CN100342263C

CN100342263C - 投影透镜单元及使用该投影透镜单元的投影系统

Info

Publication number: CN100342263C
Application number: CNB2004101017148A
Authority: CN
Inventors: 李钟洙
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-12-23
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2024-12-23
Also published as: US20050134807A1; KR20050064123A; EP1548479A1; CN1637464A; KR100584589B1; JP2005182057A

Abstract

一种能减小投影系统的厚度的投影透镜单元和使用该投影透镜单元的投影系统。该投影透镜单元包含：折射光学单元，包含多个放大和投影由显示器产生的图像的透镜；反射光学单元，包含至少一个关于屏幕的短轴倾斜的反射镜，该反射光学单元朝屏幕反射穿过折射光学单元的图像。当投影系统的厚度减小时，该投影透镜单元不干扰光束。因此，能提供具有细长设计和大屏幕的投影系统。

Description

投影透镜单元及使用该投影透镜单元的投影系统

本申请要求于2003年12月23日在韩国知识产权局提交的第2003-95408号韩国专利申请的优先权，该申请全部公开于此以资参考。

技术领域

本发明涉及一种能被用于具有关于屏幕尺寸的小厚度的投影系统的投影透镜单元和使用该投影透镜单元的投影系统。

背景技术

随着对具有大屏幕、高分辨率和细长设计的投影系统的需求的增加，研究已经被积极地进行以满足这些需求。为了实现细长的投影系统，投影透镜单元必须生成细的光线束的截锥。然而，当投影透镜单元位于屏幕中心时，光线束的截锥只能被减小到有限的程度。因此，为实现细的截锥，投影透镜单元应当被倾斜地设置在屏幕的较低的部分。

其它各种技术正在为具有大屏幕和细长设计的投影系统而被开发。然而，难以同时实现大屏幕和细长设计。也就是说，由于随着屏幕尺寸的增大，将图像投影到屏幕上投影透镜单元趋向于变得更大，所以在技术上难以当增大屏幕的尺寸时减小投影显示器的厚度。

参照图1，公开在公开号为2002/0071186 A1的美国专利的传统的投影系统包含：光源(未显示)；折射透镜组GL；第一反射镜M1，用于反射从折射透镜组GL出射的光束；第二反射镜M2，用于向上反射从第一镜M1反射的光束；和第三镜M3，用于向屏幕I2反射从第二镜M2反射的光束。该投影透镜系统还包含第一图像平面I1、棱镜PR和光圈ST。

折射透镜组GL与屏幕I2平行地延伸，并且第一镜M1与屏幕I2成45度角以使从折射透镜组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的宽高比，其中较长的方向和较短的方向分别是长轴方向L和短轴方向S。图2是投影系统的示意图，在其中，屏幕I2和第三镜M3之间的距离比显示在图1中的投影系统的屏幕I2和第三镜M3之间的距离短。

参照图2，由于第一镜M1是与长轴方向L成45度倾斜，所以从第二镜M2反射的光可能被第一镜M1阻挡，如A部分所示。这是因为第一镜M1具有被设置在从第二镜M2向第一镜M1倾斜的方向，即第一镜M1的长轴方向L反射的光的路径中的长轴。

也就是，由于第一镜M1被设置以致于它的长轴被设置在光传播路径中，所以与当第一镜M1的短轴被设置在光传播路径相比，第一镜M1阻挡了大多数从第二镜M2反射的光。因此，通过移动屏幕I2使其更接近第三镜M3来实现减小投影系统的厚度更可能使从第二镜M2反射的光束被第一镜M1阻挡。具有16∶9的宽高比的投影系统比具有4∶3的宽高比的投影系统具有更高的从第二镜M2反射的光束被第一镜M1阻挡的可能性，因为第一镜M1也具有16∶9的宽高比并且第一镜M1的长轴被设置在从第二镜M2反射的光的路径中。

如上所述，在显示在图2中的传统的投影系统中，从第二镜M2反射的光束被第一镜M1阻隔。当投影系统的厚度减小时，这个问题变得更糟。因此，当传统的投影系统的厚度减小时，其存在问题。

发明内容

本发明的示例性的、非限定性的实施例克服了以上缺点，并且可以克服未在上面列出的其它缺点。本发明提供一种能被用于具有通过尽可能地减小关于屏幕尺寸的投影系统的厚度的细长设计的投影系统中的投影透镜单元和使用该投影透镜单元的投影系统。

根据本发明的一方面，提供了一种用于将光束放大并投影到具有长轴和短轴的屏幕上的投影透镜单元，该投影透镜单元包含：折射光学单元，包含将由显示器产生的图像放大并投影的多个透镜；和反射光学单元，包含至少一个朝屏幕的短轴倾斜的反射镜，该反射光学单元将穿过折射光学单元的图像朝屏幕反射。

