專利名稱：投影顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
在典型的投影顯示設(shè)備，借助于成像系統(tǒng)，在觀察屏上投影由照明系統(tǒng)所照亮的成像器所產(chǎn)生的圖像。
自然地，用戶所需要的是，設(shè)備具有盡可能與屏幕垂直的較小深度(細(xì)長投影儀)。然而，由于照明和成像系統(tǒng)最好位于設(shè)備一側(cè)(通常為底側(cè))，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(shù)取決于光的入射角，如同在任意光學(xué)系統(tǒng)中那樣，這導(dǎo)致了在屏幕上不受控的不均勻的亮度級(通常底部更亮)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于一種解決方案，允許設(shè)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(fā)明提出了一種顯示設(shè)備，具有由照明系統(tǒng)照射的成像器、以及將圖像投影在觀察屏上的成像系統(tǒng)，其中，從成像器到觀察屏的光學(xué)效率具有在給定方向上的變化，并且其中，照明系統(tǒng)具有用于控制在給定方向上的光分布的裝置。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明提出了一種顯示設(shè)備，具有由照明系統(tǒng)照射的成像器、以及將圖像投影在觀察屏上的成像系統(tǒng)，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(tǒng)具有用于控制在給定方向上的光分布的裝置。
優(yōu)選地，所述給定方向?qū)?yīng)于圖像的水平軸或垂直軸。
按照一優(yōu)選方式，所述控制裝置至少部分地補(bǔ)償在屏幕上的亮度變化。
通常，優(yōu)選地，所述控制裝置產(chǎn)生非均勻的、最好非對稱的在給定方向上的光分布。實(shí)際上，所述控制裝置包括產(chǎn)生給定方向上的不均勻光的光導(dǎo)。根據(jù)一可能實(shí)施例，光導(dǎo)相對于照明系統(tǒng)的光軸是非對稱的。例如，光導(dǎo)具有六面體的形狀。優(yōu)選地，光導(dǎo)具有矩形截面。還優(yōu)選地，光導(dǎo)截面從輸入側(cè)向輸出側(cè)增大。
為了改善光分布控制的精度，光導(dǎo)具有與另一光導(dǎo)接觸的輸入面。優(yōu)選地，另一光導(dǎo)在輸入面上產(chǎn)生大致均勻的光分布。
在該可能的結(jié)構(gòu)中，光導(dǎo)具有相對于所述另一光導(dǎo)的相應(yīng)面傾斜的面。
根據(jù)一有利實(shí)施例，光導(dǎo)具有輸出面，利用透鏡系統(tǒng)將該輸出面投影到成像器上。
根據(jù)另一可能實(shí)施例，光導(dǎo)具有帶有梯度濾光器的輸出面。例如，由反射梯度涂層來實(shí)現(xiàn)梯度濾光器。特別地，該濾光器在輸出面上產(chǎn)生非對稱的分布。優(yōu)選地，光導(dǎo)具有帶有中心孔的反射涂層的輸入面。
在另一可能實(shí)施例中，對梯度濾光器進(jìn)行著色，因此，可以對設(shè)備中的色彩不均勻進(jìn)行補(bǔ)償。
優(yōu)選地，在平面上的圖像的最大投影角大于50°。


根據(jù)參考附圖所進(jìn)行的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征將變得明顯，其中，圖1示出了一種顯示設(shè)備；圖2和3示出了圖1中的顯示設(shè)備的照明系統(tǒng)；圖4示出了圖2中的照明系統(tǒng)的光隧道；圖5示出了由圖4中的照明系統(tǒng)所產(chǎn)生的光的垂直分布；圖6示出了在圖1中的設(shè)備的成像部分的透射率Ts；圖7示出了在圖1中的設(shè)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(tǒng)；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(shí)施例方式
圖1上示意地示出的顯示設(shè)備具有照明系統(tǒng)2，產(chǎn)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(tǒng)，從而創(chuàng)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(jù)應(yīng)該如何使要顯示圖像中的相應(yīng)像素發(fā)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(tǒng)，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(zhǔn)到與觀察屏10垂直的方向上，而且以與從中顯示設(shè)備將具有正確的外觀的視野相對應(yīng)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(jīng)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(diǎn)(束Bimg)-例如，與要顯示的圖像的底部相對應(yīng)的第一點(diǎn)和與頂部相對應(yīng)的第二點(diǎn)，在觀察屏10上的亮度是不相等的-第一點(diǎn)比第二點(diǎn)亮得多。
為了補(bǔ)償該變化并更好地控制在觀察屏10上的光分布，照明系統(tǒng)2設(shè)置有用于控制照射成像器4的光分布的裝置(可能為光學(xué)元件)。因此，可以由設(shè)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(yù)先補(bǔ)償如上所述傳輸效率的隨后變化。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的背投影儀。然而，本發(fā)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(nèi)變化的投影的正面投影儀。通常，投影角的最大值大于50°。優(yōu)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(tǒng)2等照明系統(tǒng)。
