具有干擦除屏幕的组合前投射系统

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本发明涉及组合前投射显示系统。本发明特别地涉及小型组合前投射系统，协调专用投影镜片和组合屏，使其与镜片最佳地工作，获得最好的观看性能和进行必要的梯形校正。\n电子或视频显示协调是能提供视频或电子生成图像的装置。无论使用在家庭娱乐、广告、视频会议、计算、数据会议或分组显示，存在着对合适视频显示装置的需求。\n图像质量在选择视频显示装置时成了非常重要的因素。但是，随着对可提供较大图像的显示装置的需要的增加，诸如成本和装置尺寸和重量的因素变得至关重要。较大显示系统适用于分组或交互放映。显示系统箱体的尺寸成为重要因素，尤其对家庭或办公使用时没有可安放大壳体或箱体的空间时更为重要。显示系统的重量也是重要因素，尤其是对手提或墙上安装的显示。\n目前，最常用的视频显示装置是典型的阴极射线管(CRT)监视器，通常被称为电视机。CRT装置对需要小或中等大小的图像(图像尺寸通常是沿着矩形屏幕的对角线测量的)的应用，相对价格低廉。但是，随着图像尺寸增加，大型CRT监视器的巨大面积和重量变得笨重，严重地限制了监视器的使用和安放。随着屏幕尺寸增加，也出现了屏幕曲率问题。最后，大型CRT监视器消耗相当多的电力，并产生电磁辐射。\n对常规CRT监视器的一个替代是背投电视。背投电视通常包括一投射机构或引擎，被包含在一个大外罩内，用来在屏幕的背部上进行投射。背投屏被设计成使得投射机构和观看者位于该屏幕的相对侧。该屏幕具有光传输性，把所传输的图像引导至观看者。\n由于其自身性质，背投系统需要在屏幕后面的空间，以适应图像光束放大所需的投射空间。由于背景和环境反射光会严重降级背投图像，外罩或箱体通常包含了投射空间。外罩可包含一面或多面镜子，以便弯折光路并减少外罩的厚度。对“屏幕后面”空间的需要排除了背投显示器安装在墙上的可能。\n新型的视频显示系统包括所谓薄型等离子显示器。许多关注已投向等离子显示器以提供相对薄箱体(大约为75-100毫米厚)的能力，使其作为整体紧凑包装图像显示器可安装在墙上。但是，目前等离子显示器价格贵、存在低强密度(大约200-400cd/m2范围)缺点且维修困难。等离子显示屏笨重(大约80-170磅，大约36-77公斤)，安装它们的墙体需要结构加固。\n还没有对其较新应用引起同样关注的传统式视频显示装置是前投射系统。前投射系统是投射机构和观看者在屏幕同侧的装置。前投射系统提出了背投中没有出现的许多不同光学和布局的挑战，因为图像被反射回而不是传输给观众。前投射系统的例子是使用手提式前投射器和前投射屏，应用在会议室或诸如飞机舱中。\n前投射器的一个优点是投射机的体积。电子前投射器被传统地设计成最小可能的“足印”，用来描述投射器在桌子或椅子上所占用的面积。手提式前投射器已设计成具有大约10-20磅(大约4.5-9公斤)的重量。\n然而，前投射系统传统地不被认为对较新的交互式应用有吸引力，因为存在诸如图像被投射器或演讲者阻断、图像亮度差。图像失真和调整等困难。\n传统的电子前投射器一般需要可提供图像放大必需的空间而没有任何物理阻碍物的房间。虽然图像可投射在大而干净的平坦表面上，如墙上，但是，使用分立的屏幕可获得更好的图像质量。图1和图2表示一传统的前投射系统。投射器10放置在桌子或高架表面上，把图像投射到一屏幕或投射表面20上。那些熟悉电子投射器用途的人员将理解，把投射器倾斜低于屏幕的正常轴下面会发生称为梯形效应的图像形状失真。大部分电子投射器提供有限的梯形校正。但是，从图2中可知，投射器的位置仍会干涉观众的视力线。\n具有较重要意义的是这样的事实，为了获得合适的图像尺寸以及也由于焦点的限制，投射器10在屏幕20前面需要某个“投射区”。表格A列出了目前在市场中某些常见的电子投射器的公开的规格。