CN103246148A

CN103246148A - 投影装置

Info

Publication number: CN103246148A
Application number: CN 201210024500
Authority: CN
Inventors: 杨毅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-04
Filing date: 2012-02-04
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明提出一种投影装置，包括用于发射带有图像信息的投射光的投影机，该投射光用于在一预定位置的屏幕上形成图像；和位于投影机和屏幕的光路之间的反射装置，用于将投射光反射至屏幕。其中，投影机的外接长方体的面积最大的面与屏幕所在的平面的夹角大于等于0度且小于等于30度，且投影机上的任意位置到屏幕的距离均小于该投影机的外接长方体的最长边的长度。在本发明的投影装置中，利用投影机结构的重新设计和反射装置的使用，可以使投影显示变得更紧凑美观，使用更方便。

Description

投影装置

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，特别是涉及投影装置。

背景技术

近几年以液晶显示为代表的显示技术发展迅速，液晶显示更是已经全面的取代了阴极射线管显示器、等离子显示等显示技术而成为人们日常使用的显示器和电视机的主流技术。在这一轮的显示技术的竞争中，液晶显示所具有的轻薄的特点使其最终赢得了消费者的青睐。

然而，虽然目前液晶显示的尺寸已经越做越大，成本也越来越低，然而其显示尺寸终究存在技术上的上限，例如100英寸的液晶显示屏幕虽然有厂商可以制作出来，但是其成本非常高昂，很难进入家庭。其次，100英寸的液晶电视在搬运、运输方面也存在诸多不便。由于投影显示的显示尺寸可以近乎无限的放大，因此在大屏幕显示方面，投影显示具有独特的优势。

目前的投影显示如图1a所示。投影机101投影出来的光线入射于屏幕131上并在其上形成显示区域132。通过投影机101上的投射镜头的动态调节可以调整显示区域132的大小。这种投影显示的优点在于投影机101中的投影镜头设计简便，而缺点在于其使用不便，这主要是因为投影机与屏幕需要拉开一段距离而单独放置，如果屏幕是白色的墙壁的话则投影机需要放置于房间中的桌子上，这就要求投影机用完后要收起来，下次使用时再拿出来。当然一个解决方案是将投影机垂吊与房间天花板上，这自然增加了安装成本，而且不够美观。

一种改进的投影显示如图1b所示。投影机102发出的光线入射于弧形反射镜111表面，并经该弧形反射镜的反射入射于屏幕131上形成图像，这些光线经过屏幕131的散射反射后会被人眼141看到。这种改进的投影显示的优点在于，投影机可以紧贴屏幕放置，因此紧凑得多，投影机用完后也不用收起来；同时其实现的难点在于其投射镜头以及弧形反射镜111的设计和加工。中国专利201010212910和美国专利US7911704分别公开了一种投射镜头及其配合的弧形反射镜的结构和设计方法，基本解决了这个问题。

然而这种投影显示形式仍然不够美观，这主要是因为投影机的机身近乎垂直于屏幕摆放，以至于突出于屏幕的距离太大，仍然不够紧凑。因此需要一种投影显示方案，同时兼具大屏幕显示和超薄且方便使用的特点。

发明内容

本发明解决的主要技术问题是提出一种投影装置解决使投影显示不够紧凑美观的问题。

本发明提出一种投影装置，包括用于发射带有图像信息的投射光的投影机，该投射光用于在一预定位置的屏幕上形成图像；和位于投影机和屏幕的光路之间的反射装置，用于将投射光反射至屏幕。其中，投影机的外接长方体的面积最大的面与屏幕所在的平面的夹角大于等于0度且小于等于30度，且投影机上的任意位置到屏幕的距离均小于该投影机的外接长方体的最长边的长度。

