专利名称：用于将图像投射到不同投影面的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于根据需要将图像投射到不同投影面上的设备，该设备具有用于基于图像数据来产生并发射光的电光装置，并具有光学系统，该系统包括用于根据需要将光引导到投影面上的重定向装置。
例如，从专利文件US 2002/0105623A中可以获知这种用于将图像投射到不同或变化的投影面上的设备。该设备是将图像，特别是将“移动的”符号引导到各种投影面的投影仪，为此提供一种反射镜形式的重定向设备，其能够围绕彼此成直角定向的两个轴枢转(pivot)。对该反射镜的枢转运动进行检测，并将其馈送到电光校正装置，从而能够根据反射镜的倾斜而通过电子方法校正投射图像的畸变。但是，在这种情况下没有考虑到由于投影面和视频投影仪之间的距离不同而获得不同尺寸的投影图像的情况，这通常是不希望的。
而且，在最近的时间，越来越频繁的将所谓视频投影仪用于家庭影院，将图像投射到房间的墙壁上。在这种情况下，需要改变投影的方向。在这方面，专利文件US 2003/0002016A中公开了一种投影仪，其中以不同的方式放置该投影仪，从而使其透镜根据需要水平地或垂直地定向。并且，这种投影仪也备有可枢转的透镜，从而当该透镜位于第一位置时将图像投射到房间的墙壁上，而当该透镜位于第二位置时将图像投射到房间的天花板上。在这种情况下也提出了将图像投影仪可旋转地设置在基座上，从而能够将旋转图像投射到天花板上。
这种已知投影设备的缺点在于，只能以复杂和昂贵的方式对投射到不同投影面上的图像的质量起作用，特别是当投影面和投影设备之间具有不同距离时获得不同尺寸的图像也存在这种情况，这通常是缺点且是不希望的。
因此，本发明的目的是提供一种根据需要将图像投射到不同投影面上的设备，在这种情况下，当以不同于投影面的定向并且在距离该投影面的不同距离处来投射图像时以尽可能简单的方式就能够避免图像畸变，特别是，在就所涉及的该设备而言不需要特殊的成本或复杂化的情况下，即使当将图像投射到位于不同距离处的投影面上时，也能够以它们所需的尺寸投射图像。
为了实现这一目的，本发明提供一种设备，其特征在于下面规定的方式，即一种用于根据需要将图像投射到不同投影面上的设备，其具有基于图像数据产生并发射光的电光装置，并具有光学系统，该光学系统包括根据需要将光引导到投影面上的重定向装置，其中，该光学系统具有至少一个可移动安装的光学元件，根据选择的投影面而将该光学元件移动到光束路径中，或移出该光束路径，该投影面是为了将光引导到其上而选择的。
特别是，可提供两个这种可移动光学元件，即重定向或方向改变元件和成像元件。
这样，在根据本发明的设备中，根据所要投射图像的投影面而将光学系统的可移动光学元件设置在光束路径中或光束路径之外。因此，按照投射到当时选定的图像投影面上的图像具有所需尺寸和质量的方式进行图像的投影。例如如果将重定向反射镜配备为重定向装置，那么其同时可构成根据本发明的可移动安装的光学元件，因此当将光引导到第一投影面上时该重定向反射镜位于光束路径中的第一位置，并且当将光引导到第二投影面上时该重定向反射镜位于光束路径之外的第二位置，这意味着是在无需重定向的情况下将光传递到第二投影面。当一个投影面是房间的墙壁而另一个投影面是房间的天花板时，这种类型的实施例是特别有利的，在这种情况下，根据光束路径在投影设备中，即在其光学系统中的对准(alignment)，在光到达重定向反射镜之前，当需要壁式投影时，将该重定向反射镜放置在例如有效的第一位置，而当需要天花板式投影时，将该重定向反射镜放置在无效的第二位置。