CN1820500A - 图像形成设备和具有其的投影电视 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种图像形成设备和一种具有该图像形成设备的投影TV。该图像形成设备包括照明系统和将来自照明系统的彩色图像放大并且将其投影到屏幕上的投影系统。该照明系统包括：光源；颜色分离器，将来自光源的光分离成单独的颜色；积分器，对来自颜色分离器的光进行整形；显示装置，响应输入信号处理入射光并且形成彩色图像；聚光元件，将来自光源的光指引向显示装置，并且透射来自显示装置的光；至少一个光路转换器，使来自光源的光折向上。投影系统沿着垂直方向被布置在与照明系统相比不同的高度。

Description

图像形成设备和具有其的投影电视
                        技术领域
本发明涉及一种具有改进结构的图像形成设备以及一种包括该图像形成设备的投影TV，在所述图像形成设备中，照明系统和投影系统被布置在不同的高度以合适地安装在基座形状的机壳中。
                        背景技术
传统的投影系统根据显示装置的数量主要被分为三片式投影系统或者单片式投影系统，所述显示装置以像素为单位对从光源发射的光执行开关控制。光源是产生彩色图像的高功率的灯。在单片式投影系统中，与三片式投影系统相比，可以在尺寸上减小光学系统的结构。然而，由于利用顺序方法将白光分离成红色(R)、绿色(G)和蓝色(G)，因此，单片式投影系统的光电效率(photoefficiency)是三片式投影系统光电效率的1/3。因此，已经努力增加单片式投影系统的光电效率。
在传统的单片式投影系统中，从白光源照射的光束通过使用滤色器被分离成R、G和B颜色的光束，并且每个颜色的光束顺序地传播到显示装置。显示装置按照颜色被接收的顺序被顺序地操作，从而形成图像。
如图1A所示，传统的单片式投影系统包括：光源10；色轮15，从光源10发射的光束通过该色轮；积分器17，对通过色轮15的光束进行整形；全反射棱镜25，将通过积分器17的光束全反射；显示装置27，接收由全反射棱镜25反射的光束，根据输入图像信号来处理光束并且形成彩色图像。系统还包括投影系统30，将由显示装置27形成的彩色图像放大并且投影到屏幕上。
紫外线拦截滤光器12布置在光源10和色轮15之间，将已通过积分器17的光线聚集的透镜组20布置在积分器17和全反射棱镜25之间的光路上。
全反射棱镜25包括：入射棱镜25a，将从光源10发射出的光束全反射到显示装置27上；发射棱镜25b，将由显示装置27反射的光束透射到投影系统30。
从光源10到投影系统30的整个装置具有一定宽度的水平结构，该宽度相对于其高度是很大的。
图1B显示具有机壳40的投影TV，该机壳40包括将屏幕S安装到其上的屏幕单元35。在机壳40中安装图像形成设备。标号42表示装饰机壳。
                        发明内容
                        技术问题
如图1B所示，具有图1A中显示的水平结构的图像形成设备最好安装在沿水平方向延伸的机壳40中。传统的图像形成设备适于具有类似台式监视器形状的投影TV。
然而，消费者期望具有各种设计的投影TV。因此，为了改变投影TV的外观，需要改变图像形成设备的结构。
                      技术解决方案
本发明提出一种可以合适地安装在具有垂直延伸的基座或者柱形的机壳中图像形成设备以及具有该设备的投影TV。
根据本发明的一方面，提供了一种图像形成设备，包括照明系统和将由照明系统形成的彩色图像放大并且将其投影到屏幕上的投影系统。该照明系统包括：光源；颜色分离器，将从光源照射的光分离成单独的颜色；积分器，对已经通过颜色分离器的光进行整形；显示装置，响应输入信号处理入射光并且形成彩色图像；聚光元件，将从光源照射的光指引向显示装置，并且透射由显示装置反射的光；至少一个光路转换器，使从光源照射的光折向上。投影系统沿着垂直方向被布置在与照明系统相比不同的高度。
所述至少一个光路转换器可包括：第一光路转换器，将从光源发射的光折向上，从而图像形成设备可以合适地安装在基座形的机壳中；第二光路转换器，指引光以最佳角度入射到显示装置上。
如果显示装置的垂直方向是Z轴，并且第一光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ1，那么θ1具有0°和90°之间的角度。
