專利名稱：照明裝置和具有該照明裝置的投影圖像顯示器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種放大和投影要顯示的圖像的投影圖像顯示器，尤其涉及以多種寬高比(aspect ratio)投影圖像信息的投影圖像顯示器。
本申請要求享有2003年7月8日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請2003-46125號的優(yōu)先權，該申請公開的全部內容在此作為參考。
背景技術：
投影圖像顯示器是使用如液晶顯示板和數字微鏡器件之類的光調制器調制從照明裝置發(fā)射的光、以與圖像信息相適應并將圖像信息放大和投影到屏幕上的器件。
投影圖像顯示器需要顯示多種寬高比的圖像信息，例如普通的圖像信息寬高比為4∶3，高清晰度(HD)圖像信息寬高比為16∶9，寬圖像信息寬高比為2.35∶1。通常，光調制器的寬高比為4∶3。為了顯示多種寬高比的圖像信息，需要采用遮蔽光調制器的未使用的像素的方法。圖1A至1C示出了使用寬高比為4∶3的光調制器1顯示的普通圖像信息、HD圖像信息和寬圖像信息的實例。當圖像信息具有的寬高比為4∶3時，光調制器1的整個區(qū)域T用作光調制區(qū)。當顯示HD圖像信息時，僅限定寬高比為16∶9的區(qū)域H用作光調制區(qū)。類似地，當顯示寬圖像信息時，僅限定寬高比為2.35∶1的區(qū)域W用作光調制區(qū)。在HD圖像信息和寬圖像信息的情況下，關閉光調制區(qū)未使用部分的像素。例如，在透射型光調制器中，關閉未使用部分的像素，使光不能透過。
傳統(tǒng)的投影圖像顯示器用上述方法投影多種寬高比的圖像信息?？墒?，因為傳統(tǒng)的照明裝置被設計成基于圖像信息寬高比為4∶3的光調制器1的整個區(qū)域T上發(fā)射照明光，上述方法光效率不是最高。而且，當顯示HD圖像信息時，在除區(qū)域H之外的區(qū)域的入射光沒有被有效利用，這部分光被浪費了。在這種情況下的光效率低于顯示寬高比為4∶3的圖像信息時產生的光效率。這種較低的光效率也將出現在顯示寬圖像信息的情況。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用于具有改進結構的投影圖像顯示器的照明裝置，其中，根據圖像信息的寬高比調整照射到光調制器的光的寬高比。本發(fā)明要解決的另一技術問題是提供具有這種照明裝置的投影圖像顯示器。
根據本發(fā)明的一方面，提供一種用于投影圖像顯示器的照明裝置，該照明裝置包括光源；將光源發(fā)射的光轉換為具有均勻光強的光的積分器；和將從積分器出射的、與圖像信息寬高比不一致的光返回積分器，并轉換和發(fā)射與圖像信息寬高比一致的入射光的寬高比轉換單元。
根據本發(fā)明的另一方面，提供一種投影圖像顯示器，它包括照明裝置、根據圖像數據調制從照明裝置發(fā)射的光的光調制器、及放大和投影從光調制器出射的光的投影光學系統(tǒng)，其中，照明裝置包括光源；將光源發(fā)射的光轉換為具有均勻光強的光的積分器；和將從積分器出射的、與圖像信息寬高比不一致的光返回積分器，并轉換和發(fā)射與圖像信息寬高比一致的入射光的寬高比轉換單元。
寬高比轉換單元可以包括狹縫件，其安裝在積分器的光出射側，根據圖像信息的寬高比調整積分器的出射光橫截面的寬高比，并將與圖像信息寬高比不一致的光反射回積分器；循環(huán)件，其設置在積分器的光入射側并且是反射體，反射已經從狹縫件反射回積分器的光，其中形成光窗，使從光源發(fā)射的光入射到積分器上；和驅動狹縫件的驅動構件。


本發(fā)明的上述和其它方面以及優(yōu)點將通過參考附圖詳細描述的示例性實施方式更清楚地顯示出來。附圖中圖1A至1C圖示出了傳統(tǒng)的調整寬高比的方法；圖2是本發(fā)明一實施方式的用于投影圖像顯示器的照明裝置透視圖；圖3是本發(fā)明另一實施方式的積分器透視圖；圖4是本發(fā)明用于驅動狹縫件的驅動構件透視圖；圖5示出了本發(fā)明一實施方式的具有所述照明裝置的投影圖像顯示器結構；圖6示出了本發(fā)明另一實施方式的具有所述照明裝置的投影圖像顯示器結構；圖7示出了本發(fā)明圖2所示的照明裝置；圖8是發(fā)光積分器的橫截面的光強分布圖；圖9是當光調制器具有4∶3寬高比時聚集在光調制器上的光的光強分布圖；圖10和11是使用圖2中的照明裝置聚集在光調制器上光的光強分布圖，其中調整狹縫件，使得狹縫分別具有16∶9和2.35∶1的寬高比；和圖12和13是使用圖1中調整寬高比的傳統(tǒng)方法，當關閉光調制器的像素分別達到16∶9和2.35∶1的寬高比時，聚集在光調制器上光的光強分布圖。
