多通道成像机的制作方法

专利名称：多通道成像机的制作方法
技术领域：
本发明涉及多通道成像装置(multi channel imaging devices)，而更为具体地涉及投影式成像装置，其中非常重要的是，精确地调准装置的各实际组件，以致某一得出的图像的各颜色组分将被调准。本发明的多通道成像机目前的主要应用是作为一种投影视频显示装置的一种组件，其中希望具有一坚固的和精确调准的光—电装置，用于从那里投射经过很好调准的彩色图像。
多通道成像系统的典型配置将具有一种蛤壳式配置，其中各内部镜片和组件都从上方予以组装，而光学腔体沿着一水平平面分开为两半。不过，这样一种装置的结构造成两个或多个组装平面。比如，至少一个是水平的，用于安放各分离的和组合的镜片，以及至少一个是铅直的，用于安放各投影光学元件。这就需要许多复杂的模制零部件，伴随着昂贵的模具制造。由于具有两个或多个组装平面，所以各镜片的配准变得比较困难。这种问题在一种离轴设计中弄得更为麻烦了，在此种设计中，各镜片不全在同一平面上。
可能需要这样一种多通道成像系统，其中上述一些调准问题得以改进。或许更有好处的是，这样一种装置会足够刚强以防止因挠曲和振动而造成的一些扭歪问题。不过，这样一种解决办法，为了实用起见，应当在生产一种最终的多通道图像投影系统时制作便宜，使用也便宜。
就发明者所知，用于生产一种多通道成像机的所有先前的设备和方法始终是难以和/或费用很高地制造和组装、不够理想的刚强，以及难以调准和使用。
因此，本发明的一项目的是提供一种视频投影机，会在一全部图像范围上形成次象素精度。
本发明的另一目的是提供一种视频投影机，容易制作，而且其中各组件易于调准。
本发明的又一目的是提供一种视频投影机，其中没有由于光学箱体的扭曲和弯曲所造成的各种不会聚问题。
本发明的另一目的是提供一种视频投影机，其中来自从外部来源引进的振动的各种后生现象减至最少。
本发明的又一目的是提供一种视频投影机，制作便宜。
本发明的另一目的是提供一种视频投影机，可以采用一些便宜的辅助组件。
本发明的又一目的是提供一种视频投影机，装设和调准便宜。
简略地说，本发明的一项实施例是一各机械组件的总成，它调准、支承和装放一三色投影系统的各光学、光机和电子组件。设计是如此完成的，即它可以解决许多关联于高分辩率多通道成像系统的问题。由于组件数量较少和零部件可以采用各种大量、低成本工艺方法制造出来，所以各组件的总成本降低了。通道间的刚性和各个色彩通道之间的机械稳定性优于先前的作法。这一点是用于封围多通道空腔的新颖作法的直接后果。除了各分立图像的会聚之外，不需要任何光学调准。各组件都是自行调准的，带有很低成本的各种配准特性。本发明具有一箱体，是以如下方式设计的，即整个光学空腔被包含在单一的制成部件内侧。空腔由一隔板封住，后者用作一框架以调准和支承各镜片和光—机机构。只有单一组装平面，即隔板的平面。剖分式和组合式光学元件装接于隔板以及投影透镜。空腔在内壳装接于隔板时被封围起来。内壳可以制成为一单一构件而不需要任何辅助作业。隔板可以冲压或模制而成，装有剖分式分色镜的托架、组合式棱镜、偏光器/解析器总成和/或其他各种光学装置可以模制出来(同样不带有任何辅助作业)。一种用于投影透镜的新颖聚焦安装架为一种简单、低成本、固定焦距透镜创造了条件。
本发明的一项优点是，提供一种比较便宜的视频投影机用于装入视频投影成像装置。
本发明的另一优点是，在一整个图像上形成次象素精度。
本发明的再一优点是，振动效应基本上得以消除，以致各冷却风扇可以装在视频投影机上而无不良效果。
本发明的又一优点是，视频投影机的刚强度基本上免除了由于光学箱体的扭曲和弯曲所造成的各种不会聚问题。
本发明的再一优点是，视频投影机的结构坚固和操作可靠。
本发明的又一优点是，制作便宜。
本发明的再一优点是，装设、调准和使用都很便宜。
本发明的这些和其他一些目的和优点，对于本技术领域中的那些熟练人员来说，由于在此所述并示于数图之中的关于本发明各种实施模式及其工业应用性的说明，会是很明晰的。所列举的各项目的和优点并非本发明所有可能各种优点的竭尽的列举。此外，即使在一或多项所企望的目的和/或优点或许在应用中并不存在或并不需要的场合，也将了解实现本发明。


