专利名称：背投影显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种背投影显示设备，该设备利用光束执行扫描，以 将图像投射到屏幕的背面。
背景技术：
在液晶电视设备和等离子电视设备之后，背投影显示设备作为显 示设备正变得普及。由于背投影显示设备比背投影等离子电视设备便 宜得多，这种设备被迅速推广。背投影显示设备所采用的系统由现有的阴极射线管(CRT )系统 转变为具有例如液晶显示器(LCD)的微显示器的系统。背投影显示 设备能够再现高品质图像，堪比由液晶电视设备和等离子电视设备的 显示器显示的图像。与其它显示设备相似，在背投影显示设备中，增大屏幕尺寸的期 望和减小设备厚度的期望正在迅速增加。然而，在现有的背投影显示设备中，放大投影光学系统所占用的 空间可能很大，特别是屏幕的背面沿着纵深方向上的距离可能^f艮长。因此，例如日本未经审查的公开号5-165095的专利申请提出了 一种背投影显示设备的结构，其中通过将图像光以倾斜的方式投射在 屏幕上以减小屏幕的背面沿着纵深方向上的距离。此外，例如日本未 经审查的公开号2001-235799的专利申请公开了一种背投影显示设备 的结构，该结构包括一个将一个平面显示器表面的图像投射到屏幕上的投影光学系统，和一个将从投影光学系统延伸到屏幕表面的光路弯 曲的平面镜系统。所述平面镜系统至少有两个平面反射面，这些反射 面按照其中之一朝向屏幕表面，并且反射光束两次的方式放置。发明内容不幸的是，现有的为实现厚度的减小而设计的背投影显示设备可 能造成其他问题。特别地，将被投射到屏幕上的图像光可能发生扭曲， 并且由于光学系统复杂的结构，可能产生高温度的热量。因此，希望提供一种背投影显示设备，能够通过简单的设备结构 实现屏幕尺寸的增大和设备厚度的减小。根据本发明的 一个实施方式，将图像投射在屏幕的背面的背投影 显示设备包括光源，光学元件，扫描单元，和反射板。光源发出光束。光学元件将由光源发出的光束转换为大致准直光束(Substantially collimated light beam )。扫描单元利用由光学元件转换的大致准直光 束执行扫描，使得允许大致准直光束被入射到屏幕上。反射板的高度 至少为屏幕高度的1/2。反射板反射来自于扫描单元的光束，以使得 光束被入射到屏幕上。利用这种结构，可以提供一种背投影显示设备，该设备能够通过 简单的设备结构实现增大屏幕的尺寸和减小设备的厚度。
图1是示出了根据应用本发明的第一实施方式的背投影显示设 备的内部结构的示意图。图2是示出了根据应用本发明的第一实施方式的背投影显示设 备的系统结构的方框图。图3是示出了用于确定来自于扫描镜的光束锥的出口点(exit point),光导屏幕镜，和屏幕的相对位置的方法的一个例子的说明图。图4A和4B是分别示出了光导屏幕镜和屏幕在位置和尺寸方面 的相互关系的说明图。 图5是示出了根据应用本发明的第二实施方式的背投影显示设 备的内部结构示意图。图6是示出了光导屏幕镜和屏幕在位置和尺寸方面的相互关系 的说明图。
具体实施方式
下面通过参考
应用本发明的典型实施方式。 第一实施方式图l是一个示意图，示出了根据应用本发明的第一实施方式的背 投影显示设备100的内部结构。背投影显示设备100包括光源1，光 学元件2，扫描部件3，光导屏幕镜4，和屏幕5。光学元件2具有锥 状光学元件21和光束转换光学元件22。图2示出了背投影显示设备100的系统结构。当被连接到视频信 号发生器101时，背投影显示设备100可以接收多种视频信号，其中 视频信号发生器101例如是视频播放器，摄影机，录影机，广播调谐 器，或英特网。背投影显示设备100包括处理由视频信号发生器101 输入的视频信号的视频信号处理器100A，根据视频信号驱动光源1 的光源驱动器100B，和根据视频信号驱动扫描部件3的扫描驱动器 綱C。在光源1中，直接调制半导体激光器，以提供激光束作为调制光。 光源l发出该半导体激光器的激光束，按所希望的发散角调制该激光 束。在光源1中，半导体激光器的激光束在水平方向上的发散角不同 于在垂直方向上的发散角，因此光束锥的横截面是椭圃形的。作为半 导体激光器的替代物，光源l可以是气体激光器，固体激光器，发光 二极管等。光学元件2包括柱面透镜和凸透镜，然而，并不仅限于此。 例如，光学元件2可以包括棱镜。从光源1发出的激光束进入锥形光学元件21，由此光束锥的椭 圆橫截面被调整为圆形橫截面。光束锥的调整过横截面的激光束进入 光束转换光学元件22，由此激光束被转换为大致准直光束，光束锥的
