CN1214128A - 小型集成的液晶显示器(lcd)投影仪 - Google Patents

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埃默斯托·M·罗德里格斯
威廉·E·豪斯哈尔特
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Abstract

一种用于液晶显示的投影仪(46)(lcd投影仪)具有一包括一可透射的lcd板(46)和设置在其两侧的菲涅耳透镜(48,50)的显示器单元、一用于照射显示器的光源投影单元(30,34,36,38)以及一用于将通过显示器所透射的光线投影在一投影屏上的投影透镜(42)。该显示板(lcd)被设置成可在一存储位置与一操作位置之间枢转、转动,该板处于存储位置时平行于光径,而处于操作位置时则倾斜或者垂直于光的路径。(较小的倾斜度能校正梯形失真)。该投影仪可容纳在一大致矩形、平坦的壳体内,该壳体在其顶壁和底壁上具有铰接盖(板)(14,16,54,56),为使lcd板在被枢转至其操作位置时可延伸到壳壁外,该盖被设置成可打开,以便处于存储位置时可减小该壳体的尺寸。lcd的枢轴转动与投影透镜(42)的移动联动,该投影透镜在lcd转动至其存储位置时缩回到壳体内。

Description

小型集成的液晶显示器(LCD)投影仪
发明的背景
1．发明的领域
本发明总的涉及投影系统，尤其涉及一种小型(compact)(公文包大小的)投影仪，其中元件可被移动以便收缩存储，更尤其涉及一种具有诸如一液晶显示器之类、用电子仪器寻址(addressable)的显示器的投影仪。
2．已有技术的描述
已有的上方通过的(overhead)、幻灯片和成像的投影仪在准备使用时要占据相当大的空间体积。这不仅是因为所需的元件较大，而且是由于光学技术的局限性所致，因此需要一定量的未占据空间来容纳光锥体(cone)和通风管。该大体积的空间被看作是一种麻烦，或者至少对于用户而言是不方便的，因此已作了相对多的尝试以提供一种较小的存储装置，它在实际使用时可以展开或打开。
后者的例子由第5,374,969号美国专利所揭示，该专利提出了一种具有一可收缩的(collapsible)底板和一折叠透镜臂的上方通过的投影仪(OHP)。由MinnesotaMining and Manufacturing Company(3M-本发明的受让者)所出售的型号为2770的OHP是另一种为搬运及存储而折叠、具有一不同的折叠机构的装置的例证，其中当合成时，该折叠的和展开的机构极易操作。第4,588,271号美国专利揭示了一种不同的投影仪，它存储时可以收缩，但实际使用时又很坚固。
近年来，已将液晶显示(LCD)板加入到传统的上方通过的投影仪内，为已有技术引入了一种新的用途。这些板可用电子仪器寻址，即，最终影像的显示由输送到该板的电子信号所控制。该电子信号可来自于一计算机，或者可为标准化视频(NTSC)信号，或者来自于其它适当的装置。最初这些板被设计成一种传统OHP的附加件，并将根据OHP装置所需的使用模式进行添加或去除。由于用电子仪器产生及存储影像(presentation)的便利性被人们所理解，所以出现一种新型的影像装置，通常被称为“集成投影仪”。这种装置能够从一计算机或者其它的信号源中取得输入信号，并将一影像投影在一屏上。现代的集成投影仪甚至在强烈的环境光线的条件下投影有用的影像。这些装置已开发出了它们自己的专利文献，下面将概述其中几个例子。
第4,943,154号美国专利揭示了一种投影仪，它具有三个“光阀”(一种可寻址的液晶显示器的特殊形式)和一复杂的光径，该路径可将一白光源的输出分割成红色、绿色及蓝色分量，用这三个光阀(一个光阀对应一种颜色)成象，然后通过一单透镜重新复合后进行投影。这种光学系统的制造、组装及维修保养都比较复杂，并占据相当大的空间，比较重，还具有潜在的效率问题。