具體實施例方式
下面參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的裝置。
圖2是本發(fā)明一實施方式的用于投影圖像顯示器的照明裝置透視圖。投影圖像顯示器包括光源10、積分器30和中繼透鏡50，所述中繼透鏡將從積分器30出射的光引導到光調制器(未示出)。
可以是金屬鹵化物燈或LED的光源10發(fā)射白光或紅光、綠光、藍光之一。當光源10發(fā)射白光時，在傳遞到光調制器之前可以用彩色濾光片(未示出)過濾白光，使白光成為具有紅色、綠色和藍色之一的單色光。優(yōu)選將彩色濾光片設置在光源10和積分器30之間，但并非必須如此。
積分器30轉換并出射從光源10傳遞的光，以便具有均勻的光強。如圖2所示，可以用如玻璃棒之類的透明棒作為積分器30。此外，如圖3所示，也可以用具有內反射面61的中空型光通道60作為積分器30。優(yōu)選積分器30具有垂直于光前進方向的矩形橫截面，但并非必須如此。
照明裝置包括寬高比轉換單元，其根據圖像信息的寬高比轉換從積分器30發(fā)射的光的寬高比。該寬高比轉換單元包括狹縫件40、循環(huán)件20、和用于驅動狹縫件40的驅動構件。
狹縫件40可以設在積分器30的光出射例。狹縫件40根據圖像信息的寬高比調整積分器30的出射光橫截面31的寬高比。狹縫件40將從積分器30出射的、與圖像信息的寬高比不一致的光反射回積分器30。
狹縫件40可包括一對反射鏡41和42，它們用于調整橫截面31的寬高比。圖4是本發(fā)明的用于驅動狹縫件的驅動構件的非限定實例的透視圖。本發(fā)明的范圍不限于此實例。導向件71可以安裝在縱向，如圖4所示(或其他方向，未示出)。分別與反射鏡41和42連接的第一和第二支架72和73與導向件71組合，使得第一和第二支架72和73在導向件71上滑動。第一和第二支架72和73分別包括齒條74和75，它們彼此面對面放置，小齒輪76被放置在它們之間。驅動電機77驅動小齒輪76。按照這種結構，小齒輪76可以沿兩個方向旋轉，導致反射鏡41和42彼此靠近或分離，由此調整橫截面31的寬高比。狹縫件40可以只包括反射鏡41和42之一。在這種情況下，驅動構件只包括第一支架72和第二支架73之一。
循環(huán)件20安裝在積分器30光入射側。循環(huán)件20是反射體，其反射利用狹縫件40反射回積分器30的光，使光前進到橫截面31上。在循環(huán)件20中設有光窗21，致使從光源10發(fā)射的光線入射到積分器30上。
圖5示出了本發(fā)明一實施方式的具有所述照明裝置的投影圖像顯示器結構。光調制器可分為透射型光調制器和反射型光調制器。圖5中的投影圖像顯示器是一種包括透射型光調制器的投影圖像顯示器。
該投影圖像顯示器包括用作透射型光調制器的液晶顯示板110、照明液晶顯示板110的照明裝置100、放大和投影由液晶顯示板110調制的光的投影光學系統(tǒng)120。該投影圖像顯示器可以包括分別調制紅光、綠光和藍光的三塊液晶顯示板110R、110G和110B。該投影光學系統(tǒng)包括合成由各液晶顯示板110R、110G和110B調制的三色光的顏色的合成棱鏡121、放大和投影合成光的投影透鏡122。用作投影顯示器的液晶顯示板110可以是寬和高約為1英寸的小型液晶顯示板。照明裝置100用于照明液晶顯示板110，各液晶顯示板110R、110G和110B都具有一照明裝置100。
圖6示出了本發(fā)明另一實施方式的具有照明裝置的投影圖像顯示器結構。圖6中的投影圖像顯示器是一種具有反射型光調制器的投影圖像顯示器。