图1是符合本发明的一种多通道成像机的透视图；图2是图1多通道成像机的分解透视图；图3是图1和2透镜装置的分解透视图；图4是图1和2隔板和光学总成的分解透视图；图5是图1、2和4的光学总成的分解透视图；图6是符合本发明的一种多通道成像机的另一实施例的透视图；以及图7是图6多通道成像机范例的分解透视图。
在此所述和/或示于图中的本发明各种实施例和改型只借助范例予以表述并不限定为本发明的范畴。除非另外专门说明，本发明的个别方面和组件可以删除或修改，或者可以用某些已知的同等物替换，或目前为止仍未知的一些替带物，诸如将来可能开发出来的或诸如将来可能发现为可接受的替代物替换。本发明还可进行修改而用于多种应用场合而仍然属于作了权利声明的本发明的精神和范畴之内，由于潜在的应用场合范围巨大，并由于本发明意欲适合于许多这样的变型。
一如在此所述，实施本发明的模式是一种多通道成像机。本发明多通道成像机的一项范例画在图1中的一透视图上并在此以总体参照字符10表示。多通道成像机10具有一箱体12，其上配装有一透镜托架14。透镜托架14支承一透镜总成16，由一透镜夹持件18使之在托架上保持就位。总装起来的透镜托架14、透镜总成16和透镜夹持件18将在此称作为一透镜装置19。
本发明的这一范例具有两部冷却风扇20，固定于箱体12。虽然各冷却风扇20并非本发明的一必需部分，但指出以下一点是很有意义的，即本发明的多通道成像机10足够刚硬，以致各冷却风扇20可以装在上面而没有由一不够刚硬的装置可能造成的不良振动作用。
在本发明的这一实施例中，箱体12具有一内壳(kernel housing)22和一隔板24。在此所述的内壳22是用铝合金模铸而成的，虽然包括但不局限于另外一些模制方法的其他各种制作技术也在本发明的范畴之内。制作技术的另一范例可以是由一单件钢板加压成形此内壳，或者是把金属板材切割并弯成所需的形状。隔板24由各螺丝26配装于内壳22，一如通过图1的视图上的范例所示，以致箱体12的内部27是基本上由隔板24和内壳22围封起来的。
一光学总成28在箱体12之内配装于隔板24，而三部LCD总成30配装于箱体12的外侧。各LCD总成30任由选择而实际上可以是任一反射类型，其中投射在一部LCD总成30上的光线按照以电子方式提供给此LCD总成的图像予以修正(modified)，而修正后适应于该图像的光线从此LCD总成反射。本技术领域中的熟练人员是会熟悉这类装置的。在多通道成像机10的本实施例中，各LCD总成30属于市场上有售的类型。各LCD总成30各自采用一调准安装架32配装于内壳22，从而各LCD总成30可以在最终总装多通道成像机10期间随需要予以调准。本技术领域中的熟练人员也会熟悉调准安装架32以及可供使用的那些改型。
图2是图1多通道成像机10一部分的分解透视图。在图2的视图中，可以看出，光学总成28配装于隔板24。同样，在图2中可以看到，透镜托架14具有另外许多(在图2的视图中可以看到三只)螺丝26，用于把透镜托架14固定于隔板24。
可以看到在隔板24上有一光线进入孔口34，白光通过它被引入箱体12。在图2的视图中还可以看到三个LCD孔口36之中的两个，通过它们，光线被投射到各LCD总成30(图1)上并从那里反射过来。本发明这一实施例的两个冷却孔口38之一也可以在图2的视图中看到，各冷却风扇20(图1)固定其上。
图3是透镜装置19的分解透视图，此装置在此结合图1和2先前作过说明。固定焦距透镜总成16具有一定位突起40，而透镜托架14具有两个夹持圈42，用于接纳透镜总成16。每一夹持圈42之上具有一间隙44，以致在定位突起40调准于各间隙44的情况下，透镜总成可以嵌进透镜托架14。透镜总成16然后采用一对带帽螺钉46由透镜夹持件18在透镜托架14上固紧就位。一如在图3的视图之中可见，透镜夹持件18上的一定位槽孔48做成倾斜的以致当定位突起40处在定位槽孔48之内按箭头50所示转动透镜总成16时(在适当松动的各带帽螺钉46的情况下)，将导致固定焦距透镜总成16在透镜托架14上向前或后移动，一如箭头52所示，以致透镜总成16可以随需要而聚焦。
