CN1823518A

CN1823518A - 投影设备

Info

Publication number: CN1823518A
Application number: CNA2004800202328A
Authority: CN
Inventors: O·H·威廉森
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-08-23
Also published as: TW200506491A; KR20060052809A; JP2007528020A; WO2005006720A1; US20060209374A1; EP1658717A1

Abstract

一种投影设备，包括用于向扫描设备(13)引导多个光束(3a、3b、3c)的装置(4a、4b、5、6)，扫描设备(13)适合于扫描所述的光束以便在一个表面上投影图像。所述投影设备具有在所述扫描仪之后的所述光束的光路内设置的一个可调透镜，以使扫描仪可以定位在透镜和它的焦距之间。通过这种设置，可调透镜可以减小投影的角度扩展，而不减小显示图像的分辨率。这又将允许图像在期望的距离上投影，同时还可以维持足以可利用光强度的这一尺寸。

Description

投影设备

技术领域

本发明涉及一种投影设备，所述投影设备包括用于向扫描设备引导多个光束的装置，所述扫描设备适合于扫描所述光束以便在一个表面投影图像。

背景技术

现今，正在开发微型机械式扫描仪，微型机械式扫描仪具有以很高的频率和很大的光学扫描角度扫描激光光束的能力。这种扫描仪，将弱悬臂或扭转悬挂弹簧和极小的反光镜质量结合在一起，可以产生足够高的谐振频率，用于对激光光束进行视频速率即10千赫兹量级的光栅扫描。

很小质量的扫描仪意味着光束扫描仪的反射表面极小，在一般情况下为150×150微米²。因为面积这样地小，衍射效应使偏转光束的角度扩展相当大，并且，为了获得满意的分辨率，光扫描角度需要相当大。可以看出的是，具有理想性质的绿色激光光束可能允许在60度的扫描角度上有大约300个可分辨的点。

最近，还提出建议：提供具有显微投影仪(micro projector)的移动设备，例如移动电话或者个人数字助理，例如参见WO 02/43041和JP 2001/094905。这样一种设备允许用户在观看设备的屏幕和将图像投影到距设备一定距离这两者之间作出选择。

这种显微投影仪可以包括以上所述类型的扫描仪。利用扫描角度为60度，有可能将一个尺寸为A5纸大小的图像投影到17cm的距离。这样短的观看距离对于个人观看是极其有用的，例如阅读电子邮件或者观看视频内容，但是，用户还可能希望在较大的距离显示图像。例如，为了能与你的朋友分享图像，你可能希望在50cm或更大些的距离显示所述的图像。

由于从扫描仪反射的激光光束被准直的，所以在这个距离以相同的光扫描角度显示一个图像，还可能导致一个清晰的图像。然而，图像面积扩大到这样一种程度，以致于图像的亮度不够大。

为了保持相同的图像面积，可以通过减小驱动幅度来减小扫描角度。然而，正如以上所述的，扫描角度是不能减小的，因为减小扫描角度将导致图像分辨率下降。

按照另一种方式，可以定位一个正透镜，以使扫描的光束可以通过它。然而，这可能排斥图像在较近的距离的投影。

能够以可变因子放大激光光束的扫描角度的光学单元对于专业的显示应用领域是众所周知的。例如，Schneider技术(http：\\www.schneidrt-ag.de)已经使用了具有变焦选项以改变图像尺寸的变换光学系统。然而，这个系统是针对能够投影几平方米的图像的专业投影仪优化的。由于激光光束的强度极大，必须使用高质量的透镜与机械式聚焦系统结合。由于价格和尺寸方面的理由，这在移动设备中是不可接受的。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于显微投影的设备，它能够以不变的分辨率和尺寸在不同的距离上投影图像。本发明的另一个目的是提供这样一种紧凑的、成本有效的、不包括移动部件的设备。

本发明的这些和其它目的是利用本说明书的第一段中描述的那种类型的投影设备实现的，其中在所述扫描仪后面的所述光束的光路中一个可调透镜，使所述扫描仪定位在透镜和透镜的焦距之间。