如果显示装置的垂直方向是Z轴，并且第一光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ2，并且由第一光路转换器反射的光以关于Z轴成α角度地传播，则θ2被给出：
45°-α/2＜θ2＜90°+α/2。
根据本发明的另一方面，提供了一种图像形成设备，包括照明系统和将由照明系统形成的彩色图像放大并且将其投影到屏幕上的投影系统。该照明系统包括：光源，关于地面水平地发射光；颜色分离器，将从光源照射的光分离成单独的颜色；积分器，对已经通过颜色分离器的光进行整形；显示装置，响应输入信号处理入射光并且形成彩色图像；聚光元件，将从光源照射的光指引向显示装置，并且透射由显示装置反射的光；光路转换器，使从光源照射的光折向上。投影系统沿着垂直方向被布置在与照明系统相比不同的高度。
如果显示装置的垂直方向是Z轴，并且光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ，并且由光路转换器反射的光以关于Z轴成α角度地传播，则θ被给出：
θ＝(90°+α/2)±10°。
根据本发明的另一方面，提供了一种投影TV，包括屏幕单元和包含图像形成设备的机壳。该图像形成设备垂直地布置在机壳中，并且机壳是柱形并具有比屏幕单元更小的宽度。
                        有利效果
在根据本发明的图像形成设备中，沿着垂直方向延伸地布置照明系统和用于照射光束的投影系统，从而照明系统和投影系统可以容易地安装在具有垂直延伸的基座或者柱形的机壳中。
因此，具有根据本发明的图像形成设备的投影TV具有基座形状，同样，投影TV可具有各种设计以满足消费者的期望。
                        附图说明
图1A是传统的图像形成设备的示意图；
图1B显示具有传统的图像形成设备的投影TV的外观；
图2显示具有根据本发明实施例的图像形成设备的投影TV的外观；
图3是根据本发明另一实施例的图像形成设备的示意图；
图4显示在根据本发明另一实施例的图像形成设备中使用的变形微镜面装置(DMD)的坐标系和结构；
图5A显示由在图3显示的图像形成设备中使用的第一光路转换器向上反射的光束的光路；
图5B是第一光路转换器的倾斜度的示意图，由在图3显示的图像形成设备中使用的第一光路转换器以该倾斜度向上反射光束；
图6A是第二光路转换器和显示装置布置的示意图，这种布置允许光束在从图3显示的图像形成设备中的第二光路转换器反射后以预定角度入射到显示装置上；
图6B、6C和6D是第二光路转换器的倾斜度的示意图；入射到图3显示的成像设备中使用的第二光路转换器上的光束以预定角度反射；
图7是根据本发明另一实施例的图像形成设备的结构的示意图；
图8是图7中显示的图像形成设备的修改的例子的示意图。
                        具体实施方式
图2显示具有根据本发明实施例的图像形成设备的投影TV。图2的投影TV包括具有屏幕S的屏幕单元90以及具有垂直延伸的基座或者柱形并且放置在屏幕单元90下方的机壳95。
图3是根据本发明另一实施例的图像形成设备的示意图。图3的图像形成设备包括：照明系统100，发射光束并且形成彩色图像；投影系统150，将彩色图像放大并且将其投影到屏幕S上。照明系统100和投影系统150沿着垂直(Z)方向放置在不同的高度。
照明系统100和投影系统150可以安装在机壳95中，相对于现有技术的结构，本发明是改进的结构，在于照明系统100和投影系统150合适地安装在具有基座形状的机壳95中，如图2所示。
照明系统100包括：光源103，发射光束；颜色分离器110，将从光源103照射的光束分离成单独的颜色；显示装置130，响应输入信号处理通过颜色分离器110的彩色光束并且形成彩色图像。此外，为了使照明系统100垂直延伸地布置，照明系统100还包括将从光源103照射的光束折向上的至少一个光路转换器。投影系统150将形成在显示装置130上的彩色图像放大并将其投影到屏幕S上。
照明系统100包括：第一光路转换器120，放置在颜色分离器110和显示装置130之间，将入射光束的路径转换成第一方向；第二光路转换器125，将由第一光路转换器120反射的光束的路径转换成第二方向；聚光元件127，将由第二光路转换器反射的光束指引向显示装置130，并且将由显示装置130反射的光束指引向投影系统150。
