專利名稱：：背投影裝置以及用于背投影裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種背投影裝置，該背投影裝置包括屏幕、投影光學(xué)系統(tǒng)以及用于產(chǎn)生圖像的圖像模塊，借助投影光學(xué)系統(tǒng)將圖像從后面投影到屏幕上，從而使得位于屏幕前面的觀察者能夠看到被投影到屏幕上的圖像。此外，本發(fā)明還涉及一種用于這種背投影裝置的方法。
背景技術(shù)：
：在這種背投影裝置中，結(jié)構(gòu)厚度和底座高度應(yīng)盡可能小。可以通過使用具有大的像場(chǎng)偏移的光學(xué)系統(tǒng)減小結(jié)構(gòu)厚度。然而，在此情況下，屏幕上會(huì)出現(xiàn)很大的入射角，在具有透射的菲涅耳圓盤(Fresndscheibe)的屏幕中，該入射角不允許超過一定的入射角，這不利地限制了結(jié)構(gòu)厚度的最小化。為了達(dá)到更小的結(jié)構(gòu)厚度，屏幕通常具有反射的菲涅耳圓盤，借助該反射的菲涅耳圓盤在屏幕上執(zhí)行必要的光束偏轉(zhuǎn)。然而，由于在反射的菲涅耳圓盤中，最小入射角不允許小于約40°，這導(dǎo)致即使在屏幕的最接近軸的點(diǎn)處(朝著投影光學(xué)系統(tǒng)觀察)也必須調(diào)節(jié)入射角，由此不利的是，底座高度變得相對(duì)大。對(duì)于小于55。的角度而言就已經(jīng)由于菲涅耳結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了增大的光損失。在EP1452907Al中，菲涅耳圓盤被構(gòu)造為部分反射和部分透射，以便最小化底座高度。然而，這導(dǎo)致如下缺點(diǎn)，即在菲涅耳圓盤的反射區(qū)域和透射區(qū)域之間的過渡區(qū)域中出現(xiàn)不能接受的圖像偽影。
發(fā)明內(nèi)容從所述背景出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于，改進(jìn)本文開頭所述類型的背投影裝置，從而在背投影裝置的結(jié)構(gòu)厚度和底座高度小的情況下實(shí)現(xiàn)屏幕上的好的圖像顯示。在裝置技術(shù)上，該任務(wù)是通過權(quán)利要求1和27的特征解決的。此外，在方法技術(shù)上，該任務(wù)是通過權(quán)利要求14至40的特征解決的。根據(jù)本發(fā)明，通過以下方式來解決該任務(wù)，即投影光學(xué)系統(tǒng)具有反射的菲涅耳鏡。利用該菲涅耳鏡使得在遠(yuǎn)離軸的區(qū)域內(nèi)(即對(duì)于屏幕的上部區(qū)域)調(diào)節(jié)光束的更強(qiáng)偏轉(zhuǎn)成為可能，由此減小了屏幕上的最大入射角并且可以這樣調(diào)節(jié)該最大入射角，使得它例如在具有透射的菲涅耳圓盤的屏幕中不大于對(duì)于該透射的菲涅耳圓盤而言最大允許的入射角。由此可以在同時(shí)保持結(jié)構(gòu)厚度的情況下實(shí)現(xiàn)背投影裝置的小的底座高度，其中，由于屏幕可以僅具有透射的菲涅耳圓盤，因而還實(shí)現(xiàn)了出色的圖像顯示。特別地，僅通過屏幕的透射的菲涅耳圓盤就可以在屏幕上產(chǎn)生必要的光束偏轉(zhuǎn)。透射的菲涅耳圓盤可以在整個(gè)屏幕上延伸。此外，根據(jù)本發(fā)明，同樣通過以下方式來解決該任務(wù)，即投影光學(xué)系統(tǒng)具有帶有屈光力的鏡的組合，也就是說，具有至少一個(gè)第一非球面鏡和第二非球面鏡。通過使用如下可能性，即賦予所述鏡子的形狀以非球面的部分，可以減少投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件的數(shù)量。特別地，利用投影光學(xué)系統(tǒng)中的第二非球面鏡，優(yōu)選直接在透射的菲涅耳圓盤前面的第二非球面鏡，可以在遠(yuǎn)離軸的區(qū)域內(nèi)，即對(duì)于屏幕的上部區(qū)域調(diào)節(jié)光束的更強(qiáng)偏轉(zhuǎn)，由此減小屏幕上的最大入射角并且可以這樣調(diào)節(jié)最大入射角，使得它例如在具有透射的菲涅耳圓盤的屏幕中不大于對(duì)于透射的菲涅耳圓盤而言最大允許的入射角。由此可以在同時(shí)保持結(jié)構(gòu)厚度的情況下實(shí)現(xiàn)背投影裝置的小的底座高度，其中，因?yàn)槠聊豢梢詢H具有透射的菲涅耳圓盤，所以還實(shí)現(xiàn)了出色的圖像顯示。特別地，僅通過屏幕的透射的菲涅耳圓盤就可以在屏幕上產(chǎn)生必要的光束偏轉(zhuǎn)。透射的菲涅耳圓盤可以在整個(gè)屏幕上延伸。特別地，在屏幕和菲涅耳鏡之間可以不設(shè)置其他的轉(zhuǎn)向鏡。因此，菲涅耳鏡在菲涅耳圓盤前面導(dǎo)致最后的光路折疊。同樣地，在屏幕和第二非球面鏡之間也可以不設(shè)置其他的轉(zhuǎn)向鏡。因此，第二非球面鏡在菲涅耳圓盤前面導(dǎo)致最后的光路折疊。此外，可以如此設(shè)計(jì)菲涅耳鏡或第二非球面鏡，以使在將圖像投影到屏幕上時(shí)，在整個(gè)屏幕上入射角不大于60。。因此，確保了透射的菲涅耳圓盤可以用于屏幕。此外，菲涅耳鏡或者第二非球面鏡還優(yōu)選地具有正的屈光力。因此，可以減少投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件的數(shù)量。投影光學(xué)系統(tǒng)可以與菲涅耳圓盤一起被構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的像場(chǎng)僅被單側(cè)地使用，并且該系統(tǒng)的像場(chǎng)不包含該系統(tǒng)的光軸。