另一种使用方法是具有一单一的LCD板、光径、透镜、以及连续插入的红色、绿色及蓝色滤色片。当各滤色片移入光径时，在LCD上形成适当的彩色影像。这种装置已受到LCD迅速响应变化的输入信号的能力的限制。它们还需要一适当设计的滤色盘和与此相关的硬件。由于这些原因，如果该方法有所采用，也是很少采用它。
第5,097,323号美国专利揭示了一种投影系统，它采用运输模式LCD’s(一个对应一种颜色)和一种三维光径(是指这些光轴可指向在三维内、而不是在更标准的二维中定向)。这不是一种节省空间的装置，但可用于重新分配空间的用途，以便提供一种更小的占地面积(footprint)。
还可使用一种三色LCD。该板具有印刷在显示器面上的微型滤色片(红色、绿色和蓝色)的一个阵列，并且这些滤色片由被安装用来与它们显示的液晶阵列适当寻址。虽然这种类型的LCD的制造稍微复杂了些，但是它具有需要一单个光学系统的优点。另外，滤色片和颜色元件决不会不对准，并且LCD的重量几乎与一单个颜色装置一样，因此节省了重量和空间。通过去除棱镜、滤色片、反射镜等及其固定件也可获得附加的重量节省。
第5,321,450号美国专利描述了一种体现这些原理的投影仪。通过采用反射镜和一倾斜的LCD，可获得一种较低的外形。一具有其垂直设置的光轴的透镜用于投影，而最后的反射镜(可折叠起来的)使光线沿一水平路径变向。该反射镜是在存储时唯一移动的元件，因此节省的空间较少。
由CTX OPTO Inc.制造的“EzPro 500”投影仪装有一折叠起来的透镜和反射镜单元，以便能收缩存储。
第5,483,253号美国专利揭示了已在使用的装置，它包括放在顶上的(laptop)计算机及相关装置，其中小型化被看作是优点。在这些类型的装置中，一LCD板铰接于其后边缘处，以便可将它折叠起来用以在存储和搬运时与键盘共面。然而，这些装置在操作中通常是反射的，某些时候是被背后照亮，而某些时候则被做成可拆卸的，以便该板可使用在例如一OHP上。目前，“手掌上面的(palmtop)”结构(organizer)也变得可做到的。这些装置为一小型计算机、键盘和LCD板，并且甚至比上述放在顶上的计算机还要小。手掌上面的装置在存储时可折叠，并装入一袋腔内。用户似乎既欣赏使用时该装置的小型体积，又欣赏其在存储时可折叠起来的特点。
尽管已有技术中已存在着各种用于减小尺寸及增加空间效率的方法与构造，但仍有改进的余地，尤其因为传统设计中没有一种设计能有效利用将光锥体容纳在透射及反射系统中所需的未占据空间。因此，需要设计一种小型集成的LCD投影仪，它具有利用该未使用空间的优点，又能在使用时迅速而简便地展开该投影仪。
发明概述
本发明提供一种小型电子投影仪，大致包括一壳体、一设置在该壳体内的光源、一设置在该壳体内的投影透镜、其中一介于光源与投影透镜之间的线构成一投影轴线、一具有用于形成一影像的装置的显示器组件、该显示器组件设置在壳体内、并位于光源与投影透镜之间、以及用于将显示器组件从一存储位置转动到一展开位置的装置，显示器组件处于存储位置时与投影轴线基本平行，而处于展开位置时则相对于该投影轴线成一斜角设置。该显示器组件可采用一种可透射的液晶显示板形式，并且用于移动显示器组件的装置还可被设计成可使投影透镜处于展开位置时至少部分地延伸到壳体外、而处于存储位置时则使投影透镜缩回到壳体内。在一实施例中，该壳体具有可在当显示器组件处于其展开位置时的打开位置与当显示器组件处于其存储位置时的关闭位置之间移动的门，并且该显示器组件处于展开位置时通过该门延伸。可采用一后脚件来调节投影轴线的倾角。
该显示器组件(LCD板)被设置成可绕一位于该组件中心的水平轴线枢转。然后可转动该组件，以便当使用该投影仪时占据延伸及收缩光束所需的空间。这些空间在投影仪未使用时是没用的，因此可用于存储元件。此特点可节省相当大的空间体积，从而使得该闭合装置紧凑并易于搬运。另外，这些简单的光学元件还构成了一种轻质投影仪，更便于携带。由于减少了尺寸、重量及其元件数，因此可在不损失任何性能的情况下以相对较低的成本制造这样一个投影仪。
