專利名稱：投影透鏡單元及使用該投影透鏡單元的投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能被用于具有關(guān)于屏幕尺寸的小厚度的投影系統(tǒng)的投影透鏡單元和使用該投影透鏡單元的投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著對具有大屏幕、高分辨率和細(xì)長設(shè)計的投影系統(tǒng)的需求的增加，研究已經(jīng)被積極地進(jìn)行以滿足這些需求。為了實(shí)現(xiàn)細(xì)長的投影系統(tǒng)，投影透鏡單元必須生成細(xì)的光線束的截錐。然而，當(dāng)投影透鏡單元位于屏幕中心時，光線束的截錐只能被減小到有限的程度。因此，為實(shí)現(xiàn)細(xì)的截錐，投影透鏡單元應(yīng)當(dāng)被傾斜地設(shè)置在屏幕的較低的部分。
其它各種技術(shù)正在為具有大屏幕和細(xì)長設(shè)計的投影系統(tǒng)而被開發(fā)。然而，難以同時實(shí)現(xiàn)大屏幕和細(xì)長設(shè)計。也就是說，由于隨著屏幕尺寸的增大，將圖像投影到屏幕上投影透鏡單元趨向于變得更大，所以在技術(shù)上難以當(dāng)增大屏幕的尺寸時減小投影顯示器的厚度。
參照圖1，公開在公開號為2002/0071186 A1的美國專利的傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)包含光源(未顯示)；折射透鏡組GL；第一反射鏡M1，用于反射從折射透鏡組GL出射的光束；第二反射鏡M2，用于向上反射從第一鏡M1反射的光束；和第三鏡M3，用于向屏幕I2反射從第二鏡M2反射的光束。該投影透鏡系統(tǒng)還包含第一圖像平面I1、棱鏡PR和光圈ST。
折射透鏡組GL與屏幕I2平行地延伸，并且第一鏡M1與屏幕I2成45度角以使從折射透鏡組GL射出的光束被90度反射向屏幕I2。通常，屏幕具有4∶3或16∶9的寬高比，其中較長的方向和較短的方向分別是長軸方向L和短軸方向S。圖2是投影系統(tǒng)的示意圖，在其中，屏幕I2和第三鏡M3之間的距離比顯示在圖1中的投影系統(tǒng)的屏幕I2和第三鏡M3之間的距離短。
參照圖2，由于第一鏡M1是與長軸方向L成45度傾斜，所以從第二鏡M2反射的光可能被第一鏡M1阻擋，如A部分所示。這是因為第一鏡M1具有被設(shè)置在從第二鏡M2向第一鏡M1傾斜的方向，即第一鏡M1的長軸方向L反射的光的路徑中的長軸。
也就是，由于第一鏡M1被設(shè)置以致于它的長軸被設(shè)置在光傳播路徑中，所以與當(dāng)?shù)谝荤RM1的短軸被設(shè)置在光傳播路徑相比，第一鏡M1阻擋了大多數(shù)從第二鏡M2反射的光。因此，通過移動屏幕I2使其更接近第三鏡M3來實(shí)現(xiàn)減小投影系統(tǒng)的厚度更可能使從第二鏡M2反射的光束被第一鏡M1阻擋。具有16∶9的寬高比的投影系統(tǒng)比具有4∶3的寬高比的投影系統(tǒng)具有更高的從第二鏡M2反射的光束被第一鏡M1阻擋的可能性，因為第一鏡M1也具有16∶9的寬高比并且第一鏡M1的長軸被設(shè)置在從第二鏡M2反射的光的路徑中。
如上所述，在顯示在圖2中的傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)中，從第二鏡M2反射的光束被第一鏡M1阻隔。當(dāng)投影系統(tǒng)的厚度減小時，這個問題變得更糟。因此，當(dāng)傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)的厚度減小時，其存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性的、非限定性的實(shí)施例克服了以上缺點(diǎn)，并且可以克服未在上面列出的其它缺點(diǎn)。本發(fā)明提供一種能被用于具有通過盡可能地減小關(guān)于屏幕尺寸的投影系統(tǒng)的厚度的細(xì)長設(shè)計的投影系統(tǒng)中的投影透鏡單元和使用該投影透鏡單元的投影系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于將光束放大并投影到具有長軸和短軸的屏幕上的投影透鏡單元，該投影透鏡單元包含折射光學(xué)單元，包含將由顯示器產(chǎn)生的圖像放大并投影的多個透鏡；和反射光學(xué)單元，包含至少一個朝屏幕的短軸傾斜的反射鏡，該反射光學(xué)單元將穿過折射光學(xué)單元的圖像朝屏幕反射。