折射光学单元和反射光学单元的光轴共面。折射光学单元与反射光学单元的光轴在与屏幕的长轴垂直的平面上。至少一个反射镜中的每一个具有朝屏幕的短轴倾斜的短边。

折射光学单元包含第一和第二透镜组，并且反射单元包含：第一反射镜，其被设置在第一和第二透镜组之间的光路中并改变穿过第一透镜组的光束的路径；和第二反射镜，其朝着屏幕的短轴倾斜并反射穿过第二透镜组的光束。

根据本发明的另一方面，提供一种在其中由显示器产生的图像被投影透镜单元放大并投影并且被聚焦在具有长轴和短轴的屏幕上的投影系统。该投影透镜单元包含：折射光学单元，包含多个放大和投影图像的透镜；和反射光学单元，包含至少一个朝屏幕的短轴倾斜的反射镜，该反射光学单元朝屏幕反射穿过折射光学单元的图像。

附图说明

通过参考附图对其示例性的实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将变得更清楚，其中：

图1是公开在公开号为2002/0071186 A1的美国专利中的投影系统的示意图；

图2示出当图1的投影透镜单元的厚度被减小时被反射镜阻搁的光束；

图3是根据本发明实施例的投影透镜单元的侧视图；

图4是在图3中示出的投影透镜单元的平面视图；

图5是包含以与图3中不同的方式排列的折射和反射光学系统的投影透镜单元的示意图；和

图6是包含图3的根据本发明实施例的投影透镜单元的投影系统的示意图。

具体实施方式

参照图3，根据本发明的示例的、非限定性的实施例的投影透镜单元包含：折射光学单元20，包含多个放大由显示器15产生的用于投影的图像的透镜；和反射光学单元30，包含一个或多个以适当的角度朝屏幕SR反射图像的反射镜。

显示器15根据图像信息调制从光源10发射的光束并产生图像。折射光学单元20可以包含依据可利用的安装空间排列的多个透镜或透镜组。例如，折射光学单元20可以包含第一透镜组20a和第二透镜组20b。在这种情况下，第一透镜组20a被在包含投影透镜单元的投影系统的厚度方向D排列，并且第二透镜组20b被在屏幕SR的短轴方向S排列。

反射光学单元30可以包含一个或多个反射镜，并且图3显示了其中反射光学单元30包含第一到第三反射镜31到33的例子。第一反射镜31被设置在第一透镜组20a和第二透镜组20b之间的光路上并将从第一透镜组20a发出的光的路径朝第二透镜组20b改变。如果第一反射镜31根据第一和第二透镜组20a和20b的全部长度被适当地安装，则折射光学单元20在投影系统的厚度方向D的长度能被调节。

从第一反射镜31反射的光穿过第二透镜组20b并被第二反射镜32朝第三反射镜33反射。第二反射镜32能具有在短轴方向S倾斜的短边。第三反射镜33是纠正图像畸变的非球面镜。从第三反射镜33反射的光被第四反射镜34反射并被聚焦在屏幕SR上。

在本实施例中，折射光学单元20包含第一和第二透镜组20a和20b并且第一反射镜31被设置在第一和第二透镜组20a和20b之间的光路上。然而，当折射光学单元20被对于厚度方向D倾斜地排列以致穿过折射光学单元20的光被直接入射在第二反射镜32上时，投影透镜单元可不包含第一反射镜31。

也就是，第一反射镜31仅当光的传播路径根据折射光学单元20的排列必须被改变时才被需要。当第一和第二透镜组20a和20b被如图3设置时，第一和第二反射镜31和32关于第二透镜组20b对称地与第四反射镜34形成相同的角度。

折射光学单元20与反射光学单元30的光轴共面。参照图3的投影透镜单元的俯视图图4，折射光学单元20和反射光学单元30的光轴在同一平面H，平行于屏幕SR的短轴。由于投影透镜单元关于平面H对称，所以图4只示出屏幕SR的一半。

此外，光源10和显示器15的光轴可以被设置在平面H，由此使投影透镜单元的光学校准更容易。

折射光学单元20为圆形对称，而反射光学单元30为平面对称。投影透镜单元关于垂直于短轴方向S的平面对称。

第一和第二反射镜31和32能相对于屏幕SR的短轴方向以某个角度倾斜，由此防止当包含投影透镜单元的投影系统的厚度减小时反射光学单元30阻挡或遮断光的传播。

同时，参照图5，投影透镜单元的厚度能通过调整第一和第二反射镜31和32的位置和角度而被调整。在这种情况下，第一和第二反射镜31和32彼此相对地以相同角度倾斜。由于调整第一和第二反射镜31和32的位置和角度几乎不能遮断光束的传播，所以在减小投影透镜单元的厚度上没有限制。