現(xiàn)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(tǒng)2的第一可能實(shí)施例。
所述照明系統(tǒng)具有光源12，位于反射器14的焦點(diǎn)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(dǎo)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(dǎo)20，其上表面與第一光導(dǎo)18的上表面平齊，而其下表面與第一光導(dǎo)18的下表面成一角度。準(zhǔn)確地說，第二光導(dǎo)20的下表面相對于光的總方向發(fā)生分叉。
因此，第一光導(dǎo)18具有沿著光的總方向的恒定的矩形橫截面，而第二光導(dǎo)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(dǎo)20具有六面體的形狀。優(yōu)選地，該光導(dǎo)的截面從輸入側(cè)向輸出側(cè)增大。優(yōu)選地，光導(dǎo)20的截面是矩形的，這較好地適合于矩形成像器。根據(jù)本發(fā)明的一個變體，光導(dǎo)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(bǔ)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(shí)施例中，第一光導(dǎo)18的每一個側(cè)面與第二光導(dǎo)20的相應(yīng)側(cè)面相平齊。作為可能的一個變體，第二光導(dǎo)20的側(cè)面還可以與光的總方向(并因而與第一光導(dǎo)18的側(cè)面)形成一角度，以便還控制側(cè)向上的光的分布。
由于第二光導(dǎo)20的特定設(shè)計，從光隧道16的輸出面(輸出面是第二光導(dǎo)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(xì)地解釋的，然后，借助于通常具有多個透鏡的透鏡系統(tǒng)22，將其投影到成像器上。
第一光導(dǎo)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(dǎo)18和第二光導(dǎo)20之間的中間面26)將所述光轉(zhuǎn)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(dǎo)的長度，可以增強(qiáng)均勻性。
中間面26相對于第二光導(dǎo)28充當(dāng)?shù)诙庠础Ｓ捎诘诙鈱?dǎo)20的上表面與第一光導(dǎo)18的上表面平齊，因此，在第二光導(dǎo)20的上部區(qū)域中的光束R1、R2與第一光導(dǎo)18幾乎相同地工作。然而，在下部區(qū)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(fā)生分叉(例如，從光束R3)，導(dǎo)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(yīng)于第二光導(dǎo)20的輸出面28)發(fā)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(yīng)于成像器4上的長度和高度比。通常，其還對應(yīng)于顯示設(shè)備的高寬比。
可以指出，盡管是非強(qiáng)制的，但是針對光隧道16使用兩個分離的光導(dǎo)可以進(jìn)一步改善對光分布的控制，這是由于第一光導(dǎo)產(chǎn)生了均勻的矩形分布，然后由第二光導(dǎo)以更為精確的方式將其轉(zhuǎn)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(qiáng)。
圖5示意地示出了由剛才所描述的照明系統(tǒng)所產(chǎn)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(yīng)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(tǒng)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(shè)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(tǒng)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(chǎn)生。
明顯地，由第二光導(dǎo)20所產(chǎn)生的非對稱分布來補(bǔ)償在屏幕10上的傳輸變化的效果(將會導(dǎo)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(shí)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(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)了位于反射器14的焦點(diǎn)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(nèi)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(tǒng)的中繼透鏡。
輸出面30帶有反射梯度涂層，充當(dāng)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(shí)現(xiàn)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(tǒng)中的光的非對稱分布進(jìn)行補(bǔ)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(shí)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(shí)現(xiàn)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(xiàn)象(角落中的光的缺乏)進(jìn)行預(yù)先補(bǔ)償。
當(dāng)然，可以根據(jù)控制光分布的需要，對梯度濾光器進(jìn)行不同的設(shè)計。因此，明顯地，圖8中的實(shí)施例是一個特別靈活的解決方案。
