CN1894974A - 用于背面投影应用的可旋转投影透镜 - Google Patents

Abstract

一种用于投影显示装置的光学系统，包括具有第一光轴的第一透镜组和具有第二光轴的第二透镜组，其中第二透镜组适合于围绕着第一光轴旋转。做为选择，该用于投影显示装置的光学系统，包括第一光轴和具有第二光轴的透镜组，其中该透镜组适合于围绕着第一光轴旋转。

Description

用于背面投影应用的可旋转投影透镜

技术领域

投影显示装置用在各种各样的应用场合。液晶(LC)技术已经在用于投影电视和电子影院的投影显示器中得到了应用，揭示了一些应用场合。

背景技术

在公知的背面投影应用中，使用后表面反射镜(rear surfacemirror)或后折叠反射镜来将来自LC屏和投影光学系统的图像投射到显示表面或屏幕上。显示装置的元件，包括LC屏、投影光学系统和反射镜都放置在机箱内，机箱的一个表面具有用于观看的显示表面。

只可惜，用于这些背面投影装置的机箱都相对较大。而且，公知的LC投影光学系统组合不太容易配装在所有的机箱中。就前者而言，希望减小机箱的深度和高度。不过，这是非常困难的，因为LC投影光学系统是相当不可伸缩的设计。就后者而言，将投影光学系统合适地放置在深度比较小的机箱内可能需要机箱高度增大，例如为了容纳投影镜头，从而实现固有功能。

发明内容

按照一种实例实施方式，一种用于投影显示装置的光学系统，包括具有第一光轴的第一透镜组和具有第二光轴的第二透镜组，其中第二透镜组适合于围绕着第一光轴旋转。

按照另一种实例实施方式，一种用于投影显示装置的光学系统，包括第一光轴和具有第二光轴的透镜组，其中该透镜组适合于围绕着第一光轴旋转。

附图说明

当参照附图阅读下面的详细说明时，可以从中得到对本发明的最佳理解。要强调的是，各种特征不必按比例画出。实际上，为了说明清楚，可以任意增大或减小这些尺寸。

附图1是按照一种实例实施方式的包括机箱的LCD投影显示装置的横截面图；

附图2是按照一种实例实施方式的包括机箱的LCD投影显示装置的横截面图；

附图3是按照一种实例实施方式的投影光学系统和显示板的示意图；

附图4是由另一个透视图示出并且按照一种实例实施方式的附图1的投影光学系统和显示板的示意图；

附图5是由另一个透视图示出并且按照一种实例实施方式的附图1的投影光学系统和显示板的示意图；

附图6是按照一种实例实施方式的投影光学系统和显示板的示意图；

附图7是从另一个透视图示出并且按照一种实例实施方式的附图6的投影光学系统和显示板的示意图；

附图8是按照一种实例实施方式的与底座相连的投影光学系统的立体图；和

附图9是按照一种实例实施方式的与底座相连的投影光学系统的立体图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，为了解释说明而不是为了限定，给出了公开具体细节的实例实施方式，以便提供实例实施方式的透彻理解。不过，对于领悟了本公开内容的本领域技术人员，不拘泥于本文所公开的具体细节的其它实施方式是显而易见的。而且，省略了公知装置、方法和材料的介绍，以使本发明的说明清晰明了。最后，无论在什么地方，相同附图标记表示相同的特征。

简而言之，按照实例实施方式，投影光学系统包括第一透镜组、折叠反射镜和根据需要选用的第二透镜组。第一透镜组具有垂直于第二透镜组的光轴。折叠反射镜有益地设置在第一和第二透镜组之间。而且，显示装置，比如LC装置，向第二透镜组提供图像。来自第二透镜组的光入射在折叠反射镜上，然后入射在第一透镜组上。第一透镜组将光图像引导到背面投影显示装置的反射镜上，以便在屏幕上成像。在实例实施方式中，第一透镜组适合于相对于第二透镜组旋转。有益地，这使得图像投影的调整能够适应不同尺寸的机箱，而不必旋转整个投影透镜组件，旋转整个投影透镜组件对减小显示装置的机箱/支架的高度的目标起相反作用。

附图1表示按照实例实施方式的背面投影显示装置100的横截面。装置100包括机箱101，在该机箱101的后部具有反射镜或反射面102和在前表面上具有显示面或显示屏103。装置100还包括投影透镜组件104，该组件包括投影光学系统和显示板(例如，LC显示屏)。该透镜组件还包括底座105，该底座105可以与透镜组件和显示板形成为一体。在附图1的实例实施方式中，投影透镜组件将图像束106聚焦在反射镜102上，该反射镜102将这一图像反射到屏幕103上。说明性地，该显示屏沿其表面的对角线长度为65”，并且机箱按照相对单位的尺寸如图所示。

为了调整显示器元件的相对取向和空间定位，对投影透镜组件的投影透镜的选定元件进行旋转，而不移动或旋转底座105。随着本发明的继续描述，这一点将会变得更加清晰：这种在各种各样的不同机箱和显示器中提供投影透镜组件104的投射性能而不需要对机箱加以改变的能力是非常有益处的，能够实现投影透镜组件104对很多迥然不同的机箱和装置的适应性。

