可以用于單板式和三板式背投投影儀。例如，圖5所示的背投式投影儀35，具有一個水平設置的照明光源36。照明光的光路平行于矩形屏幕37的長邊。投影儀透鏡38的光軸垂直于照明光的光路。圖像顯示器39的顯示表面平行于照明光的光路。通過繞照明光光路的中心軸旋轉投影鏡38和圖像顯示器39，不用改變照明光源36的放置狀態就可改變投影光的仰角。
如上述實施例所述當使用適于水平放置的光源作為光源時，投影光的傳輸方向被設置在垂直于屏幕長邊的平面上。相反，投影光的傳輸方向在垂直于屏幕短邊的平面上可變化的背投式投影儀中，通過使用適于垂直設置的光源，例如超高壓汞燈可適當改變投影光相對屏幕表面的仰角。
在前面所述的實施例中，平面鏡5，22和23被用作反射元件反射投影光。然而，可使用非球面鏡和反射棱鏡作為反射元件代替平面鏡。
雖然本發明參照附圖對優選實施例進行全面的描述，不過本領域技術人員顯然可進行不同的改變和變型。因此，除非這些改變和變型偏離本發明的范圍，否則都應理解為包含在本發明之中。
權利要求
1.一種從屏幕的背面投影圖像、從屏幕的正面觀看圖像的背投式投影儀，包括光源，用于沿平行于所述屏幕表面的光路發射照明光；光調制器，用于逐個像素地對所述照明光進行光學調制；和投影光學系統，其將從所述光調制器發出的投影光放大并發射到所述屏幕，所述投影光學系統沿著與所述照明光發射方向垂直的方向發射投影光。
2.根據權利要求1所述背投式投影儀，其中，所述投影光學系統包括反射光學元件，用于垂直彎曲從所述光調制器發射出的投影光。
3.根據權利要求2所述背投式投影儀，進一步包括設置在所述屏幕和所述投影光學系統之間的第一反射元件，其將來自所述投影光學系統的投影光反射向所述屏幕。
4.根據權利要求3所述背投式投影儀，進一步包括設置在所述第一反射元件和所述投影光學系統之間的至少一個輔助反射元件，所述輔助反射元件將來自所述投影光學系統的投影光反射向所述第一反射元件。
5.根據權利要求3所述背投式投影儀，其中所述投影光學系統包括第一、第二透鏡組和反射光學元件，第一透鏡組具有平行于所述光路的第一光軸，第二透鏡組具有垂直于所述第一光軸的第二光軸，反射光學元件被設置在第一透鏡組和第二透鏡組之間。
全文摘要
本發明公開了一種光學元件，其包括光源，照明光學系統，分色光學系統，液晶顯示器，交叉分色棱鏡和投影光學系統。投影光學系統包括第一投影透鏡組，用于垂直地彎曲投影光的光路徑反射鏡面，和第二投影透鏡組。從光源發出的照明光平行于屏幕表面和第一投影透鏡組的光軸。當光學元件圍繞與照明光的光路平行的軸旋轉時，光源保持水平狀態。
文檔編號G03B21/20GK1573523SQ20041006313
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月27日 優先權日2003年5月27日
發明者稻本雅之 申請人:富士寫真光機株式會社