在本发明的投影装置中，利用投影机结构的重新设计和反射装置的使用，可以使投影显示变得更紧凑美观，使用更方便。

附图说明

图1a和1b是现有的两种投影显示结构的示意图；

图2a、2b和2c是本发明第一实施例的三种结构举例的示意图；

图3a是本发明第二实施例在工作状态的结构示意图；

图3b和3c是本发明第二实施例在非工作状态的结构示意图；

图3d是本发明第二实施例在非工作状态的另一个可能结构的示意图；

图4a是本发明中投影机的内部结构的一个举例的示意图；

图4b是本发明中投影机的结构的第二个举例的示意图；

图5a和5b是本发明第三实施例的两个可能的结构示意图。

具体实施方式

本发明的第一实施例如图2a所示。在投影装置2001中，包括用于发射带有图像信息的投射光221和223的投影机201，该投射光用于在一预定位置的屏幕231上形成图像；还包括位于投影机201和屏幕231的光路之间的反射装置211，用于将投射光221和223分别反射成为光线222和224并入射至屏幕231。其中，投影机201的外接长方体的面积最大的面与屏幕231所在的平面平行，且投影机201上的任意位置到屏幕231的距离均小于该投影机201的外接长方体的最长边的长度。

在本实施例中，投影机201的外接长方体的面积最大的面就是投影机的固定面201a，且该固定面210a与屏幕231处于同一平面，即投影机201固定于屏幕231上。此时，根据几何知识可知，投影机201上的任意位置到屏幕231的距离的最大值就等于长方体的最短边的长度。这样，投影机201不仅与屏幕连接固定在一起，而且投影机201突出于屏幕的距离最小；此时的投影机与屏幕关系紧凑，看上去美观。

可以理解，投影机201的固定面也可以是其它的表面，例如固定面是图2a中投影机的下表面，该下表面可以固定连接于地面上。另外，投影机201的外接长方体的面积最大的面也可以不与屏幕处于同一平面，例如存在一个偏移；甚至投影机201的外接长方体的面积最大的面可以不与屏幕231平行，例如与屏幕231存在一个夹角。只要投影机201上的任意位置到屏幕231的距离均小于该投影机201的外接长方体的最长边的长度，与现有的如图1b所示的投影显示结构相比就具有紧凑和美观的特点。进一步的，投影机201上的任意位置到屏幕231的距离若小于等于该投影机201的外接长方体的三个边长数值的位于中间的数值，则效果更佳。

经实验验证，投影机201的外接长方体的面积最大的面与屏幕231的夹角大于等于0度且小于等于30度是比较适宜的角度。

在本实施例中，位于投影机201与反射装置211之间的投射光221和223的光轴与屏幕的夹角大致等于90度，并且远离屏幕发射；利用反射装置211可以将投射光221反射成为光线222并以第一角度的入射角入射于屏幕231并形成图像的上边缘，同时将投射光223反射成光线224并以第二角度的入射角入射于屏幕231并形成图像的下边缘。其中，第一角度大于第二角度。这样，整个投影装置相对于屏幕的厚度得以降低，同时保证了显示质量。

在本实施例中，反射装置211包括反射面，该反射面为非球面。进一步的，该反射面是自由曲面，通过该自由曲面的形状设计，可以实现反射投射光并使之在屏幕231上成像。在图2a所示的实施例中，投射光221通过反射装置的反射后在屏幕上形成图像的上边缘，而投射光222通过反射装置的反射后在屏幕上形成图像的下边缘；在图2b所示的该实施例的第一个变形中，通过改变反射装置的设计得到反射装置212，可以使得投射光221通过反射装置212的反射得到的光线222在屏幕上形成图像的下边缘，而投射光222通过反射装置的反射得到的光线224在屏幕上形成图像的上边缘。

