具有偏移的同轴投影透镜制造技术

本发明专利技术提供以高程度图像偏移投影图像同时限制投影透镜元件物理偏移的方法和系统。公开的实施例具有：具有光轴（704）的显示面板（702）；具有光轴（708）的第一透镜元件（706），该光轴（708）偏心显示面板光轴（704）第一距离（D1）；和具有光轴（712）的第二透镜元件（710），该光轴（712）偏心显示面板光轴（704）第二距离（D2）。该方法和系统限制了光学元件相对于显示面板光轴的位移，并使非常薄的高效的投影仪成为可能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及投影显示系统领域。更具体地，该专利技术涉及用于投影显示系统的投影光学器件。
技术介绍
显示系统一般可分为直观显示和投影显示。直观显示允许由直观显示系统的用户直接观察物体平面。投影显示系统投影来自物体平面的光于图像平面上，以便投影显示系统的用户观察来自图像平面的光。投影显示系统的图像平面可以是正面投影表面，其中显示系统和观察者位于图像平面的相同侧；或是背面投影表面，其中显示系统和观察者位于图像平面的相对侧。除非另外说明，本文提出的概念适于用正面和背面两种投影显示系统。投影显示系统依赖来自物体平面的光。该光可从位于物体平面的显示面板发射，例如通过等离子体放电面板、发光二极管阵列或阴极射线管荧光屏，或任何其它的光源。可替代地，光可通过位于物体平面的显示面板透射或反射，例如通过微镜阵列、透射型液晶装置、反射型液晶装置、摄影幻灯片，或能够反射入射光的任何物理物体。就彩色保真度、图像亮度、图像对比度、图像失真度和图像尺寸来说，在过去的十年到二十年间，现代显示系统已取得巨大进步。消费者对于显示系统的期望继续增加。因此，非常期望的是通过非常小的低成本的显示系统产生非常高质量的图像，并且该显示系统易于使用同时很好的适于典型的观看环境。
技术实现思路
本专利技术提供了用于产生具有高图像偏移的图像同时保持小形状因素(formfactor)、短投射或小形状因素和短投射两者的方法和系统。一个实施例提供了投影透镜，其包括具有光轴的显示面板，相对于光轴在第一方向上引入图像偏移的第一透镜组，以及在与图像偏移相反方向上移相光路的光学移相器。另一个实施例提供了投影透镜，其包括具有光轴的显示面板，基本准直来自显示面板的光并相对于光轴在第一方向上引入图像偏移的第一透镜组，以及聚焦显示面板图像于图像平面上的第二透镜组，其中第一透镜组中的元件相对于彼此偏移。另一个实施例提供了投影透镜，其包括具有光轴的显示面板，基本准直来自显示面板的光并在相对于光轴的第一方向上引入图像偏移的第一透镜组，和聚焦显示面板图像于图像平面上的第二透镜组，其中当图像具有100%或更多的图像偏移时，第一透镜组中的元件相对于每个光轴偏移不大于显示面板高度的20%。附图说明参考附图描述示例实施例，其中图1是投影显示系统的示意性视图，其示出投影仪投射比率。图2是典型的投影显示系统的示意性视图，其示出显示面板、投影透镜和显示屏幕之间的关系。图3A-3C是投影显示系统的示意性视图，其示出多个量的图像偏移。图4-5是投影显示系统的示意性视图，其示出图像偏移。图6是投影透镜的方框示意性视图，其示出三组光学元件。图7是投影透镜的示意性视图，其示出相对于显示面板的偏移。图8-12是根据本专利技术实施例的光学移相器的示意性视图。图13是根据本专利技术实施例，示出倾斜的透镜组的部分投影透镜的示意性视图。图14是根据本专利技术实施例，通过XZ平面的投影透镜的示意性视图。图15是通过XY平面的图14中投影透镜的示意性视图。图16是根据本专利技术实施例，通过XZ平面的投影透镜的示意性视图。图17是通过XY平面的图16中的投影透镜的示意性视图。图18是根据本专利技术实施例，通过XZ平面的投影透镜的示意性视图。图19是通过XY平面的图18中的投影透镜的示意性视图。具体实施例方式图1示出了投影图像于图像平面102上的投影显示系统100。投影仪100定位于距图像平面102的距离104处，并在该距离上投影具有高度106和宽度108的图像。距图像平面102或屏幕的距离104通常称为投影仪投射(throw)。投射距离除以图像宽度108的比率通常称为投射比率。某些应用，例如电影院，需要长投射以便放置投影仪在观众后面，从而其不会分散观众注意力。然而，在例如会议室的应用中，经常期望具有非常短的投射。短投射投影仪被期望以便允许在小房间中产生大图像。短投射投影仪也允许投影仪安置得更靠近图像平面。在某些情况下，安置投影仪靠近图像平面具有限制区域的优点，在该区域中人或物体可干扰图像投影于图像平面上。