另外，可以使用具有補(bǔ)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(tǒng)中存在的品紅色變化。這是本實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)。
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(yīng)于入射光的光束與輸入面32的交點(diǎn)的中心內(nèi)的孔的反射鏡涂層。
作為本發(fā)明的非限定性的可能實(shí)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(zhuǎn)(例如通過各種透鏡)，但是，當(dāng)假如在照明系統(tǒng)的光控制裝置至少部分地在觀察屏上補(bǔ)償透射率的變化而發(fā)生了圖像的反向時，也可以應(yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種顯示設(shè)備，具有由照明系統(tǒng)(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(tǒng)(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(tǒng)(2)具有由于控制在給定方向上的光分布的裝置(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述給定方向?qū)?yīng)于圖像的水平軸或垂直軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述控制裝置(20)至少部分地補(bǔ)償在屏幕上的亮度變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3任一個所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述控制裝置(20)在成像器上產(chǎn)生給定方向上的不均勻光分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述控制裝置在成像器上產(chǎn)生在給定方向上的非對稱光分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5任一個所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述控制裝置包括光導(dǎo)(20；16)，用于在成像器上產(chǎn)生在給定方向上的非均勻光分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述光導(dǎo)(20)相對于照明系統(tǒng)的光軸是非對稱的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述光導(dǎo)(20)具有六面體的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8任一個所述的顯示設(shè)備，其特征在于光導(dǎo)(20)具有矩形截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求6到9任一個所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述光導(dǎo)截面從輸入側(cè)向輸出側(cè)增大。
11.根據(jù)權(quán)利要求6到10任一個所述的顯示設(shè)備，其特征在于光導(dǎo)(20)具有與另一光導(dǎo)(18)接觸的輸入面(26)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述另一光導(dǎo)(18)在所述輸入面(26)上產(chǎn)生大致均勻的光分布。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述光導(dǎo)(20)具有至少相對于所述另一光導(dǎo)(18)的相應(yīng)面傾斜的面。
14.根據(jù)權(quán)利要求6到13任一個所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述光導(dǎo)具有輸出面(28)，利用透鏡系統(tǒng)(22)將所述輸出面(28)投影在成像器(4)上。
15.根據(jù)權(quán)利要求6到14任一個所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述光導(dǎo)(16)具有帶有梯度濾光器的輸出面(30)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述梯度濾光器產(chǎn)生不均勻、最好非對稱的從輸出面(30)出來的光分布。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示設(shè)備，其特征在于由反射梯度涂層來實(shí)現(xiàn)梯度濾光器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15到17任一個所述的顯示設(shè)備，其特征在于對所述梯度濾光器進(jìn)行著色。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示設(shè)備，其特征在于所述光導(dǎo)(16)具有帶有具有中心孔的反射涂層的輸入面(32)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到19任一個所述的顯示設(shè)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(fā)明涉及一種顯示設(shè)備，具有由照明系統(tǒng)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(tǒng)(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(tǒng)(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(yōu)先權(quán)日2003年7月16日
發(fā)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(mào)易公司