在图2a和2b所示的两个实施例中，位于投影机201与反射装置211之间的投射光221和223的光轴与屏幕的夹角大致等于90度；实际上位于投影机201与反射装置211之间的投射光221和223的光轴与屏幕的夹角可以小于90度，例如如图2c所示的第一实施例的第二个变形中，与前述实施例不同的是，投影机202发出的投射光与屏幕的夹角大致等于45度，此时只要改变反射装置的设计，如图2c中的反射装置213，就同样可以实现反射投影机发出的投射光在屏幕上成像的目的。一般来说，位于投影机与反射装置之间的投射光的光轴与屏幕的夹角以大于等于30度且小于等于90度为宜。

为了配合上述的投影装置的实施，本发明中的投影机的内部结构可能与现有的投影机略有不同，如图4a所示。其中，光源401发出的光经过一组透镜402后入射于全内反射棱镜(TIR棱镜，Total Internal Reflection棱镜)404，并经TIR棱镜404的反射入射于光阀403。光阀403调制这些光线并使之携带图像信息，这些携带图像信息的光线透射TIR棱镜后经过投射透镜405从投影机出射，并入射于反射装置411后在屏幕上成像。在该投影机中，光源401与光阀403之间的光路基本平行于该投影机的外接长方体的面积最大的面，这有利于该投影机厚度的降低，这部分与传统投影机结构相似；同时，在该投影机中通过光阀403和投射透镜405的设置使得携带图像信息的光线以近乎垂直于（或夹角小于90度，参考图2c）该投影机的外接长方体的面积最大的面的方向出射，这部分与传统投影机结构不同。因为，在图1a和1b所示的投影机中，携带图像信息的光线的光轴都是以近乎平行于该投影机的外接长方体的面积最大的面的方向出射的。

实际上，TIR棱镜也可以使用场镜(field lens)来实现，而光源401发出的光线也可以透射TIR棱镜而入射于光阀403，同时经过光阀调制的光线则经过TIR棱镜反射而进入投射透镜。这种光学结构上的排布具有多种变换方式，并且都属于现有技术，此处不赘述。

在实际工作中，本发明的投影机也可以使用传统的投影机进行改造，如图4b所示。在传统投影机409的投射光的光路上放置反射镜412，传统投影机409发出的投射光以近乎平行于该投影机的外接长方体的面积最大的面的方向出射，这部分投射光经过反射镜412的反射后以会以近乎垂直于（或夹角小于90度，参考图2c）该投影机409的外接长方体的面积最大的面的方向出射，并入射于反射装置411。实际上，反射镜也可以放置于投影机的投射透镜的光路中以起到转折光路的作用。对于本领域的技术人员来说这是容易理解的，不赘述。

在本发明的前述实施例中，反射装置与投影机是分开独立放置的，实际上为了安装方便，反射装置可以通过一个支架安装于投影机上。进一步的，如图3a至3d所示的本发明的第二实施例中，还包括调节装置321，用于调节投影机301与反射装置311之间的相对位置关系，这种相对位置关系包括相对的空间方位关系和角度关系。图3a所示的是投影机在工作状态中投影机301与反射装置311之间的位置关系，当投影机停止工作时，调节装置321会控制反射装置311改变位置，如图3b所示，这样可以使得整个投影装置更紧凑美观。

在本实施例中，在投影机301的面板上安装有液晶显示屏，用于显示投影装置的工作参数信息，和/或当前的日期、时间；该投影机301的正视图如图3c所示。当投影机停止工作时，液晶显示屏303可以作为钟表来显示日期、时间，当该投影机处于工作状态时，该液晶显示屏可以同时显示投影装置的工作参数信息，例如信号来源、明暗状态、工作模式、反射装置的位置等。进一步的，在该投影机301中还可能包括存储装置，用于存储一些照片或视频文件，这些照片或视频文件可以通过该液晶显示屏显示出来；因此当该投影装置停止投影显示时，该液晶显示屏可以作为数码相框使用，而当投影装置开始投影显示时，存储装置中的照片或视频文件又可以作为投影显示的数据源。

