CN100383602C - 照明装置和具有该照明装置的投影图像显示器 - Google Patents

照明装置和具有该照明装置的投影图像显示器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于投影图像显示器的照明装置，该照明装置包括光源；将光源发射的光转换为具有均匀光强的光的积分器；和将从积分器出射的、与图像信息宽高比不一致的光传回积分器、并转换和发射与图像信息宽高比一致的入射光的宽高比转换单元。本发明还公开了具有所述照明装置的投影图像显示器，利用这种显示器可循环与图像信息宽高比不一致的光，所以，即使以多种宽高比投影图像，也能获得高的光效率。

Description

照明装置和具有该照明装置的投影图像显示器
技术领域
本发明涉及一种放大和投影要显示的图像的投影图像显示器，尤其涉及以多种宽高比(aspect ratio)投影图像信息的投影图像显示器。
本申请要求享有2003年7月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请2003-46125号的优先权，该申请公开的全部内容在此作为参考。
背景技术
投影图像显示器是使用如液晶显示板和数字微镜器件之类的光调制器调制从照明装置发射的光、以与图像信息相适应并将图像信息放大和投影到屏幕上的器件。
投影图像显示器需要显示多种宽高比的图像信息，例如普通的图像信息宽高比为4∶3，高清晰度(HD)图像信息宽高比为16∶9，宽图像信息宽高比为2.35∶1。通常，光调制器的宽高比为4∶3。为了显示多种宽高比的图像信息，需要采用遮蔽光调制器的未使用的像素的方法。图1A至1C示出了使用宽高比为4∶3的光调制器1显示的普通图像信息、HD图像信息和宽图像信息的实例。当图像信息具有的宽高比为4∶3时，光调制器1的整个区域T用作光调制区。当显示HD图像信息时，仅限定宽高比为16∶9的区域H用作光调制区。类似地，当显示宽图像信息时，仅限定宽高比为2.35∶1的区域W用作光调制区。在HD图像信息和宽图像信息的情况下，关闭光调制区未使用部分的像素。例如，在透射型光调制器中，关闭未使用部分的像素，使光不能透过。
传统的投影图像显示器用上述方法投影多种宽高比的图像信息。可是，因为传统的照明装置被设计成基于图像信息宽高比为4∶3的光调制器1的整个区域T上发射照明光，上述方法光效率不是最高。而且，当显示HD图像信息时，在除区域H之外的区域的入射光没有被有效利用，这部分光被浪费了。在这种情况下的光效率低于显示宽高比为4∶3的图像信息时产生的光效率。这种较低的光效率也将出现在显示宽图像信息的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于具有改进结构的投影图像显示器的照明装置，其中，根据图像信息的宽高比调整照射到光调制器的光的宽高比。本发明要解决的另一技术问题是提供具有这种照明装置的投影图像显示器。
根据本发明的一方面，提供一种用于投影图像显示器的照明装置，该照明装置包括：光源；将光源发射的光转换为具有均匀光强的光的积分器；和将从积分器出射的、与图像信息宽高比不一致的光返回积分器，并转换和发射与图像信息宽高比一致的入射光的宽高比转换单元。
根据本发明的另一方面，提供一种投影图像显示器，它包括：照明装置、根据图像数据调制从照明装置发射的光的光调制器、及放大和投影从光调制器出射的光的投影光学系统，其中，照明装置包括：光源；将光源发射的光转换为具有均匀光强的光的积分器；和将从积分器出射的、与图像信息宽高比不一致的光返回积分器，并转换和发射与图像信息宽高比一致的入射光的宽高比转换单元。
宽高比转换单元可以包括：狭缝件，其安装在积分器的光出射侧，根据图像信息的宽高比调整积分器的出射光横截面的宽高比，并将与图像信息宽高比不一致的光反射回积分器；循环件，其设置在积分器的光入射侧并且是反射体，反射已经从狭缝件反射回积分器的光，其中形成光窗，使从光源发射的光入射到积分器上；和驱动狭缝件的驱动构件。
附图说明
本发明的上述和其它方面以及优点将通过参考附图详细描述的示例性实施方式更清楚地显示出来。附图中：
图1A至1C图示出了传统的调整宽高比的方法；
图2是本发明一实施方式的用于投影图像显示器的照明装置透视图；
图3是本发明另一实施方式的积分器透视图；
图4是本发明用于驱动狭缝件的驱动构件透视图；