如果该设备的光学系统中的光束路径垂直对准重定向反射镜的上游，那么在所述反射镜是枢转镜的情况下，所述反射镜例如可以位于相对于水平线倾斜大约45°的第一位置，从而以这样的方式将光基本上水平地并且没有任何畸变地投射到作为第一投影面的房间墙壁上。但是，如果该重定向反射镜枢转到垂直光束路径之外，那么将光垂直向上地传递到房间天花板上。有利的是，可将该重定向反射镜可枢转地安装在出光孔处，并且其对于覆盖该出光孔的关闭位置是可枢转的。在这种情况下，在上述提到的提供壁式和天花板式投影的实施例中，该出光孔可以设置在投影设备外壳中的上部水平面中，因此，该重定向反射镜具有水平静止或关闭位置、以大约45°倾斜的第一有效枢转位置，以及最后枢转到关闭位置之外的第二无效枢转位置，因此该第二无效枢转位置也位于光束路径之外，其枢转了大于90°。
基本上可以手动地进行该重定向反射镜的重定位，在这种情况下，可以提供可调的停止装置或制动装置来将其锁定在这两个位置，并且可以提供相对刚性的(枢转)架，这意味着该重定向反射镜仅仅由于摩擦而保持固定在其当时的位置。但是，为了更方便地操作，如果该重定向反射镜具有与其相关联的用于将其重定位的电机是有利的。在这种情况下，该电机可以是小而便宜的电动机，该电动机的输出端具有减速箱，从而产生该重定向反射镜的往复运动，例如从0°到120°或到135°的枢转范围。也可以在该设备上提供电子投影面选择装置，从而实际上可以“在按压按钮时”设定“壁式投影”或“天花板式投影”，那么在这种情况下，可以将电机与投影面选择装置相连以使其得到控制。
情况经常是投影面与投影设备相隔不同的距离，这意味着希望调整图像的尺寸。例如在家庭影院的情况下，可以想象，优选的是，在壁式投影的情况中，3m到6m的距离是可用的，而在天花板式投影的情况下，如果该设备从升高的位置投射图像，并且如果假定房间高度大约为2.5m到3m，投影距离可以仅仅是1.5m左右。在该例子中，这表示由图像照亮的天花板上的面积因此将仅仅是壁式投影情况下存在的图像面积的大约1/9。但是，与此完全不同的是，希望天花板被照亮特别大的面积。因此在特别有利的实施例中，本发明提供至少一个可移动的成像透镜作为可移动设置的光学元件，当将光引导到第一投影面时，该可移动成像透镜位于光束路径之外的第一位置，而当将光引导到第二投影面时，该可移动成像透镜位于光束路径中的第二有效位置。在这种情况下，除了提供上述重定向反射镜之外，至少还提供所述可移动的成像透镜，尽管其也可以构成可移动光学元件的实施例，该实施例是所述反射镜的可替换实施例。根据光学系统的设计，成像透镜例如可用于减小壁式投影中的图像尺寸，并在天花板式投影情况下使其位于无效位置。但是，这将意味着，必须从一开始就为了在较短的投影距离处形成相对较大的图像而设计该光学系统，在这种情况下，必须为了壁式投影而再次消除一些这种图像放大。因此，更为有利的是，对于壁式投影来说，将成像透镜保持在静止位置，而在天花板式投影的情况下将其移动到光束路径中的有效位置，从而使光束发散并放大所投射的图像。在这种情况下，可以想象，将成像透镜安装在可枢转的保持器上，并使其按照这种方式在静止位置和有效位置之间往复柩转；但是，基于对空间的考虑，将成像透镜安装在可替换的滑决上是特别有益的。此外在这种情况下也可以手动地重定位该成像透镜，但是优选的是，通过驱动电机将其重定位，在这种情况下，所述驱动电机可再一次与投影面选择装置相连，从而使其得到控制。因此，仅仅需要为成像透镜提供少量的空间，并且因此同样可提供简单且便宜的解决方案，如果成像透镜是菲涅耳透镜则是很有效的。
