专利名称：用于图像显示的环境照明的制作方法
技术领域：
本发明涉及将图像光束和邻近的环境(ambient)光束投射到投影区域上的系统。 本发明还涉及包括这种系统的前投式投影仪(frontprojector)。
背景技术：
US7071897B2公开了一种用于在主屏幕上显示高分辨率图像并且在位于主屏幕周 围的扩增(augmentation)区域内显示扩增图像的显示系统。观察体验通过扩增图像的存 在而增强，因为传递给观 察者的视觉信息增加了。扩增区域位于观察者的中央凹视场之外， 因此扩增图像会具有比主屏幕上显示的高分辨率图像更低的分辨率。在该现有技术的一个 实施例中，所述显示系统包括将高分辨率图像投影到主屏幕上的主投影仪，将低分辨率图 像投影到分别位于主屏幕左侧和右侧的左右面板屏幕上的左右面板投影仪。该实施例还包 括将光投射到房间的侧壁上的第一和第二右侧以及第一和第二左侧光源，以及将光投射到 房间的天花板上的左右天花板光源。这种设置需要三个单独的投影仪和另外的若干单独的光源，因而复杂且庞大。
发明内容
本发明的目的是提供能够邻近前投式投影仪的图像投射环境光的系统，所述系统 紧凑且易于使用。本发明的第一方面提供了如权利要求1所述的系统。本发明的第二方面提供了如 权利要求13所述的前投式投影仪。从属权利要求中限定了有利的实施例。依照本发明第一方面的系统将图像光束投射到投影区域上以便在投影区域上显 示图像。该图像可以是诸如照片、视频之类的任何信息或者计算机生成的信息。该图像可以 从存储介质中获得或者可以是接收的广播。产生环境光束的环境光发生器包括环境光源、 准直器或光导以及反射器。环境光源产生环境光。准直器或光导在输入窗口处接收由环境 光源产生的环境光并且提供环境光束，该环境光束通过反射器朝投影区域反射。反射的环 境光束撞击到邻近所述图像的环境照明区域上。准直器或光导与反射器一起使用提供了一种紧凑的解决方案。在一个实施例中，环境光源包括发射具有单一颜色的光的LED (发光二极管)或者 发射不同颜色的多个LED。在一个实施例中，所述系统包括将图像光束投射到投影区域上的投影透镜。环境 光发生器被设置成至少部分地围绕该投影透镜。例如，环境光发生器可以仅在通过投影透 镜投影的图像的左侧或右侧产生环境照明。可替换地，环境光发生器可以在投影的图像的 顶部或底部产生环境照明，或者该环境照明可以包围投影的图像。通过围绕投影透镜设置 环境光发生器，获得了具有投影透镜的前投式投影仪的一种实际解决方案。环境光束相对 于图像光束的调整(alignment)相对容易。在一个实施例中，环境光发生器包括准直器。所述环境光源、准直器和反射器被设置成使得环境光源最接近投影透镜，并且准直器介于环境光源和反射器之间。在一个实施例中，准直器和反射器被设计成在邻近图像的环境照明区域的边界处 获得锐截止(Sharp cut-off)以便环境光束对投影的图像的干扰最小。这样的准直器和反 射器的设计本身可从国际公开W02006/033040和W02006/033042获悉。在一个实施例中，环境光发生器被设置成与投影透镜的平面平行或者位于投影透 镜的平面内。投影透镜的平面被定义为通过投影透镜的平面，所述平面与穿越(traverse) 投影透镜的图像光束基本上垂直地延伸。相对于投影透镜调整这种环境光发生器是相对容 易的。在一个实施例中，反射镜用来投射图像光束。使用反射镜的前投式投影仪本身可 从W02004/112386获悉。图像光束由反射镜的前平面朝投影区域反射。环境光发生器包括 光导，该光导被设置成至少部分地位于反射镜的背平面处。在反射镜的背平面处，充足的空 间可用来支撑环境光发生器。此外，如果环境光发生器附接到反射镜，那么环境光束相对于 图像区域的 调整就是简单的。光导可以是单个光导，其至少部分地沿着反射镜的一侧终止 以便在图像的关联侧提供环境光。可替换地，两个或更多光导可以用来在图像的不止一侧 获得环境光。在一个实施例中，光导被设置成与背平面平行并且利用突出部分至少部分地从背 平面后面突出。该突出部分包括光输出窗口。光导在输入窗口处接收由环境光源发射的环 境光并且将环境光束提供给反射器。反射器经由输出窗口朝投影区域反射该环境光束。在一个实施例中，光导的长度与反射镜的背平面的长度基本上相同，以便在使用 了不同颜色的光发射器的情况下获得由环境光源辐射的环境光的最佳混合。