CN100397908C - 投影式显示装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种投影式显示装置，它与以前的装置相比，体积更小，投影图象更清晰的。在投影式显示装置1中，用光源3发射光线将图象显示装置53显示的图象投影在屏幕上。光源3作为照射光透射光学元件沿着第一光轴方向OP1传播，然后经过第一反射镜反射后，再经第二反射镜反射，沿着第二光轴方向OP2传播到图象显示装置53。第一光轴与第二光轴分布在不同位置且彼此平行。布置在第一光轴上的光学元件是使照射光的强度均匀分布。光学装置由多个分布在平面上的单透镜组成。单透镜的尺寸d与图象显示设备53的尺寸D之比d/D被设定如下：1/16≤d/D≤1/7。

Description

投影式显示装置

技术领域

本发明涉及一种改进的投影式显示装置。该装置利用光源发出的光将图象显示设备显示的图象投影到屏幕上。

背景技术

已经有各种类型的所谓投影式显示装置，利用光源发出的光将图象显示设备显示的图象投影到屏幕(或类似的东西〕上。

图1所示为常规投影式显示装置的光学系统。

图1中，由光源201发出的光线201聚焦在透镜202，再由透镜202将光线聚集于透镜203的一侧。透镜203把光线转变成平行光204。在透射到液晶显示设备之前，平行光线204在绿色滤光镜G、红色滤光镜R、蓝色滤光镜B处实际上被反射了90度，此时，从滤光镜折射出的光线经过液晶显示设备205进行合成，再通过投影透镜206投射到屏幕207上成象。

在这种常规的光学系统中，从光源200到投影透镜206的距离相当长。这是由于：光源200，透镜202和203，彩色滤光镜，图象显示设备205和投影透镜206均沿着光轴OP线性布置，而光轴仅在彩色滤光镜一处转向。为了能容纳下这些光学元件，这种常规投影显示装置的尺寸必然做得很大，而且，也要求图象显示设备的图象投影更清晰。

发明内容

本发明的目的是为了消除以上问题，提供一种更紧凑并能使投影图象更清晰的投影式显示装置。

根据本发明的一种投影式显示装置，采用光源照明将图象显示设备显示的图象投影到屏幕上，所述投影式显示装置包括：把辐照光发射到沿第一方向延伸的第一光轴上的光源；和，照射光发射在其上的图象显示装置，其特征在于：由多个分布在平面上的单透镜组成的光学装置，所述单透镜的尺寸d与所述图象显示设备的尺寸D之比d/D被设定如下：1/16≤d/D≤1/7；设置在所述第一光轴中的第一反射装置和在第二光轴方向的第二反射装置，用于将发出的光反射到与所述第一光轴平行但方向不同的第二光轴方向；和，设置在所述第二光轴方向的光反射元件，用于将所述第二光轴方向发出的光反射到与所述第二光轴方向正交的沿第三方向延伸的第三光轴上。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述第一光轴与所述第二光轴实际上平行。

在根据本发明的投影式显示装置中，还包括一个位于所述第一光轴上的光学元件，用于使所述第一光轴上的光线成为平行光。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述位于所述第二光轴上的光反射元件用于将照明光反射到所述第三光轴上，其中，经所述光反射元件反射的照射光将图象显示设备显示的图象投射到屏幕上。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述图象显示设备是一种单板式图象显示装置。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述图象显示设备是一种液晶显示设备。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述光反射元件由二色性镜组成，有红，蓝，绿色滤光镜的功能。

在根据本发明的投影式显示装置中，光线投射到所述光学装置上、并在其上的强度分布均匀化后再被输出。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述设置在所述第二光轴上并将照射光反射到第三光轴上的光反射元件将所反射的照射光透过所述图象显示装置并由所述图象显示装置显示的图象投影到屏幕上。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述图象显示装置是单板式图象显示装置。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述图象显示装置是液晶显示装置。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述光反射元件由具有红，蓝，绿色滤光片功能的二色性镜组成。