如果同时提供重定向反射镜和成像透镜作为可移动光学元件，那么出于驱动的目的可将它们耦合在一起。在这种情况下，如果手动地移动所讨论的光学元件，那么这种耦合甚至可以是纯机械的，在这种情况下，采用的解决方案例如可以是通过耦合联接装置将重定向反射镜与成像透镜耦合在一起，因此，当将重定向反射镜重定位到光束路径之外的第二枢转位置时，该成像透镜同时移位到光束路径中。但是，可以在控制单元中提供电子形式的驱动耦合，该控制单元与上述投影面选择装置耦合。
根据本发明的用于将图像投射到不同投影面的设备基本上能够以台面单元的形式构成，但是优选的是将其构成为所谓安装在地板上的设备，即具有基座或底座的设备，设置在房间中用于壁式和天花板式投影。
本发明的这些和其他方面从下文描述的优选实施例中显而易见，并得以说明，但是不被认为限制于这些实施例。
在附图中
图1是根据需要将图像投射到房间墙壁或房间天花板上的设备的图解视图，该设备是安装在地板上的设备。
图2是显示用于投射图像的设备的顶部的完全图解的垂直横截面，以及图3是显示该设备的电子和光学装置的图解方框图。
图1中示出设备1，该设备用于将图像2可选择地投射到位于距离D处的房间5的墙壁3上或投射到房间5的天花板4上。该设备1是具有基座6的安装在地板上的设备，该基座用于安装在房间5的地板7上，其本身是公知的。这种用于投射图像的设备在下面简称为投影仪，其越来越多地用在家庭影院系统中，在这种情况下，该投影仪利用各种各样的技术来产生成像、即投影所需的光束，例如阴极射线管或DMD板或LCD板。其他应用领域是用于呈现目的的投影仪。可将图像数据以及在适当情况下的音频数据从在线连接的PC，或从如CD播放器或DVD播放器的再现终端电子地馈送到该投影仪，或者直接从因特网连接馈送到该投影仪。也可以通过天线输入无线地提供视频和音频数据，在这种情况下，该投影仪的电子装置包括具有调谐器的音频和视频输入级，其本身是公知的。由于这些部件都是充分公知的，因此本文不需要对其进行详细地描述。
当本发明的投影仪是安装在地板上的设备时，将其在内部对准以具有垂直光束路径，即垂直的主光轴16(也参见图1和图2)，并具有大约1.5m到2m的适当高度，以确保可将图像2令人满意地投射到墙壁3上。在这种情况下，通过重定向装置8′将图像2投射到墙壁3上，该重定向装置构成投影仪1的光学系统的一部分，并且是具有反射区域8a的重定向反射镜8，在这种情况下，重定向反射镜8可在图2所示的有效重定向位置与水平方向成大约45°角。以枢转镜的形式构成该重定向反射镜8，该重定向反射镜在图1所示视图中沿逆时针方向向下枢转到水平位置，使其作为铰接盖靠在投影仪1的顶部。在该水平位置处，重定向反射镜8保护投影仪1内部的部件不会蒙上灰尘等。另一方面，在该重定向位置，该重定向反射镜允许利用其反射区域8a来精确设置图像2在墙壁3上的垂直位置，在这种情况下，可以在墙壁3上设置屏，如影院屏幕等。这样，通过微调重定向反射镜8的倾斜角来进行图像在墙壁3上的所述垂直定位，这意味着，不需要总体上调整投影仪1的高度。如果需要调整这种倾斜，已经知道，如开始所提到的，基于重定向反射镜8的倾斜角通过校正算法进行梯形畸变校正。
而且对于上述类型的常规壁式投影而言，本发明的投影仪1也为天花板式投影而设置，从而为投影仪1提供额外的可能应用。该天花板式投影可用于按照与壁式投影的情况相类似的方式来投射图像，例如能够使躺在床上的人观看视频电影，但是对于用来再现那些不用“有意”或留心就能够观看到图像的天花板式投影而言，同样可以在天花板4上投射那些容易不经意观察到的图像，这些图像如带有云彩的天空，或者由树形成的树冠等。这种图像用于使人们娱乐和放松，并营造一定的氛围。