在一个实施例中，光导被定形成具有在一定方向上限定的增加的宽度，该方向平 行于背平面和垂直于从环境光源朝反射器延伸的方向。这种形状具有维持全内反射的优 点。可替换地或者此外，该宽度可以在从环境光源朝反射器延伸的方向上在垂直于背平面 的方向上增加。在一个实施例中，环境光源包括多个不同颜色的光发射器。这些不同的颜色可以 被选择成使得产生白色光是可能的。这些不同的颜色可以被选择成与产生待投影的图像的 显示面板的像素的基色相应以便在可以由环境照明产生的颜色与投影的图像的颜色之间 获得最佳的匹配。在一个实施例中，所述系统包括调节机构(provision)，其允许相对于图像的中心 调节环境光区域的位置。这允许对于图像的不同尺寸获得环境光区域的正确位置。图像的 不同尺寸归因于使用不同的投影仪、特定投影仪到投影区域的不同距离或者缩放待投影的 图像。在一个实施例中，所述调节机构向准直器、光导或者反射器施加倾斜。在一个实施例中，环境光发生器是前投式投影仪的组成部分。该组成部分可以置 于前投式投影仪的箱体(cabinet)内或者可以工厂(或通过维修活动)附接到投影透镜或 反射镜。用户无需调整所述系统。在一个实施例中，环境光发生器是用于前投式投影仪的单独的附件。该附件可以 由用户附接到前投式投影仪。本发明的这些和其他方面根据下面描述的实施例是清楚明白的，并且将参照这些实施例进行阐述。
在附图中图1示意性地示出了具有投影透镜的前投式投影仪的实施例，图2示意性地示出了具有投影反射镜的前投式投影仪的实施例，图3示意性地示出了光导的实施例，以及图4示意性地示出了使用光导的环境光发生器的另一实施例。应当指出的是，在不同附图中具有相同附图标记的项目具有相同的结构特征和相同的功能，或者是相同的信号。在已经解释了这种项目的功能和/或结构的情况下，无需在 详细的描述中对其重复解释。
具体实施例方式图1示意性地示出了具有投影透镜的前投式投影仪的实施例。前投式投影仪FP包括三个显示面板DPI、DP2和DP3，重组立方体RC (在文献中也称为X棱镜)，环境光源LS， 投影透镜PL以及信号处理器SP。举例而言，这个实施例将通过假设显示面板DPl提供图像的红色部分FP1，显示面板DP2提供绿色部分FP2并且显示面板DP3提供蓝色部分FP3来加以解释。然而，也可以 使用代替红色、绿色和蓝色的任何其他的基色组。照射显示面板DPI、DP2和DP3的光源未 示出。显示面板DPl产生的红色图像部分FPl在重组立方体RC的输入侧ISl进入该重组立方体RC并且由反射红色光且透射绿色光的半透明颜色反射器Ml反射。因此，来源于 显示面板DPl的红色光由半透明颜色反射器Ml朝重组立方体RC的输出侧OS反射。显示 面板DP3产生的蓝色图像部分FP3在重组立方体RC的输入侧IS3进入该重组立方体RC并 且由反射蓝色光且透射绿色光的半透明颜色反射器M2反射。因此，来源于显示面板DP3的 蓝色光由半透明颜色反射器M2朝重组立方体RC的输出侧OS反射。来源于显示面板DP2 的绿色光穿过半透明颜色反射器Ml和M2并且也在输出侧OS离开重组立方体RC。图像光 束ILB由投影透镜PL作为图像PI投射到投影区域PA上。在所示的实施例中，环境光源LS被设置成围绕投影透镜LS并且将环境光发射到准直器CO的输入侧中。环境光束在准直器CO的输出侧离开准直器C0，该输出侧朝向反射 器RF。反射器RF被定形成朝投影区域PA反射作为环境光束ALB离开准直器CO的环境光 束。优选地，环境光束被投射以便照射紧邻投影的图像PI的环境光区域ALI。然而，在投影 的图像PI与环境光区域ALI之间可以存在间隙。必须指出的是，所提到的环境光源LS、准直器和反射器例如作为环形形状或者作为与显示面板DP1、DP2和DP3的直边相应的正方形形状而包围投影透镜LS。此外，必须指 出的是，当提到环境光时，其指的是环境光源产生的光，而不是前投式投影仪FP的周围环 境中存在的光。环境光源LS、准直器CO和反射器RF不可以在完整的圆上延伸。例如，如果仅仅必须在投影的图像PI的左侧和右侧产生环境光，那么可以在投影透镜PL的相对侧使用两个光源LS、两个准直器CO以及两个反射器RF。现在，反射器RF可以形成矩形的两个相对 侧。如果必须在投影的图像PI的左侧和右侧以及顶侧和底侧产生环境光，那么可以使用四 个而不是单个设置成矩形的光源LS、准直器CO和反射器RF。 