光源103放置在机壳95之下，其放置方式是光源103的光轴与机壳95的底表面平行。从光源103发射并且与光源103的底表面平行传播的光束由第一光路转换器120向上反射。此外，第二光路转换器125将由第一光路转换器120反射的光束指引向聚光元件127。
例如，颜色分离器110可以是色轮或者作为被本领域的技术人员理解的其它元件。
紫外线拦截滤光器105放置在光源103和颜色分离器110之间的光路上，对从光源103发射的光束进行整形的积分器112放置在颜色分离器110和第一光路转换器120之间。积分器112将光束进行整形，从而该光束具有与显示装置130形状对应的横截面。
用于聚光的透镜布置在积分器112和聚光元件127之间的光路上。例如，第一聚光透镜114布置在积分器112和第一光路转换器120之间。第二聚光透镜115和第三聚光透镜116布置在第一光路转换器120和第二光路转换器125之间。第四聚光透镜117布置在第二光路转换器125和聚光元件127之间。
聚光元件127为入射到显示装置130上的光束和由显示装置130反射的光束创建不同的光路。聚光元件127可以是具有第一棱镜127a和与第一棱镜彼此相对的第二棱镜127b的全反射棱镜。作为入射棱镜的第一棱镜127a将要入射到显示装置130上的入射光束全内反射，作为发射棱镜的第二棱镜127b将由显示单元130反射的光束透射到投影系统150。或者，聚光元件127可包括用于将来自第二光路转换器125的光束会聚到显示装置130上的凹镜或者透镜。
显示装置130可为反射类型的液晶显示器(LCD)或者变形微镜面装置(DMD)。
投影系统150包括：投影透镜组155，在屏幕上形成彩色图像；反射镜157，指引光束的路径。
在本实施例中，安装有第一光路转换器120和第二光路转换器125，第一光路转换器120将从光源发射的光束向上指引，从而图像形成设备可合适地安装在具有基座形状的机壳中，第二光路转换器125使光束以最适宜的角度入射到显示装置130。为了让从光源103发射的光束向上传播，第一光路转换器120可以一定角度布置，稍后将描述所述角度。
如图4所示，在DMD130中，多个微镜面130a二维地排列，微镜面130可独立的转动。根据微镜面130a的方向，反射光束朝着投影系统150或者背离投影系统150传播，从而入射光束可被接通或者切断。
这里，假定垂直于DMD130平面的方向是X轴，Z轴是垂直的，Y轴由右手坐标系法则限定。基于这些法则的坐标系还被用在图3中。
首先，参照图5A，为了将由第一光路转换器120反射的光束向上指引，限定应该存在将被第一光路转换器120反射的光束的区域。如图5A所示，该区域被限定在正X轴和正Z轴之间。为了说明的方便，图5A显示布置在从光源103到第一光路转换器120的路径上的光学元件组。
为了满足这些条件，第一光路转换器120的法线(在图5A中虚线示出的)和Z轴之间的角度(θ1)在0°和90°之间。参照图5B，当第一光路转换器120平行于X轴时，θ1具有最小值(θ1min)，θ1min＝0°。当第一光路转换器120平行于Z轴时，θ1具有最大值(θ1max)，θ1max＝90°。将从光源103发射的光向上传播的第一光路转换器120的位置由θ1指示，并且θ1由关系式1限定。
                0°＜θ1＜90°       ............(1)
接下来，参照图6A，由第二光路转换器125反射的光束以关于Z轴成预定角度α地入射到聚光元件127上。为了满足入射角度的需要，如下获得第二光路转换器125的倾斜角度。即，由于入射光束已经由第一光路转换器120向上反射，所以存在其中有入射到第二光路转换器125的光束的区域，并且该区域由负Z轴限定，如图6A所示。
这里，从第二光路转换器125反射的光束具有关于Z轴的角度α，Z轴和第二光路转换器125的法线(在图6A中虚线示出的)之间的角度称作θ2。
图6B显示了光束沿着(+)Y轴入射到第二光路转换器125上的情况。在这种情况下，θ2是(45+α/2)度。图6C显示光束沿着(-)Z轴入射到第二光路转换器125上的情况。在这种情况下，θ2是(90+α/2)度。
图6D显示了光束沿着(-)Y轴入射到第二光路转换器125上的情况。在这种情况下，θ2是(45-α/2)度。
参照图6B、图6C和图6D，为了指引由第二光路转换器125反射的光束使其关于Z轴成α角度，以下条件可以适用：
        45°-α/2＜θ2＜90°+α/2         ............(2)
例如，当显示装置130是DMD时，由第二光路转换器125反射的光束以关于Z轴成45°角地入射到聚光元件127上，θ2由关系式2给出。