天花板式投影与壁式投影的投影方向不同，如果将同一个重定向反射镜8，或者概括地说将重定向装置8′(也参见图2)用于这两个投影方向，那么单单由图像畸变来看，图像的投影就存在问题。顺便提一下，主光轴16可以设置为沿水平方向。
与壁式投影相比，天花板式投影存在问题，即，如果没有采取其他步骤，那么因为到天花板的距离H比到墙壁的距离D明显更短(参见图1)，因此与壁式投影的图像尺寸相比，天花板式投影中产生明显较小的图像。这两个距离H和D之比可以是1∶3，这也意味着必须通过使投影仪1的光学系统9聚焦或调整其清晰度来满足相应的要求。
因此，为了解决这些问题，在投影仪1的光学系统9附近，在本发明的投影仪1中提供特殊的可移动光学元件10A、10B，图2中仅仅用图解法示出该光学系统9。在这种情况下，由重定向装置8′，即重定向反射镜8来形成一个可移动光学元件10B，其可从图2中用点划线表示且在壁式投影(参见图1)的情况中重定向反射镜8所占据的其有效的第一枢转位置B枢转到图2中用实线表示的无效的第二位置C。
在投影仪1的光学系统9顶部的投影仪1的出光孔12附近的位置提供成像透镜11作为第二可移动光学元件10A，优选与第一可移动光学元件10B组合，该第一可移动光学元件即重定向装置8′。所述成像透镜11安装在滑块13上，图中仅仅示意性地示出该滑块，并且该滑块可在横向导轨上线性移动，图中没有具体示出该横向导轨。按照这种方式，可以将成像透镜11重新定位在图2中以虚线示出并在壁式投影过程中所占据的第一无效位置P与实线示出的用于天花板式投影的第二有效位置Q之间。
图2中还示意性示出用于重定向反射镜8的枢转架14，该枢转架设置在投影仪1的外壳15上，在出光孔12的侧面位置，与之一同用虚线示出的其他部件是重定向反射镜8在外壳15的顶部的水平关闭位置A，即重定向反射镜8封住出光孔12的位置。此外示出投影仪1的光学系统9的垂直光轴16，该系统9在工作时垂直地对准，光束的中心线16′在光束在重定向反射镜8处重定向或改变方向之后指向用于壁式投影的近似水平的投影方向，此时重定向反射镜8位于有效的第一枢转位置B(参见图2中点划线所示的位置)。图中还以广泛发散的光锥17来表示光束在天花板式投影时的状态，通过成像透镜11来实现光束的较宽的发散，对于天花板式投影的情况而言，成像透镜11移动到其在光束路径中的位置Q，而重定向反射镜8枢转到光束路径之外的其无效的第二枢转位置C，如图2中实线所示。
成像透镜11优选由菲涅耳透镜形成，利用该透镜来适应焦点范围，即减少了在其他方面是必需的焦点调整，并且其也实现了投射到天花板上的图像的至少部分校正。还应该记住，与在壁式投影情况下所应用的相反，当天花板式投影中的图像如上所述是容易“不经意”或下意识地观察到的图像时，天花板式投影中所需的图像质量通常不是特别高，因此甚至简单的菲涅耳透镜的成像质量就已经足够好了。如成像透镜11的这种菲涅耳透镜也具有特别节省空间的优点。当然，使光束发散的其他(凹)透镜(或具有多个透镜的透镜系统)也可以用作可移动光学元件10A而不是用菲涅耳透镜作为该可移动光学元件。此外，可以想象，将成像透镜11分成例如两个部分透镜，这两个部分透镜可相对于彼此调整。这种调整可发生在同一方向上，但是已经证明，如果通过沿相反方向移动这两个部分透镜能够使其移入和移出光束路径是非常有利的。优选的是，可以使这些部分透镜沿相反方向彼此相向或彼此远离移动，因此按照这种方式，沿水平方向滑动所需的空间更少。还可以想象，可以使成像透镜11不执行线性运动而是使其在水平面内进行枢转运动，或者使其按照与重定向反射镜8类似的方式绕水平轴进行铰接运动。原则上，如果当距离H和D之差不太大并且利用枢转到无效位置的重定向反射镜8使成像质量所满足的要求比较低时，可利用作为唯一的可移动光学元件10B的所述重定向反射镜8来进行控制，那么甚至可以省略成像透镜11。非常好的情况是，如果除了为观看视频电影而需要的图像投影之外，所希望的仅仅是专门改变由没有特定图像内容的已调制彩色光产生的室内环境照明，在这种情况下，仅仅调制例如该环境照明的亮度和颜色。