本发明提供一种投影仪，它可用电子仪器寻址，并能提供极佳的影像质量与亮度，并且为了存储及搬运，还可折叠或改变外形，而后一种形式既紧凑又易于搬运。为了存储，由这种改变外形所带来的主要优点在于减小了单元总体积，并去除了可能会被损坏的凸出部件。已发现，为了搬运，比较方便的是该投影仪的一个尺寸尽可能的小(即一种较低的外形)。这样能使一搬运把手连接至该装置，以便只要用一只手即可方便地搬运该投影仪。具有较等边(equilateral)的形状(例如立方体(cubic))的投影仪在搬运时需要两只手，或者当用一只手搬运时不能方便地前进。另外，倘若该装置被设计成具有一种相对光滑的外形或外表，倘若无意间与其它物体猛烈碰撞的话，它受到的损伤较小，并且不大会妨碍搬运它的人的运动。因此，用于搬运的最适宜的形式为一种手提皮箱或者公文包等形式。
附图简介
通过参阅附图将更好地理解本发明，其中：
图1是本发明处于存储/运输状态中的小型集成的LCD投影仪的一个实施例的立体图；
图2A是图1所示的处于存储/运输状态中的投影仪的剖视图；
图2B是类似于图2A的剖视图，但是此时的投影仪处于展开状态中；以及
图3是处于展开状态中的投影仪的俯视平面图，其中拆除了其顶面。
较佳实施例的描述
现在请参阅附图，尤其参阅图1，图中描绘的是本发明小型电子投影仪的一实施例10。投影仪10的外部构件包括一外壳或者壳体12、两个上收缩门14和16、一操纵旋转柄18、一后脚调节旋钮20、一电源电缆插座24、一电源(开/关)开关26、以及一个或者多个提供各种类型的电连接(诸如视频和数据驱动器)的端口28。在该实施例中，壳体12呈箱体状，其顶面(包括门14和16)为一平面，并与其下平面基本平行(位于存储位置时)。这种形状提供了一种特别低的外形，但是本技术领域中的熟练人员将意识到的是，还可提供不同于投影仪10的长方形外形的其它外形。壳体12可由任何耐用材料制成，较佳地由一种诸如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)或者聚碳酸酯之类的轻质聚合物制成。
图2A和2B是投影仪10的纵剖视图，分别表示了它的存储/运输状态和展开状态，示出了该投影仪10又由一具有一靠近的散热装置32的光源30、环绕着光源30相对设置的一平行光管(collimator)(抛物面反射器)34和聚光镜36、一靠近聚光镜36的红外线滤色片(热镜(hot mirror))38、一显示器组件40、以及一投影透镜42组成。所有这些构件位于壳体12内，不过，如图2B中所示，当投影仪10展开时，显示部件40和投影透镜42自壳体12伸出。显示器组件40以这样一种方式可枢转地或者可转动地连接至壳体12内部，即在展开状态时，显示器组件40与光线的路径基本垂直，而在存储状态时，它与该光线的路径基本平行、并占据在操作期间为光锥体所保留的空间。
在参阅图2A和2B所示的剖视图的过程中，采用术语“纵向”来描述与投影轴线、即介于光源30和投影透镜42之间的基本直线相一致的投影仪的方向。该术语适用于该所描绘的特定实施例，但并不受此限制。其它的实施例可采用诸如通过使用反射镜、反折射菲涅耳(Fresnel)透镜等所形成的折叠的光路径，并且(尽管这些元件可能增加装置的成本，并且由于其它的原因而并不需要)这种装置仍然得益于本发明。尤其，只要将显示器组件移入到存储位置，即该组件在此位置与位于显示器组件区域内的光束的有效方向基本平行，就可获得一种较低的外形。另外，虽然在使用期间光线较佳地以一基本垂直的角度投射该LCD板，但是由于即使该板组件不转满90°，即光线以一倾斜但不正交的角度投射该板的情况下仍可实现相当大的空间节省，因此光线以一基本垂直的角度投射该LCD板并不是关键性的要求。通过选择显示板转动的角度，甚至可获得一“梯形失真”(keystone)校正选择(以修正影像的形状)。一形成在壳体12内的止动销栓(pin)或者块(图中未示出)防止显示器组件40转过头。