所述准直器和反射器可以被设计成在邻近图像的环境照明区域的边界处获得锐 截止以便环境光束对投影的图像的干扰最小。这样的准直器和反射器的设计本身可从国际 公开 W02006/033040 和 W02006/033042 获悉。如图1所示，环境光源LS、准直器CO和反射器RF的组合可以设置在垂直于图像光 束ILB(或者与重组立方体RC的输出侧OS平行)的平面内。优选地，该平面穿过投影透镜 PL。环境光源LS被设置成最接近投影透镜PL的侧面，并且准直器CO置于环境光源LS与 反射器RF之间。这种布置具有以下优点环境光源LS、准直器CO和反射器的组合可以直接 或间接地附接到投影透镜PL并且提供要投射到与待投影的图像相同的平面内的环境光。必须指出的是，环境光源LS和准直器CO的布置不可以位于前面定义的垂直平面 内。例如，离开准直器CO的光束可以与该平面具有一定角度。例如，光源LS可以被定位成 比准直器CO更接近重组立方体RC。反射器RF必须相应地加以调节以适于仍然将环境光束 ALB投射到显示区域PA上的相同位置。信号处理器SP分别向显示面板DPI、DP2和DP3提供驱动信号DS1、DS2和DS3以 便依照输入图像信号IDS控制它们的像素的透射。由于使用了三个显示面板DPI、DP2和 DP3，因而可以同时产生红色、绿色和蓝色像素。如果存在单个显示面板，那么可以例如通过 顺序地改变撞击到该单个显示面板上的光的颜色来按时间顺序产生红色、绿色和蓝色子图 像。如果使用了单个显示面板，那么重组立方体RC就是多余的。调节器AM机械耦合到反射器RF以便使反射器RF倾斜以改变环境光区域ALI的 位置。可替换地、代替地或者附加地，调节器AM可以机械耦合到准直器CO以便使该准直器 倾斜。反射器RF可以是机械上分开的反射镜，其可以与准直器CO独立地被倾斜。可替换 地，可以使环境光源LS、准直器CO和反射器RF的整个组件倾斜。图2示意性地示出了具有投影反射镜的前投式投影仪的实施例。该前投式投影 仪包括投影单元(未示出)，该投影单元产生通过反射镜MI投影到投影区域PI上的图像。 W02004/112386中公开了一种使用这样的投影单元和反射镜的前投式投影仪。本发明的相 关问题在于，将环境光发生器附接到反射镜Ml。来自投影仪的光束由LBP表示。关于这种 类型的前投式投影仪，不同于反射镜MI的其他特征没有加以讨论，因为它们对于理解本发 明无关紧要。反射镜MI具有前平面FPM，其是反射的并且因而朝投影区域PA反射图像光束。反 射镜MI具有背平面BPM，其与前平面FPM相对。环境光源和光导的第一组合和第二组合的 叠层设置在背平面BPM处并且与背平面BPM平行。所述第一组合包括光源LSl和光导LGl， 所述第二组合包括光源LS2和光导LG2。光导LGl在反射镜MI的特定边缘处或者附近具有光输入窗口 IW1，并且反射器 RFl设置在反射镜MI的与该特定边缘相对的边缘处。环境光源LSl在光导LGl的光输入窗 口处提供。光导LGl必须从反射镜MI的背平面的后面突出，使得反射器RFl能够通过输出 窗口 OWl朝投影区域PA反射光导LGl中的光。离开输出窗口 OWl的环境光束称为ALBl。 在所示的实施例中，反射器RFl被设置成与背平面BPL成45度的角度，并且输出窗口 OWl与背平面BPM平行地延伸。可以不同地选择反射器RFl和输出窗口 OWl的实际取向。重要 的是环境光束ALBl朝向希望的区域。第二光导LG2在与所述特定边缘相对的边缘处或者附近具有光输入窗口IW2，并 且反射器RF2设置在该特定边缘处。环境光源LS2在光导LG2的光输入窗口处提供。光导 LG2必须从反射镜MI的背平面的后面突出，使得反射器RF2能够通过输出窗口 0W2朝投影 区域PA反射光导LG2中的光。离开输出窗口 0W2的环境光束称为ALB2。在所示的实施例 中，反射器RF2被设置成与背平面BPL成45度的角度，并且输出窗口 0W2与背平面BPM平 行地延伸。可以不同地选择反射器RF2和输出窗口 0W2的实际取向。环境光源LSl和LS2可以包括多个不同颜色的LED。尽管未示出，但是如果反射器RFl、RF2与准直器CO机械上分开，那么调节器(图 1中的AM)可以与所述反射器机械耦合。或者可替换地，如果反射器RF1、RF2是光导LG1、 LG2的一部分，那么调节器AM可以与光导LG1、LG2机械耦合。