图4是隔板14和光学总成28的分解视图，其中光学总成28可以比较容易看到。一如在图2的视图中可以看到的那样，光学总成28的一截短的输出双合透镜(output truncated doublet)54(有效地用作使光线改向的一只棱镜)，当光学总成28配装于隔板14时，部分地伸过隔板14上的一光射出孔口56。在图4的视图中还可看到一分色镜总成58和一彩色立方体(colorcube)60，此后将详细说明。截短的输出双合透镜54、分色镜总成58和彩色立方体60各自配装于一光学支架62。
图5是符合本发明目前所述实施例的光学总成28的分解透视图。本技术领域中的熟练人员会认识到，分色镜总成58具有以“X”形态配置的三个分色镜64，以致投射到分色镜总成58上面的白光被分解成为其三种基本组成波长颜色，而这些颜色中的每一种指向各LCD总成30(图1)的对应一个。本技术领域中的熟练人员还会认识到，彩色立方体60由4个彩色立方体棱镜65构成，而后者的各个邻接表面具有分色镀面(dichroic surfacing)，以致从3个LCD总成30反射的3原色光束被重新组合并指向截短的输出双合透镜54。
重要的是要注意，在本发明的这一实施例中，当光线通过光线进入孔口34进入箱体12时，光线稍微指向上方(从彩色立方体60处在分色镜总成58上方的透视图看来)，如图1中光线输入路径箭头66所示。因此，随着光线穿过多通道成像机10，光线被分色镜总成58分解、被各LCD总成30修正并从那里反射过来，并相对于一第一平面68由彩色立方体60予以重新组合。光线还相对于一第二平面70(大体上向上，一如在此前所说明)移动，以致光线首先穿过分色镜总成58，然后从各LCD总成30以一向上角度反射过来，而后穿过彩色立方体60并由它予以重新组合。由于透镜总成16的光轴72基本上沿着第一平面68调准，所以，截短的输出双合透镜54成形和设计得使(稍微向上倾斜的)光线与透镜总成16的光轴72重新调准。
因此，多通道成像机10的所述实施例大体上总装如下光学总成28一如在此所述那样总装起来并配装于隔板24。隔板配装于基本上封围其内部27的内壳22。各LCD总成30采用各调准安装架32配装于内壳22的外部，一如在此前述那样。除非另外说明，或者可能为本发明的某一特殊用途或变更所需，各个总装作业的次序并非至关重要和并非本发明的固有部分。
多通道成像机的另一实施例画在图6的透视图上并在其中由总体参照字符10a表示。多通道成像机10a的这一实施例在类别和各零部件方面不是大为有别于此前所述的多通道成像机10。多通道成像机10a此处予以表示是为了图示说明在此所述和图中所画的在形状和结构方面的某些可能的变更。一如在图6的视图中可见，多通道成像机10a具有一箱体12a，带有一配装于它的一透镜托架14a。透镜托架14a支承一透镜总成16a，后者由一透镜夹持件18a使之在托架上保持就位。总装起来的透镜托架14a、透镜总成16a和透镜夹持件18a在此将称作一透镜装置19a。一如在图6的视图中可见，两部冷却风扇20在本发明的这一实施例中也固定于箱体12a。
在本发明的这一实施例中，同样，箱体12a具有一内壳22a和一隔板24a，各自全都采用类似于在此相对于本发明首先所述实施例所先前说明的那些方法予以制作，并如示于图6的视图和随后各图之中那样予以成形。
一光学总成28a在箱体12a之内固定于隔板24a，而3个LCD总成30，并非显著地不同于在此前述的各LCD总成，固定于箱体12a的外侧。
