專利名稱:背投影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種背投影裝置,且特別是關(guān)于一種體積縮小而在正面只 會看到屏幕的薄形背投影電視。背暈技術(shù)已知技術(shù)中,各類顯示設(shè)備已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于日常生活中,如陰極射線管顯示器(CRT)、投影顯示器(RearProjectionDisplay)、等離子顯示器(Plasma Display)及液晶顯示器(LCD)等。隨著科技的發(fā)展與人們需求的提高,對大尺寸顯示裝置的需求亦逐漸提 高。為了獲得大尺寸的顯示技術(shù),人們做出了很多努力。其中,陰極射線管顯 示器由于體積和重量的關(guān)系而無法做到40英吋以上。液晶顯示器要做到50 英吋以上,價格則非常昂貴。因此,能提供大于50英吋且具有合理價格的顯 示裝置,目前只有投影顯示器(也稱"背投影顯示器"或"背投影裝置")和 等離子顯示器。與等離子顯示器相比,已知技術(shù)中的背投影顯示器更加厚重, 并且屏幕下面有很大一部分多余的空間用來放置光學(xué)引擎和投影鏡頭。但是, 背投影顯示器在價格上相對于等離子顯示技術(shù)有優(yōu)勢,特別是尺寸在大于60 英吋以上時。圖1是目前已知技術(shù)中所普遍采用的背投影裝置的架構(gòu)示意圖。該背投影 裝置100包含了投影引擎140、鏡頭130、背反射鏡120及屏幕110。引擎140 所產(chǎn)生的圖像經(jīng)過鏡頭130投影,背反射鏡120將圖像反射到屏幕110上。但 是,這種大屏幕背投影裝置的厚度很大, 一般60英吋的背投厚度達(dá)到24英吋。 并且該種引擎140置于屏幕110下方的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致屏幕110下需多出不少的空 間用來放置引擎140。圖2是為了降低厚度而改進(jìn)的背投影裝置200的示意圖,其通過鏡頭250 將投影引擎260產(chǎn)生的投影光束投射至反射鏡240。此背投影裝置200共使用 三個反射鏡220、 230及240,經(jīng)反射鏡240折射的光束又被其余兩反射鏡230 及220折射到屏幕210上。而且, 一般來講,反射鏡220、 230及240其中之 一為用來增大投影角度的非球面反射鏡。此改進(jìn)的背投影裝置200通過將投影 光束三次反射而達(dá)到了降低裝置厚度的目的。相對于圖1中的背投影裝置100, 該改進(jìn)的背投影裝置200屏幕尺寸在60英吋時,其厚度在可以降低至12英吋。 但是,三次反射的調(diào)整、非平面反射鏡的制造以及圖像畸變等多種因素的影響, 導(dǎo)致此種背投影裝置成本高昂。同時,三次反射導(dǎo)致引擎260置于屏幕210 下面且離屏幕距離更遠(yuǎn),增大了整個背投影裝置200的高度。從電視的正面看, 屏幕210占了電視整體面積的比例較圖1中的已知背投影裝置100更小。圖3是另一種改進(jìn)的背投影裝置300的示意圖。引擎340的投影光束投射 到位于屏冪310下方的較小的背反射鏡330上,然后再折射到位于屏幕310 后方的較大的背反射鏡320上,最后投影光束被投射到屏幕310上。該背投影 裝置300在屏幕310上做特殊設(shè)計遮板311,該遮板讓一個角度的光反射,另 外一個角度的光透射。該改進(jìn)的背投影裝置300通過在屏幕310設(shè)置一背反射 鏡320且采用特殊的屏幕處理,而達(dá)到超薄的目的。當(dāng)然,該類背投影裝置 300還可采用偏振光型的屏幕。當(dāng)一個偏振態(tài)光入射到屏幕再反射,到達(dá)背反 射鏡后改變偏振態(tài)再反射到屏幕,屏幕對改變后的偏振態(tài)光具透過特性,從而 達(dá)成超薄的目的。但是,上述兩種方案都要求特殊設(shè)計的屏幕和精心調(diào)整部件。 此屏幕和調(diào)整成本高昂,無法大規(guī)模和低成本生產(chǎn),且從電視機(jī)的正面看,引 擎340仍然置于屏幕310下方,顯得累贅。因此,有必要提供一種比己知技術(shù)背投影裝置體積更小且成本較低的背投 影裝置,以解決已知技術(shù)中所存在的缺陷,滿足目前生活對顯示裝置的實(shí)際需 求。實(shí)用新g內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于,針對現(xiàn)有技術(shù)中背投影裝置的缽積 大、或者屏幕占電視整體面積較小的缺陷,提供一種體積小且屏幕尺寸在背投