重定向反射镜8基本上可以是手动枢转的，在这种情况下，可以想象，将枢转架14设置为相对刚性的，从而使重定向反射镜8通过摩擦接合而保持固定在其被设置的任何位置处。按照类似的方式，可以将另一个可移动光学元件10A，即成像透镜11移动到有效位置Q，并且将其从该位置手动移回到无效位置。特别是，可以想象，在这种情况下，在两个光学元件10A、10B之间提供驱动连接，例如通过牵引索和/或联接装置(未示出)。
但是，优选的是，为两个可移动光学元件10A、10B中的每一个提供电机驱动器，用于可移动光学元件10B的电机驱动器例如是电动机18(还参见图3)，该电动机具有相关联的输出齿轮箱，在枢转架14处与重定向反射镜8相关联，并且该电机驱动器可以是用于成像透镜11的另一个电驱动电机19，该驱动电机19例如驱动与滑块13上的齿条21啮合的小齿轮20，成像透镜11设置在该滑块13上。
如图3中所示，为光学系统9的物镜23的自动聚焦提供另一个电机22。如图3中所示，通过电机驱动电路24来驱动所有这些电机18、19、22，该电机驱动电路24的输入端与电机控制电路25相连，电机控制电路25产生用于光学元件10A、10B的电子形式的驱动器耦合，从而使它们能够顺序或同时移动。用于手动操作的输入模块26在电机控制电路25的输入端与电机控制电路25相关联，该输入模块26包括电子投影面选择装置27，该装置27能够借助于电机控制电路25和电机驱动电路26以及对应的电机18、19而在选择壁式或天花板式投影时按照这种方式自动地控制重定向反射镜8和成像透镜11到适当位置。
此外，作为以虚线表示的输入单元28的一部分的输入模块26可以具有其他输入端，例如用于物镜23的手动聚焦。
输入单元28还包括视频输入模块29和音频输入模块30。数字信号处理器电路(视频DSP)31连接在视频输入模块29的下游，从而能够从输入数字或模拟视频输入信号获得经驱动电路33控制光源32的适当图像数据。如所述的，光源32例如以LCD板的形式实现。这是由这些部件形成用于生成图像的电光装置34的情况。
按照类似的方式，通过多通道输出驱动扬声器36的音频信号处理器单元(音频DSP)35与音频输入模块30相连。
输入单元28还可以与用于投影面选择装置27以及因此用于电机18、19、22的远程控制器(未示出)相关联，并且如上所述，具有输入级等的常规天线输入可以作为分别用于视频信号和音频信号的输入模块29、30。
还可以按照产生背景“图像”(“环境照明”)并通过程序设计进行控制时按照预编程序的顺序从中产生照明效果的方式在数字信号处理器31、35中分析该视频和音频信号，在这种情况下，如果需要可以直接通过分析音频和视频信号来产生适当颜色和强度以及按照适当顺序的光的匹配模式。按照这种方式，在音频信号例如是舞曲的情况下，在房间5的天花板4上自动产生不同颜色的类似闪电的照明效果来渲染舞会的气氛。
顺便提一下，也可以利用对上述设备1进行改进的本发明的设备将图像投射到房间的两个不同墙壁上，这两个墙壁优选垂直延伸或者略倾斜延伸，甚至可将图像投射到多于两个的不同投影面上，如投射到三个或四个投影面上。
权利要求