\n表格A\n  投射器型号   透镜焦  点长度   图像对角  线   最小屏幕  对角线   最短投射  距离   投射比   最大梯形  校正   CTX Opto  ExPro 580   *   163毫米  透射LCD   1.0米   1.1米   1.1   20度偏移  /光学的   InFocus  LP425   *   18毫米  反射DMD   1.3米   1.3米   1.2   18度偏移   Chisholm  Dakota  X800   43-58.5  毫米   23毫米  反射LCD   0.55米   1.2米   2.2   15度  电子   Epson  Powerlite  7300   55-72  毫米   33.5  透射LCD   0.58米   1.1米   1.9   *   Proxima  Impression  A2   45-59  毫米   23毫米  透射LCD   0.5米   1.0米   2.0   12度偏移   3M  MP8620   167  毫米   163毫米  透射LCD   1.0米   1.2米   1.2   16度偏移  /光学的\n*在出版的规格中没有给出\n投射距离定义为从投射透镜到投射屏的距离。投射比通常定义为投射距离与屏幕对角线的比例。所列投射器可用的最短投射距离是1米。为了获得40至60英寸(大约1至1.5米)之间较大的图像，大多数投射器必须定位在离墙或屏幕至少8至12英寸(大约2.5至3.7米)处，甚至更远的地方。\n在屏幕前的“投射区”的存在防止观看者近距离地与投射的图像交互动作。如果演讲者例如希望接近图像，则演讲者会阻断投射，在屏幕上投射一影子。\n传统的组合投射器需要光学调整，例如每次投射器重新定位的聚焦以及机械调整，例如前支撑脚的升高。电子连接，例如与膝上计算机的电子连接，通常直接与投射器相连，从而迫使投射器需被演讲者方便地存取，或演讲者事先进行必要的布线。\n前投射器的另一个问题是环境光线的干涉。在传统的投射器中，相当部分的投射器光线被散射，没有反射回到观众。光的损失造成图像亮度的减弱。因此，希望有高反射的屏幕。但是，屏幕反射越多，环境光源对投射的图像质量的可能降低级越大。目前的解决方法是，在观看高质量投射系统如35毫米彩色摄影幻灯片显示系统时，设法消除环境光。在某些非常重要的观看场合，甚至作了控制来源于投射器自身光的再反射的尝试。\n某些屏幕设计者尝试用“单向反射”屏幕来解决环境光的问题，即投射屏尝试吸收不是来源于投射器的光，同时使来自投射器方向的入射光的反射最大化。然而，由于手提式投射器实际上是可移动的并使用于各种投射距离和投射角度，已证实让用于各种可能投射器位置和光学特性的屏幕最佳化是十分困难的。\n另一个选择是设计专用的投射实施。这种设计必须有一专用会议室，在该室，投射器和屏幕在该室的位置以及投射器的光学特性被严格地控制和校正。可用结构元件从天花板悬挂所选的投射器。一旦校正好，此系统将永久的固定。这种设施存在成本高且缺乏移动性的问题。\n阻碍前投射器的最佳性能的另一问题是梯形效应。如果投射器的设置偏离屏幕中心，会发生梯形失真。梯形失真是一种特殊的图像失真，即投射矩形或正方形图像会产生类似于梯形的屏幕图像，如具有上下边平行但边长不等的四边形。\n减少梯形失真的方法同样取决于投射器相对于屏幕的位置。使用光学和电子方法可实现梯形校正。对LCD图像的大梯形校正，目前最好用光学方法，因为电子方法会由于像素未校准而造成像素失真。目前就申请人所知，商用手提式电子前投射器的可用光学梯形校正是10度至20度之间。\n存在着对大屏幕显示系统的需求，它提供有效的空间利用、重量轻和价格有吸引力。这类系统应最好在室光的条件下提供明亮而高质量图像。而且，需要改进的屏幕结构来提供改善的图像分辨率和亮度。\n发明概述\n本发明提供改进可视图像质量的投射屏幕的性能增强的屏幕结构。\n根据本发明的一个方面，前投射屏包括一后结构层和一前扩散层。该结构层由多个槽组成，可用来把光导入一限定的观众观看区。该扩散层与该结构层相耦合，并由无光聚酯薄膜组成，以在该扩散层的前表面上提供干擦除性能。例如，无光聚酯薄膜可以是TEKRA Marnot XL无光Melinex聚酯薄膜。而且，结构层可形成为具有光泽白涂层的丙烯酸酯线性柱状结构。该丙烯酸酯线性柱状结构和该无光聚酯薄膜可通过如层压相耦合，或通过挤压成单一构件相耦合。\n此外，本发明是一组合前投射系统。该前投射系统可包括一与投射屏相耦合的投射装置。