折射光學(xué)單元和反射光學(xué)單元的光軸共面。折射光學(xué)單元與反射光學(xué)單元的光軸在與屏幕的長軸垂直的平面上。至少一個反射鏡中的每一個具有朝屏幕的短軸傾斜的短邊。
折射光學(xué)單元包含第一和第二透鏡組，并且反射單元包含第一反射鏡，其被設(shè)置在第一和第二透鏡組之間的光路中并改變穿過第一透鏡組的光束的路徑；和第二反射鏡，其朝著屏幕的短軸傾斜并反射穿過第二透鏡組的光束。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在其中由顯示器產(chǎn)生的圖像被投影透鏡單元放大并投影并且被聚焦在具有長軸和短軸的屏幕上的投影系統(tǒng)。該投影透鏡單元包含折射光學(xué)單元，包含多個放大和投影圖像的透鏡；和反射光學(xué)單元，包含至少一個朝屏幕的短軸傾斜的反射鏡，該反射光學(xué)單元朝屏幕反射穿過折射光學(xué)單元的圖像。


通過參考附圖對其示例性的實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚，其中圖1是公開在公開號為2002/0071186 A1的美國專利中的投影系統(tǒng)的示意圖；圖2示出當(dāng)圖1的投影透鏡單元的厚度被減小時被反射鏡阻擱的光束；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的投影透鏡單元的側(cè)視圖；圖4是在圖3中示出的投影透鏡單元的平面視圖；圖5是包含以與圖3中不同的方式排列的折射和反射光學(xué)系統(tǒng)的投影透鏡單元的示意圖；和圖6是包含圖3的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的投影透鏡單元的投影系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的示例的、非限定性的實(shí)施例的投影透鏡單元包含折射光學(xué)單元20，包含多個放大由顯示器15產(chǎn)生的用于投影的圖像的透鏡；和反射光學(xué)單元30，包含一個或多個以適當(dāng)?shù)慕嵌瘸聊籗R反射圖像的反射鏡。
顯示器15根據(jù)圖像信息調(diào)制從光源10發(fā)射的光束并產(chǎn)生圖像。折射光學(xué)單元20可以包含依據(jù)可利用的安裝空間排列的多個透鏡或透鏡組。例如，折射光學(xué)單元20可以包含第一透鏡組20a和第二透鏡組20b。在這種情況下，第一透鏡組20a被在包含投影透鏡單元的投影系統(tǒng)的厚度方向D排列，并且第二透鏡組20b被在屏幕SR的短軸方向S排列。
反射光學(xué)單元30可以包含一個或多個反射鏡，并且圖3顯示了其中反射光學(xué)單元30包含第一到第三反射鏡31到33的例子。第一反射鏡31被設(shè)置在第一透鏡組20a和第二透鏡組20b之間的光路上并將從第一透鏡組20a發(fā)出的光的路徑朝第二透鏡組20b改變。如果第一反射鏡31根據(jù)第一和第二透鏡組20a和20b的全部長度被適當(dāng)?shù)匕惭b，則折射光學(xué)單元20在投影系統(tǒng)的厚度方向D的長度能被調(diào)節(jié)。
從第一反射鏡31反射的光穿過第二透鏡組20b并被第二反射鏡32朝第三反射鏡33反射。第二反射鏡32能具有在短軸方向S傾斜的短邊。第三反射鏡33是糾正圖像畸變的非球面鏡。從第三反射鏡33反射的光被第四反射鏡34反射并被聚焦在屏幕SR上。