横截面的直径为lmm或更小。从光束转换光学元件22发出的大致准 直光束被扫描部件3反射。扫描部件3包括反射镜31A和32A，和扫描驱动单元31B和32B。 扫描驱动单元31B扫描反射镜31A,以使得激光束按照垂直方向入射 到屏幕5。扫描驱动单元32B扫描反射镜32A，以使得激光束被按照 水平方向入射到屏幕5。扫描驱动单元31B和32B对应于扫描驱动器 100C。作为反射镜的替代物，扫描部件3可以具有棱镜等。光导屏幕镜4反射来自扫描部件3的激光束，以使得激光束按照 垂直方向和水平方向入射到屏幕5上。屏幕5根据扫描部件3执行的激光束的扫描，显示图像。根据具有这样结构的背投影显示设备100,下面说明用于确定来 自于扫描部件3的激光束的出口点，光导屏幕镜4，和屏幕5的相对 位置的方法的一个例子。注意在背投影显示设备100中，光导屏幕镜 4的形状是扁平的。如图3的(A)部分所示，假定来自扫描部件3的激光束的出口 点和屏幕5的上端之间的距离等于来自扫描部件3的激光束的出口点 和屏幕5的下端之间的距离，并且来自扫描部件3的激光束的出口点 之间的距离是屏幕5高度的7^/2。例如，如图3 (B)部分所示，当以光导屏幕镜4的上端以45。 倾向屏幕5的方式放置光导屏幕镜4时，来自扫描部件3的激光束的 出口点位于光导屏幕镜4和屏幕5之间。如图3的(C)部分所示，为了使来自扫描部件3的激光束的出 口点位于屏幕5的下端，如同本实施方式，以光导屏幕镜4的上端以 30。倾向屏幕5的方式放置光导屏幕镜4。因此，在背投影显示设备IOO中，光导屏幕镜4被确定为按照光 导屏幕镜4的上端以30。倾向屏幕5的方式放置。根据背投影显示设备IOO，下面说明光导屏幕镜4和屏幕5在位 置和尺寸方面的相互关系。在背投影显示设备100中，如上所述，扫描部件3位于屏幕5
的下端。例如，在背投影显示设备100中，光导屏幕镜4和屏幕5被相互 平行地排列，而它们的下端被排列在水平面X上，如图4A所示。在 这种情况下，光导屏幕镜4的高度至少是屏幕5的高度的1/2。激光 束以入射角ei入射在屏幕5的上端。在图4A中，激光束在光导屏幕 镜4的高度方向上的入射位置是屏幕5的高度的1/2。可替代地，在背投影显示设备100中，光导屏幕镜4也可以向屏 幕5倾斜，而光导屏幕镜4的下端固定在水平面X上，如图4B所示。 特别地，在背投影显示设备100中，光导屏幕镜4可以这样的方式放 置光导屏幕镜4的上端到屏幕5的距离小于光导屏幕镜4的下端到 屏幕5的距离。在这种情况下，光导屏幕镜4的高度可能显著地大于 屏幕5的高度的1/2，使得入射到屏幕5的上端的激光束的入射角02 变得小于图4A中所示的入射角01。如上所述，在背投影显示设备100中，光导屏幕镜4的高度至少 是屏幕5的高度的1/2。因此，屏幕5的上端的入射角和其下端的入 射角之间的差异可以被减小。与现有的背投影显示设备相比，利用根据应用本发明的第一实施 方式的背投影显示设备100，屏幕背面沿着纵深方向上的距离能够被 显著减小。另外，与现有的背投影显示设备相比，利用根据应用本发明的第 一实施方式的背投影显示设备100，入射到屏幕上的激光束的入射角 之间的差异能够被减小。因此，即使在大屏幕的情况下，也能够增大 视角。另外，利用根据应用本发明的第一实施方式的背投影显示设备 100，由于光源1使用半导体激光器或发光二极管，即使在大屏幕的 情况下，也能够再现具有非常高的纯度的色彩。此外，利用根据应用本发明的第一实施方式的背投影显示设备 100，由于光源1采用各种激光器之一或发光二极管，能够小型化将 发出的光束锥的横截面内的光点直径(光点尺寸-一个像素的尺寸). 光点被作为一个像素显示，不需要利用牛顿成像公式。因此，与等离 子显示器和利用固定像素的液晶显示器、甚至现有的放映机相比，能够在大屏幕5上显示锐利的图像。 第二实施方式图5是示意图，示出了根据应用本发明的第二实施方式的背投影 显示设备200的内部结构。同样的数字表示与上述的背投影显示设备 IOO中同样的组件，省略它们的具体说明。背投影显示设备200具有光导屏幕镜40，以垂直方向上的曲率 大于水平方向上的曲率的方式形成该屏幕镜，并且具有相对于屏幕5 的凹复曲面(concave toric surface )。背投影显示设备200的光导屏幕镜4和屏幕5在位置和尺寸方面 的相互关系与图4B中所示的相似。如图6所示，以垂直方向上的曲 率大于水平方向上的曲率的方式确定光导屏幕镜40的形状，并且光 导屏幕镜40具有相对于屏幕5的凹复曲面。