影裝置所占比例更大的背投影裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是,提供一種背投影裝置, 包括屏幕、投影引擎、鏡頭及反射鏡,其中投影引擎,位于屏幕后方的正中央, 產(chǎn)生圖像并將圖像往屏幕的相反方向投射,而鏡頭,位于投影引擎的正前方, 投影引擎的投影光束被分為兩部分,經(jīng)過鏡頭發(fā)射出去;以及反射鏡,位于鏡 頭的后方,包括以屏幕中心線為對稱軸呈對稱設(shè)置的兩部分,投影光束的兩部 分相應(yīng)的通過反射鏡的兩部分投射到屏幕上,其中每一部分包括:第一反射鏡, 將投影光束折射到第二反射鏡上;及第二反射鏡,與第一反射鏡成一定角度設(shè) 置,將投影光束投射到屏幕上。與本實(shí)用新型的先前技術(shù)相比較,本實(shí)用新型背投影裝置通過將投影引擎 與鏡頭設(shè)置在屏幕后方的中央位置,并通過分割光束及第一、第二反射鏡的作 用將圖像呈現(xiàn)在屏幕上,如此排配,可令使用者從電視機(jī)的正面只看到背投影 裝置的屏幕,而克服了已知技術(shù)中背投影裝置體積大及屏幕在背投影裝置中所 占比例小的缺點(diǎn),同時也減少了背投影裝置的厚度。
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明,附圖中圖1是已知的背投影裝置的架構(gòu)示意圖。圖2是另一種已知的背投影裝置的架構(gòu)示意圖。圖3是另一種已知的背投影裝置的架構(gòu)示意圖。圖4是本實(shí)用新型背投影裝置的架構(gòu)示意圖。圖5是采用本實(shí)用新型背投影裝置架構(gòu)的射向屏幕最外端的投影光束的 路線圖。圖6是采用本實(shí)用新型背投影裝置架構(gòu)的射向屏幕中心的投影光束的路 線圖。圖7是本實(shí)用新型背投影裝置一實(shí)施方式中圖像在投影引擎中與在屏幕 上的成像示意圖。圖8是本實(shí)用新型背投影裝置屏幕未作優(yōu)化處理的投影光柬線路圖。
圖9是本實(shí)用新型背投影裝置屏幕優(yōu)化后的投影光柬線路衝。 圖10是根據(jù)本實(shí)用新型背投影裝置一具體實(shí)施方式
的裝置架構(gòu)及光束線 路圖,其中顯示了預(yù)設(shè)參數(shù)。
具體實(shí)施方式
請參閱圖4所示,本實(shí)用新型所公開的是從正面只能看到屏幕10的背投 影裝置l,其主要包括用以顯示圖像的該屏幕IO、設(shè)置于屏幕10正后方的 投影引擎11、連接在投影引擎11出瞳口 (未標(biāo)號)處的鏡頭12(投影引擎11 的出瞳口為投影光束被發(fā)射的投影出口)、用于將鏡頭12內(nèi)的投影光束投射到 屏幕10上的第一反射鏡13及第二反射鏡14。其中,第一反射鏡13及第二反 射鏡14分別為一對,第一反射鏡13的其中之一及第二反射鏡14的其中之一 位于投影引擎11的中心線9 (參圖4虛線)的上方;而另一第一反射鏡13及 另一第二反射鏡14則在屏幕10中心線的下方。從而兩第一反射鏡13在中心 線9的上、下方呈對稱設(shè)置,兩第二反射鏡14亦在中心線9的上、下方呈對 稱設(shè)置。另外,兩第一反射鏡13成一定角度設(shè)置,兩第二反射鏡14與第一反 射鏡13亦成一定角度設(shè)置。兩第一反射鏡13與兩第二反射鏡14共同構(gòu)成一 近似"M"型排列。