專利名稱：投影顯示設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種投影顯示設備。
背景技術：
在典型的投影顯示設備，借助于成像系統，在觀察屏上投影由照明系統所照亮的成像器所產生的圖像。
自然地，用戶所需要的是，設備具有盡可能與屏幕垂直的較小深度(細長投影儀)。然而，由于照明和成像系統最好位于設備一側(通常為底側)，較小的深度必然意味著光以在較寬范圍上變化的角度入射到屏幕上。
由于屏幕的透射因數取決于光的入射角，如同在任意光學系統中那樣，這導致了在屏幕上不受控的不均勻的亮度級(通常底部更亮)。
發明內容
本發明的目的在于一種解決方案，允許設計者更好地控制在屏幕上的光的分布，例如，獲得更均勻的亮度級，可能伴隨著在中心的更高的亮度級。
本發明提出了一種顯示設備，具有由照明系統照射的成像器、以及將圖像投影在觀察屏上的成像系統，其中，從成像器到觀察屏的光學效率具有在給定方向上的變化，并且其中，照明系統具有用于控制在給定方向上的光分布的裝置。
更準確地說，本發明提出了一種顯示設備，具有由照明系統照射的成像器、以及將圖像投影在觀察屏上的成像系統，其中，在成像器上的圖像的亮度具有在給定方向上的變化，并且其中，照明系統具有用于控制在給定方向上的光分布的裝置。
優選地，所述給定方向對應于圖像的水平軸或垂直軸。
按照一優選方式，所述控制裝置至少部分地補償在屏幕上的亮度變化。
通常，優選地，所述控制裝置產生非均勻的、最好非對稱的在給定方向上的光分布。實際上，所述控制裝置包括產生給定方向上的不均勻光的光導。根據一可能實施例，光導相對于照明系統的光軸是非對稱的。例如，光導具有六面體的形狀。優選地，光導具有矩形截面。還優選地，光導截面從輸入側向輸出側增大。
為了改善光分布控制的精度，光導具有與另一光導接觸的輸入面。優選地，另一光導在輸入面上產生大致均勻的光分布。
在該可能的結構中，光導具有相對于所述另一光導的相應面傾斜的面。
根據一有利實施例，光導具有輸出面，利用透鏡系統將該輸出面投影到成像器上。
根據另一可能實施例，光導具有帶有梯度濾光器的輸出面。例如，由反射梯度涂層來實現梯度濾光器。特別地，該濾光器在輸出面上產生非對稱的分布。優選地，光導具有帶有中心孔的反射涂層的輸入面。
在另一可能實施例中，對梯度濾光器進行著色，因此，可以對設備中的色彩不均勻進行補償。
優選地，在平面上的圖像的最大投影角大于50°。
根據參考附圖所進行的以下詳細描述，本發明的其他特征將變得明顯，其中，圖1示出了一種顯示設備；圖2和3示出了圖1中的顯示設備的照明系統；圖4示出了圖2中的照明系統的光隧道；圖5示出了由圖4中的照明系統所產生的光的垂直分布；圖6示出了在圖1中的設備的成像部分的透射率Ts；圖7示出了在圖1中的設備的屏幕上的亮度級；
圖8示出了具有光隧道的另一可能照明系統；圖9示出了針對圖8的光隧道的出口面的可能梯度濾光器；圖10示出了針對圖8的光隧道的出口面的另一可能梯度濾光器。
具體實施例方式
圖1上示意地示出的顯示設備具有照明系統2，產生由成像器4所接收到的原始光束Bill。
成像器4確定將光束Bill的哪些部分傳送到成像系統，從而創建二次光束Bimg，表示要顯示的圖像。
例如，成像器4按照像素矩陣排列。每個像素根據應該如何使要顯示圖像中的相應像素發光，作用于入射光束(原始束Bill的一部分)。