附图2表示与附图1的装置相比尺寸较小的背面投影显示装置200的横截面。即，装置200的显示板为44”，并且其它所示(以cm为单位)的尺寸都小于附图1中它们的对应部分的尺寸，另外，机箱基本上与附图1的实例实施方式的机箱相同。而且，随着本发明说明的继续描述，这一点将会变得更加清晰：与附图1的实施方式中它们的旋转角度相比，透镜组件的选定元件是以相对于其它元件的角度旋转的。而且，和附图1的实施方式一样，底座105保持静止不动。

附图3是按照一种实例实施方式的投影镜头组件300的示意图。投影透镜组件300包括具有第一光轴302的第一透镜组301和具有第二光轴304的第二透镜组303。反射表面305设置在第一透镜组件301与这个第二透镜组件303之间，并且有效地设置在第一和第二光轴的交点处。显示板或图像306将用于形成图像的光发射到背面投影显示装置中的屏幕(未示出)上。显示板306代表LCD显示装置的光学组件，并且然后由结合附图1和2提到的投影透镜组件和后反射镜(rearmirror)将在此点形成的图像聚焦到屏幕上。说明性地，显示板可以是基于硅上液晶(liquid crystal on silicon)(LCOS)的组件、透射LC组件或其它类似的结构。而且，可以将来自激光显示器的图像结合到符合这些实例实施方式的显示装置中。

按照一种实例实施方式，第一光轴基本上与第二光轴垂直，并且第二透镜组件303适合于围绕着第一光轴旋转，如307所示。注意，该组件有益的设置在底座或支架(未示出)之上，并且第一透镜组件301、显示器306、反射面305和第二透镜组件303受益地设置在圆柱形元件(未示出)中，以便于第二透镜组件303的稳定旋转。

注意，第一和第二透镜组件和反射面是本领域中公知的装置。例如，第二透镜组件303可以是背面投影系统中使用的投影透镜。类似地，第一透镜组件和反射元件有益的分别是折射透镜和镜面化表面(mirrored surface)，它们都处于本领域技术人员的知识范围之内。除了所提到的公知元件之外，也可以对第一和第二透镜组件和反射面使用其它的元件。例如，反射元件305可以是分色镜，分色镜传播特定偏振状态的光。

在工作中，由第一透镜组件301将来自显示板306的光成像到反射面305上。反射面305将该光线垂直于光线的原始方向反射到第二透镜组件303上，第二透镜组件303将图像308投射到后反射镜(例如，后反射镜102)或类似的投影表面上。这样，来自显示板306的图像是由投影透镜组件300在相当有限空间内加以成像的。

附图4是按照一种实例实施方式从正面沿着第一光轴302看去的附图3的投影透镜组件300的示意图。就是说，附图4中的组件的示意图直接在前面示出了反射面，第一透镜组305在该透镜后面并且显示板306在第一透镜组301后面。而且，第二透镜组303沿着第二光轴304取向，因此垂直于第一光轴303。随着本发明的继续描述，这一点将会更加清晰：第二透镜组303沿着方向401进行的旋转使得第二透镜组303能够将图像308投影到各种各样机箱装置中的投影面上，而不管机箱之间元件(例如，后反射镜或屏幕)的大小和位置是否不同，并且无需对机箱进行实质上的改造。

附图5是围绕与所描述的内容一致的第一光轴302旋转的投影透镜组件300的示意图。旋转角度(Θ)501表示第二透镜组件303从原始取向503旋转的旋转程度502。可以意识到，在显示器制造层面上设计旋转程度的能力通过使得一种投影透镜组件能够实施在各种各样的显示装置中而提供了有效的通用性。

注意，按照实例实施方式，第二透镜组件的旋转可以是沿着所示的方向的(反时针方向)或者沿着所示方向的反方向(顺时针方向)。说明性地，第二透镜组件303是借助支架(例如，底座105)围绕着第一光轴301旋转的，该支架固定在机箱或安装在系统上的某种其它元件上。旋转动作可以由各种各样的机械装置中的一种来完成，比如O形槽中的滚珠轴承。当然，这仅仅是说明性的，并且要注意，也可以使用其它机械元件来实现这一目标。而且，旋转机构也可以包括用于高精度地选择适当角度的粗运动和细运动。此外，可以使用锁定或固定机构来将第二透镜组件303固定在期望的位置上。注意，可以在将投影透镜组件300布置在机箱内之前或之后完成旋转和校正。

除了这样介绍的实例实施方式的投影透镜组件的特征之外，额外的特征和改变也是值得注意的。按照一种实例实施方式，第一管具有第一光轴302，其中心由两部分构成，这两部分可以相对于彼此旋转。有益地，一个部分的外部尺寸与另一个部分的内部尺寸相适合，从而在第一管内部得到了稳定的第一光轴。

按照另一种实例实施方式，第一管不包含透镜元件，并且第一和第二透镜组件都设置在第二管中。按照另一种实例实施方式，在第一管中存在透镜元件。按照这种实施方式，透镜元件存在于第一管相对于显示板306旋转的部分中。