图3d所示的是投影装置停止工作时的投影机与反射装置的另一种位置关系，其中调节装置321可以伸缩调节，与如图3a所示的投影装置相比，调节装置321可以缩短使反射装置311紧贴投影机，这样同样可以实现投影装置的紧凑美观，同时还可以起到保护投射镜头和反射装置的反射面的作用。

在本发明的投影装置中，优选的，还包括电视信号接收装置，该电视信号接收装置接收到的电视信号是投影机的图象信号源；和/或还包括网络信号接收装置，该网络信号接收装置接收到的网络信号是投影机的图象信号源。这样，该投影装置就可以直接用于播放电视节目，和/或播放网络上的栏目。该网络可以是互联网。

在本发明的投影装置中，优选的，还包括用于发射控制信号的遥控器和用于接收该控制信号的控制装置，该控制装置根据控制信号控制投影装置的工作参数，该设置的工作参数同样可以反馈显示于如图3c所示的液晶显示屏中。利用遥控器和控制装置，可以开启或关闭投影装置，设置投影装置的工作模式、亮度等，也可以设置反射装置的相对位置，或微调屏幕上的图像的位置等。这时现有技术，此处不赘述。

本发明的第三实施例如图5a和5b所示，在该投影装置中，还包括第二屏幕，当投影机与反射装置的相对位置关系改变时，投射光入射于该第二屏幕表面并在该第二屏幕上形成图像。如图5a所示，反射装置511被控制离开投射光的光路时，投影机501发出的投射光不在屏幕531上成像，而是在第二屏幕532上成像；同样道理的，如图5b所示，反射装置512被控制离开投射光的光路时，投影机502发出的投射光不在屏幕533上成像，而是在第二屏幕534上成像。可以理解，如果反射装置发生旋转，同样可以改变投射光的投射位置，因此并不一定要控制反射装置离开投射光的光路。

在上述实施例中，投影机和反射装置都是安装于屏幕显示图像的区域的下方，实际上投影机和反射装置也可以位于图像区域的上方、左方或右方，这本发明并不作限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种投影装置，其特征在于，包括：

用于发射带有图像信息的投射光的投影机，所述投射光用于在一预定位置的屏幕上形成图像；

位于所述投影机和所述屏幕的光路之间的反射装置，用于将所述投射光反射至所述屏幕；

所述投影机的外接长方体的面积最大的面与所述屏幕所在的平面的夹角大于等于0度且小于等于30度；

所述投影机上的任意位置到所述屏幕的距离均小于该投影机的外接长方体的最长边的长度。

2.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述投影机的外接长方体的面积最大的面与所述屏幕所在的平面平行。

3.根据权利要求2所述的投影装置，其特征在于，所述投影机的外接长方体的面积最大的面与所述屏幕处于同一平面。

4.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，位于投影机与反射装置之间的投射光的光轴与屏幕的夹角大于等于30度且小于等于90度。

5.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述反射装置包括反射面，该反射面为非球面。

6.根据权利要求1所述的投影装置，其特征在于，还包括调节装置，用于调节投影机与反射装置之间的相对位置关系。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的投影装置，其特征在于，在所述投影机的面板上安装有液晶显示屏，用于显示投影装置的工作参数信息，和/或当前的日期、时间。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的投影装置，其特征在于，还包括第二屏幕，当所述投影机与所述反射装置的相对位置关系改变时，投射光入射于该第二屏幕表面并在该第二屏幕上形成图像。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述的投影装置，其特征在于，还包括电视信号接收装置，该电视信号接收装置接收到的电视信号是所述投影机的图象信号源；和/或还包括网络信号接收装置，该网络信号接收装置接收到的网络信号是所述投影机的图象信号源。

10.根据权利要求1至6中任意一项所述的投影装置，其特征在于，还包括用于发射控制信号的遥控器和用于接收该控制信号的控制装置，该控制装置根据所述控制信号控制所述投影装置的工作参数。