圖4所公開的該實(shí)施方式的投影過程如下所述投影引擎11的圖像投影 光束通過鏡頭12,首先投射到第一反射鏡13上,被相互成一定角度的兩第一 反射鏡13分割成上、下兩個部分。然后,分割后的投影光束又被兩面第二反 射鏡14投影到屏幕10上。最后,分割的光束投影至屏幕10上的上、下兩部 分(以中心線9為分界)緊密相接,從而形成一副完整的圖像。其中,投影引 擎ll、鏡頭12、反射鏡13和14、屏幕10之間的位置合理匹配,投影引擎ll 剛好置于光路的間隙,因而不會擋住光路,影響屏幕成像。圖5及圖6分別為投影光束投射至反射鏡13的中心及邊緣兩極限位置的 光路圖。請參閱圖5所示,鏡頭12中心的投影光束被第一反射鏡13分成兩部分, 分別向上和向下入射到第二反射鏡14的最上端和最下端釣一點(diǎn)(即第二反射
鏡14最靠近屏幕10處)。經(jīng)過第二反射鏡14的投影光束水平的入射到屏幕 IO的上、下兩端。請參閱圖6所示,鏡頭10邊緣的投影光束入射經(jīng)由第一反射鏡13發(fā)射到 第二反射鏡14的最下端的一點(diǎn)(即最遠(yuǎn)離屏幕10處),該第二反射鏡14再把 投影光束反射到屏幕10上。所有投影光束分別經(jīng)由第一、第二反射鏡13、 14 投射到屏幕10上,從而在屏幕10上形成緊密相接的圖像。由于鏡頭12中心的投影光束會被分割,對于顯示的圖像在經(jīng)過第一反射 鏡13后,就被分割為上、下兩個部分,然后該上、下兩部分圖像分別又被第 二反射鏡14旋轉(zhuǎn)180度。因此,如在屏幕10上得到所想要的圖像,則需要對 屏幕10和圖像做特別的處理。例如,要在屏幕10上投射出"A"字樣的圖案, 如圖7中(a)所示,就需要在投影引擎11中產(chǎn)生如圖7中(b)所示的圖像, 即將圖像分割成兩部分,且該兩部分分別再顛倒設(shè)置。此圖像經(jīng)過分割成兩個 部分又反射到屏幕10上之后會重新合成,得到如圖7中(a)所示的圖像。另 外,考慮到機(jī)構(gòu)的公差,圖像的分割不是嚴(yán)格的二分之一分割,而是留有一定 調(diào)整量的分割,以此來抵消機(jī)構(gòu)的公差,如第一、二反射鏡13、 14的夾持誤 差。同時,還考慮到屏幕10中部是分割光路的重合,所以還要留有一定的電 子調(diào)整余量。此余量用于圖像在屏幕10中部的重合誤差補(bǔ)償。誠然,投影引擎11中的圖像可以為正常分割的兩部分,而不一定在投影 引擎11內(nèi)就為顛倒設(shè)置的兩部分,而是完全可以通過在鏡頭12外增加外部結(jié) 構(gòu)的方式來達(dá)成,只要投射到第一反射鏡13的圖像為顛倒設(shè)置的兩部分即可。另外,為了完善本實(shí)用新型,在本實(shí)施方式中需對于屏幕作特殊處理,該 特殊處理是為了補(bǔ)償分割光路后的入射角度的變化。如果采用散射的屏幕,以 對于上半部分光路舉例,投影光束的方向會如圖8所示。其中,在屏幕10邊 緣是垂直于屏幕的,而投影光束在屏幕10其它位置則呈現(xiàn)出這樣的現(xiàn)象屏 幕10位置離邊緣越近,光束的投射角度與屏幕10的夾角越大(接近垂直); 屏幕10位置離中心位置越遠(yuǎn),則光束的投射角度與屏幕10越小。顯然,靠近 中心位置的投影是不理想的,最為理想的是可以獲得如圖9中所示的大致垂直 的屏幕輸出。因此,需要對屏幕10作特別處理。在本實(shí)施方式中,是通過使用菲涅爾(Fresnel)屏幕來達(dá)成。當(dāng)然,還同時需要適當(dāng)?shù)男薷臈l紋以獲得較 會聚的出射光線。下面再參閱圖IO所示,圖10為本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式。在圖10 中詳細(xì)的描述了本實(shí)用新型的具體架構(gòu),并以位于中心線上方的反射鏡為例進(jìn) 行說明,由于反射鏡關(guān)于中心軸對稱,這些參數(shù)關(guān)系可類似地應(yīng)用于位于中心 線下方的反射鏡。其中0是鏡頭的投射角度。AF是屏幕10的長度,G是屏幕 IO的中點(diǎn)。