通过这种设置，可调透镜将允许减小投影的角度扩展，但又不会减小显示图像的分辨率。这又将允许在期望的距离上投影图像，同时还可以维持有足够可利用光强度的图像尺寸。

按照一个优选实施例，可调透镜是一个电润湿透镜。这种透镜具有适合于应用的光学性质，并且能够以简单的方式进行电压控制。

优选地，可调透镜具有至少两个折射表面，从而可以实现改进。

按照一个实施例，所述光束具有不同的颜色，投影仪包括调制所述光束并且形成一个组合光束的装置。进而，扫描仪是一个两维的扫描仪，将所述扫描仪设置成可以按照光栅图形扫描所述组合光束。按照另一种方式，通过光调制器或光阀的阵列，形成沿一个方向延伸的光束阵列，并且将所述扫描仪设置成可以按照垂直于所述阵列的方向扫描光束阵列。

附图说明

现在参照示出本发明当前的优选实施例的附图将更加详细描述本发明的这些和其它方面。

图1是按照本发明实施例提供投影设备的一个移动电话的透视图；

图2是图1的移动电话中的投影设备的示意图；

图3是示出图2中投影仪的投影光束的光路的示意图。

具体实施方式

在一个移动设备15中，例如在如图1所示的移动电话中，可以有利地实施按照本发明的投影设备1。移动设备15在一般情况下都配备存储图像的存储器16和/或下载视频或数据流的无线通信单元17。在设备15的显示器18上可以观看图像或视频序列，或者使用投影设备1将图像或视频序列投影到远处表面19。在所示的情况下，同一个投影设备1用于两种观看类型，通过镜反射表面(mirroring surface)20可以实现后投影或前投影之间的选择，镜反射表面20被设置在从投影设备1开始的光束2的光路内。

在图2中更详细示出的投影设备1的尺寸应该使其可以装配在移动设备15中。在一般情况下，这意味着投影设备1的尺寸约为10mm×10mm。

在所示的投影设备1中，通过以由视频信号确定的比例组合红、绿、蓝色激光光束3a、3b、3c，可以获得期望的颜色。然后向扫描设备13引导组合的激光光束2，并且在屏幕19上扫描组合的激光光束2以获得彩色图像。

最好通过分别发射红和蓝波长区域的光的激光二极管4a、4b产生红色和蓝色激光光束。尽管当前在市场上可以得到红色和蓝色激光二极管，但是现在还不能得到绿色激光二极管(当然希望在将来可以得到绿色激光二极管)。在所示的投影仪中，因此绿色光是通过一个二极管泵5产生的，二极管泵5向晶体6提供红外光，晶体6把两个红外光子转换成一个绿色光子。另外一个选择方案(未示出)是使用一种上变换光纤，当利用紫外激光二极管抽吸时，上变换光纤起激光器的作用。还有另外一个选择方案是使用光抽吸半导体激光器(OPSL)来产生绿色(和蓝色)光。如果通过调制二极管泵5不能在视频频率上调制绿光，则光调制器7就可以包括在绿色光束的光路中。

驱动器8被设置成可以接收包含视频信息的视频信号，并且可以按照这个信息调制激光光束3a、3b、3c。所述设备进一步还包括设置在分色镜11的周围的一组透镜10a、10b、10c 和按照本发明设置在分色镜和扫描设备13之间的另一个透镜12。分色镜11可以是在LCD投影仪中公知的一种双色立方体，并且最好十分小，因此是廉价的。

激光光束3a、3b、3c通过透镜10a、10b、10c、12和分色镜11组合和准直成一个平行光束2，平行光束2射向扫描设备13。例如，来自红色激光二极管4a的光由第一透镜10a聚焦，然后在分色镜11中组合并利用小型透镜12准直。透镜的细节、它们的相互距离、以及它们的强度可由本领域的普通技术人员确定。

按照本发明，在扫描仪和设备的孔径之间的(一个或多个)光束的光路中设置至少一个可调透镜14。有利地，定位透镜14，以使透镜14不会干扰在扫描仪13和后投影显示器18之间的光路。对透镜14进行设置，以使扫描设备13比透镜的焦距更加靠近透镜14。按照一个实施例，所述透镜是可用电压驱动以改变它的强度的电润湿透镜。例如在这里参照引用的WO 99/18546和WO 00/58763中描述了适合于实施本发明的可调透镜的例子。

透镜14的强度可以由用户改变，以便可以将大小合适的图像投影到期望的距离。为了这个目的，可以为移动设备15提供机械控制或软件产生的菜单项，以便产生一个控制信号来调节施加到透镜上的电压。