图7是图6多通道成像机10a一部分的分解透视图。在图7的视图中可见，光学总成固定于隔板24a。实际上，在多通道成像机10的这一实施例中，光学总成28a的各零部件直接固定于隔板24a，此后将较为详细地予以讨论。另外在这一实施例中，可以看到在隔板24a上的一光线进入孔口34a，白光通过它被引入箱体12a。在图7的视图中还可看到3个LCD孔口36a中的两个，通过它们，光线投射到各LCD总成30(图6)并从那里反射回来。本发明这一实施例的上面固定各冷却风扇20(图6)的两个冷却孔口38a之一也可在图7的视图中看到。固定焦距透镜总成(fixed focus lens assembly)16a、透镜托架14a和透镜夹持件18a起的作用非常像结合图3此前所述的固定焦距透镜总成16和透镜托架14，虽然，一如通过对比图2和7的视图可见，实际形状有所不同。
一如在图7视图中可见，一输出双合透镜54a相对于一光线进入孔口56a予以定位，并执行结合前述实施例的截短双和透镜54此前所述的各种功能。
在本发明目前所述的这一实施例10a中，各分色镜64组装在一镜具容器74之内，后者制成为隔板24a的一部分，而彩色立方体60固定于隔板24a。各分色镜64和彩色立方体60基本上与结合本发明首先说明的实施例10在此前所述的同类各零件相同并以类似的方式发挥作用。
可以对本发明作出多种修改而不改变其意义或范畴。比如，箱体12可以模制出来和/或由另一材料制成。
所有以上都只是本发明可以提供的许多实施例的一些示范。本技术领域中的熟练人员会容易知道，其他各种修改和变更可以作出而不脱离本发明的精神和范畴。因此，在此的阐明并不望作为限制，而所附各项权利要求应当被理解为包含本发明的全部范畴。
本发明的多通道成像机10指望广泛地用于生产各种视频图像投影系统，诸如各种高清晰度投影电视装置，以及特别是各种计算机视频输出投影显示装置。本发明允许整个图像趋向于次象素精度(sub-pixel accuracy)。由于一些自行调准特性而简化了总装作业，并且没有三个图像通道会聚以外的各光学元件调准问题。通道间的刚度相当高，以致没有因光学箱体的扭曲或弯曲而造成的各种不会聚问题。由于机械结构为采用不带有各种辅助机加工作业的模制和冲压而成的简单零部件创造了条件，所以存在着显著的成本效益。聚焦安装架可以模制出来并允许投影透镜作为一种低成本固定焦距透镜加以购买。
这种机械结构偏离于典型的投影系统总装法。它允许各种低成本系统解决办法，特别是对于(但并不限于)各种离轴投影系统(off-axis projectionsystem)。
本技术领域中的熟练人员将容易理解结合本发明所用的各项调准过程。比如，各调准安装架32用以调节各LCD总成，以致各三色组分图像在重新组合于彩色立方体60之中时可适当地调准。同样，透镜夹持件18将被松动和透镜总成将被转动，一如此前所简述的那样，以适当地调节透镜总成16的聚焦状况。
由于本发明的多通道视频投影机10可以容易用现有的各种图像形成与显示系统和装置予以生产和集成，并且由于提供了在此所述的各种优点，所以指望它将容易为企业所接受。为了这些和其他一些原因，指望本发明的通用和工业可用性将既是范围巨大并持续长久。
权利要求
1.一种视频投影机，包括一用于至少部分地封围一光学装置的箱体，所述光学装置包括一用于分解光线的分色镜总成，以及一光线重新组合装置；以及多个LCD总成，用于从所述分色镜总成接收光线、修正光线和向所述光线重新组合装置反射光线。
2.按照权利要求1所述的视频投影机，其中所述箱体完全封围所述光学装置。
3.按照权利要求1所述的视频投影机，其中所述光线重新组合装置是一彩色立方体。
4.按照权利要求1所述的视频投影机，还包括一透镜总成，在光学上调准以从所述光学装置接收光线。
5.按照权利要求1所述的视频投影机，其中透镜总成实际上固定于所述箱体。
6.按照权利要求1所述的视频投影机，还包括一棱镜，用于使来自所述重新组合装置对光线改向进入一透镜总成。
7.按照权利要求1所述的视频投影机，还包括一固定于所述箱体的冷却风扇。
8.按照权利要求1所述的视频投影机，其中所述箱体包括一内壳，用于基本上封围所述光学装置；以及一隔板，用于在其上安装所述光学装置，以致当所述隔板配装于内壳时，所述光学装置完全被封围在所述箱体之内。