1.一种用于根据需要将图像(2)投射到不同投影面(3，4)上的设备(1)，其具有基于图像数据产生并发射光的电光装置(34)，并具有光学系统(9)，该光学系统包括根据需要将光引导到投影面(3，4)上的重定向装置(8′)，其中，该光学系统(9)具有至少一个可移动安装的光学元件(10A，10B)，根据选择的投影面(3，4)而将该光学元件(10A，10B)移动到光束路径中，或移出该光束路径，该投影面是为了将光引导到其上而选择的。
2.如权利要求1的设备(1)，其中将至少一个重定向反射镜(8)配备为重定向装置(8′)，该重定向反射镜同时构成可移动安装的光学元件(10B)，当将光引导到第一投影面(3)上时该重定向反射镜位于光束路径中的第一位置(B)，并且当将光引导到第二投影面(4)上时该重定向反射镜位于光束路径之外的第二位置(C)。
3.如权利要求2的设备(1)，其中重定向反射镜(8)可枢转地安装在出光孔(12)的前面，并能够枢转到其覆盖出光孔(12)的关闭位置(A)。
4.如权利要求2的设备(1)，其中重定向反射镜(8)具有与其相关联且用于将该重定向反射镜重定位的电机(18)。
5.如权利要求4的设备(1)，其中电机(18)与电子投影面选择装置(27)相连，从而使其得到控制。
6.如权利要求1的设备(1)，其中将至少一个可移动成像透镜(11)配备为可移动设置的光学元件(10A)，当将光引导到第一投影面(3)上时该成像透镜(11)位于光束路径之外的第一位置(P)，并且当将光引导到第二投影面(4)上时该成像透镜(11)位于光束路径中的第二有效位置(Q)。
7.如权利要求6的设备(1)，其中成像透镜(11)包括至少两个部分透镜。
8.如权利要求6的设备(1)，其中成像透镜(11)安装在可替换的滑块(13)上。
9.如权利要求6的设备(1)，其中成像透镜(11)具有与其相关联的用于重定位所述成像透镜(11)的驱动电机(19)。
10.如权利要求9的设备(1)，其中电机(19)与电子投影面选择装置(27)相连从而使其得到控制。
11.如权利要求6的设备(1)，其中成像透镜(11)由发散透镜形成，以使光束发散，从而将图像投射到在较短距离处提供的投影面(4)上。
12.如权利要求11的设备(1)，其中成像透镜(11)由菲涅耳透镜形成。
13.如权利要求2的设备(1)，其中将至少一个可移动成像透镜(11)配备为另一个可移动安装的光学元件(10A)，当将光引导到第一投影面(3)上时该成像透镜(11)位于光束路径之外的第一位置(P)，并且当将光引导到第二投影面(4)上时该成像透镜(11)位于光束路径中的第二有效位置(Q)。
14.如权利要求13的设备(1)，其中出于驱动的目的而将重定向反射镜(8)和成像透镜(11)耦合在一起。
15.如权利要求1的设备(1)，其中设备(1)是为了壁式投影和天花板式投影而以安装在地板上的设备的形式设置在房间(5)中。
全文摘要
一种用于根据需要将图像(2)投射到不同投影面(3，4)上的设备(1)，其具有基于图像数据产生并发射光的电光装置(34)，并具有光学系统(9)，该光学系统包括根据需要将光引导到投影面(3，4)上的重定向装置(8′)，其中，该光学系统(9)具有至少一个可移动安装的光学元件(10A，10B)，根据选择的投影面(3，4)而将该光学元件(10A，10B)移动到光束路径中，或移出该光束路径，该投影面是为了将光引导到其上而选择的。
文档编号H04N5/74GK1802602SQ200480016040
公开日2006年7月12日 申请日期2004年6月9日 优先权日2003年6月12日
发明者P·乌尔曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司