在根据本发明的投影式显示装置中，所述光学装置由多个复眼透镜组成。

附图说明

图1所示为常规投影式显示装置的光学系统；

图2所示为根据本发明优选实施例的配置有投影式显示装置的电视机透视图；

图3所示为沿III-III向剖开的图2电视机的截面图；

图4所示为图2、图3中显示的投影式显示装置的优选实施例的透视图；

图5所示为图4中投影式显示装置底部的透视图；

图6所示为投影式显示装置的侧视图；

图7所示为图5中从箭头A0方向看投影式显示装置的内部结构简图；

图8所示为图7中从箭头A1方向看投影式显示装置的内部结构简图；

图9所示为图7中从箭头A2方向看投影式显示装置的内部结构简图；

图10所示为与图9实例中光学元件布置相应的光学元件布置简图；

图11所示为与图7实例中光学元件布置相应的光学元件布置简图。

图12所示为在光源与菲涅尔透镜之间布置的第一和第二复眼微透镜的实例简图。

图13所示为第一和第二复眼透镜与液晶显示设备之间尺寸关系的图解。

图14A和14B显示了复眼透镜的单透镜尺寸d和液晶显示设备的尺寸D之间比值(d/D)关系的特性。

具体实施方式

以下将参考附图对本发明的优选实施例进行详细地描述。

在下面对本发明优选实施例的描述中，有各种技术上的限制。但是在下列的描述中除非说明，本发明的范围不受这些形式的限制。

图2是本发明优选实施例的投影式显示装置的外观。图3所示为一台背投影式液晶电视机100，里面安装了图2所示的投影式显示装置1。图3所示为沿III-III向剖开的图2的截面图，显示了电视机100的内部结构。

首先，对电视机100的内部结构作一下简要的描述。在图2、图3中，电视机100包括机柜101，屏幕102，反射镜103和投影式显示装置1。投影式显示装置1利用光源3发射的光线进行投影的投影光线5由反射镜103反射并从屏幕102的背面104出射。

用户U可以看到投影到屏幕102上的图象，彩色的或单色的。

在下面的实施例中将描述怎样把一个彩色图象投影并显示到屏幕102上。

图4到图6重点显示了在图2，图3中所示的投影式显示装置1的外观。如图4到图6中所示，投影式显示装置1包括主体11，投影透镜筒13和光源3。

主体11，投影透镜筒13组成一个整体的单元。光源3可拆卸地安装在主体11上。

图7是图5中从箭头A0方向看的投影式显示装置1的视图。图中显示的是该装置的内部结构。

图8是图7中从箭头A1方向看的投影式显示装置1的内部结构。图9是图7中从箭头A2方向看的投影式显示装置1的内部结构。

如图7和图8所示，图4至6中投影透镜筒13中安装有投影透镜组17。投影透镜组17包括各种透镜17a到17g。投影透镜筒13中有一个将投影光线5(图象光线)聚集到屏幕102的背面104上的机构。(如图2，图3所示)。

如上所述，主体11上安装有光源3，光源中有一个如图7和图9中所示的反射镜55，例如，反射镜是一个椭圆形的结构。由于椭圆形结构的反射镜，光源3中的照明灯57发射的光线会聚在主体11中的焦点F上。照明灯57可以是金属卤化物灯。

如图9所示，照明灯57产生的光线L在主体中沿着第一光轴OP1，第二光轴OP2传播，再通过单板式液晶显示装置53(图象显示装置)，然后经由图7和图8中显示的投影透镜筒13中的投影透镜组17，最后作为投影光5，投影到图2和图3中显示的屏幕102的后表面104上。