因此，可以最小化背投影裝置的結(jié)構(gòu)厚度。為了使投影光學(xué)系統(tǒng)最佳地空間匹配于小的結(jié)構(gòu)厚度和底座高度，投影光學(xué)系統(tǒng)可以包括兩個(gè)平的轉(zhuǎn)向鏡。所述投影光學(xué)系統(tǒng)還可以被構(gòu)造為非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)并且包括例如自由表面(Freiformflachen)。在此，自由表面應(yīng)理解為非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的非球面表面0特別地，裝置具有承載屏幕的殼體，其中，除了菲涅耳鏡或第二非球面鏡，殼體中的投影光學(xué)系統(tǒng)的所有光學(xué)元件被設(shè)置在屏幕的下邊緣的下面。因此，可以實(shí)現(xiàn)小的結(jié)構(gòu)厚度。在背投影裝置中，菲涅耳鏡可以具有多個(gè)相對(duì)于中心被同心地設(shè)置的、沿著第一方向延伸的菲涅耳結(jié)構(gòu)，所述菲涅耳結(jié)構(gòu)分別包括用于光路折疊的鏡面。在此，所述菲涅耳結(jié)構(gòu)優(yōu)選地被分別構(gòu)造為環(huán)形截面，以便實(shí)現(xiàn)像場(chǎng)的所期望的偏移。特別地，在垂直于第一方向的截平面中不彎曲地構(gòu)造菲涅耳結(jié)構(gòu)的鏡面。這使菲涅耳結(jié)構(gòu)的制造變得容易。當(dāng)然，也可以在截平面中彎曲地構(gòu)造鏡面，從而使得菲涅耳結(jié)構(gòu)的鏡面本身仍然具有超出純粹的光束偏轉(zhuǎn)的光學(xué)作用。還可以如此選擇鏡面的彎曲構(gòu)造，使得成像誤差被補(bǔ)償。特別地，可以補(bǔ)償這種由于菲涅耳結(jié)構(gòu)的有限寬度(垂直于所述第一方向的膨脹)而出現(xiàn)的成像誤差。優(yōu)選地，截平面中的菲涅耳結(jié)構(gòu)的鏡面與菲涅耳結(jié)構(gòu)所處的平面的法線之間的角度隨著與中心的距離的增大而減小。在鏡面的構(gòu)造是彎曲的情況下，角度應(yīng)理解為彎曲的鏡面的(優(yōu)選在重心處的)切線與平面的法線之間的角度。此外優(yōu)選地，菲涅耳結(jié)構(gòu)的寬度在垂直于第一方向上也隨著與中心的距離的增大而減小。因此，可以提供具有所期望的特性的菲涅耳鏡?？梢栽谄降幕蛘邚澢钠矫嫔蠘?gòu)造菲涅耳結(jié)構(gòu)。如果平面是平的，那么菲涅耳鏡是易于制造的。在彎曲的平面上的構(gòu)造中，可以有利地通過彎曲來補(bǔ)償例如投影光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差。圖像模塊可以具有反射的或者透射的圖像生成元件，例如可傾式鏡陣列(Kippspiegelmatrix)、LCD元件或者LCoS元件。該圖像生成元件可以是自發(fā)光的或者該圖像模塊包括用于對(duì)圖像生成元件進(jìn)行照明的光源和光學(xué)系統(tǒng)。背投影裝置可以包括用于控制圖像模塊的控制單元。有利地，背投影裝置可以在場(chǎng)透鏡設(shè)計(jì)中裝配投影光學(xué)系統(tǒng)或者具有場(chǎng)透鏡結(jié)構(gòu)。例如在DE19832317C1和相應(yīng)的US6439726中描述了一種有利地適用于根據(jù)本申請(qǐng)的背投影裝置的場(chǎng)透鏡結(jié)構(gòu)，它們的全部公開內(nèi)容應(yīng)當(dāng)是后續(xù)申請(qǐng)的主題。利用該場(chǎng)透鏡結(jié)構(gòu)和第二非球面鏡可以在背投影高度的結(jié)構(gòu)厚度和底座高度小的情況下在屏幕上實(shí)現(xiàn)好的圖像顯示。此外，提供了一種用于背投影裝置的投影方法，該背投影裝置包括具有正面和背面、具有透射的菲涅耳圓盤的屏幕，在所述方法中，通過反射的菲涅耳鏡或者第二非球面鏡將圖像從后面投影到屏幕上，確切地說投影到屏幕的背面上，從而使得位于屏幕前面的觀察者能夠看到投影到屏幕上的圖像，其中，可以在該屏幕的正面上看到投影到屏幕的背面上的圖像。利用該方法可以提供具有小的結(jié)構(gòu)厚度和底座高度的背投影裝置。特別地，在屏幕和菲涅耳鏡或者第二非球面鏡之間可以不設(shè)置其他的轉(zhuǎn)向鏡，從而使得菲涅耳鏡或者第二非球面鏡在屏幕前面導(dǎo)致最后的光路折疊。所述屏幕可以具有透射的菲涅耳圓盤，該菲涅耳圓盤優(yōu)選地在整個(gè)屏幕上延伸。此外，可以這樣設(shè)計(jì)菲涅耳鏡或者第二非球面鏡，使得圖像投影到屏幕上時(shí)，在整個(gè)屏幕上入射角不大于60。。由此透射的菲涅耳圓盤可以在整個(gè)屏幕上延伸，由此可以實(shí)現(xiàn)出色的圖像顯示。菲涅耳鏡可以是投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分，該投影光學(xué)系統(tǒng)與菲涅耳圓盤一起被構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的像場(chǎng)僅被單側(cè)地使用并且不包含該系統(tǒng)的光軸。因此可以實(shí)現(xiàn)必要的、大的像場(chǎng)偏移，以便在投影裝置中實(shí)現(xiàn)小的結(jié)構(gòu)厚度。此外，背投影裝置可以具有承載屏幕的殼體，其中，除了作為投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分的菲涅耳鏡，該殼體中的投影光學(xué)系統(tǒng)的所有其他光學(xué)元件被設(shè)置在該幕的下邊緣的下面。