可替换地，调节器AM可以与 光导LG1、LG2和反射器RF1、RF2机械耦合以便使所述反射器和光导倾斜以调节环境光区 域ALI的位置。调节器AM可以使所述光源、准直器、光导和反射器的组件倾斜。所述反射 器可以是光导的一部分。在一个实施例中，图2中所示的组件围绕垂直于反射镜表面的中心轴旋转90度以 上，使得环境光被投射到图像的左侧和右侧而不是顶侧和底侧。可替换地，环境光可以在反 射镜表面的顶侧、底侧、左侧和右侧提供。图3示意性地示出了光导的实施例。图3中所示的光导LGl可以被附接到如图2 中所示的反射镜MI的背平面BPM。光导LGl具有带有输入窗口 IWl的梯形形状，该输入窗 口相对于输出窗口 OWl是相对较小的。输入窗口 IWl的尺寸与光源LSl中使用的光发射器 的尺寸和数量有关。输出窗口 OWl的尺寸由要被环境光束ALBl覆盖的区域的尺寸限定。梯 形形状具有维持全内反射的优点。可替换地或者附加地，光导LGl也可以在从环境光源LSl朝向输出窗口 OWl的方 向上在垂直于反射镜表面的方向上变得更宽。例如，输入窗口 IWl的宽度为2mm并且输出 窗口 OWl的宽度为7mm。图2中示出的光导LG2可以具有相同的形状，但是在接近输出窗口 OWl处具有其 输入窗口 IW2并且在接近输入窗口 IWl处具有其输出窗口 0W2。图4示意性地示出了使用光导的环境光发生器的另一实施例。光导LGl和LG2现 在设置在相同的平面内并且都附接到反射镜MI的背平面BPM。环境光源LS被设置成介于 两个光导LG1、LG2之间并且分别将光发射到光导LGl和LG2的输入窗口 IWl和IW2中。代 替单个环境光源LS的是，可以将不同的光源用于这些不同的光导LG1、LG2，从而可以单独 地控制颜色和强度。同样地，像图2中所示的那样，光导LGl具有反射器RFl以及从反射镜 MI的后面突出的输出窗口 0W1。按照相同的方式，光导LG2具有反射器RF2以及从反射镜 MI的后面突出的输出窗口 0W2。必须指出的是，光导可以具有弯曲的形状。例如，如果环境光源LS必须输入到两 个或更多光导中，那么这些光导可以具有与反射镜表面平行的输入窗口并且因而必须弯曲 以便朝反射镜的边缘延伸。应当指出的是，上述实施例说明了而不是限制了本发明，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下应当能够设计出许多可替换的实施例。例如，可以调制环境光源的颜色和/或亮度以便获得适合投影的图像PI的内容的环境光。可以不同 地控制产生邻近投影的图像的不同侧的环境光束的环境光源的颜色和强度，例如以便依照 接近关联的边界的图像内容进行变化。 在权利要求书中，任何置于括号之间的附图标记都不应当被视为对权利要求的限制。动词“包括”及其变体的使用并没有排除存在权利要求中未列出的元件或步骤。元件 之前的冠词“一”并没有排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括若干不同元件 的硬件以及借助于经过适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的设备权利要求中， 这些装置中的一些可以由同一硬件项来实施。在相互不同的从属权利要求中陈述某些技术 措施这一事实并不意味着这些技术措施的组合不可以加以利用。
权利要求
一种系统，包括-用于将图像光束(ILB)投射到投影区域(PA)上以便在投影区域(PA)上显示图像(PI)的装置(PL；MI)，以及-用于产生环境光束(ALB；ALB1，ALB2)的装置(1)，该装置(1)包括-环境光源(LS；LS1，LS2)，其用于产生环境光，-准直器(CO)或光导(LG1，LG2)，其用于接收环境光以便提供环境光束(ALB；ALB1，ALB2)，以及-反射器(RF；RF1，RF2)，其用于朝投影区域(PA)反射环境光束(ALB；ALB1，ALB2)以便获得邻近图像(PI)的环境照明区域(ALI)。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述用于投射(PL;MI)图像光束(ILB)的装置包括 投影透镜(PL)，并且其中所述用于产生环境光束(ALB)的装置(1)被设置成至少部分地围 绕投影透镜(LS)。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述用于产生环境光束(ALB)的装置⑴包括准直 器(CO)，并且其中环境光源(LS)、准直器(CO)和反射器(RF)布置的设置在于，环境光源 (LS)最接近投影透镜(PL)且准直器(CO)介于环境光源(LS)与反射器(RF)之间。