在主体11中，以下的光学元件布置在第一光轴OP1和第二光轴OP2上。

首先，参照图9和10，图9和图10中显示的光学元件涉及光源3，第一光轴OP1和第二光轴OP2。

如图9和10所示，在光源3中的焦点F后面，布置着一个准直透镜44，第一复眼透镜(光学积分仪)45，第二复眼透镜(光学积分仪)46和反射镜47。光线L会聚到焦点F，沿着第一光轴OP1传播，穿过准直透镜44，再经过第一复眼透镜45和第二复眼透镜46。

光线L经过准直透镜44转变成平行光，第一复眼透镜45和第二复眼透镜46使平行光线强度分布均匀化。光线L经均匀化后，经反射镜47反射，转向90度，然后发射到反射镜48。

第一光轴OP1和第二光轴OP2布置在主体11的不同位置且彼此平行。

如图9和10所示，反射镜48和菲涅尔镜49沿着第二光轴OP2布置。光线L沿着第二光轴OP1传播到二色性镜50，51，52(如图7和图11中显示的)。第一二色性镜50作为蓝色滤光镜(B)，第二二色性镜50作为红色滤光镜(R)，第三二色性镜50作为绿色滤光镜(G)。

光线L沿着第二光轴OP2传播，经二色性镜50，51，52反射后，实际上转向90度到达单板式液晶显示装置53(图象显示装置)。

液晶显示装置53显示由外部驱动设备投影的图象。来自二色性镜50，51，52的光线L1，L2和L3透过液晶显示装置53，从而使液晶显示装置53显示的图象成为彩色图象。然后光线通过投射透镜筒13中的投射透镜组17a至17g变成光线5投影到反射镜103上，如图3所示。投影光线5被反射镜103反射，再投影到屏幕102的后表面104上，因此用户U可以在屏幕102上看到一个由投影液晶显示装置53的图象得到的彩色图象。

图7和图11中所示的二色性镜50，51，52把光线L1，L2和L3反射到第三光轴OP3上，投影透镜组17也位于与第二光轴正交的第三光轴上。

相互平行的反射镜47和反射镜48的作用是使第一光轴OP1和第二光轴OP2上的光学元件从光源3到投影透镜组17转向。这样，和光轴是一条直线的设备相比，主体11在如图7所示的W方向(宽度方向)上的尺寸减小了。

下面，对第一复眼透镜45和第二复眼透镜46作进一步的描述。

在图12的示例中，第一复眼透镜45和第二复眼透镜46布置在准直透镜44和菲涅尔镜49之间。在菲涅尔镜49的输出侧布置着液晶显示装置53(图象显示装置)。在准直透镜44的输入侧布置着光源3。如图12所示，第二复眼透镜46与菲涅尔镜49之间省略掉了图9所示的反射镜47和反射镜48。而且如图12所示，第一光轴OP1和第二光轴OP2在一条直线上。实际上，图9和图10所示的第一光轴OP1和第二光轴OP2是转向后平行布置的。

如图13所示，第一复眼透镜45和第二复眼透镜46是用来使在第一光轴上的光线L(照明)强度分布均匀化的光学元件。例如，第一复眼透镜45和第二复眼透镜46也可以是同一个透镜。第一复眼透镜45和第二复眼透镜46由多个小单透镜60沿平面布置组成。因此，第一复眼透镜45和第二复眼透镜46使光线L强度分布均匀化再沿着第一光轴透过准直透镜44，光线L传向图9所示的反射镜47，反射镜48和菲涅尔镜49。菲涅尔镜49也有使传播到那儿的光线均匀化的作用。

如图13所示，本发明的特点是：第一复眼透镜45和第二复眼透镜46中的每个单透镜60的尺寸(高度)d与液晶显示装置的尺寸(高度)D关系如下：

单透镜60的高度d与图象显示设备53的高度D的关系如下：

1/16≤d/D≤1/7

改变d/D的数值，可得到如图14A和14B所示的特性。图14A和14B中显示了单透镜60的高度d与图象显示设备53的高度D之比与会聚效率之间的关系。如图14A所示，如果d/D比值小于1/16，将导致照明光线的均匀化程度不足，照明光线的效率降低。如图14B所示，如果d/D比值大于1/7，照明光线将不能进行强度分布的均匀化。