菲涅耳鏡可以具有多個(gè)相對(duì)于中心被同心地設(shè)置的、沿著第一方向延伸的菲涅耳結(jié)構(gòu)，所述菲涅耳結(jié)構(gòu)分別具有用于光路折疊的鏡面?？梢栽诖怪庇谒龅谝环较虻慕仄矫嬷胁粡澢貥?gòu)造鏡面?？商娲兀梢栽谠摻仄矫嬷袕澢貥?gòu)造鏡面，并且因此除了光路折疊之外，鏡面還發(fā)揮另外的光學(xué)作用。特別地，截平面中的鏡面與菲涅耳結(jié)構(gòu)所處的截平面的法線之間的角度可以隨著與中心的距離的增大而減小。菲涅耳結(jié)構(gòu)的寬度也可以在垂直于第一方向上隨著與中心的距離的增大而減小。在此，提供了具有所期望的特性的菲涅耳鏡。菲涅耳結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造在平的或者彎曲的平面上。此外，如果投影光學(xué)系統(tǒng)中的部分成像元件，例如直接設(shè)置在第二非球面鏡前面的輸出透鏡具有與第二非球面鏡相同的光軸，那么通過所述措施簡化了整個(gè)光學(xué)結(jié)構(gòu)并且因此簡化了整個(gè)幾何對(duì)稱，從而由于投影光學(xué)系統(tǒng)的輸出成像元件與第二非球面鏡之間相同的光軸而不必使用必要時(shí)補(bǔ)償各個(gè)光軸的偏移的補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)或均衡光學(xué)系統(tǒng)。被證明特別有利的是，如果投影光學(xué)系統(tǒng)的輸出成像元件、第一非球面鏡和第二非球面鏡具有相同的光軸，由此整個(gè)成像光學(xué)系統(tǒng)具有簡單的結(jié)構(gòu)。因此，同樣可以避免使用附加的、可能帶來誤差的均衡光學(xué)系統(tǒng)。如果投影光學(xué)系統(tǒng)包括尤其設(shè)置在輸出成像元件之間的轉(zhuǎn)向鏡并且在轉(zhuǎn)向鏡前面的投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件的光軸與在轉(zhuǎn)向鏡后面的投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件的光軸之間的角度小于或者等于90°，那么投影光學(xué)系統(tǒng)最優(yōu)地集成在背投影裝置中。因?yàn)橛欣貙⑥D(zhuǎn)向鏡引入到投影光學(xué)系統(tǒng)中，所以可以將例如投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分連同照明模塊放置在屏幕的下邊緣的下面及第一非球面鏡的光軸的上面，更確切地說可以實(shí)現(xiàn)如下設(shè)置，即將投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分放置為垂直于第二非球面鏡的光軸或者與光軸的夾角小于90°。利用所述措施可以實(shí)現(xiàn)背投影裝置的底座高度幾乎可以被設(shè)置為零，或者投影裝置的結(jié)構(gòu)厚度可以僅由第一非球面鏡的尺寸確定。應(yīng)當(dāng)理解，前述特征和以下還要描述的特征不僅可以使用在己說明的組合中，而且還可以使用在其他的組合中或者單獨(dú)地使用，而不超出本發(fā)明的范圍。以下借助實(shí)施例以及結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述和說明。附圖不出圖1:具有菲涅耳鏡的、根據(jù)本發(fā)明的背投影裝置的截面圖；圖2:具有第二非球面鏡的、根據(jù)本發(fā)明的背投影裝置的截面圖；圖3:根據(jù)圖1和圖2的背投影裝置的投影光學(xué)系統(tǒng)3的一部分的透鏡截面；圖4:圖1中的菲涅耳鏡10的一部分的放大截面圖；圖5:具有特殊投影光學(xué)系統(tǒng)的、根據(jù)本發(fā)明的背投影裝置的側(cè)視圖；圖6:具有特殊的投影光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置、根據(jù)本發(fā)明的背投影裝置的俯視圖7:圖5和圖6中所使用的投影光學(xué)系統(tǒng)的透鏡截面；具體實(shí)施例方式在圖1和圖2中所示的實(shí)施形式中，背投影裝置1包括具有正面(2A)和背面(2B)的屏幕2、投影光學(xué)系統(tǒng)3、圖像模塊4以及在圖1中以虛線示出的殼體5。投影光學(xué)系統(tǒng)3設(shè)置在背投影裝置1的殼體5中，其中，殼體5具有底座部分6以及屏幕部分7。背投影裝置的厚度T約為140至150mm或者150至160mm，而底座部分的前面的高度H僅約為140mm。以矩形示出的屏幕2的高度，即屏幕2的下邊緣8到屏幕2的上邊緣9的距離在這里約為747mm。屏幕的寬度(垂直于圖1中的繪圖平面)約為1328mm，從而屏幕2具有約1524mm的對(duì)角線。背投影裝置1的投影光學(xué)系統(tǒng)3或者具有場(chǎng)透鏡結(jié)構(gòu)的投影光學(xué)系統(tǒng)3部分地在圖1和圖2中示出以及部分地在圖3中示出。其原因在于，在圖3中從圖像模塊4到轉(zhuǎn)向鏡19所示的投影光學(xué)系統(tǒng)3的元件在圖1和圖2的示圖中垂直于圖1的繪圖平面并且位于繪圖平面的上面。在以下的表1和表2中說明了在使用菲涅耳鏡(表1)和使用第二非球面鏡(表2)的情況下投影光學(xué)系統(tǒng)3的元件的表面10至36的距離和曲率半徑。如果兩個(gè)表面限定了透鏡材料(而不是空氣)，那么還對(duì)該材料說明了折射率以及阿貝值。在表格中以mm來說明半徑、厚度和空隙。在表面特性一欄中，S代表鏡、A代表非球面地彎曲的面、AF代表非球面地彎曲的菲涅耳面。