图3示出了设备15中的光路说明。在图3中，假定光束的光学扫描角度是60度。在没有任何可调透镜的情况下，或者如果可调透镜的强度为0，则指定尺寸的图像22在距离x处投影。通过向电润湿透镜14施加一个电压v，将增加强度并且可以在距离x’处获得尺寸与图像22相同的图像22’。

如果将电润湿透镜作为一个薄透镜处理，则光束的角度与光轴的下述关系成立：

\frac{{\tan θ}_{i}}{{\tan θ}_{o}} = - \frac{b}{v} = \frac{f}{f - v},

(方程1)

在这里，θ_i是光束通过透镜之前的角度，θ_o是光束通过透镜之后的角度，b是像距，v是物距，f是焦距。

图3中的透镜是完全填满的，这是最优选的情况，因为光在透镜中的强度是最低的，并且在透镜和扫描仪之间的距离是最小的。如果假定一个完全充满的透镜，则以下的关系成立：

{\tan θ}_{i} = \frac{R}{v},

(方程2)

在这里，R是电润湿透镜的半径。

对于电润湿透镜，我们知道，透镜的焦距是由透镜的两种液体的界面产生的球的半径以及透镜的折射率之差确定的。如下的关系成立：

f = \frac{R}{(n_{2} - n_{1})}

(方程3)

在方程1中减去方程2和方程3，可以获得如下的方程：

tanθ_ν＝tan θ₁-(n₁-n₂) (方程4)

对于电润湿透镜，折射率之间的差n1-n2的最大值可以是0.3。对于30度的入射角(即，60度的光学扫描角度)，透镜将折射光束的角度减小到15度。最终的22度的投影角度可以在38cm的距离上投影一个A5的图像，这与没有可调透镜的情况下的17cm的距离相比拟。38cm的距离很接近适合有关信息共享的应用。

如果进一步修改电润湿透镜使其具有两个折射平面，则还可以进一步减小投影角度。对于这样的第二透镜的作用，可以导出与以上所述类似的公式。利用第二折射平面很容易实现将折射角度减小到11度(光学扫描角度是22度)，这时，有可能在1米的距离投影A5图像。

通过改变以上的实例，可以获得本发明的另外的实施例。例如，激光光束投影仪可以是与光栅扫描设备不同的类型。相反，可以用一维的光束扫描仪扫描来自一维光源阵列或光阀的光束。投影设备可以按照另外的方式使用微型显示器(micro display)，例如HPTS、LCOS、或DMD板。在某些情况下，可能需要投影透镜，并且利用电润湿原理可以使这个透镜成为可变的。

进而，可调透镜还可以具有不同的类型。例如，还可以使液晶透镜成为可变的。要得到更多的信息，可以参见O.A.Zayakin，M.Yu.Loktev，G.D.Love，&A.F.Naumov等人的光学仪器协会会议录，英文第四版“有关大气和海洋的光学的国际讨论会”，托木斯克，俄罗斯，6月23-26，(1999)，或者参见G.D.Love和A.F.Naumov的“现今的液晶”(国际液晶协会快报)10(1)：1-4(2001)。

移动设备15的显示器18当然不一定必须由投影设备驱动，而是还可以同样好地是独立驱动的显示设备，例如由LCD、动态薄膜显示器、或等离子体显示器。

Claims

1.一种投影设备，包括：

用于向扫描设备(13)引导多个光束(3a、3b、3c)的装置(4a、4b、5、6)，扫描设备(13)适合于扫描所述的光束以便在一个表面上投影图像，其特征在于：在所述扫描仪之后的所述光束的光路内设置一个可调透镜，以使扫描仪可以定位在透镜和它的焦距之间。

2.根据权利要求1所述的投影设备，其中所述透镜是一个电润湿透镜。

3.根据权利要求1或2所述的投影设备，其中所述透镜具有至少两个折射平面。

4.根据前面权利要求中任何一个所述的投影设备，其中光束(3a、3b、3c)具有不同的颜色，其中投影设备包括调制所述光束并且形成一个组合光束(2)的装置(10a、10b、10c、11、12)，并且其中所述扫描仪(13)是一个两维的扫描仪，将所述扫描仪设置成可以按照光栅图形扫描所述的组合光束。

5.根据前面权利要求中任何一个所述的投影设备，其中所述光束形成一个在一个方向延伸的阵列，并且其中所述扫描仪设置成可以在第二方向扫描所述的光束阵列。