光源30较佳地为诸如一EVD(卤素)灯或者可从Osram(德国Sylvania Co.的一部分)或者荷兰的Philips Electronics买到的一系列高输出金属卤化物灯(例如，250瓦、400瓦、575瓦)之类的一高强度光源。它被连接至一位于壳体12内的12伏直流电源44(如图3所示)。在所描绘的实施例中，散热装置32由两个大约10”(25.4厘米)长、由5052铝挤压制成的肋条(ribbed strip)组成。聚光镜较佳地呈平凸状，并由一种诸如Pyrex(Corning,Inc.的一个商标)之类的硼硅玻璃制成。IR(红外线)滤色片38是一诸如那些可从Bausch & Lomb买到的传统的热镜。
显示器组件40可采用多种形式，比如一透射LCD板、一光阀或者一微镜阵列。在投影仪10的实施例中，显示器组件40包括一诸如可从日本的Sharp或者德国的Liesegang买到的6.4”(16.3厘米)板之类的LCD板46，和两个固定在壳体52内的菲涅耳透镜48和50。一风扇55(如图3所示)安装在壳体52内，用于冷却板46。整个显示器组件被设置成可绕一位于组件中心的水平轴线枢转。然后可转动该组件，以便当使用该投影仪时占据延伸及收缩光束所需的空间。这些空间在投影仪未使用时是没用的，因此可用于存储元件。此特点可节省相当大的空间体积，从而使得该闭合装置紧凑并易于搬运。显示器组件40不一定要可转动地安装，例如，可采用连杆机构来移动该组件，但是枢转连接更简易些。
在枢转显示器的同时，可提供装置以确保显示器在存储或者使用时得到保护。该装置可由活动板或门组成，当使用或者存储该装置时，该活动板或门提供了一种大致邻接的外形。如图2A和2B所示，这些门包括门14和16、以及底门54和56，所用的这些门可枢转地连接至壳体12。当为使用而转动该显示器组件40时，这些门移向侧面以便通行。这些门不仅保护显示器组件并提供了一种更美观的外观设计，而且减少了光的泄漏。
各扇门较佳地由弹簧加载，以便在显示器组件40转动后能自动缩进至存储位置。投影透镜42也可诸如通过连杆机构58与显示器组件40相连，以便当投影仪10处于存储状态时可自动缩进该投影透镜42(并且当投影仪10处于展开状态时，可自动将投影透镜42延伸到壳体12外)。显示器组件40自身较佳地由一过中心的弹簧偏压着，该弹簧由一连接至旋转柄18的插销(latch)连接。当存储设备时，该插销还锁定该设备(即，它锁定门14、16、54和56，并使投影透镜42保持在缩进位置)。还可提供一隔圈(iris)或透镜盖(图中未示出)，以便当投影透镜42缩进时向它提供附加的保护。可采用一连接至壳体12侧面并连接至显示器组件壳体52的操纵杆(在图中看不到)，以便同时将所有的部件移动至存储位置。
图2A和2B还描绘了一后脚组件60，与形成在可收缩的底门54上的脚62一起提供了一种校平该装置的三脚架方法。可见，在展开位置中，显示器组件40靠在脚62上，由此支撑着壳体12，并且在机器滑过桌子时，还消除了将LCD组件锁定在打开位置中的必要性。后脚组件60包括固定在一蜗轮或者螺纹件64上的调节旋钮20，以及具有一脚状末端68的齿条或者移动导杆66。因此，当投影仪靠在一支承面上时，可通过顺时针旋动旋钮20来升高投影仪10的后端，以便调节投影轴线的倾角(即调节投影影像的高度)。当逆时针旋转该旋钮降低该后端时，后脚组件60较有利地具有这样一个特点，即可使移动导杆66快速释放，而使脚68缩进至壳体12内。移动导杆66安装在一形成或连接至壳体12内的空腔或者支持件内，但它不是刚性连接至那儿的。相反地，它具有足够的公差以使其与蜗轮64脱离。然后，与移动导杆66相连的弹簧自动地将其缩进。来自弹簧的摩擦力实际上对着蜗轮64保持着导杆66，以防止其在正常情况下缩进，但用户可横向推动旋钮20以使导杆66脱离蜗轮64，并使弹簧缩进该导杆。