0是鏡頭12的出瞳,GO是出瞳到屏幕10的距離,OE是出瞳到 第一反射鏡13最近點(diǎn)的距離。AB是第二反射鏡14的上邊緣投影點(diǎn)到屏幕10 的距離,BC是第二反射鏡14的長度,CD是第一反射鏡13和第二反射鏡14 之間的邊緣光線的距離。在此實(shí)施方式中,我們預(yù)先設(shè)定BC垂直于DE,且 GO的長度與AB的長度相同,即鏡頭到屏幕的距離與投影光束折射到第二反 射鏡上邊緣的點(diǎn)到屏幕的距離相等。由此可得ZABC-180-I ----------- (1)ZOED = atan(-2s闊 -----------(2)又,可得OE-^ct肌苦-AB ----------- (3)2 2 2sm《DE=~^____ ----------- (4)4cos— 2cos—ctan---^2 2 2bc=^VA 24sin— 2cos— ----------- (5)2 2按照圖10中架構(gòu),利用公式2至5可得系統(tǒng)的厚度AB AF PT*=-+—ctan— ----------- (6)2 4 2按照本實(shí)施方式的架構(gòu),應(yīng)用于背投電視上,就可以大大減小背投影裝置 的厚度。在應(yīng)用本實(shí)用新型的架構(gòu)設(shè)計背投影裝置1時,預(yù)先設(shè)定各結(jié)構(gòu)參數(shù)如
下屏幕對角線60英吋(即所謂的60英吋背投影顯示器);鏡頭12的視場 角104° (即屏幕10對角與電視背面中心點(diǎn)的夾角,用以表示背投電視在一 定距離內(nèi)的最大投影能力);鏡頭12的垂直視場角64° (即屏幕10前方上 下表面中心與電視背面中心的夾角,其用以表示背投電視在一定的距離內(nèi)的最 大段影畫面)。參照圖IO所示,投影光束在第二反射鏡最上端的投射點(diǎn)到屏幕 10的距離AB的尺寸設(shè)定為5.9英吋;第一反射鏡13的長度DE設(shè)定為1.5 英吋;第二反射鏡14的長度AB設(shè)定為10.4英吋;第一反射鏡13到出瞳的 距離0£的尺寸設(shè)定為1.3英吋。如是排配,則可以把傳統(tǒng)的背投影電視的厚 度從24英吋縮小到14.7英吋。誠然,此設(shè)置為本實(shí)用新型的一個較佳的實(shí) 施方式,熟悉該領(lǐng)域技術(shù)的業(yè)界普通技術(shù)人員完全可根據(jù)需要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。 本實(shí)用新型的第一、第二反射鏡13、 14可為平面反射鏡,也可改為非球 面反射鏡,通過精心的設(shè)計其曲率和投影鏡頭相匹配,可以達(dá)到更小的體積。 亦然,可采用兩片非球面反射鏡配合兩片平面反射鏡的形式,亦可都采用非球 面反射鏡。本實(shí)用新型還可以有其它實(shí)施方式,譬如鏡頭12亦可以采用雙鏡頭的模 式,這樣第一反射鏡13可以省略,雙鏡頭的投影光束直接入射到第二反射鏡 14上,再投影到屏幕10上。另外,為了提高第一、第二反射鏡13、 14夾持的準(zhǔn)確型,本實(shí)用新型的 兩片第一反射鏡13亦可采用三角棱鏡代替。當(dāng)然,需要在棱鏡的適當(dāng)表面鍍 反射膜??紤]到更換光源的霈要,可以在左右兩側(cè)平行于鏡頭12的位置留更換的 空間。當(dāng)然,光源亦可以采用LED等新式長壽命光源,再無光源壽命的擔(dān)憂。 同時,由于引擎11置于背投影電視的中央,方便散熱,從而能提高投影引擎 11的使用壽命。以上所述者僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式,凡本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依 本實(shí)用新型的精神所作的等效修飾或變化,皆涵蓋于后附的權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種背投影裝置,包括用以產(chǎn)生圖像并將圖像以投影光束的形式發(fā)射出去的投影引擎,具有一出瞳口;鏡頭,位于投影引擎的出瞳口處;以及屏幕,鏡頭置于屏幕的后方中央位置;其特征在于,還包括用于將鏡頭發(fā)射出來的投影光束的一部分反射出去的兩個第一反射鏡,分別位于鏡頭后方;及用于接受第一反射鏡的反射光束并將光束投射到屏幕上的兩個第二反射鏡,分別位于兩個第一反射鏡的外側(cè)并相對于第一反射鏡傾斜設(shè)置。