9.一种视频投影装置，用于接受光线、分解光线、修正光线、重新组合光线和投射光线，包括一箱体；一隔板，用于基本上封围所述箱体之内的空间；一在所述隔板上用于允许光线进入的光线进入孔口；一光学装置，基本上位于所述箱体之内用于分解和重新组合光线；用于修正光线的多个LCD装置；以及一光线输出孔口，用于通过它从所述箱体内投射光线。
10.按照权利要求9所述的视频投影装置，还包括一透镜总成，用于聚焦从所述光线输出孔口射出的光线。
11.按照权利要求10所述的视频投影装置，其中所述透镜总成配装于所述隔板。
12.按照权利要求9所述的视频投影装置，还包括沿着一第一平面配置的一分色装置和一颜色重新组合装置，其中所述多个LCD装置沿着一第二平面配置。
13.按照权利要求9所述的视频投影装置，还包括一棱镜，用于通过所述光线输出孔口使光线改向进入一透镜。
14.按照权利要求13所述的视频投影装置，其中棱镜固定于所述光学总成。
15.一种视频投影机，具有一第一维平面和一第二维平面，包括排列在第一维平面上的一分光装置和一光线重新组合装置；以及多个光线修正装置，排列在所述第二维平面上。
16.按照权利要求15所述的视频投影机，其中所述分光装置包括一分色镜。
17.按照权利要求15所述的视频投影机，其中所述光线重新组合装置包括一彩色立方体。
18.按照权利要求15所述的视频投影机，其中所述各光线修正装置是反射式LCD装置。
19.按照权利要求15所述的视频投影机，其中所述分光装置和光线重新组合装置被封围在一箱体之内。
20.按照权利要求15所述的视频投影机，其中第一维平面基本上垂直于第二维平面。
21.按照权利要求15所述的视频投影机，还包括一棱镜，用于把从所述光线重新组合装置发出的光线基本上调准在所述第二维平面上。
22.一种视频投影光学箱体，用于装放多个LCD成像装置(LCD imagingdevice)和一光学部件，包括一成形箱体，适合于在外部装设各LCD成像装置，并具有一适于在其中装放所述光学部件的内部空腔。
23.按照权利要求22所述的视频投影光学箱体，其中还包括一隔板，基本上封围所述内部空腔。
24.按照权利要求23所述的视频投影光学箱体，其中所述光学部件配装于所述隔板。
25.按照权利要求23所述的视频投影光学箱体，还包括一配装于隔板的透镜总成。
26.按照权利要求22所述的视频投影光学箱体，其中成形箱体是一封围所述内部空腔的基本上刚性的三维构件。
27.按照权利要求22所述的视频投影光学箱体，其中所述成形箱体是模铸的。
28.按照权利要求22所述的视频投影光学箱体，其中所述成形箱体是压制的。
29.按照权利要求22所述的视频投影光学箱体，其中所述成形箱体是金属制成。
30.按照权利要求22所述的视频投影光学箱体，其中所述成形箱体是一单一构件。
31.按照权利要求22所述的视频投影光学箱体，其中所述成形箱体近似一段环圈。
32.一种用于组装一视频投影成像机的方法，包括a.组装一光学总成；b.把光学总成配装于一隔板；c.把隔板配装于一箱壳，以致隔板基本上封围箱壳的所述光学总成置于其中的一内部空腔；以及d.把多个LCD成像器(LCD imager)装设于箱壳的外部。
33.按照权利要求32所述的方法，其中操作步骤a、b、c和d按给定次序进行。
全文摘要
一种多通道成像机(10)，用于接受、分解、修正和重新组合光线以投射某一图像。一箱体(12)封围一光学总成(28)，后者具有一分色镜总成(58)和一彩色立方体(60)。许多LCD总成从分色镜总成(58)接受光线、予以分解并将其反射到彩色立方体(60)。一透镜总成(16)采用一透镜托架(14)和一透镜夹持件(18)固定于箱体(12)的一隔板(24)。一输出棱镜(54)把光线调准到一第二平面(70)以重合于透镜总成(16)的光轴(72)。
文档编号H04N9/31GK1404680SQ01803868
公开日2003年3月19日 申请日期2001年1月17日 优先权日2000年1月18日
发明者琼－皮埃尔·梅纳德 申请人:奥罗拉系统公司