而且，该投射装置可移动地耦合，并可以是一悬臂，可从一封闭的非投射位置移动至一打开的投射位置。\n再者，本发明是一把图像投射至所需可视空间的组合方法。此方法包括如上所述和下面将详细描述的结构层和扩散层。\n附图的简要说明\n图1是传统的投射装置和屏幕布置的透视图。\n图2是图1所示布置的侧视图。\n图3是根据本发明在使用或在投射位置的组合前投射系统的透视图。\n图4是图3所示在关机或储藏位置的组合前投射系统的透视图。\n图5是图3所示在使用或在投射位置的组合前投射系统的侧视图。\n图6是图3所示组合前投射系统的悬臂和投射头第一实施例的示意侧面剖视图。\n图7是图3所示组合前投射系统的悬臂和投射头第二实施例的示意侧面剖视图。\n图8是根据本发明在使用或在投射位置的组合前投射系统的第三实施例的侧视图。\n图9是根据本发明组合前投射系统的悬臂和投射头第四实施例的示意剖视图。\n图10是根据本发明组合前投射系统的悬臂和投射头第五实施例的示意剖视图。\n图11是图10所示组合前投射系统的顶视图。\n图12是根据本发明的组合前投射系统的第六实施例的透视图。\n图13是根据本发明的组合前投射系统的第七实施例的透视图。\n图14是根据本发明的光分布受控的前投射屏幕的垂直反射模式的侧视图。\n图15是图14所示前投射系统水平反射模式的示意图。\n图16是根据本发明的光分布受控的前投射屏幕的垂直剖视图。\n图17是图16所示前投射屏幕的水平剖视图。\n图18是图3所示组合前投射系统的蜂窝结构部分的透视图。\n图19是图18所示蜂窝结构部分的详细示意图。\n图20和图21是根据本发明的投射屏和其限定的光分布的另一个实施例的侧视图和顶视图。\n图22至图25是根据本发明表示其前扩散层和后结构层的更详细情况的图20和图21的投射屏的正视图、侧剖视图和局部剖视图。\n本发明的详细描述\n本发明的一较佳实施例包括一前投射系统，它把具有模块控制和电源电子部件的光学器械和一专用的投射屏组合，提供一体积小且重量轻的视频显示装置。图3至图6表示根据本发明的组合前投射系统100的第一实施例。\n前投射系统100包括安装在框架104上的一专用高增益投射屏102。投射头106通过悬臂108枢轴地安装在位于铰接部件110处框架104的上部中央。悬臂108可旋转90度，使投射头106从闭合或储藏位置枢轴地旋转至打开或投射位置。\n屏幕102与投射头光学地相耦合。屏幕102可以是延伸超过框架104的柔性材料或可以是刚性组件。在另一实施例中，屏幕和框架两者都由整片材料构成。屏幕102可包括多层或特殊涂层，使之作为可擦白板使用。\n框架104包含和支承系统的其它组件。框架104可容纳其它组件如组合话筒112、输入和输出插座113和控制面板114。在本示例性实施例中，投射系统100的机械底座、悬臂108和框架104包括轻质材料如镁化铝或塑料复合材料。因此，整个投射系统相对重量轻(20-25磅，9-11公斤)。\n在本示例性实施例中，悬臂108是刚性而中空的。悬臂108包括模铸铝或镁，或其它合适材料，四周围有硬塑料套。在框架104的上部和中央，铰接部件110允许投射臂108和投射头在闭合(储存)位置绕枢轴旋转至打开(使用)位置。图4表示在闭合或储藏位置的投射系统100。当不在使用时，悬臂108可保持在闭合位置，基本上与框架104平行，从而对物体可能在框架104前面移动不构成阻碍。尽管所示悬臂折迭回观众的左边位置，但系统可改成使悬臂和投射头储存在观众的右边位置。选择储藏位置的能力对系统安装前避免在投射区中出现的障碍物是有价值的。悬臂108的旋转能力对投射系统的最小厚度起作用，在储藏位置时大约2-3英寸(5-7.5厘米)。\n系统100允许投射头106设置对光学屏幕102以工作或投射模式被精确枢轴地对准。在系统100中，使用位置为悬臂与屏幕成直角，通常在屏幕上面。但是，其它实施例可设计成围绕其它预定的位置。二个位置之间的移动可用手动方式或电机驱动方式。\n在本实施例中，驻留在铰接单元110内的电机116控制悬臂108的移动。电机116可以是交流的、直流的、由凸轮人工驱动的、过心凸轮(弹簧加载)的或提供可靠重复位置的其它任何合适类型的。