做为选择，按照一种实例实施方式，第二管不包含透镜元件并且第一和第二透镜组件都设置在第一管中，透镜元件仅存在于第一管中。按照这种实施方式，透镜元件存在于第一管相对于显示板306保持固定的部分中。

按照再另一种实施方式，透镜元件存在于由两个子组构成的第一管中。第一子组(例如，第一透镜组件301)是第一管相对于显示板保持固定的部分，而第二子组(例如，第二透镜组件303)是第一管相对于显示板旋转的部分。

附图6表示按照一种实例实施方式的投影透镜组件600。按照该实例实施方式，仅有一个透镜组件，即，透镜组件601。和结合附图3-5介绍的实例实施方式一样，显示板或图像602提供图像。该图像横切第一光轴603、入射在反射面604上并且得到反射和沿着第二光轴605传播。第二光轴604是透镜组件601的光轴，并且垂直于第一光轴603。来自透镜组件的投影图像605是按照与结合附图1-5的实施方式介绍的方式相类似的方式传送到显示面的。注意，结合附图1-5介绍的实例实施方式的很多功能和元件可以直接应用于附图6和7的实例实施方式，此处不再赘述，以使这些实例实施方式的介绍简洁明了。

附图7表示具有旋转了角度(Φ)701的透镜组件601的投影透镜组件600。旋转角度701表示透镜组件601相对于其原始取向702的旋转703的程度。

和结合附图1-5的实例实施方式介绍的一样，投影透镜组件600给出了通用性，因为各种各样的显示装置都可以采用一种投影透镜系统。

注意，前面介绍的使用管来容纳组件600的各种元件和与旋转装置一起使用基座或支架可以应用于本实例实施方式。

附图8表示按照本发明的一种实例实施方式与底座相连的投影光学系统。示出的是结合附图3的实例实施方式介绍的第二透镜组件303。做为选择，这也可以是结合附图6的实例实施方式介绍的透镜组件601。该投影光学系统与底座105相连并且可相对于底座105旋转。就是说，管801与底座105相连，并且第二透镜组件303适合于按照附图8的第二透镜组件303的取向与附图9中它的取向相比较所示出的那种方式进行旋转。如前所述，旋转是围绕着第一光轴(在附图8和9中看不出来)进行的。而且，要注意，按照前面介绍的实例实施方式，可以使用第二管802来容纳元件。

已经详细介绍了实例实施方式，很明显，本发明的修改对领悟了本公开内容的本领域的技术人员而言是显而易见的。这些修改形式和变化形式都包含在所附的权利要求的范围之内。

Claims (24)

1.一种用于投影显示装置的光学系统，包括：

第一透镜组，具有第一光轴；和

第二透镜组，具有第二光轴，其中第二透镜组适合于围绕着第一光轴旋转。

2.按照权利要求1所述的光学系统，包括显示板，该显示板向第一透镜组提供图像并且沿着第一光轴提供图像。

3.按照权利要求2所述的光学系统，其中显示板是液晶成像系统的液晶显示屏。

4.按照权利要求3所述的光学系统，其中液晶显示屏是硅上液晶(LCOS)装置。

4a.按照权利要求2所述的光学系统，其中显示板是DMD装置。

4b.按照权利要求1所述的光学系统，其中投影显示器是扫描激光束投影系统。

5.按照权利要求1所述的光学系统，其中光学系统设置在底座之上。

6.按照权利要求5所述的光学系统，其中旋转是相对于底座进行的。

7.按照权利要求2所述的光学系统，其中将图像投影到背面投影显示装置的后反射镜上。

8.按照权利要求1所述的光学系统，其中旋转是反时针或顺时针旋转。

9.按照权利要求1所述的光学系统，其中第一透镜组件设置在第一管内并且第二透镜组件设置在第二管内。

10.按照权利要求1所述的光学系统，其中第一透镜组件和第二透镜组件都设置在一个管内。

11.一种背面投影显示装置，该背面投影显示装置包括权利要求1中所述的光学系统。

12.一种用于投影显示装置的光学系统，包括：

第一光轴；和

透镜组，具有第二光轴，

其中该透镜组适合于围绕着第一光轴旋转。

13.按照权利要求12所述的光学系统，包括显示板，该显示板向透镜组提供图像并且沿着第一光轴提供图像。

14.按照权利要求12所述的光学系统，其中显示板是液晶成像系统的液晶显示屏。

15.按照权利要求14所述的光学系统，其中液晶显示屏是硅上液晶(LCOS)装置。

16.按照权利要求12所述的光学系统，其中显示板是DMD装置。

17.按照权利要求12所述的光学系统，其中光学系统设置在底座之上。

18.按照权利要求17所述的光学系统，其中旋转是相对于底座进行的。

19.按照权利要求2所述的光学系统，其中将图像投影到背面投影显示装置的后反射镜上。

20.按照权利要求12所述的光学系统，其中旋转是反时针旋转或顺时针旋转。

21.一种背面投影显示装置，包括权利要求12所述的光学系统。

22.按照前述任何一项权利要求所述的投影系统，其中第一光轴垂直于第二光轴。

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