图2是典型的投影显示系统200的简化示意性视图，其示出显示面板、投影透镜和显示屏幕之间的关系。图2中，显示面板202、投影透镜204和显示屏幕206位于的平面都设置成正交于共同的光轴208。在图2所示的显示系统200中，光轴208穿过显示面板202和显示屏幕206的中心。因为图2中示出的三个组件中心都集中在光轴208上，即三个组件没有从光轴偏移，所以图2中示出的系统被认为没有偏移。虽然投影透镜204显示为单个正透镜，但是应该理解，该说明仅仅是为了便利，并不旨在投影透镜的实际说明。除非另外清楚地说明或通过上下文看出，术语透镜和投影透镜一般用于说明单个透镜或由光学元件组成的透镜系统。同样地，作为单个透镜、透镜组，或作为块的透镜和透镜系统的说明不旨在限制，且除非清楚地说明或通过上下文看出，其包括单个透镜、透镜组和与额外光学元件组合的透镜。图3A是投影仪300和屏幕302的示意性侧视图，其示出零偏移的配置。虽然投影仪300的光学结构相对简单和高效，但是这类投影仪的使用在许多应用上可具有限制。例如，如果投影仪300紧靠房间天花板安装，则投影图像的几乎所有上半部分将被天花板遮挡。安装在房间天花板上的零偏移的投影仪通常被安装在延伸部分从而使投影仪远离天花板被固定。使投影仪远离天花板需要的长延伸部分不仅仅不美观并且有时不稳定，其使投影仪进入房间中许多人的视野内，并因此分散了注意力。替代长延伸部分安装的是，在相对于天花板的一角度上安装投影仪从而防止图像碰到天花板上。当投影屏幕平行于房间的墙壁安装时，安装投影仪从而使光轴倾角向下朝向墙壁，其导致具有显著梯形失真的投影图像，其中图像的底部边缘比图像的顶部边缘更宽，且图像的两侧彼此不平行或也不正交于顶部或底部边缘。同样地，零偏移的便携式投影仪难以使用。便携式投影仪通常安放在桌子顶部表面上。对于零偏移来说，几乎一半的投影图像投射在桌子上，或如果投影仪被安放为在桌子边缘上方投影，则几乎一半的图像投影在桌子顶部以下水平的屏幕上，其中对于坐在桌子周围的人来说难以看见。或者，便携式投影仪倾角向上从而投影图像远离桌子，但如同投影仪倾角向下朝向屏幕的情形，投影仪倾角向上产生不良的梯形失真效应。为克服上述问题，许多投影仪设计成偏移投影图像。图3B是投影系统306的示意性侧视图，所述投影系统306设计成偏移投影于屏幕302上的图像到光轴304的一侧上。图3B中示出的投影仪被认为具有100%的图像偏移，因为投影于屏幕302上的图像完全在光轴304的一侧上。有计算图像偏移的多种方法。基于本公开并假设图像被垂直偏移到光轴之上，图像偏移将被认为从光轴到图像中心的距离除以一半的图像高度。虽然图像偏移一般通过定义光轴作为投影透镜的光轴计算，但是为了清楚，本文光轴将被定义为正交于显示面板并穿过显示面板中心的轴。图3C是投影系统306的示意性侧视图，所述投影系统306设计成偏移投影于屏幕302上的图像到光轴304的一侧。图3C中示出的投影仪308被认为具有150%的图像偏移，因为投影于屏幕302上的图像完全在光轴304的一侧，并离开光轴一距离，该距离等于在图像偏移方向上图像尺寸的25%，在图3C的情形中，该图像是垂直偏移的。因此，偏移距离，SP从光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.09 US 61/363,177;2011.07.06 US 13/176,8631.一种投影透镜系统，包括: 具有光轴的显示面板； 相对于所述光轴在第一方向上引入图像偏移的第一透镜组；以及 在与所述图像偏移相反的方向上移相光路的光学移相器。2.根据权利要求1所述的系统，其中在所述第一透镜组中的两个或更多个透镜相对于彼此偏心。3.根据权利要求1所述的系统，其中在所述第一透镜组中的全部透镜相对于彼此偏心。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一透镜组基本准直来自所述显示面板的光。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统可操作从而聚焦物体平面到平行的图像平面上。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学移相器是折射型光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·R·迪斯塔因，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：
国别省市：