二次光束Bimg通過一組透鏡6，并且由反射器8反射到觀察屏10的背面，按照這樣的方式，透鏡組6和反射器8定義了成像系統，由于在觀察屏10上投影成像器4。
觀察屏10帶有透射元件(未示出)，通常將輸入光束校準到與觀察屏10垂直的方向上，而且以與從中顯示設備將具有正確的外觀的視野相對應的角度范圍，將光束聚焦到觀察屏10的黑色矩陣的微型孔徑中。
如從圖1中顯而易見，入射到觀察屏10上的光束(并因而入射到其透射元件上)具有相對于屏幕平面的法向從底部的θ1(大約30°)到頂部的θ2(大約60°或更大)的大范圍上變化的入射角(或者投影角)。通常，最大投影角大于50°。
因此，觀察屏10的透射率在整個屏幕上不是恒定的，而在垂直方向上變化。這樣，在成像器4和觀察屏10之間的光的傳輸效率經受到沿垂直方向的極大變化。對于在成像器的輸出處具有相同亮度的兩點(束Bimg)-例如，與要顯示的圖像的底部相對應的第一點和與頂部相對應的第二點，在觀察屏10上的亮度是不相等的-第一點比第二點亮得多。
為了補償該變化并更好地控制在觀察屏10上的光分布，照明系統2設置有用于控制照射成像器4的光分布的裝置(可能為光學元件)。因此，可以由設計者按照需要分布照射成像器的光，特別是沿垂直方向按照不均勻的方式，以便預先補償如上所述傳輸效率的隨后變化。
圖1示出了根據本發明的背投影儀。然而，本發明還涉及正面投影儀，特別是專用于其中投影角從諸如大約30°到60°(或更大)的極大范圍內變化的投影的正面投影儀。通常，投影角的最大值大于50°。優選地，這些正面投影儀包括諸如上述或稍后所述的諸如系統2等照明系統。
現在將參考圖2到4來描述具有光分布控制元件的照明系統2的第一可能實施例。
所述照明系統具有光源12，位于反射器14的焦點處，所述反射器將光集中在光隧道16的輸入器上。所述光隧道16包括平行六面體形式的第一對稱光導18(其一個面是輸入器)，沿著光的總方向；以及第二非對稱光導20，其上表面與第一光導18的上表面平齊，而其下表面與第一光導18的下表面成一角度。準確地說，第二光導20的下表面相對于光的總方向發生分叉。
因此，第一光導18具有沿著光的總方向的恒定的矩形橫截面，而第二光導20具有沿著光的總方向，在垂直方向上增加的尺寸的矩形橫截面。這樣，第二光導20具有六面體的形狀。優選地，該光導的截面從輸入側向輸出側增大。優選地，光導20的截面是矩形的，這較好地適合于矩形成像器。根據本發明的一個變體，光導20具有另一形狀，并且其截面不是矩形的(例如，其是梯形的，以便補償在成像器上的照明的形狀的可能變化)。
如從圖3中可以看到，在所述實施例中，第一光導18的每一個側面與第二光導20的相應側面相平齊。作為可能的一個變體，第二光導20的側面還可以與光的總方向(并因而與第一光導18的側面)形成一角度，以便還控制側向上的光的分布。
由于第二光導20的特定設計，從光隧道16的輸出面(輸出面是第二光導20的一個面)出來的光在垂直方向上具有不均勻的、非對稱分布，如下面參考圖4更詳細地解釋的，然后，借助于通常具有多個透鏡的透鏡系統22，將其投影到成像器上。
第一光導18在其輸入面24上接收來自反射器14的圓形分布的光，并且在其端面上(在第一光導18和第二光導20之間的中間面26)將所述光轉換為大致均勻、矩形分布的光，特別是通過如圖4所示的多次反射。通過增加光導的長度，可以增強均勻性。