在兩個(gè)表面之間的行中，在"厚度和空隙"一欄中說明了各個(gè)距離，其中，在表l的第一行中用140說明了菲涅耳圓盤2'到菲涅耳鏡10A的距離，并且在表2中用150說明了菲涅耳圓盤2'到第二非球面鏡10B的距離。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>21222324252627282930313233343523.937-49.33729.630陽51掘8.4252-84.469無窮大33.553-13.39113.05813.69922.908無窮大無窮大無窮大2.8513.8216.256.937.046.220.440.234.781.013.6016.246.952.953.001.694171.622871.791731.704421.727331.620331.855041.839321.7467830.860.126.129.929.063.023.636.949.1光闌1.4890018<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>在運(yùn)行中，借助在這里具有可傾式鏡陣列的圖像模塊4以公知的方式生成圖像。出于簡化示圖的目的，未示出用于圖像生成所必需的照明單元以及用于控制可傾式鏡陣列的控制單元。利用投影光學(xué)系統(tǒng)3將借助圖像模塊4生成的圖像從后面投影到屏幕2上，如通過箭頭P1、P2和P3所示的那樣。于是，站在背投影裝置前面(即圖1中背投影裝置的左側(cè))的觀察者可以看到投影到屏幕上的圖像。此外，屏幕2具有在整個(gè)屏幕區(qū)域上延伸的、透射的菲涅耳圓盤2'。菲涅耳圓盤2，被如此構(gòu)造，使得來自屏幕的光線基本上垂直于屏幕平面地傳播，如通過箭頭P1'、P2，和P3，所示的那樣。這樣的透射的菲涅耳圓盤對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。在此所使用的菲涅耳圓盤2'對(duì)于圖1中的軸A是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，該軸A與投影光學(xué)系統(tǒng)3的光軸OA重合。屏幕2還可以具有設(shè)置在菲涅耳圓盤2'后面的擴(kuò)散圓盤(未示出)，該擴(kuò)散圓盤用于將來自屏幕2的光線輸出到預(yù)先確定的角度區(qū)域中。光線不僅沿著通過箭頭Pl'-P3'所示的方向傳播，而且還在所述角度區(qū)域內(nèi)傳播，從而通過屏幕2提供了所期望的視角區(qū)域。根據(jù)圖1的表面IOA被構(gòu)造為非球面地彎曲的菲涅耳鏡并且用于在將借助圖像模塊4生成的圖像投影到屏幕2上時(shí)保持入射角Y小于60°。根據(jù)圖2的表面10B被構(gòu)造為非球面地彎曲的鏡并且用于在將借助圖像模塊4生成的圖像投影到屏幕2上時(shí)保持入射角Y小于60°。在圖4中示意性地示出了菲涅耳鏡10的三個(gè)鏡部分表面40、41、42，其中，分別通過截面為三角形的菲涅耳結(jié)構(gòu)43、44、45的有效齒面來構(gòu)造鏡面40、41、42。其他的齒面46、47、48不被用于光束偏轉(zhuǎn)并且因此通常被稱為干擾齒面。在這里，菲涅耳結(jié)構(gòu)43-45是環(huán)的一段，這些環(huán)的中心點(diǎn)與軸A重合，其中，菲涅耳結(jié)構(gòu)的寬度B1、B2、B3(在這里位于0.4mm的范圍內(nèi))隨著與軸A的距離的增大而減小，如圖4中示意性示出的那樣。此外，鏡面40-42相對(duì)于光軸(或者相對(duì)于平行于光軸OA、并且穿過菲涅耳結(jié)構(gòu)4345的三角形截面的左棱角E1、E2、E3延伸的直線)的齒角a"的距離的增大而減小(即ai>a2>a3)。在此，齒角ai、a2、a3相應(yīng)于如下函數(shù)的正切w+一-(i+附(A/y)2)其中，h為菲涅耳結(jié)構(gòu)40、41、42的點(diǎn)(例如左棱角El-E3)到光軸OA的距離，R為整個(gè)菲涅耳鏡10的球面曲率，而參數(shù)kfr和cfri具有在下表3中說明的數(shù)值表3:kfrcfr3Cfr4cfr5cfr6cfr7-1.324.10-11.659.10-82.592.10-10-5.761-10-134.538-10-16-1.533箭19可以通過以下非球面方程來描述表面10B、11、13和14的非球面曲率:其中，h為到光軸OA的距離，z為到頂部平面的距離(該頂部平面為垂直于光軸OA并且包括該平面與表面的頂部的交叉點(diǎn)的平面)。在以下的表4(菲涅耳鏡)和表5(第二非球面鏡)中說明了用于非球面鏡ll以及也同樣用于非球面表面13和14的非球面系數(shù)。表4:(菲涅耳鏡)111314k-4.000-8.761.l(T1-U12c2-2.904.IO國8-1.836'10-56.0664.10-5c32.815.IO-12-1.538.10-7-1.678'l(r7c4-2.616.10"61.5403'ICT104.5332,10"1c51.596.10-20-4.163.10-14-1.716.10-14c6-5.353-l(T25-6.037-10-17-6.613.10-17c77.51(H(T30-7.548-l(T204.3103'1(T20表5:(第二非球面鏡)<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>除了通過平的鏡12和19發(fā)生的偏轉(zhuǎn)，投影光學(xué)系統(tǒng)為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的像場(chǎng)僅被單側(cè)使用。與光軸相比，轉(zhuǎn)向鏡12傾斜了10°，并且因此與光軸OA相比，隨后的(具有表面13-18的)三個(gè)透鏡的軸傾斜了20。。