参照图3，第二反射镜32的有效区域与显示器15和屏幕SR具有相同的宽高比，并且第二反射镜32的有效区域的短边关于屏幕SR的短轴方向S倾斜。有效区域是指有效光束入射在其上的区域。第二反射镜32具有与显示器15和屏幕SR有着相同宽高比的有效区域。

由于第二反射镜32的短边在从第三反射镜33反射的光束中的朝第二反射镜32倾斜的方向传播的光束的路径上延伸，所以第二反射镜32几乎不能阻断被第二反射镜32反射然后又被第三反射镜33向第四反射镜34反射的光线的传播。因此，由于第二反射镜，即使第四反射镜34和屏幕SR之间的距离被减小，投影透镜单元也能被用于具有细长设计的投影系统而不受到任何对其结构的限制。

根据本发明实施例的薄的投影系统包含显示在图3中的投影透镜单元，现将被参考图6详细地描述。

参照图6，该投影系统包含：位于箱体50较低的部分的光源10；显示器15，用于根据图像信息处理由光源10发出的光并产生图像；投影透镜单元40，用于放大由显示器15产生的用于投影的图像；和屏幕SR，通过投影透镜单元40投影的图像被聚焦在其上。

投影透镜单元40包含：折射光学单元20，包含多个为投影而放大由显示器15产生的图像的透镜；和反射光学单元30，包含一个或多个以适当的角度向屏幕SR反射图像的反射镜。屏幕SR具有短轴S和长轴L，并且折射光学单元30具有至少一个朝短轴S倾斜的反射镜32。

折射光学单元20和反射光学单元30的光轴能共面。投影透镜单元40具有与参考图3和4的描述相同的结构，所以将不对其进行详细的描述。

投影系统被以与屏幕尺寸相关的厚度构造。如上所述，该投影透镜单元具有改进的能允许投影系统的厚度被最小化的光学元件的排列。投影透镜单元被构造以使朝屏幕反射由显示器产生的图像的反射光学单元中的反射镜的短边位于垂直于屏幕的长轴的平面中，由此防止光和反射光学单元之间的干扰。

因此，包含投影透镜单元的投影系统能具有大屏幕和细长设计，并且在具有16∶9的宽高比的投影系统中是有利的。此外，在投影透镜单元中的折射光学单元与反射光学单元的光轴在相同的平面，由此使光学校准和安装更容易。

虽然本发明已被参考其示例性的实施例详细地显示和描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在不脱离由下列权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下对其进行各种形式和细节的改变。

Claims

1、一种用于将光束放大并投影在具有长轴和短轴的屏幕上的投影透镜单元，该投影透镜单元包括：

折射光学单元，包含多个放大和投影由显示器产生的图像的透镜；和

反射光学单元，包含至少一个具有关于屏幕的短轴倾斜的短边的反射镜，该反射光学单元朝屏幕反射穿过折射光学单元的图像。

2、如权利要求1所述的投影透镜单元，其中，折射光学单元和反射光学单元的光轴共面。

3、如权利要求2所述的投影透镜单元，其中，折射光学单元和反射光学单元的光轴在平行于屏幕的短轴的平面中。

4、如权利要求1至3中任何一个所述的投影透镜单元，其中，折射光学单元包括第一和第二透镜组，并且

其中，反射光学单元包括：第一反射镜，其被设置在第一和第二透镜组之间的光路中并改变穿过第一透镜组的光束的路径；和第二反射镜，其关于屏幕的短轴倾斜并反射穿过第二透镜组的光束。

5、如权利要求4所述的投影透镜单元，还包括：第三反射镜，用于纠正从第二反射镜反射的光束的畸变。

6、如权利要求5所述的投影透镜单元，其中，第三反射镜是非球面镜。

7、一种投影系统，包括：

屏幕，具有长轴和短轴；

折射光学单元，包含多个放大和投影图像的透镜；

反射光学单元，包含至少一个具有关于屏幕的短轴倾斜的短边的反射镜，该反射光学单元反射穿过折射光学单元的图像；和

第四反射镜，用于将由反射光学单元再次引导的图像再次引导至屏幕上。

8、如权利要求7所述的投影系统，其中，折射光学单元和反射光学单元的光轴共面。

9、如权利要求8所述的投影系统，其中，折射光学单元和反射光学单元的光轴在平行于屏幕的短轴的平面中。