电机116是具有二限位传感器开关的精密导向齿轮驱动电机，以精确定位悬臂108，从而投射头106处在精确而重复的闭合位置和开启位置。\n悬臂108的移动和投射器系统100的功能可通过控制面板114、遥控(未示出)或其它控制机构来控制。虽然透射系统100的悬臂108被枢轴地固定在单一点，但是，那些在本领域的技术人员会容易地理解在本发明的精神内可实施各种不同的连接和/或枢轴的机构。在另一实施例中，投射头和悬臂可包括附加的铰接或伸缩移动，悬臂可与框架的其它部分或与墙或杆相联接。\n如对图14至17更详细的解释那样，系统100使投射机与投射头106对屏幕102的精确定位的耦合最佳化，以产生高反差、最佳亮度增强、图像均匀、最佳图像位置和准确焦距。由于投射机的光学参数已知且选用兼容性，以及投射头106在使用位置中的精确位置是已知和预定的，所以，示例性屏幕102可进行设计并最佳化，以为观众提供最大的照明，同时减少环境的干扰。\n工作时，投射系统100产生具有多根光线162的光束。在屏幕定义Z平面的坐标系统中，每根光线162包括沿水平x平面和垂直y平面二个平面的分量。每根光束162入射在屏幕102上的角度取决于投射器的光学特性，如f-数和投射头106相对于屏幕102的位置。\n图14是垂直轴光学图的侧向图，表示投射系统100发出的光线162的反射。点60是投射头在“使用”位置时投射透镜140(图6中所示)的理想点源的已知精确位置。光束在屏幕上的入射角沿正x方向(见图14中方向轴)增加。\n在传统的屏幕中，光线162中每根光线会根据其入射角被反射。尤其在系统100的投射角为锐角时，所生成的光图案会散射，光线中只有一部分到达观众。为了补偿入射角的逐级增加，屏幕102包括一垂直分级反射图案，适于接收以期望的入射角对屏幕102上每个点所投射的光线和沿着垂直平面以大约法角反射光线。光束162在垂直地接近法线方向被反射，因为那对应于观众的期望位置。在另一个期望观众在不同位置的实施例中，可实施不同的反射图案。\n图15表示从点60发射的光的水平分布的顶视图。由于观众被期望为水平分布，屏幕的水平反射图案安排成可在水平方向上提供较宽的照明分布。\n图16表示投射屏104的放大垂直剖视图。图17表示该屏幕的放大水平剖视图。投射屏包括多层材料。屏幕104包括第一线性菲涅耳透镜元件170、第二线性菲涅耳透镜元件172和反射组件174。第一和第二隔离元件171和173可分别设置在菲涅耳元件170和172之间以及在第二菲涅耳元件172和反射元件174之间。线性菲涅耳透镜元件170和172分别包括平面侧176和178，和棱柱侧180和182。第一菲涅耳透镜元件170包括在其平面侧上的全相扩散簿层184。扩散层184起着图像接收表面的作用。棱柱侧180包括以分级图案水平走向的多个线性槽186。槽186设计成控制垂直光的分布。透镜中心位于投射屏顶部的附近。\n第二线性菲涅耳透镜元件172的棱柱侧182包括面向第一线性菲涅耳透镜元件170的多个槽186的多个垂直槽188(图17)。第二线性菲涅耳透镜元件172有一位于延伸通过屏幕中心的垂线上的透镜中心。第二线性菲涅耳元件172的平面表面178面向一后反射器174，该反射器具有垂直线性结构，在观众方向把光反射回。该结构后反射器的槽最好具有圆柱形状，如双凸透镜结构，或可以是近似于圆柱形的微小面重复槽图案。后反射器174的入射表面175可以是镜面或扩散反射、金属的或涂白的，取决于屏幕增益量和所要屏幕外形的类型。第二线性菲涅耳透镜元件172与结构后反射器174一起，提供光在水平方向上的传播分布，以适应水平地位于屏幕前面的观看者。作为选择，反射器结构174可嵌在平面表面178中，以减少屏幕元件的数目。\n屏幕的另一个实施例包括3M多层薄膜技术，诸如在转让给3M的美国专利6,018,419中所述那样。\n例如，图20-25说明根据本发明的前投射屏幕的另一个实施例。通常，投射屏800能与现有的组合投射系统一起使用，本身设计用于短距离投射的偏轴投射。而且，投射屏幕800对限定的观众观看区804具有光在水平方向上的广角分布，和在垂直方向上的受控非对称分布。投射屏幕800能对投射矩阵图像消除莫尔(Molre)条纹，也能提供一平而耐久前表面，使其具有干擦除白板的性能。