此投影圖像顯示器包括為反射型光調制器的數字微鏡器件(DMD)130、照明DMD130的照明裝置100、放大和投影由DMD130調制的光的投影光學系統(tǒng)140。本實施方式的投影圖像顯示器使用一個DMD130依次轉換紅色圖像信號、綠色圖像信號和藍色圖像信號。優(yōu)選用輻射白光的燈作為照明裝置100的光源10，依次透過紅光、綠光和藍光的色輪(未示出)安裝在光源10和積分器30之間，但并非必須如此。此投影光學系統(tǒng)包括全內反射(TIR)棱鏡141，其將從照明裝置100發(fā)射的光反射到DMD130上，并將由DMD調制的光透射到投影透鏡121上。
下文將參照圖2至7描述本實施方式的照明裝置的非限定的運行情況。
從光源10發(fā)射的光通過光窗21傳遞到積分器30。如果用玻璃棒作積分器30，當光進入積分器30時，兩種外部媒介(空氣和玻璃)之間的折射率不同使光發(fā)生折射。在這種情況下，光的方位角減小。假定玻璃的折射率約為1.5、空氣的折射率約為1，如果從光源10發(fā)射的光相對光軸11的方位角A約為0-90°，那么，進入積分器30的光相對光軸11的方位角B約為0-42°。積分器30的表面是與作為外部媒介的空氣交界的表面?？梢詮牟ＡШ涂諝獾恼凵渎视嬎愠鲈诜e分器30的表面出現全反射的臨界角大約為42°。如果在積分器30表面的光入射角C大于臨界角，光將不透射到外面，而是全反射。因為入射到積分器30上的光的方位角B大約是0-42°，在積分器30表面上的光的入射角C大約是42-90°。結果，入射到積分器30上的光在積分器30內反復地全反射并前進到橫截面31上。當用圖3中的光通道60作為積分器30時，從光源10發(fā)射的光在積分器30內反復地全反射并前進到橫截面31上。在這種情況下，光在積分器30內均勻混合，從積分器30發(fā)射的光具有均勻的光強分布。
控制器(未示出)識別圖像信息的寬高比、利用圖4中的驅動構件移動一對反射鏡41和42、并遮蔽積分器30的部分橫截面31。結果，在橫截面31上形成具有與圖像信息相同的寬高比的狹縫43。從光源10發(fā)射的光L1在積分器30內反射一次，然后，通過由一對反射鏡41和42形成的狹縫43出射。結果，經過狹縫43的光基本上與圖像信息具有相同的寬高比。
從光源10發(fā)射的光L2在積分器30內反射兩次，然后，由反射鏡42朝循環(huán)件20反射。循環(huán)件20是反射體，結果，光L2朝橫截面31反射。光L2通過狹縫43并傳遞到中繼透鏡50。因此，在本實施方式的照明裝置中，與圖像信息寬高比不一致的光L2在積分器30內循環(huán)，并轉換成與圖像信息一致的寬高比。結果，能增加通過狹縫43的光通量。
具有與圖像信息寬高比基本上相同的光通過中繼透鏡50傳遞到光調制器110或(圖6中的130)，并通過光調制器放大和投影到屏幕(未示出)上。
因此，在循環(huán)期間能提高光效率。圖8是積分器30的橫截面31的光強分布圖。參見圖8，積分器30的橫截面31具有均勻光強。在這種情況下，總光通量的測量值大約是3,126流明。圖9是當光調制器寬高比為4∶3時聚集在光調制器上光的光強分布圖。在這種情況下，聚集在光調制器上的總光通量大約是2,360流明。如果垂直于積分器30的光的前進方向的橫截面寬高比是4∶3，那么圖9可以表示不用狹縫件40和循環(huán)件20的情況。于是，圖9表示了寬高比是4∶3的情況下調整圖1的寬高比的傳統(tǒng)方法。
圖10和圖11是使用圖2的照明裝置聚集在光調制器上的光的光強分布圖，其中調整狹縫件40，使狹縫分別具有16∶9和2.35∶1的寬高比。圖12和13是使用圖1B和圖1C中調整寬高比的傳統(tǒng)方法關閉光調制器的像素以便分別達到16∶9和2.35∶1寬高比時聚集在光調制器上光的光強分布圖。參見圖9至13，聚集在光調制器上的光強分布在所有情況下大約相同?？墒?，如果比較圖10與圖12，圖10中到達光調制器的總光通量接近2,046流明，而圖12中示出的是1,658流明。因此，當使用照明裝置100(圖10)時，有更多的光量到達光調制器。借此，當使用照明裝置100時，圖10中相對于積分器30的橫截面31上總光通量的光效率大約是65％，圖12中大約是53％，約增加12％。與此相似，如果比較圖11與圖13，到達光調制器的總光通量分別約為2,005流明和1,265流明。當使用照明裝置100時，圖11中相對于積分器30的橫截面31上總光通量的光效率大約是64％，圖13中大約是40％，約增加24％。