在本實(shí)施例中，折射光學(xué)單元20包含第一和第二透鏡組20a和20b并且第一反射鏡31被設(shè)置在第一和第二透鏡組20a和20b之間的光路上。然而，當(dāng)折射光學(xué)單元20被對于厚度方向D傾斜地排列以致穿過折射光學(xué)單元20的光被直接入射在第二反射鏡32上時，投影透鏡單元可不包含第一反射鏡31。
也就是，第一反射鏡31僅當(dāng)光的傳播路徑根據(jù)折射光學(xué)單元20的排列必須被改變時才被需要。當(dāng)?shù)谝缓偷诙哥R組20a和20b被如圖3設(shè)置時，第一和第二反射鏡31和32關(guān)于第二透鏡組20b對稱地與第四反射鏡34形成相同的角度。
折射光學(xué)單元20與反射光學(xué)單元30的光軸共面。參照圖3的投影透鏡單元的俯視4，折射光學(xué)單元20和反射光學(xué)單元30的光軸在同一平面H，平行于屏幕SR的短軸。由于投影透鏡單元關(guān)于平面H對稱，所以圖4只示出屏幕SR的一半。
此外，光源10和顯示器15的光軸可以被設(shè)置在平面H，由此使投影透鏡單元的光學(xué)校準(zhǔn)更容易。
折射光學(xué)單元20為圓形對稱，而反射光學(xué)單元30為平面對稱。投影透鏡單元關(guān)于垂直于短軸方向S的平面對稱。
第一和第二反射鏡31和32能相對于屏幕SR的短軸方向以某個角度傾斜，由此防止當(dāng)包含投影透鏡單元的投影系統(tǒng)的厚度減小時反射光學(xué)單元30阻擋或遮斷光的傳播。
同時，參照圖5，投影透鏡單元的厚度能通過調(diào)整第一和第二反射鏡31和32的位置和角度而被調(diào)整。在這種情況下，第一和第二反射鏡31和32彼此相對地以相同角度傾斜。由于調(diào)整第一和第二反射鏡31和32的位置和角度幾乎不能遮斷光束的傳播，所以在減小投影透鏡單元的厚度上沒有限制。
參照圖3，第二反射鏡32的有效區(qū)域與顯示器15和屏幕SR具有相同的寬高比，并且第二反射鏡32的有效區(qū)域的短邊關(guān)于屏幕SR的短軸方向S傾斜。有效區(qū)域是指有效光束入射在其上的區(qū)域。第二反射鏡32具有與顯示器15和屏幕SR有著相同寬高比的有效區(qū)域。
由于第二反射鏡32的短邊在從第三反射鏡33反射的光束中的朝第二反射鏡32傾斜的方向傳播的光束的路徑上延伸，所以第二反射鏡32幾乎不能阻斷被第二反射鏡32反射然后又被第三反射鏡33向第四反射鏡34反射的光線的傳播。因此，由于第二反射鏡，即使第四反射鏡34和屏幕SR之間的距離被減小，投影透鏡單元也能被用于具有細(xì)長設(shè)計的投影系統(tǒng)而不受到任何對其結(jié)構(gòu)的限制。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的薄的投影系統(tǒng)包含顯示在圖3中的投影透鏡單元，現(xiàn)將被參考圖6詳細(xì)地描述。
參照圖6，該投影系統(tǒng)包含位于箱體50較低的部分的光源10；顯示器15，用于根據(jù)圖像信息處理由光源10發(fā)出的光并產(chǎn)生圖像；投影透鏡單元40，用于放大由顯示器15產(chǎn)生的用于投影的圖像；和屏幕SR，通過投影透鏡單元40投影的圖像被聚焦在其上。
投影透鏡單元40包含折射光學(xué)單元20，包含多個為投影而放大由顯示器15產(chǎn)生的圖像的透鏡；和反射光學(xué)單元30，包含一個或多個以適當(dāng)?shù)慕嵌认蚱聊籗R反射圖像的反射鏡。屏幕SR具有短軸S和長軸L，并且折射光學(xué)單元30具有至少一個朝短軸S傾斜的反射鏡32。
折射光學(xué)單元20和反射光學(xué)單元30的光軸能共面。投影透鏡單元40具有與參考圖3和4的描述相同的結(jié)構(gòu)，所以將不對其進(jìn)行詳細(xì)的描述。
投影系統(tǒng)被以與屏幕尺寸相關(guān)的厚度構(gòu)造。如上所述，該投影透鏡單元具有改進(jìn)的能允許投影系統(tǒng)的厚度被最小化的光學(xué)元件的排列。投影透鏡單元被構(gòu)造以使朝屏幕反射由顯示器產(chǎn)生的圖像的反射光學(xué)單元中的反射鏡的短邊位于垂直于屏幕的長軸的平面中，由此防止光和反射光學(xué)單元之間的干擾。