\n图20和21投射屏800和其限定的光分布的侧视图和顶视图。如图所示，投射装置透镜802能把图像投射到投射屏幕800上，图像然后被反射作用以点A和B部分地为界的观看区内观看之用。投射屏幕800有一在前表面上的表面扩散层806和一在后表面上的白色反射水平微棱柱结构层808，层808把光导入限定的垂直观众观看区804。前表面上的表面扩散层806能起二个作用，把被反射光从结构层808中传播出去和防止光源从投射透镜802第一表面反射至观看区804。\n更加具体地，图20代表偏轴系统的投射系统。在这种系统中，图像以与屏幕800的垂直轴不成一直线(即偏轴投射)的锐角导向屏幕800。因此，屏幕800如期望那样把被反射光导入观看区804。\n图21代表同轴的投射系统。在这种系统中，图像以与屏幕800的垂直轴成一直线(即同轴投射)地导向屏幕800。图21中的屏幕800如期望那样也把被反射光导入观看区。然而，在这种同轴投射配置中，为了提供良好的可视图像质量，屏幕无需要求像偏轴投射屏幕要求的那样。\n图22至25表示屏幕800实施例更详细细节，包括提供改善的可视图像质量的扩散层806和微棱柱结构层808、特别是，图22至25是屏幕800的前视图、侧剖视图和局部透视图，显示了扩散层806和结构层808的更详细细节。\n在所描述的实施例中，能选择反射微棱柱槽的间距，使来自已知间距矩阵图像的投射的莫尔条纹最少。也不存在体扩散器，在水平方向或垂直方向分布光，从而基本消除屏幕的闪烁和斑点问题。投射屏800能重现为单一元件，没有多个组件的重迭。而且，扩散层806当由如下所述例如TEKRA Marnot XL无光Melinex聚酯薄膜或CLAREX DR-IIIC光扩散滤层和应用干擦除涂层组成时，可起着干擦除笔用书写表面作用。\n现看图22，描述的是示例的投射屏800。此投射屏可为4∶3纵横比，如48英寸(122厘米)宽36英寸(91.4厘米)高，可有多个水平槽(用水平虚线代表)，以提供反射结构层808的水平微棱柱结构。在此实施例中，槽809中每个槽以上升面和边缘为特征。槽809的结构和走向根据它们离投射屏800顶部的距离“Y″内的位置而变化。\n图23是投射屏800的顶部(例如，Y＝0.5毫米)附近的扩散层806和结构层808的侧剖视图。如所示那样，结构层808包括具有上升面810和边缘812的槽809。相反，图24是投射屏800的底部(例如，Y＝920.5毫米)附近的扩散层806和结构层808的侧剖视图。在投射屏800底部，上升面810和边缘812可与投射屏800的顶部附近的图23所示的完全不同。请注意，这些几何形状从槽809的顶部到底部的变化可作选择，使得垂直光分布进入观看区。\n图25是投射屏800的局部透视图，表示投射屏800的附加特点。图25表示在上升面810和边缘812的表面中形成的波纹814，与槽809方向横切。此波纹814提供在水平方向中增强的光分布，由一振荡仿形切割工具制成。\n在图20至25的实施例中，扩散层806最好提供一干可擦前无光投射表面，而在另一实施例中，扩散层806可提供高增益银涂层或其它适用前投射屏的非干可擦表面。为了提供干可擦性能，扩散层806可由TEKRA Marnot XL无光Melinex聚酯薄膜构成。此聚酯薄膜可层压成丙烯酸酯线性棱柱结构层808，该层又具有一有光泽白色涂层和一任选的粘结背衬。作为选择，TEKRA聚酯薄膜扩散层806和结构层808可挤压成无分立、层压成的单一结构。连同扩散层806一起，结构表面808上的水平棱柱槽809设计成如上讨论那样使被反射光垂直地导入一限定的观看区804。附加传播由扩散层806的无光前表面和线性棱柱槽809的任选曲线控制。而且，如图25那样的线性波纹图案可用来增加水平方向中光的传播。\n可用来构成干可擦扩散层806的另一材料是粒状白色扩散塑料，如CLAREXDR-IIIC光扩散滤片。在这种情况中，一干可擦涂层被施加于前表面和形成在CLAREX材料的后表面中的线性水平棱柱槽809。槽809然后可与铝或类似镜面涂层一起控制光在垂直方向上的反射分布。同样，波纹图案可用来提供光在水平方向中的分散。\n在一示例性实施例中，投射屏800是高为36英寸(91毫米)、宽为48英寸(122毫米)、对角线为60英寸(152毫米)的本组合前投射系统的一组合组件。