        225°＜θ1＜1125°                ............(3)
接下来，如图7所示，根据本发明另一实施例的图像形成设备包括：光源160，用于将光束沿着垂直(Z)方向照射到图像形成设备的底表面上；颜色分离器165，将从光源160照射的光束分离成单独的颜色；具有显示装置180的照明系统150，显示装置180响应输入图像信号处理由颜色分离器165分离的彩色光束，并且形成彩色图像；投影系统190，将由照明系统150形成的彩色图像放大并且将其投影到屏幕上。
此外，图像形成设备还包括：光路转换器170，指引光束的路径，从而该光束以预定角度入射到显示装置180上；用于吸收紫外线的紫外线拦截滤光器163，布置在光源160和颜色分离器165之间的光路上；积分器167，将入射光束进行整形；聚光透镜组169，将已经通过积分器167的光束聚集，其被布置在颜色分离器165和光路转换器170之间的光路上。
例如，颜色分离器165可以是色轮或者作为本领域技术人员理解的其它元件。
聚光元件175布置在光路转换器170和显示装置180之间的光路上。聚光元件175将来自光路转换器170的光束指引向显示装置180，并且将由显示单元180反射的光束传播到投影系统190。
在本实施例中，安装一个光路转换器170，从而照明系统150和投影系统190被布置在不同的高度。这里，假定垂直于显示装置180平面的方向是X轴，Z轴是垂直的，Y轴由右手坐标系法则限定。
光路转换器170将从光源160发射的光束以关于Z轴成α角度地指引向聚光元件175。光源160沿着垂直于底表面的方向，即沿着平行于Z轴的方向发射光束。此外，光路转换器170以关于Z轴成预定角度α地向上反射从光源160发射出的光束。这里，Z轴和光路转换器170的法线(图7中虚线示出的)之间的角度是θ，即(90°+α/2)度。θ的公差由关系式4给出。
         θ＝(90°+α/2)±10°        .......(4)
例如，当显示装置180是DMD时，由光路转换器170反射的光束以关于Z轴成45°的角度入射到聚光元件175上，θ由关系式5给出。
            θ＝112.5°±10°             .......(5)
接下来，在图8所示的图像形成设备中，从光源发射的光束可以通过利用光路转换器折向下。
图8中的结构与图7中的结构不同的是：光束的光路由光路转换器170改变成向下的路径。参照图8，聚光元件175和显示装置180布置在光路转换器170之下。在这种情况下，由光路转换器170反射的光束可以以关于Z轴成135度的角度入射到显示装置180上。
为了使从光源160发射的光束折向下，关系式4指示光路转换器170的法线和Z轴之间的角度由关系式6给出。
           θ＝157.5°±10°              .......(6)
这样，从光源160发射的光束可沿着垂直于光源160底表面的方向传播，并且图像形成设备的外观可是多样的。
根据本发明的实施例，照明系统和投影系统被容纳其中的机壳可沿着纵向方向延伸，因此，图像形成设备的外观可以与传统的图像形成设备的外观不同。换句话说，照明系统和投影系统可以容易地安装在具有基座或者柱形的机壳中，如图2所示。
虽然已经参照本发明的示例性实施例详细地显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种形式和细节上的修改。

Claims (14)

1、一种图像形成设备，包括：
照明系统，包括：
光源；
颜色分离器，将从光源照射的光分离成单独的颜色；
积分器，对已经通过颜色分离器的光进行整形；
显示装置，响应输入信号将来自积分器的光处理并且形成彩色图像；
聚光元件，将从光源照射的光指引向显示装置，并且透射由显示装置反射的光；
至少一个光路转换器，布置在光源和显示装置之间的光路上，使从光源照射的光折向上；
投影系统，将由照明系统形成的彩色图像放大并且将其投影到屏幕上，投影系统沿着垂直方向被布置在与照明系统相比不同的高度。
2、如权利要求1所述的图像形成设备，其中，所述光源与垂直方向垂直地发射光束。
3、如权利要求1所述的图像形成设备，其中，所述至少一个光路转换器包括：第一光路转换器，将从光源发射的光折向上，从而图像形成设备可以合适地安装在基座形的机壳中；第二光路转换器，指引光入射到显示装置上。