中間面26相對于第二光導28充當第二光源。由于第二光導20的上表面與第一光導18的上表面平齊，因此，在第二光導20的上部區域中的光束R1、R2與第一光導18幾乎相同地工作。然而，在下部區域中，由于傾斜的下表面，盡管其相對于光的總方向成一角度，但是不反射某些光束(例如在圖4上的光束R4)，從而使得在底部的某些光通量發生分叉(例如，從光束R3)，導致了在底部處的低密度。
如在圖4上所示例的，從光隧道16的輸出(對應于第二光導20的輸出面28)發出的光分布在垂直方向上是不均勻的并且非對稱的。
由于通過透鏡22將輸出面28投影到成像器上，在輸出面28的長度和高度之間的比對應于成像器4上的長度和高度比。通常，其還對應于顯示設備的高寬比。
可以指出，盡管是非強制的，但是針對光隧道16使用兩個分離的光導可以進一步改善對光分布的控制，這是由于第一光導產生了均勻的矩形分布，然后由第二光導以更為精確的方式將其轉換為所期望的分布。
注意，六面體越長，非對稱的程度越高，因此，亮度的對中越強。
圖5示意地示出了由剛才所描述的照明系統所產生的垂直方向上的光束Bill的光分布Dill，這樣，該分布是由成像器4所接收的光分布。如果成像器4想要顯示均勻的圖像(例如白屏)，則圖5還對應于從成像器中輸出的光束Bimg的光分布。
圖6示意地示出了沿著垂直方向的組合成像系統6、8和觀察屏10的透射率Ts，具有如上所解釋的從底部到頂部的變化(主要由于所需的顯示設備的較小深度)。
圖7示出了沿著垂直方向的觀察屏10的亮度，由通過成像系統和觀察屏10的透射元件(以圖6所示的效率)的光束Bimg(具有圖5所示的分布)產生。
明顯地，由第二光導20所產生的非對稱分布來補償在屏幕10上的傳輸變化的效果(將會導致底部具有太多亮度，而沒有特定的分布)。得到的分布在垂直方向上為大致對稱的，在中心具有峰值亮度，對于用戶而言是理想的。
圖8中示出了利用控制光分布的裝置來照明的第二可能實施例。與圖2到4類似的參考符號將用于具有類似特性的元件。
圖8中的照明系統具有實現了位于反射器14的焦點處的光源12的燈。反射器14將光集中在具有平行六面體形式的光隧道16的輸入器32上。沿著光隧道16從輸入器32向出輸出面30傳輸光，可能具有一個或多個內反射。
在從輸出面30退出光隧道16之后，將光指引到成像器上，如參考圖1所述的，可能通過傳統的中繼透鏡。
輸出面30帶有反射梯度涂層，充當梯度濾光器(filter)，以便控制從光隧道16中出來的光分布。例如，由沉積的鋁來實現梯度涂層。
在圖9和10中示出了典型的梯度濾光器。
例如，圖9中的梯度濾光器可以對成像系統中的光的非對稱分布進行補償，這是由于在屏幕10上的較寬范圍的入射角。參考圖5到7所給出的解釋也適用于該情況。
在圖10中給出的可能的梯度濾光器的另一實例是對中梯度(或中心濾光器)，尤其適合于具有非常寬的角度屏幕，在軸上實現到其上的投影。在這種情況下，通過過濾在輸出面30的中心處存在的光，對公知的角落現象(角落中的光的缺乏)進行預先補償。
當然，可以根據控制光分布的需要，對梯度濾光器進行不同的設計。因此，明顯地，圖8中的實施例是一個特別靈活的解決方案。
另外，可以使用具有補償色的梯度濾光器，特別用于校正任何可能的色彩均勻性，例如在一些LCOS投影系統中存在的品紅色變化。這是本實施例的另一優點。
為了使損耗最小，特別是由于在輸出面30上的反射梯度涂層所造成的損耗，輸入面32具有包含在對應于入射光的光束與輸入面32的交點的中心內的孔的反射鏡涂層。