在此实施例中，当悬臂在投射位置，投射透镜802位于离投射屏800大约752毫米处，在投射屏800顶部的上面大约67.7毫米，且水平向下大约15度。而且，在此实施例，观看区804从离投射屏800大约1000毫米开始。投射屏800附加地以表格B所列参数为特征。\n表格B\n\n对于透镜状槽809的间距，选择间距，ρ＝0.075毫米，以消除屏幕结构和投射像素之间的莫尔条纹。在这种情况下，投射像素的尺寸P和槽间距ρ的比例为：\nP/ρ＝n+1/2，其中，n＝16\n结构薄膜808的厚度为8-10密耳，在高为36英寸(91.4毫米)、宽为48英寸(122毫米)的屏幕上为无缝的，其线性微槽出现频率固定为每英寸333条槽(每毫米13条槽)。\n在此示例性实施例中，关于角度，槽809边缘角和上升面角是以屏幕平面为基准的。假设槽位置以从屏幕顶部的垂直距离Y为基准，透镜中心(过渡点)是约为Y＝168毫米(从屏幕顶部)。在此实施例中，所有上升面角固定在82度，反射槽边缘角F用下列多项式方程式表示(所有角以度为单位)：\n对0≥Y＜168毫米：\nF＝F0+a(168-Y)+b(168-Y)2\n其中，F0＝+1.143E-2\n      a＝+3.549E-2\n      b＝+6.351E-6\n对168毫米＜Y ≤921毫米：\nF＝F0+a(168-Y)+b(Y-168)2\n其中，F0＝+4.588E-2\n      a＝+3.46E-2\n      b＝-1.097E-5\n假设这些方程式作为描述角度，表格C给出高于和低于透镜中心过渡点Y＝168毫米的某些选择的槽的角度值。\n表格C\n  F＝6.134度   在Y＝0.5毫米   F＝4.158度   在Y＝53.5毫米   F＝2.073度   在Y＝110.5毫米   F＝0.0292度   在Y＝167.5毫米   F＝0.0629度   在Y＝168.5毫米   F＝5.347度   在Y＝329.5毫米   F＝11.649度   在Y＝549.5毫米   F＝19.87度   在Y＝920.5毫米\n应进一步注意，上述讨论值和配置的细节可以按需修改和变化，取决于屏幕使用的特殊投射环境。\n如在图5中可知，投射系统100以精确角度设置投射头并与投射屏10距离近，因此使演讲者的干扰的可能性最小化。光学头设置在径向偏移的投射悬臂108的端部提出了独特的机械和光学的挑战。甚至约为7磅(3.2公斤)最轻和最紧凑常规手提投射器会对结构部件产生不平衡的应变。光学上，均匀聚集图像必须的投射距离使长悬臂必不可少，从而造成臂在结构上放大应力。即使结构上良好，系统会投射出一严重梯形失真和相对小的图像。\n电子光学机包括成像和电子组件。如图6中较佳地所示，在投射系统100中，悬臂108为刚性中空结构。悬臂108的结构限定了臂腔122，允许模块和分立地设置灯控制器模块118和成像模块120。灯控制器模块118包括控制板、整流器和其它电子组件。电子元件通过内电源和数据连接阵列内部相连。成像模块120包括灯源、投射光学部件、彩色轮和成像器。通过沿悬臂和框架分布投射系统的组件，在铰链和悬臂上可承受较小的负载。同样，使较小的投射头体积成为可能。在本领域的技术人员会认识到，各种不同模块布局在本发明的另一些实施例中是可能的。例如，作为选择，电子模块组件可设置在框架104内部。\n在传统的投射器设计中，需要相当数量的EMI/RFI屏蔽，以减少灯和电子部件之间的EM串扰和保持射频密封。电子组件20在悬臂内的分立设置自然地减少EMI/RFI干扰。而且，在示例性系统100中，灯源和控制电子模块118由包括多个六角形小室125的蜂窝结构124封闭。蜂窝结构包围成像模块120，提供EMI/RFI屏蔽和热管理特性。图18和19表示蜂窝结构124的详细细节。如在美国专利6,109,767“投射器用的蜂窝光和热护罩”中所述，六角形小室的形状、走向、厚度和尺寸可变成衰减特定电磁频率。在现有示例性实施例中，六角形小室125通常沿着悬臂108纵向地成一直线，并以一预定特定角φ取向来衰减高电的磁频率。