轉(zhuǎn)向鏡19相對(duì)于光軸OA傾斜了45°，從而使得具有表面20-36的光學(xué)元件垂直于圖1和圖2的繪圖平面地依次設(shè)置。在根據(jù)圖1所述的實(shí)施形式中，菲涅耳結(jié)構(gòu)43-45被構(gòu)造在平的平面El上(圖3)。然而，也可以彎曲地(例如球面地或非球面地)構(gòu)造平面El，從而使得菲涅耳結(jié)構(gòu)43-45在此情況下被設(shè)置在彎曲的平面E1上。通過平面E1的彎曲構(gòu)造可以補(bǔ)償例如投影光學(xué)系統(tǒng)3的成像誤差。由于投影光學(xué)系統(tǒng)的所述結(jié)構(gòu)以及尤其是由于菲涅耳鏡10A或者第二非球面鏡10B，可以提供具有小的結(jié)構(gòu)厚度T以及小的底座高度H的背投影裝置，而因?yàn)楣馐谄聊?或者菲涅耳圓盤2'上的最大入射角不大于60°，所以在背投影裝置中，屏幕可以具有在整個(gè)屏幕區(qū)域上延伸的、透明的菲涅耳圓盤。因?yàn)檫@在整個(gè)圓盤區(qū)域上可以確保，所以就不再有必要將屏幕的菲涅耳圓盤構(gòu)造為至少在一個(gè)子區(qū)域中是反射的。因此利用根據(jù)本發(fā)明的投影裝置可以提供具有出色的圖像特性的、極其緊湊的投影裝置。在圖5中示出了根據(jù)一個(gè)另外的構(gòu)型方案的背投影裝置的惻視圖，在該構(gòu)型方案中尤其可以清楚地看出可被視為投影光學(xué)系統(tǒng)的輸出成像元件(表面112-115)的透光學(xué)系統(tǒng)具有與第一非球面鏡11相同的光軸。此外還可以看到，不僅第一非球面鏡11而且第二非球面鏡10B也具有與投影光學(xué)系統(tǒng)的輸出成像元件的透光學(xué)系統(tǒng)相同的光軸(Al)。同樣可以清楚地看到，投影光學(xué)系統(tǒng)與第一和第二非球面鏡一起被構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)。此外還可以清楚地看到，像場(chǎng)僅被單側(cè)地使用，從而存在于光軸以下的部分未被使用或者該部分周圍的光學(xué)元件可以被減少。在圖6中示出了根據(jù)本申請(qǐng)的背投影裝置的俯視圖，從中可以清楚地知道，處于投影光學(xué)系統(tǒng)3內(nèi)的轉(zhuǎn)向鏡適用于側(cè)面地進(jìn)行圖像耦合，更確切地說，例如適用于在屏幕和第二非球面鏡之間進(jìn)行圖像耦合，由此使得投影裝置的扁平結(jié)構(gòu)是特別的，然而其中，圖像質(zhì)量依舊是最佳的。由于第二非球面鏡的非球面彎曲，有利的是，如果這樣設(shè)置投影光學(xué)系統(tǒng)的位于轉(zhuǎn)向鏡前面和后面的光學(xué)成像元件，那么使得通過該轉(zhuǎn)向鏡，各個(gè)光學(xué)軸具有小于或等于卯。的角度。利用該措施實(shí)現(xiàn)了僅基于投影光學(xué)系統(tǒng)3、第一非球面鏡以及第二非球面鏡的光學(xué)特性和成像先決條件就相應(yīng)地限定了背投影裝置的厚度。在圖7中示出了一個(gè)另外的實(shí)施形式中的投影光學(xué)系統(tǒng)3的一部分的透鏡截面，從中可以清楚地知道，轉(zhuǎn)向鏡116將該投影光學(xué)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，即輸入耦合光學(xué)系統(tǒng)(U7-138)和具有輸出成像元件的輸出光學(xué)系統(tǒng)(112-115)，在此情況下該輸出光學(xué)系統(tǒng)由兩個(gè)具有不同表面的透鏡表示。必須強(qiáng)調(diào)的是，如此選擇輸出成像元件的光軸，以使該光軸與第一非球面鏡的光軸(Al)相同。根據(jù)投影光學(xué)系統(tǒng)的劃分部分的幾何布置，要考慮屏幕和第二非球面鏡的空間特性以及它們的相互作用。更確切地說，要考慮如下結(jié)構(gòu)，即被劃分的成像的各個(gè)光軸具有小于或等于90。的角度。在此必須強(qiáng)調(diào)，例如構(gòu)成表面134和135的元件同樣可以被設(shè)置為偏轉(zhuǎn)棱鏡，以由此可以進(jìn)行例如待顯示的圖像的全反射。在表6中說明了投影光學(xué)系統(tǒng)3A的元件的表面112-138的距離和曲率半徑。同樣地，如果兩個(gè)表面限定了透鏡材料，那么對(duì)于該材料還說明了折射率以及阿貝值。在表格中以毫米來說明半徑、厚度和空隙。相應(yīng)的說明可以從根據(jù)表1和表2的說明中獲得。表6:<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>137無窮大圖像平面表面10B、11、112、113、130、131的非球面曲率也可以用前述的非球面方程來描述。在此同樣適用相應(yīng)的說明。10B1112133031K2.4197+01-4.2274+00-2.6806-01-1.5996+00-4.9228+00-2.4109+00c2-1.04183-10-2.1194-086.34245-062.1059-051.30166-061.8414-05c32.48825-164.83535-125.90693-11U855-081.3512'078.20518-08c4-7.9045-23-6.6693-16-7.25885'13-1.1827-11-4.3703-10-2.1916-10c5-2,3555《285.5025r20-7.75686-16-1.7598隱145.78845-138.58357-14c62.38915-34-2.3926-242.44678-198.62453-19-3.7455-167.23787-18c704.04516-29-7.58065-238.6376-212.015"93.20618"9原則上必須堅(jiān)持，根據(jù)圖5至圖7的結(jié)構(gòu)尤其在投影光學(xué)系統(tǒng)方面原則上具有如下優(yōu)點(diǎn)，即在投影光學(xué)系統(tǒng)與第一非球面鏡之間不必借助鏡進(jìn)行向下的偏轉(zhuǎn)，這尤其帶來了小的結(jié)構(gòu)高度。