请进一步参阅图3，可看到投影仪10的其它元件。这些元件包括一用于冷却电源44的第二风扇70、一用于冷却由散热装置32所环绕的光学组件的第三风扇72为此可进行传导和对流热冷却、以及一可选择的扬声器74。附加的电子元件(LCD控制)可为传统的，并且除与紧凑的目的相一致之外，超出了本发明的范围，这些电子元件较佳地封装在一相对较小的子组件内。一种适当的包装为可从Neo Systems买到的型号为MDI-0344的包装，该包装包括用于数据和视频的功能以驱动LCD板。在具有这些市场上可买到的元件的情况下，投影仪10的尺寸大约为3.4″×10.9″×16.3″(8.6厘米×27.7厘米×41.4厘米)，但在具有传统元件的情况下，该投影仪可具有一种较小的尺寸3.25″×10.5″×14.75″(8.3厘米×26.7厘米×37.5厘米)。
除紧凑和便于搬运的优点之外，该投影仪10具有多项优越性。这些简单的光学元件构成了一种轻质投影仪，更便于携带。由于减少了尺寸、重量及其元件数，因此可在不损失任何性能的情况下以相对较低的成本制造这样一个投影仪。该投影仪可用电子仪器寻址，并且能提供极佳的影像质量与亮度。为了存储，由这种改变外形所带来的主要优点在于减小了单元总体积，并去除了可能会被损坏的凸出部件。一搬运把手(图中未示出)也可连接至该装置，以便只要用一只手即可方便地搬运该投影仪。由于该装置被设计成具有一种相对光滑的外形或外表，倘若无意间与其它物体猛烈碰撞的话，它受到的损伤较小，并且不会妨碍搬运它的人的运动。最后，为了他/她的显示，自动展开机构可使用户迅速地安装好该装置，从而提高其效率。
虽然通过特定实施例已描述了本发明，但是本发明并不受该描述的限制。在参阅了本发明的描述之后，所揭示的实施例的多种变化、以及本发明其它的实施例对于那些本技术领域中的熟练人员而言将变得一目了然。因此，在不脱离由附加权项所限定的本发明精神或者范围的情况下可作修改。

Claims (20)

1．一种显示装置，包括：
一光源；
一具有用于形成一影像的装置的显示器组件；
用于将光线从所述光源射向所述显示器组件、构成一光束方向的装置；
一被设置用来接收由所述显示器组件所形成的影像的投影透镜；以及
用于将所述显示器组件从一存储位置移动至一展开位置的装置，所述显示器组件处于存储位置时与所述光束方向基本平行，而处于展开位置时则相对于所述光束方向成一斜角设置。
2．如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述用于将光线从所述光源射向所述显示器组件的装置包括：
一靠近所述光源、相对于所述显示器组件设置的反射器；以及
一设置在所述光源与所述显示器组件之间的聚光镜。
3．如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示器组件包括一液晶显示板。
4．如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述用于移动所述显示器组件的装置可使所述显示器组件在所述存储与展开位置之间转动。
5．如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述斜角大约为90°。
6．如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述光源、所述显示器组件、所述用于引导光线的装置以及所述投影透镜全都设置在一共用壳体内；以及
所述用于移动所述显示器组件的装置还使得所述投影透镜处于所述展开位置时至少部分地延伸到所述壳体外，并使得所述投影透镜处于所述存储位置时缩回到所述壳体内。
7．如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述光源、所述显示器组件、所述用于引导光线的装置以及所述投影透镜全都设置在一共用壳体内；
所述壳体具有可在当所述显示器组件处于其展开位置时的打开位置与当所述显示器组件处于其存储位置时的关闭位置之间移动的门；以及
所述显示器组件处于所述展开位置时通过所述门延伸。
8．如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述用于移动所述显示器组件的装置还提供用于改变影像形状的装置。