蜂窝结构124是具有0.25-0.0625英寸(0.635-0.159厘米)小室大小S、0.002英寸(约0.005厘米)箔厚T和耐腐蚀涂层的六角铝芯。电子组件的物理分开和蜂窝结构提供足够衰减，以减少对其它传统涂层或屏蔽的需求。\n现有布局也提供了有效的热管理系统。一空气进口126位于铰接单元110的壳体。位于投射头106中的风扇130通过空气进口126吸入空气，穿过中空投射悬臂108内部，冷却位于那里的成像模块120。空气通过空气出口129排出投射头106。空气也可通过投射头106吸入。也可利用冷却空气流来冷却位于投射头106中其它组件或也可应用分立的冷却空气流或热管理元件。\n蜂窝结构124的走向也可设计成作为对流散热器，吸收电子模块118产生的热能，用对流把热传递进入由风扇130抽吸的冷却空气流。蜂窝结构的取向使得把空气流导向敏感的组件上。蜂窝结构124的不同部分可具有不同的倾斜角，把空气流导入不同的组件。腔室122也可分别包括外部或内部肋片127和128，对灯和电子器件两者的冷却起着高效热交换器的作用。用蜂窝结构124把冷却空气流导入内部肋片128的能力允许进行更佳的对流冷却，因而可能使用低CFM风扇130或甚至使用自然形成的对流。悬臂和蜂窝结构提供的冷却布局也允许有非常小的总功耗和低的可听见噪声。\n商用电子前投射器设计成在规定的投射距离(TD)投射一规定的屏幕对角线D。投射器的投射比(TR)定义为投射距离与屏幕对角线之比。放大率用屏幕对角线/图像对角线来测定。光学上，投射系统100的投射头106的无阻碍布局需要图像同时适应三个必备条件：(1)短投射距离；(2)高放大率；(3)高梯形校正。为了使图像荫影最小化，在本示例性实施例中，投射器头106定位与投射角约15度，悬臂约为30英寸(76.2厘米)。屏幕102具有对角线为42至60英寸(107至152厘米)之间。因此，示例性显示系统100的设计目标包括：(1)投射距离≤800毫米；(2)放大率≥60X；(3)投射角的梯形校正约为15度。\n结合图6，投射头106包括灯单元132、成像器或光阀134、聚光部件136、彩色轮138、聚光镜139和投射透镜140。投射头也可包括偏光转换器(偏振旋转成像器)、红外和紫外吸收或反射滤光器、可与换灯机构耦合的替代光源、反射器镜和其它光学组件(未示出)。灯单元132包括一反射器131和一灯133。反射器131通过彩色轮138聚焦灯133产生的光束。然后，由聚光部件136和聚光镜139聚光。聚光的光束从聚光镜反射出，并导向反射成像器134，由它再把光反射进入投射透镜140。\n灯单元132包括一椭圆反射器131和一高强度弧135、放电灯133，诸如来自荷兰Eindhoven的菲利浦公司的Philip UHP型或来自德国伯林奥斯兰公司的OSRAM VIP-270型。可使用其它合适的灯泡和灯装置，诸如金属卤化灯或卤化钨灯。\n在现有示例性实施例中，成像器134包括一具有约为18毫米(0.7英寸)对角线的单一XGA数字微镜装置(DMD)，诸如德克萨斯州达拉斯德州仪器公司制造的那些装置。彩色轮138是一旋转的红/绿/兰颜色序列圆盘，在投射图像中产生1670万种颜色。在另一实施例中，彩色轮和成像器134可用不同的合适的配置来替代，诸如液晶RGB彩色序列光闸和反射性或透射性液晶显示(LCD)成像器在本领域的那些熟练的技术人员将容易的理解，根据本发明的精神其它光学组件和装置是可能的。\n成像器134和灯132可用风扇130产生的空气流来冷却。本实施例的装置的另一个热学优点是较热组件如灯位于冷却空气流路径的端部，从而防止来自灯的大量热量影响专用电子组件。\n透镜140的焦距是对屏幕102上的光学分辨率而预先设置的。为了提供充分的梯形校正，光阀中心可从投射透镜中心移动相等于投射角的数量。梯形校正特点不只对光学部件作限制。梯形校正光学部件、电子梯形校正手段和屏幕倾斜可结合起来获得一合适的图像。在另一个实施例中，屏幕可用电机驱动，以在悬臂处在一打开位置时到达一倾斜的投射位置。\n图7表示本发明的第二个示例性实施例。标号中最后二位数字代表在所有示例性实施例中类似元件。为了进一步减少光机构的尺寸和减少投射头206和悬臂208的尺寸和重量，灯208和风扇230设置在铰接单元210内或框架204内。