原則上由于轉(zhuǎn)向鏡的存在僅采用該轉(zhuǎn)向鏡或者平面鏡進(jìn)行偏轉(zhuǎn)。此外，采用該投影光學(xué)系統(tǒng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)，即輸出成像元件進(jìn)一步由光闌設(shè)置，并且因此特別有利地適用于光學(xué)成像。權(quán)利要求1.背投影裝置，包括一具有正面(2A)和背面(2B)的屏幕(2)一投影光學(xué)系統(tǒng)(3)以及一用于生成圖像的圖像模塊(4)，借助所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)該圖像被投影到所述屏幕(2)的背面(2B)上，其中，所述被投影到所述屏幕(2)的背面(2B)上的圖像能夠在所述屏幕(2)的正面(2A)上被看到，其特征在于，所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)具有一反射的菲涅耳鏡(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，在所述屏幕(2)和所述菲涅耳鏡(10)之間沒設(shè)置其他的轉(zhuǎn)向鏡。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述屏幕(2)具有一透射的菲涅耳圓盤。4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述菲涅耳鏡(10)被如此設(shè)計(jì)，以使在將所述圖像投影到所述屏幕(2)上時(shí)，在整個(gè)屏幕上入射角不大于60°。5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述菲涅耳鏡(10)具有正的屈光力。6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)與所述菲涅耳圓盤(10)—起被構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的像場(chǎng)僅被單側(cè)地使用并且該系統(tǒng)的像場(chǎng)不包含該系統(tǒng)的光軸。7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，該裝置具有一承載所述屏幕(2)的殼體(5)，其中，除所述菲涅耳鏡(10)夕卜，該殼體(5)中的所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)的所有元件被設(shè)置在所述屏幕(2)的下邊緣的下面。8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述菲涅耳鏡(10)具有多個(gè)相對(duì)于一中心被同心地設(shè)置的、沿著一第一方向延伸的菲涅耳結(jié)構(gòu)(43，44，45)，所述菲涅耳結(jié)構(gòu)(43,44，45)分別包括一用于光路折疊的鏡面(40，41，42)。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述鏡面(40-42)在垂直于所述第一方向的一截平面中是不彎曲的。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述鏡面(40-42)在垂直于所述第一方向的一截平面中是彎曲的。11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的裝置，其中，在所述截平面中的鏡面與所述菲涅耳結(jié)構(gòu)(43-45)所處的平面的法線之間的角度隨著與所述中心的距離的增大而減小。12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述菲涅耳結(jié)構(gòu)(43-45)的寬度在垂直于所述第一方向上隨著與所述中心的距離的增大而減小。13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述菲涅耳結(jié)構(gòu)(43-45)被構(gòu)造在一彎曲的平面(El)上。14.用于一背投影裝置的投影方法，該背投影裝置包括一具有正面(2A)和背面(2B)的屏幕，在該投影方法中通過一反射的菲涅耳鏡將一圖像投影到所述屏幕的背面(2B)上，其中，能夠在所述屏幕的正面(2A)上看到所述被投影到所述屏幕的背面上的圖像。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在所述屏幕和所述菲涅耳鏡之間沒設(shè)置其他的轉(zhuǎn)向鏡。16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，所述屏幕具有透射的菲涅耳圓盤。17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中，如此構(gòu)造所述菲涅耳鏡，以使在將所述圖像投影到所述屏幕上時(shí)，在整個(gè)屏幕上入射角不大于60。。18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述菲涅耳鏡具有正的屈光力。