4、如权利要求3所示的图像形成设备，其中，如果显示装置的垂直方向是Z轴，并且第一光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ1，那么θ1具有0°和90°之间的角度。
5、如权利要求3所述的图像形成设备，其中，如果显示装置的垂直方向是Z轴，并且第一光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ2，并且由第一光路转换器反射的光以关于Z轴成α角度地传播，则θ2被给出：
45°-α/2＜θ2＜90°+α/2。
6、如权利要求3所述的图像形成设备，其中，如果显示装置是DMD，显示装置的垂直方向是Z轴，并且第一光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ2，由第一光路转换器反射的光以关于Z轴成45度的角度传播，则θ2被给出：
22.5°＜θ2＜112.5°。
7、一种图像形成设备，包括：
照明系统，包括：
光源，关于地面水平地发射光；
颜色分离器，将从光源照射的光分离成单独的颜色；
积分器，对已经通过颜色分离器的光进行整形；
显示装置，响应输入信号将来自积分器的光处理并且形成彩色图像；
聚光元件，将从光源照射的光指引向显示装置，并且透射由显示装置反射的光；
一个光路转换器，布置在光源和显示装置之间的光路上，使从光源照射的光折向上；
投影系统，将由照明系统形成的彩色图像放大并且将其投影到屏幕上，投影系统沿着垂直方向被布置在与照明系统相比不同的高度。
8、如权利要求7所述的图像形成设备，其中，如果显示装置的垂直方向是Z轴，并且光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ，并且由光路转换器反射的光以关于Z轴成α角度地传播，则θ被给出：
θ＝(90°+α/2)±10°。
9、如权利要求8所述的图像形成设备，其中，如果显示装置是DMD，并且沿着Z轴方向垂直延伸，光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ，由光路转换器反射的光以关于Z轴成45度的角度传播，则θ被定义为：
θ＝112.5°±10°。
10、一种投影TV，包括：
屏幕单元；
机壳，包括图像形成设备；
其中，所述图像形成设备包括：
照明系统，包括：
光源；
颜色分离器，将从光源照射的光分离成单独的颜色；
积分器，对已经通过颜色分离器的光进行整形；
显示装置，响应输入信号处理入射光并且形成彩色图像；
聚光元件，将从光源照射的光指引向显示装置，并且透射由显示装置反射的光；
至少一个光路转换器，使从光源照射的光折向上；
投影系统，将由照明系统形成的彩色图像放大并且将其投影到屏幕上，投影系统沿着垂直方向被布置在与照明系统相比不同的高度，
其中，机壳垂直地延伸并且具有比屏幕单元小的宽度。
11、如权利要求10所述的投影TV，其中，所述至少一个光路转换器包括：第一光路转换器，使从光源发射的光折向上，从而图像形成设备合适地安装在基座形机壳中；第二光路转换器，指引光入射到显示装置上。
12、如权利要求10所述的投影TV，其中，如果显示装置的垂直方向是Z轴，并且第一光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ1，那么θ1具有0°和90°之间的角度。
13、如权利要求10所述的图像形成设备，其中，如果显示装置的垂直方向是Z轴，并且第一光路转换器的法线和Z轴之间的角度是θ2，并且由第一光路转换器反射的光以关于Z轴成α角度地传播，则θ2被给出：
45°-α/2＜θ2＜90°+α/2。
14、一种投影TV，包括：
屏幕单元；
机壳，包括图像形成设备，
其中，所述图像形成设备包括：
照明系统，包括：
光源，关于地面水平地发射光；
颜色分离器，将从光源照射的光分离成单独的颜色；
积分器，对已经通过颜色分离器的光进行整形；
显示装置，响应输入信号处理入射光并且形成彩色图像；
聚光元件，将从光源照射的光指引向显示装置，并且透射由显示装置反射的光；
光路转换器，布置在光源和显示装置之间的光路上，使从光源照射的光折向上；
投影系统，将由照明系统形成的彩色图像放大并且将其投影到屏幕上，投影系统沿着垂直方向被布置在与照明系统相比不同的高度，
其中，机壳垂直地延伸并且具有比屏幕单元小的宽度。
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