因此，从光导屏幕镜40 的上端入射到屏幕5上的激光束的入射角e3可以进一步变得比图4B 所示的02更小。另外，利用背投影显示设备200,位于屏幕5的高度 方向上的位置上的激光束的入射角之间的差异可以进一步减小。应该注意光导屏幕镜40的形状不仅限于此，例如，光导屏幕镜 40可以具有相对于屏幕5的任何曲面，例如凹球面或凹自由曲面 (concave free-form surface )。在光导屏幕镜40的形状为凹球面的 情况下，光导屏幕镜40和屏幕5之间的距离可能进一步增大，以使 得屏幕5上的激光束的入射角之间的差异与当光导屏幕镜40的形状 是凹复曲面或自由曲面时所获得的差异完全相同。本发明不仅限于上述的实施方式，并且可能包括在本发明的范围 内的各种修改。例如，在上述实施方式中，光源1直接调制半导体激光器以发出 激光束。可替代地，光源l可以还包括一个调制元件，该元件调制从 未经调制的光源发出的激光束。调制元件可以设置在光源l和光学元
件2之间，以向光学元件2提供调制后的激光束。可替代地，调制元 件可以设置在光学元件2的内部或外部的任何位置，只要它位于光路 上即可。例如，在上述实施方式中，配备了光束转换光学元件22。可替 代地，可以配置一种光束转换光学元件，该元件将从锥形光学元件21 发出的光束锥转换为将在屏幕5上完全聚焦的、直径为lmm或更小 的光束锥。另外，例如，作为另一种实施方式，可以在扫描部件中再配置一 种曲面，该曲面的曲率使得光束锥被完全聚焦在曲面上，然后光束锥 被入射到屏幕上。另外，在上述实施方式中，包括光源1和光学元件2的光路被沿 着屏幕5的纵深方向设置在屏幕5的背面。可替代地，包括光源l和 光学元件2的光路可能在图像的垂直方向上被弯曲。所以，屏幕5的 背面沿着纵深方向上的距离可以被进一步减小。本领域技术人员应该理解依靠设计要求和其他因素，只要在附 加的权利要求或等同物的范围之内，可以进行各种修改、合并、二次 合并和变更。
权利要求
1.一种将图像投射在屏幕的背面的背投影显示设备，包括发出光束的光源；光学元件，该元件将由光源发出的光束转换为大致准直光束；扫描部件，其利用由光学元件转换的大致准直光束执行扫描，以允许大致准直光束入射到屏幕上；和反射板，其高度至少为屏幕高度的1/2，该反射板反射来自于扫描部件的光束，以使光束入射到屏幕上。
2. 根据权利要求1所述的背投影显示设备，其中反射板上端到 屏幕的距离小于反射板下端到屏幕的距离。
3. 根据权利要求1所述的背投影显示设备，其中扫描部件具有 反射面，并且驱动反射面以使得屏幕被大致准直光束在屏幕的垂直和 水平方向上扫描。
4. 根据权利要求1所述的背投影显示设备，其中反射板的形状 是扁平的。
5. 根据权利要求1所述的背投影显示设备，其中反射板的形状 相对于屏幕是凹复曲面。
6. 根据权利要求1所述的背投影显示设备，其中反射板的形状 相对于屏幕是凹球面。
7. 根据权利要求1所述的背投影显示设备，其中反射板的形状 相对于屏幕是凹自由曲面。
8. 根据权利要求1所述的背投影显示设备，其中光源是半导体 激光器。
9. 根据权利要求1所述的背投影显示设备，其中光源是发光二极管。
10. 根据权利要求l所述的背投影显示设备，其中光源直接调制 光束并发出光束。
11. 根据权利要求l所述的背投影显示设备，进一步包括调制元件，该元件调制从光源发出的光束。
12. —种将图像投射在屏幕的背面的背投影显示设备，包括 发出光束的光源；光学元件，该元件将由光源发出的光束转换为大致准直光束； 扫描单元，其利用由光学元件转换的大致准直光束执行扫描，以允许大致准直光束入射到屏幕上；和反射板，其高度至少为屏幕高度的1/2，该反射板反射来自于扫 描单元的光束，以使光束入射到屏幕上。
全文摘要
一种将图像投射在屏幕的背面的背投影显示设备，包括光源，光学元件，扫描单元，和反射板。光源发出光束。光学元件将由光源发出的光束转换为大致准直光束。扫描单元利用由光学元件转换的大致准直光束执行扫描，以允许大致准直光束入射到屏幕上。反射板的高度至少为屏幕高度的1/2。反射板反射来自于扫描单元的光束，以使光束入射到屏幕上。
文档编号H04N5/74GK101118370SQ20071013835
公开日2008年2月6日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年7月28日
发明者岩崎正则 申请人:索尼株式会社