19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述菲涅耳鏡是一投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分，該投影光學(xué)系統(tǒng)與所述菲涅耳圓盤一起被構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的像場(chǎng)僅被單側(cè)地使用并且該系統(tǒng)的像場(chǎng)不包含該系統(tǒng)的光軸。20.根據(jù)權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述背投影裝置具有一承載所述屏幕(2)的殼體(5)，其中，除作為投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分'的所述菲涅耳鏡(10)夕卜，該殼體(5)中的所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)的所有光學(xué)元件被設(shè)置在所述屏幕(2)的下邊緣的下面。21.根據(jù)權(quán)利要求14至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述菲涅耳鏡具有多個(gè)相對(duì)于一中心被同心地設(shè)置的、沿著一第一方向延伸的菲涅耳結(jié)構(gòu)(43，44，45)，所述菲涅耳結(jié)構(gòu)(43，44，45)分別包括一用于光路折疊的鏡面(40，41，42)。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述鏡面(40-42)在垂直于所述第一方向的一截平面中是不彎曲的。23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述鏡面(40-42)在垂直于所述第一方向的一截平面中是彎曲的。24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的方法，其中，在所述截平面中的鏡面與所述菲涅耳結(jié)構(gòu)所處的平面的法線之間的角度隨著與所述中心的距離的增大而減小。25.根據(jù)權(quán)利要求21至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述菲涅耳結(jié)構(gòu)(43-45)的寬度在垂直于所述第一方向上隨著與所述中心的距離的增大而減小。26.根據(jù)權(quán)利要求21至25中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述菲涅耳結(jié)構(gòu)(43-45)被構(gòu)造在一彎曲的平面上。27.背投影裝置，包括一具有正面(2A)和背面(2B)的屏幕(2)一具有一第一非球面鏡的投影光學(xué)系統(tǒng)(3)以及一用于生成一圖像的圖像模塊(4)，借助所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)該圖像被投影到所述屏幕(2)的背面(2B)上，其中，所述被投影到所述屏幕(2)的背面(2B)上的圖像能夠在所述屏幕(2)的正面(2A)上被看到，其特征在于，所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)具有一第二非球面鏡(10)。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件與所述第二非球面鏡具有相同的光軸。29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的裝置，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件與所述第一和第二非球面鏡具有相同的光軸。30.根據(jù)權(quán)利要求27至29中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)具有一轉(zhuǎn)向鏡，使得在該轉(zhuǎn)向鏡前面的、所述投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件的光軸與在該轉(zhuǎn)向鏡后面的、所述投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件的光軸之間的角度小于或等于90°。31.根據(jù)權(quán)利要求27至30中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，在所述屏幕(2)和所述第二非球面鏡(10)之間沒設(shè)置其他的轉(zhuǎn)向鏡。32.根據(jù)權(quán)利要求27至31中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述屏幕(2)具有一透射的菲涅耳圓盤。33.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述第二非球面鏡(IO)被如此構(gòu)造，以使在將所述圖像投影到所述屏幕(2)上時(shí)，在整個(gè)屏幕上入射角不大于60°。34.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述第二非球面鏡(IO)具有正的屈光力。35.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)與所述菲涅耳圓盤一起被構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的像場(chǎng)僅被單側(cè)地使用并且該系統(tǒng)的像場(chǎng)不包含該系統(tǒng)的光軸。36.