2. 如權(quán)利要求1所述的背投影裝置,其特征在于,第一反射鏡與第二反 射鏡成垂直設(shè)置。
3. 如權(quán)利要求1所述的背投影裝置,其特征在于,所述兩個第一反射鏡、 兩個第二反射鏡分別以屏幕中心線為對稱軸呈對稱設(shè)置。
4. 如權(quán)利要求3所述的背投影裝置,其特征在于,鏡頭到屏幕的距離與 投影光束折射到位于中心線上方的第二反射鏡上邊緣的點(diǎn)到屏幕的距離枏等。
5. 如權(quán)利要求4所述的背投影裝置,其特征在于,鏡頭的投射角度定義為e,屏幕的長度定義為AF,位于中心線上方的第二反射鏡的上邊緣投影點(diǎn)到屏幕的距離定義為AB,出瞳孔到第一反射鏡最近點(diǎn)的距離定義為OE,且該些參數(shù)之間存在如下關(guān)系OE-蘭ctan^-AB。2 2 2sin0
6. 如權(quán)利要求4所述的背投影裝置,其特征在于,鏡頭的投射角度定義為e ,屏幕的長度定義為AF,位于中心線上方的第二反射鏡的上邊緣投影點(diǎn)到屏幕之距離定義為AB,第一反射鏡的長度定義為DE,則該些參數(shù)之間存AF在如下關(guān)系d<formula>formula see original document page 2</formula>
7. 如權(quán)利要求4所述的背投影裝置,其特征在于,鏡頭的投射角度定義 為6 ,屏幕的長度定義為AF,位于中心線上方的第二反射鏡的上邊緣投影點(diǎn) 到屏幕的距離定義為AB,第二反射鏡的長度定義為BC,則該些參數(shù)之間存在如下關(guān)系<formula>formula see original document page 3</formula>
8.如權(quán)利要求4所述的背投影裝置,其特征在于,鏡頭的投射角度定義 為0 ,屏幕的長度定義為AF,第二反射鏡的上邊緣投影點(diǎn)到屏幕之距離定義 為AB,該背投影裝置的厚度定義為T',則該些參數(shù)之間存在如下關(guān)
9. 如權(quán)利要求1所述的背投影裝置,其特征在于,屏幕為菲涅爾屏幕。
10. 如權(quán)利要求1所述的背投影裝置,其特征在于,第一、第二反射鏡中 的至少一個為非球面反射鏡。
11. 如權(quán)利要求1所述的背投影裝置,其特征在于,第一、第二反射鏡為 平面反射鏡。
12. 如權(quán)利要求1所述的背投影裝置,其特征在于,兩個第一反射鏡與兩 個第二反射鏡共同構(gòu)成"M"型排列。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種正面只會看到屏幕的背投影裝置。本實(shí)用新型背投影裝置包括屏幕、置于該屏幕后方中間位置的投影引擎和鏡頭及用于將投影光束投射到屏幕上的反射鏡,其中所述反射鏡包括兩對成一定角度設(shè)置的第一、第二反射鏡。所述投影光束首先被相互成一定角度的兩第一反射鏡,分割成上、下兩個部分。然后,分割后的投影光束又同時被兩面第二反射鏡投影到屏幕上。最后,分割的光束在屏幕上緊密相接,從而形成一副完整的圖像。通過如此排配,由于利用了分割光束和兩次反射,可以減小背投影裝置的厚度,同時把引擎與鏡頭隱藏到屏幕的正后面,從而得到薄且正面只會看到屏幕的背投影裝置。
文檔編號G03B21/06GK201054066SQ20072015256
公開日2008年4月30日 申請日期2007年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月12日
發(fā)明者宏 萬 申請人:亞洲光學(xué)股份有限公司