作為本發明的非限定性的可能實施例，給出了以上描述。還可以指出，為了易于解釋，該描述未提到圖像的任何反轉(例如通過各種透鏡)，但是，當假如在照明系統的光控制裝置至少部分地在觀察屏上補償透射率的變化而發生了圖像的反向時，也可以應用本發明。
權利要求
1.一種顯示設備，具有由照明系統(2)照射的成像器(4)、以及將圖像投影在觀察屏(10)上的成像系統(6，8)，其中，在成像器上的圖像的亮度具有在給定方向上的變化，并且照明系統(2)具有由于控制在給定方向上的光分布的裝置(20)。
2.根據權利要求1所述的顯示設備，其特征在于所述給定方向對應于圖像的水平軸或垂直軸。
3.根據權利要求1或2所述的顯示設備，其特征在于所述控制裝置(20)至少部分地補償在屏幕上的亮度變化。
4.根據權利要求1到3任一個所述的顯示設備，其特征在于所述控制裝置(20)在成像器上產生給定方向上的不均勻光分布。
5.根據權利要求4所述的顯示設備，其特征在于所述控制裝置在成像器上產生在給定方向上的非對稱光分布。
6.根據權利要求1到5任一個所述的顯示設備，其特征在于所述控制裝置包括光導(20；16)，用于在成像器上產生在給定方向上的非均勻光分布。
7.根據權利要求6所述的顯示設備，其特征在于所述光導(20)相對于照明系統的光軸是非對稱的。
8.根據權利要求6或7所述的顯示設備，其特征在于所述光導(20)具有六面體的形狀。
9.根據權利要求6到8任一個所述的顯示設備，其特征在于光導(20)具有矩形截面。
10.根據權利要求6到9任一個所述的顯示設備，其特征在于所述光導截面從輸入側向輸出側增大。
11.根據權利要求6到10任一個所述的顯示設備，其特征在于光導(20)具有與另一光導(18)接觸的輸入面(26)。
12.根據權利要求11所述的顯示設備，其特征在于所述另一光導(18)在所述輸入面(26)上產生大致均勻的光分布。
13.根據權利要求11或12所述的顯示設備，其特征在于所述光導(20)具有至少相對于所述另一光導(18)的相應面傾斜的面。
14.根據權利要求6到13任一個所述的顯示設備，其特征在于所述光導具有輸出面(28)，利用透鏡系統(22)將所述輸出面(28)投影在成像器(4)上。
15.根據權利要求6到14任一個所述的顯示設備，其特征在于所述光導(16)具有帶有梯度濾光器的輸出面(30)。
16.根據權利要求15所述的顯示設備，其特征在于所述梯度濾光器產生不均勻、最好非對稱的從輸出面(30)出來的光分布。
17.根據權利要求15所述的顯示設備，其特征在于由反射梯度涂層來實現梯度濾光器。
18.根據權利要求15到17任一個所述的顯示設備，其特征在于對所述梯度濾光器進行著色。
19.根據權利要求15所述的顯示設備，其特征在于所述光導(16)具有帶有具有中心孔的反射涂層的輸入面(32)。
20.根據權利要求1到19任一個所述的顯示設備，其特征在于在屏幕上的圖像的最大投影角大于50°。
全文摘要
本發明涉及一種顯示設備，具有由照明系統2照射的成像器(4)、以及將圖像投影在觀察屏(10)上的成像系統(6，8)，其中，在成像器上的圖像的亮度具有在給定方向上的變化，并且照明系統(2)具有由于控制在給定方向上的光分布的裝置(20)。
文檔編號G02B6/00GK1577067SQ20041007125
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月16日 優先權日2003年7月16日
發明者瓦爾特·德拉日奇, 歐仁·奧唐奈, 帕特卡爾·伯努瓦, 阿爾諾布·舒伯特 申請人:湯姆森許可貿易公司