根據(jù)權(quán)利要求32至35中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)與所述菲涅耳圓盤一起被構(gòu)造為非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)。37.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，該裝置具有一承載所述屏幕(2)的殼體(5)，其中，除所述第二非球面鏡(10)夕卜，該殼體(5)中的所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)的所有元件被設(shè)置在所述屏幕(2)的下邊緣的下面。38.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述第二非球面鏡(IO)的切線的導(dǎo)數(shù)的大小在所述中心之外具有至少一個(gè)局部最小值。39.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)具有一場(chǎng)透鏡光學(xué)系統(tǒng)。40.用于背投影裝置的投影方法，優(yōu)選用于根據(jù)按照權(quán)利要求27至39中任一項(xiàng)所述的裝置的投影方法，該背投影裝置包括具有一第一非球面鏡的一投影光學(xué)系統(tǒng)(3)以及一具有正面(2A)和背面(2B)的屏幕，在所述投影方法中通過一第二非球面鏡(10)將一圖像投影到所述屏幕的背面(2B)上，其中，能夠在所述屏幕的正面(2A)上看到所述被投影到所述屏幕的背面上的圖像。41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件與所述第二非球面鏡具有相同的光軸。42.根據(jù)權(quán)利要求40或41所述的方法，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件與所述第一和第二非球面鏡具有相同的光軸。43.根據(jù)權(quán)利要求40至42中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)具有一轉(zhuǎn)向鏡，使得在該轉(zhuǎn)向鏡前面的、所述投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件的光軸與在該轉(zhuǎn)向鏡后面的、所述投影光學(xué)系統(tǒng)的成像元件的光軸之間的角度小于或者等于90°。44.根據(jù)權(quán)利要求40至43中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述屏幕和所述第二非球面鏡(10)之間沒設(shè)置其他的轉(zhuǎn)向鏡。45.根據(jù)權(quán)利要求40至44中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述屏幕具有一透射的菲涅耳圓盤。46.根據(jù)權(quán)利要求40至45中任一項(xiàng)所述的方法，其中，如此設(shè)計(jì)所述第二非球面鏡(10)，以使在將所述圖像投影到所述屏幕上時(shí)，在整個(gè)屏幕上入射角不大于60。。47.根據(jù)權(quán)利要求40至46中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第二非球面鏡(10)具有正的屈光力。48.根據(jù)權(quán)利要求40至47中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第二非球面鏡(10)是一投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分，該投影光學(xué)系統(tǒng)與所述第二非球面鏡(10)—起被構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的像場(chǎng)僅被單側(cè)地使用并且該系統(tǒng)的像場(chǎng)不包含該系統(tǒng)的光軸。49.根據(jù)權(quán)利要求40至48中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)與所述菲涅耳圓盤一起被構(gòu)造為非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的系統(tǒng)。50.根據(jù)權(quán)利要求40至49中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述背投影裝置具有一承載所述屏幕(2)的殼體(5)，其中，除作為投影光學(xué)系統(tǒng)的一部分的所述第二非球面鏡(10)夕卜，該殼體(5)中的所述投影光學(xué)系統(tǒng)(3)的所有光學(xué)元件被設(shè)置在所述屏幕(2)的下邊緣的下面。全文摘要描述了一種背投影裝置，該背投影裝置包括一屏幕、一投影光學(xué)系統(tǒng)和一用于生成圖像的圖像模塊，借助該投影光學(xué)系統(tǒng)將圖像從后面投影到該屏幕上，從而使得位于該屏幕前方的觀察者能夠看到投影到該屏幕上的圖像。此外，還描述了一種用于這樣的背投影裝置的方法。在此，使用了一菲涅耳鏡或者一非球面鏡。文檔編號(hào)G02B17/06GK101622565SQ200880006129公開日2010年1月6日申請(qǐng)日期2008年1月25日優(yōu)先權(quán)日2007年1月25日發(fā)明者E·皮勒,G·布萊,G·施樂特爾,G·貝內(nèi)迪克斯,T·馬克申請(qǐng)人:揚(yáng)明光學(xué)股份有限公司