第一复眼透镜45和第二复眼透镜46例如可以由塑料透镜组成，或者更好一点，由玻璃制品和单透镜的组合组成。每个单透镜60的表面构造可以是球面，非球面，(例如圆柱形或环形)。

这就使得利用从光源3发射的光线将液晶显示装置53把图象清晰地投射到屏幕上成为可能。

本发明不受以上实施例的限制。

在上述的实施例描述中，液晶显示装置是图象显示装置的一个应用示例。例如液晶显示装置也可以由采用多晶TFT的液晶显示板组成，而且，也可采用不是液晶显示装置的图象显示装置。

光源不限于一种金属卤化物灯。可以采用各种光源。例如氙灯或卤素灯。

除了图2中所示的这种在屏幕后表面进行显示的投影式显示装置，本发明也可用于直接投影到屏幕前表面的装置。

这种投影式显示装置的应用不限于电视机。也可用于计算机监视器等。

如上所述，根据本发明的原理，可以减小投影式显示装置的尺寸，使投影图象更清晰。

Claims (13)

1.一种投影式显示装置，采用光源照明将图象显示设备显示的图象投影到屏幕上，所述投影式显示装置包括：

把辐照光发射到沿第一方向延伸的第一光轴上的光源(3)；和

照射光发射在其上的图象显示装置(53)，

其特征在于：

由多个分布在平面上的单透镜组成的光学装置，所述单透镜的高度d与所述图象显示设备的高度D之比d/D被设定如下：

1/16≤d/D≤1/7；

设置在所述第一光轴中的第一反射装置(47)和在第二光轴方向的第二反射装置(48)，用于将发出的光反射到与所述第一光轴平行但方向不同的第二光轴方向；和

设置在所述第二光轴方向的光反射元件(50，51，52)，用于将所述第二光轴方向发出的光反射到与所述第二光轴方向正交的沿第三方向延伸的第三光轴上。

2.如权利要求1所述的投影式显示装置，其特征在于：所述第一光轴与所述第二光轴实际上平行。

3.如权利要求1所述的投影式显示装置，其特征在于：还包括一个位于所述第一光轴上的光学装置(44)，用于使所述第一光轴上的光线成为平行光。

4.如权利要求1所述的投影式显示装置，其特征在于：所述位于所述第二光轴上的光反射元件(51，52，53)用于将照明光反射到所述第三光轴上，其中，经所述光反射元件反射的照射光将图象显示设备显示的图象投射到屏幕上。

5.如权利要求4所述的投影式显示装置，其特征在于：所述图象显示设备是一种单板式图象显示装置。

6.如权利要求4所述的投影式显示装置，其特征在于：所述图象显示设备是一种液晶显示设备。

7.如权利要求4所述的投影式显示装置，其特征在于：所述光反射元件由二色性镜组成，有红，蓝，绿色滤光镜的功能。

8.如权利要求1所述的投影式显示装置，其特征在于：

光线投射到所述光学装置上、并在其上的强度分布均匀化后再被输出。

9.如权利要求8所述的投影式显示装置，其特征在于，

所述设置在所述第二光轴上并将照射光反射到第三光轴上的光反射元件(50，51，52)将所反射的照射光透过所述图象显示装置并由所述图象显示装置显示的图象投影到屏幕上。

10.如权利要求8所述的投影式显示装置，其特征在于：所述图象显示装置是单板式图象显示装置。

11.如权利要求8所述的投影式显示装置，其特征在于，所述图象显示装置是液晶显示装置。

12.如权利要求9所述的投影式显示装置，其特征在于，所述光反射元件由具有红，蓝，绿色滤光片功能的二色性镜组成。

13.如权利要求8所述的投影式显示装置，其特征在于，所述光学装置由多个复眼透镜组成。

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