电源和电子组件218位于框架204内侧和屏幕202后面。序列彩色轮238、投射透镜240和聚光部件236包括聚光镜239保留在投射头206内。柔性照明波导242穿过投射悬臂208，并把来自灯或光源232的照明耦合至聚光部件236。灯232把光聚焦进入照明波导242的入口孔246。光由照明波导242传输至出口孔245，然后在那里把光通过彩色轮138导入聚光部件236和239。在本实施例中，照明波导242可以是固态大芯塑料光学纤维，如日本Sumitomo 3M有限公司的Spotlight型LF90FB，或美国加州Irvine的Lumenyte国际公司的Stay-Flex型SEL400。\n系统200中冷却是以与系统100中的相反方向进行的。冷却机构或风扇230从位于投射头306中的空气进口226抽取空气，并通过位于铰接单元210中的排气口排出空气。\n图8表示根据本发明的投射系统300的第三个示例性实施例。投射系统300包括沿着枢轴臂308的中间跨度安装的投射头306。投射头306基本上类似于系统100中的投射头106。投射头306的投射透镜340投射的图像从一镜或反射表面反射至屏幕302。光学系统300的布局允许有一增加的投射距离和放大率而同时保持相同的悬臂长度，或用较短的枢轴悬臂有相同的投射距离和放大率。\n图9表示根据本发明的投射系统400的第四个示例性实施例，有一屏幕402、框架404、投射头406和悬臂408。投射系统400的投射头406包括一灯432，光学地与传输彩色轮438和聚光部件436成一直线。在经过彩色轮438和聚光部件436后，光束聚焦在反射成像器434上，而成像器又把光束导向负焦距投射透镜440。投射器系统400包括灯控制器电子部件418和成像器用的一分立模块驱动板448。\n图10表示根据本发明的投射系统500的第五个示例性实施例。在投射系统500中，系统电源电子部件519位于框架504内侧。铰链510把支承投射头506的悬臂508与框架504相耦合。电子控制板550位于悬臂508内。投射头506包括一灯单元532、一偏振光器535、光学部件536、一传输LCD成像器534和投射透镜540，全部在笔直光学路径中排成一直线。风扇530提供通风。如图11所示，悬臂508可旋转±90度，以储藏在右侧或左侧。\n图12和13表示本发明的投射系统的多样性。图12表示一交互式数字白板系统601，包括根据本发明的一投射系统600和输入装置，如指示笔653。投射系统600包括注解系统652用的组合电子部件以及LTV、K激光或其它类型的传感器654。传感器654校正成可跟踪指示笔653在屏幕表面上的移动。指示笔653同样可包括发射器和/或传感器，帮助跟踪和用电子部件652协调定时和控制信号。表面602可涂复，可作为可擦白板使用。组合电子部件652可包括一CPU。\n图13表示一可视会议和/或数据会议系统701，包括根据本发明的一投射系统700。摄像机756如CMOS或CCD摄像机，安装在投射头706上或框架704上。摄像机756可绕枢轴旋转，可摄取演讲者或放置在屏幕702上的文件。作为选择，附加摄像机可指向演讲者或屏幕。同样，屏幕可涂复，作为可擦白板使用。摄像机756直接与整体地设置在框架704内的CPU758相耦合。附加电子模块如调谐器、网络卡、声卡、视频卡、通信装置和其它器件可设置在框架704内。\n在本领域的那些熟练的技术人员将容易的理解，本发明的元件可组合、可分立或在一个系统内，以提供视频会议，数据会议和电子白板功能，以及在轻型和小型显示系统有用的场合的其它功能。\n由于本发明设计成使在预定投射位置处的投射图像最佳化，不必对光学部件、机械装置或电子部件进行设置调整，并可始终提供最佳的在屏性能。系统100的组合结构使得更易储藏和更具移动性，并避免与传统投射器相关的布线和定位。\n在本领域的那些熟练的技术人员将理解，本发明可与各种不同的光学部件一起使用。虽然本发明结合示例性较佳实施例已作了描述，但是，本发明可以其它特定的方式来实施而不脱离本发明的精神。因此，应该理解为在此描述和说明的实施例仅是示例性的，不应看作为对本发明范围的限制。根据本发明的精神和范围可进行其它的变化和修改。\n发明背景