如上所述，在用于投影圖像顯示器的照明裝置和具有本發(fā)明相同的照明裝置的投影圖像顯示器中，循環(huán)與圖像信息寬高比不一致的光，所以，即使以多種寬高比投影圖像，也能獲得高的光效率。
雖然在此參照示例性實施方式對本發(fā)明作了具體展示和描述，但應懂得，本領域的技術人員在不超出由所附的權利要求限定的本發(fā)明的保護范圍和構思的前提下，可以在形式和細節(jié)方面作出各種改變。
權利要求
1.一種用于投影圖像顯示器的照明裝置，該照明裝置包括一光源；一將所述光源發(fā)射的光轉換為具有均勻光強的光的積分器；和一寬高比轉換單元，其將從所述積分器出射的、與圖像信息的寬高比不一致的光傳回所述積分器，并轉換和發(fā)射與所述圖像信息的所述寬高比一致的入射光。
2.如權利要求1所述的照明裝置，其中，所述寬高比轉換單元包括一狹縫件，其安裝在所述積分器的光出射側，根據所述圖像信息的所述寬高比調整所述積分器光的出射橫截面的寬高比，并將與所述圖像信息的所述寬高比不一致的光反射回所述積分器；一循環(huán)件，其被設置在所述積分器的光入射側并為反射體，反射已經從所述狹縫件反射回所述積分器的光，所述循環(huán)件中形成有一光窗，使從所述光源發(fā)射的光入射到所述積分器上；及一驅動所述狹縫件的驅動構件。
3.如權利要求2所述的照明裝置，其中，所述狹縫件包括安裝成在所述橫截面的寬度方向和長度方向的至少一方向上可移動的一反射鏡。
4.如權利要求2所述的照明裝置，其中，所述狹縫件包括安裝成在所述橫截面的寬度方向和長度方向的至少一方向上彼此靠近或分離的一對反射鏡。
5.如權利要求1所述的照明裝置，其中，所述積分器是由透明材料形成的透明棒。
6.如權利要求1所述的照明裝置，其中，所述積分器是具有內反射面的中空型光通道。
7.一種投影圖像顯示器，包括一照明裝置；一根據圖像數據調制從所述照明裝置發(fā)射的光的光調制器；及一放大和投影從所述光調制器出射的光的投影光學系統(tǒng)，其中，所述照明裝置包括一光源；一將所述光源發(fā)射的光轉換為具有均勻光強的光的積分器；及一寬高比轉換單元，其將從所述積分器出射的、與圖像信息的寬高比不一致的光傳回所述積分器、并轉換和發(fā)射與所述圖像信息的所述寬高比一致的入射光。
8.如權利要求7所述的投影圖像顯示器，其中，所述寬高比轉換單元包括一狹縫件，其安裝在所述積分器的光出射側，根據所述圖像信息的所述寬高比調整所述積分器光出射橫截面的寬高比，并將與所述圖像信息的所述寬高比不一致的光反射回所述積分器；一循環(huán)件，其被設置在所述積分器的光入射側并為反射體，反射利用所述狹縫件已反射回所述積分器的光，所述循環(huán)件中形成有一光窗，使從所述光源發(fā)射的光入射到所述積分器上；及一驅動所述狹縫件的驅動構件。
9.如權利要求8所述的投影圖像顯示器，其中，所述狹縫件包括安裝成在所述橫截面的寬度方向和長度方向的至少一方向上可移動的一反射鏡。
10.如權利要求8所述的投影圖像顯示器，其中，所述狹縫件包括安裝成在所述橫截面的寬度方向和長度方向的至少一方向上彼此靠近或分離的一對反射鏡。
11.如權利要求7所述的投影圖像顯示器，其中，所述積分器是由透明材料形成的透明棒。
12.如權利要求7所述的投影圖像顯示器，其中，所述積分器是具有內反射面的中空型光通道。
13.如權利要求7所述的投影圖像顯示器，其中，所述光調制器包括至少一反射型光調制器。
14.如權利要求7所述的投影圖像顯示器，其中，所述光調制器包括至少一透射型光調制器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于投影圖像顯示器的照明裝置，該照明裝置包括光源；將光源發(fā)射的光轉換為具有均勻光強的光的積分器；和將從積分器出射的、與圖像信息寬高比不一致的光傳回積分器、并轉換和發(fā)射與圖像信息寬高比一致的入射光的寬高比轉換單元。本發(fā)明還公開了具有所述照明裝置的投影圖像顯示器，利用這種顯示器可循環(huán)與圖像信息寬高比不一致的光，所以，即使以多種寬高比投影圖像，也能獲得高的光效率。
文檔編號G02B26/08GK1576951SQ20041006344
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月6日 優(yōu)先權日2003年7月8日
發(fā)明者李迎鐵 申請人:三星電子株式會社