因此，包含投影透鏡單元的投影系統(tǒng)能具有大屏幕和細(xì)長設(shè)計，并且在具有16∶9的寬高比的投影系統(tǒng)中是有利的。此外，在投影透鏡單元中的折射光學(xué)單元與反射光學(xué)單元的光軸在相同的平面，由此使光學(xué)校準(zhǔn)和安裝更容易。
雖然本發(fā)明已被參考其示例性的實(shí)施例詳細(xì)地顯示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在不脫離由下列權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下對其進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于將光束放大并投影在具有長軸和短軸的屏幕上的投影透鏡單元，該投影透鏡單元包括折射光學(xué)單元，包含多個放大和投影由顯示器產(chǎn)生的圖像的透鏡；和反射光學(xué)單元，包含至少一個關(guān)于屏幕的短軸傾斜的反射鏡，該反射光學(xué)單元朝屏幕反射穿過折射光學(xué)單元的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的投影透鏡單元，其中，折射光學(xué)單元和反射光學(xué)單元的光軸共面。
3.如權(quán)利要求2所述的投影透鏡單元，其中，折射光學(xué)單元和反射光學(xué)單元的光軸在平行于屏幕的短軸的平面中。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一個所述的投影透鏡單元，其中至少一個反射鏡中的每一個具有朝屏幕的短軸傾斜的短邊。
5.如權(quán)利要求1至3中任何一個所述的投影透鏡單元，其中，折射光學(xué)單元包括第一和第二透鏡組，并且其中，反射光學(xué)單元包括第一反射鏡，其被設(shè)置在第一和第二透鏡組之間的光路中并改變穿過第一透鏡組的光束的路徑；和第二反射鏡，其關(guān)于屏幕的短軸傾斜并反射穿過第二透鏡組的光束。
6.如權(quán)利要求5所述的投影透鏡單元，還包括第三反射鏡，用于糾正從第二反射鏡反射的光束的畸變。
7.如權(quán)利要求6所述的投影透鏡單元，其中，第三反射鏡是非球面鏡。
8.一種在其中由顯示器產(chǎn)生的圖像被投影透鏡單元放大并投影并被聚焦在具有長軸和短軸的屏幕上的投影系統(tǒng)，其中，投影透鏡單元包括折射光學(xué)單元，包含多個放大和投影圖像的透鏡；和反射光學(xué)單元，包含至少一個朝屏幕的短軸傾斜的反射鏡，該反射光學(xué)單元朝屏幕反射穿過折射光學(xué)單元的圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的投影系統(tǒng)，其中，折射光學(xué)單元和反射光學(xué)單元的光軸共面。
10.如權(quán)利要求9所述的投影系統(tǒng)，其中，折射光學(xué)單元和反射光學(xué)單元的光軸在平行于屏幕的短軸的平面中。
11.如權(quán)利要求8至10中的任何一個所述的投影系統(tǒng)，其中，至少一個反射鏡中的每一個具有朝屏幕的短軸傾斜的短邊。
全文摘要
一種能減小投影系統(tǒng)的厚度的投影透鏡單元和使用該投影透鏡單元的投影系統(tǒng)。該投影透鏡單元包含折射光學(xué)單元，包含多個放大和投影由顯示器產(chǎn)生的圖像的透鏡；反射光學(xué)單元，包含至少一個關(guān)于屏幕的短軸傾斜的反射鏡，該反射光學(xué)單元朝屏幕反射穿過折射光學(xué)單元的圖像。當(dāng)投影系統(tǒng)的厚度減小時，該投影透鏡單元不干擾光束。因此，能提供具有細(xì)長設(shè)計和大屏幕的投影系統(tǒng)。
文檔編號H04N5/74GK1637464SQ20041010171
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者李鐘洙 申請人:三星電子株式會社