9．如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述显示器组件沿着它的一条近似中心线转动。
10．如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，当所述显示器组件处于其展开位置时，它适用于支撑所述壳体。
11．一种显示装置，包括：
一壳体；
一设置在所述壳体内的光源；
一设置在所述壳体内的投影透镜，介于所述光源与所述投影透镜之间的一线构成一投影轴线；
一具有用于形成一影像的装置的显示器组件，所述显示器组件设置在所述壳体内，并位于所述光源与所述投影透镜之间；以及
用于将所述显示器组件从一存储位置转动至一展开位置的装置，所述显示器组件处于存储位置时与所述投影轴线基本平行，而处于展开位置时则相对于所述投影轴线成一斜角设置。
12．如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述显示器组件包括一可透射的液晶显示板。
13．如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述用于移动所述显示器组件的装置还使得所述投影透镜处于所述展开位置时至少部分地延伸到所述壳体外，并使得所述投影透镜处于所述存储位置时缩回到所述壳体内。
14．如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述壳体具有可在当所述显示器组件处于其展开位置时的打开位置与当所述显示器组件处于其存储位置时的关闭位置之间移动的门；以及
所述显示器组件处于所述展开位置时通过所述门延伸。
15．如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，还包括当所述壳体靠在一支承面上时，用于调节所述投影轴线的倾角的装置。
16．如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述用于移动所述显示器组件的装置还提供用于改变影像的形状的装置。
17．如权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述显示器组件沿着所述液晶显示板的一条近似中心线转动。
18．如权利要求13所述的显示装置，其特征在于，所述壳体具有可在当所述显示器组件处于其展开位置时的打开位置与当所述显示器组件处于其存储位置时的关闭位置之间移动的门；以及
所述显示器组件处于所述展开位置时通过所述门延伸。
19．如权利要求15所述的显示装置，其特征在于，当所述显示器组件处于其展开位置时，它适用于支撑所述壳体。
20．一种小型、集成的LCD投影仪，包括：
一具有基本平直及平行的顶面与底面的壳体，所述顶面与底面中的每一表面具有至少一扇可在一打开位置与一关闭位置之间移动的门；
一设置在所述壳体内的高强度光源；
一设置在所述壳体内的投影透镜，介于所述光源与所述投影透镜之间的一线构成一投影轴线；
一具有用于形成一影像的装置的显示器组件，所述显示器组件设置在所述壳体内，并位于所述光源与所述投影透镜之间，并且包括一可用电子仪器寻址的可透射的液晶显示器；
用于将所述显示器组件沿着它的一条近似中心线从一存储位置转动到一展开位置的装置，所述显示器组件处于存储位置时与所述投影轴线基本平行，而处于展开位置时则相对于所述投影轴线成一斜角设置，所述显示器组件处于所述展开位置时通过所述壳体的门延伸；
与所述转动装置相连的、用于使所述投影透镜处于所述展开位置时至少部分地延伸到所述壳体外，而处于所述存储位置时则使所述投影透镜缩回到所述壳体内的装置；以及
当所述壳体靠在一支承面上时，用于调节所述投影轴线的倾角的装置。
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