4.如权利要求3所述的系统，其中准直器(CO)和反射器(RF)被设计成在邻近图像 (PI)的环境照明区域(ALI)的边界处获得锐截止。
5.如权利要求2所述的系统，其中所述用于产生环境光束(ALB)的装置(1)被设置成 与投影透镜PL的平面平行或者在该平面内，其中该平面与图像光束(ILB)基本上垂直地延 伸。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述用于投射(PL;MI)图像光束(ILB)的装置包括 反射镜(MI)并且其中图像光束(ILB)由反射镜(MI)的前平面(FPM)朝投影区域(PA)反 射，并且其中所述用于产生环境光束(ALB1，ALB2)的装置(1)包括被设置成至少部分地位 于反射镜(MI)的背平面(BPM)处的光导(LG1，LG2)。
7.如权利要求6所述的系统，其中光导(LG1，LG2)被设置成与背平面(BPM)平行并 且利用突出部分至少部分地从背平面(BPM)的后面突出，该突出部分包括输出窗口(0W1， 0W2)，其中光导(LG1，LG2)被设置用于接收由环境光源(LSI，LS2)发射的环境光以便向反 射器(RF1，RF2)提供环境光束(ALB1，ALB2)，反射器(RF1，RF2)被设置用于经由输出窗口 (0ffl,0W2)朝投影区域(PA)反射该环境光束(ALB1，ALB2)。
8.如权利要求7所述的系统，其中光导(LG1，LG2)的长度与反射镜(MI)的背平面 (BPM)的长度基本上相同。
9.如权利要求7所述的系统，其中光导(LG1，LG2)被定形成具有增加的宽度，该宽度 在与背平面(BPM)平行且与从环境光源(LS1，LS2)朝反射器(RF1，RF2)延伸的方向垂直的 方向上限定和/或在垂直于背平面(BPM)的方向上限定。
10.如权利要求1所述的系统，其中环境光源(LS;LS1，LS2)包括多个不同颜色的光发 射器(L1，L2，L3)。
11.如权利要求1所述的系统，还包括调节装置(AM)，其用于相对于图像(PI)的中心 调节环境光区域(ALI)的位置。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述调节装置(AM)被设置用于单独地使得准直器(CO)、光导(LG1, LG2)、反射器(RF ；RFl, RF2)、环境光源(LS ；LSI, LS2)中的任何一个或者 使得它们的任意组合倾斜。
13.一种前投式投影仪，包括权利要求1的系统，其中所述用于产生环境光束(ALB ； ALBLALB2)的装置(1)是该前投式投影仪的组成部分。
14.一种前投式投影仪，包括权利要求1的系统，其中所述用于产生环境光束(ALB ； ALBLALB2)的装置(1)是该前投式投影仪的单独的附件。
全文摘要
一种系统包括用于将图像光束(ILB)投射到投影区域(PA)上以便在投影区域(PA)上显示图像(PI)的装置(PL；MI)以及用于产生环境光束(ALB；ALB1，ALB2)的装置(1)，该装置(1)包括环境光源(LS；LS1，LS2)，其用于产生环境光；准直器(CO)或光导(LG1，LG2)，其用于接收环境光以便提供环境光束(ALB；ALB1，ALB2)；以及反射器(RF；RF1，RF2)，其用于朝投影区域(PA)反射环境光束(ALB；ALB1，ALB2)以便获得邻近图像(PI)的环境照明区域(ALI)。
文档编号G03B21/26GK101802707SQ200880106526
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月8日 优先权日2007年9月11日
发明者E·J·M·波卢森, E·伦德林克, J·L·A·M·索马尼, L·王, V·米洛塞夫斯基 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司