[发明专利]带有自动聚焦系统的图象投影设备

说明书

本发明涉及一种图象投影设备，该设备包括具有至少一个用于产生待投影的图象的显示板、用于把由显示系统形成的图象投影到投影屏上的投影透镜系统、带有提供焦距测量光束的辅助辐射源的聚焦错误检测系统、以及用于把投影屏反射的焦距测量光束辐射转换成焦距误差信号的检测单元。

术语“图象投影装置”具有广泛的含义，并包括用于显示诸如视频图象、图形图象、数字信息或其组合的装置。图象可是单色或彩色的。在后一情况下，显示系统可包括三个色度通道，比如用于基色红、绿和兰的，每个通道都适配于一个显示板。显示板最好由阴极射线管的显示屏组成，但最好由液晶显示板组成，在后一种情况下，显示系统包括一用于照亮板的照明单元。

现行的图象投影装置包括变焦距透镜形式的投影透镜系统，用于把放大的图象投影到距投影装置诸如几米远的投影屏上；其中投影距离的每一改变，均要求通过手动或可能的话通过一遥控单元，通过重新调节变焦距透镜，来对图象进行重新聚焦。另外，由于温度变化等，图象投影装置的光学元件会发生相对移动。因此这些已知的图象投影装置要求用户具有更多的时间、精力和技能。若一种图象投影装置具有自动聚焦系统，即能测量显示板和投影屏之间的距离并根据该测量自动调节投影透镜系统的焦距的系统，则它的使用将得到大大的改善。

在公开的日本专利申请(公开)3-149538号中，描述了一种图象投影装置，其中一辅助辐射源向屏发射不可见的红外光束，且屏反射的辐射束被一位置检测器检测。利用该系统(它被称为三角系统)，可测量源和参考平面即辐射源和/或检测器所在平面之间的距离。此信息被用来沿光轴移动整个投影透镜系统，以使该系统和屏之间能适合于投影透镜系统的焦距。该系统的缺点，是测量光束不与投影镜系统和显示板相耦合，因而不能保证投影系统的焦距总是与屏和显示板之间的距离相适应。

本发明的一个目的，是提供一种用于图象投影设备的聚焦误差检测系统，它基于新颖的原理并且非常简单且成本低谦。为此，根据本发明的图象投影装置的特征在于辅助辐射源设在从投影透镜系统看与显示屏所在平面有效重合的平面中，该辅助辐射源被投影透镜系统成象为投影屏上的一个点、设置了一种辅助透镜系统以把该点成象为检测单元上的辅助点、且该单元为点尺寸测量单元。

这种聚焦误差检测系统检测显示板是否总是清晰地成象在投影屏上，而与投影透镜系统与图象投影装置之间的距离无关，从而当情况不是这样时能调节投影透镜系统的焦距。另外，也借助此投影透镜系统来测量聚焦误差。

已公开的日本专利申请3-239085号，公开了一种带有聚焦误差检测系统的图象投影装置，其中借助投影透镜系统测量聚焦误差。然而，焦距测量光束不是由有效地设置在显示板所在平面中的辅助辐射源提供的；而是由提供投影光束的主辐射源提供的；该主辐射源被设在显示板之后。在这种已知设备中，所测量的是主辐射源与投影屏之间的距离，而不是显示板和投影屏之间的距离。另外，在该装置中，焦距测量光束没有被聚焦成投影屏上的点，且为了测量聚焦误差，需要把设置在一个色彩通道中的反射器手动地移动到该通道之外，以使焦距测量光束能达到位于所述镜之后的光路径中的检测器。

反射的焦距测量光束是被投影屏反射的焦距测量光束辐射的一部分所形成的光束，它被辅助透镜系统所接收并到达检测单元。由于投影屏要把来自显示系统的信号光散布到很大的视角中，所以对焦距测量光束而言它是一个散射反射器。因此，投影屏所反射的焦距测量光束辐射仅有一部分进入了辅助透视系统而聚焦在检测系统上。这部分反射焦距测量光束辐射的强度要够地大，以产生适当的焦距误差信号。

投影透镜系统的焦距调节，可通过在聚焦误差信号的控制下沿光轴移动整个投影透镜系统来实现。

其中投影透镜系统是变焦距透镜的图象投影装置的特征最好还在于聚焦误差信号被加到用于变焦距透镜的可调节透镜组的致动器上。

该可调节透视组最好是被称为变焦距透镜的前组的透镜组。

在已公开的日本专利申请(公开)3-141336号中，描述了一种图象投影装置，其中自动聚焦误差检测系统控制着变焦距投影透镜系统的前组。然而，该专利申请没有显示聚焦误差信号是如何产生的。

图象投影装置的另一个特征，在于辅助辐射源位于显示板所在平面中并在该板以外。

此时，应保证屏大于投影图象的最大尺寸。

在图象投影装置的最佳实施例中，不必再把辅助辐射源设置在这样的平面内，该平面是显示板所在平面相对于与投影透镜系统的光轴成锐角地延伸的波长选择反射器的镜象。