图5示出了本发明一实施方式的具有所述照明装置的投影图像显示器结构；
图6示出了本发明另一实施方式的具有所述照明装置的投影图像显示器结构；
图7示出了本发明图2所示的照明装置；
图8是发光积分器的横截面的光强分布图；
图9是当光调制器具有4∶3宽高比时聚集在光调制器上的光的光强分布图；
图10和11是使用图2中的照明装置聚集在光调制器上光的光强分布图，其中调整狭缝件，使得狭缝分别具有16∶9和2.35∶1的宽高比；和
图12和13是使用图1中调整宽高比的传统方法，当关闭光调制器的像素分别达到16∶9和2.35∶1的宽高比时，聚集在光调制器上光的光强分布图。
具体实施方式
下面参照附图更详细地描述本发明的装置。
图2是本发明一实施方式的用于投影图像显示器的照明装置透视图。投影图像显示器包括光源10、积分器30和中继透镜50，所述中继透镜将从积分器30出射的光引导到光调制器(未示出)。
可以是金属卤化物灯或LED的光源10发射白光或红光、绿光、蓝光之一。当光源10发射白光时，在传递到光调制器之前可以用彩色滤光片(未示出)过滤白光，使白光成为具有红色、绿色和蓝色之一的单色光。优选将彩色滤光片设置在光源10和积分器30之间，但并非必须如此。
积分器30转换并出射从光源10传递的光，以便具有均匀的光强。如图2所示，可以用如玻璃棒之类的透明棒作为积分器30。此外，如图3所示，也可以用具有内反射面61的中空型光通道60作为积分器30。优选积分器30具有垂直于光前进方向的矩形横截面，但并非必须如此。
照明装置包括宽高比转换单元，其根据图像信息的宽高比转换从积分器30发射的光的宽高比。该宽高比转换单元包括狭缝件40、循环件20、和用于驱动狭缝件40的驱动构件。
狭缝件40可以设在积分器30的光出射侧。狭缝件40根据图像信息的宽高比调整积分器30的出射光横截面31的宽高比。狭缝件40将从积分器30出射的、与图像信息的宽高比不一致的光反射回积分器30。
狭缝件40可包括一对反射镜41和42，它们用于调整横截面31的宽高比。图4是本发明的用于驱动狭缝件的驱动构件的非限定实例的透视图。本发明的范围不限于此实例。导向件71可以安装在纵向，如图4所示(或其他方向，未示出)。分别与反射镜41和42连接的第一和第二支架72和73与导向件71组合，使得第一和第二支架72和73在导向件71上滑动。第一和第二支架72和73分别包括齿条74和75，它们彼此面对面放置，小齿轮76被放置在它们之间。驱动电机77驱动小齿轮76。按照这种结构，小齿轮76可以沿两个方向旋转，导致反射镜41和42彼此靠近或分离，由此调整横截面31的宽高比。狭缝件40可以只包括反射镜41和42之一。在这种情况下，驱动构件只包括第一支架72和第二支架73之一。
循环件20安装在积分器30光入射侧。循环件20是反射体，其反射利用狭缝件40反射回积分器30的光，使光前进到横截面31上。在循环件20中设有光窗21，致使从光源10发射的光线入射到积分器30上。
图5示出了本发明一实施方式的具有所述照明装置的投影图像显示器结构。光调制器可分为透射型光调制器和反射型光调制器。图5中的投影图像显示器是一种包括透射型光调制器的投影图像显示器。
该投影图像显示器包括用作透射型光调制器的液晶显示板110、照明液晶显示板110的照明装置100、放大和投影由液晶显示板110调制的光的投影光学系统120。该投影图像显示器可以包括分别调制红光、绿光和蓝光的三块液晶显示板110R、110G和110B。该投影光学系统包括合成由各液晶显示板110R、110G和110B调制的三色光的颜色的合成棱镜121、放大和投影合成光的投影透镜122。用作投影显示器的液晶显示板110可以是宽和高约为1英寸的小型液晶显示板。照明装置100用于照明液晶显示板110，各液晶显示板110R、110G和110B都具有一照明装置100。
图6示出了本发明另一实施方式的具有照明装置的投影图像显示器结构。图6中的投影图像显示器是一种具有反射型光调制器的投影图像显示器。
此投影图像显示器包括为反射型光调制器的数字微镜器件(DMD)130、照明DMD130的照明装置100、放大和投影由DMD130调制的光的投影光学系统140。本实施方式的投影图像显示器使用一个DMD130依次转换红色图像信号、绿色图像信号和蓝色图像信号。优选用辐射白光的灯作为照明装置100的光源10，依次透过红光、绿光和蓝光的色轮(未示出)安装在光源10和积分器30之间，但并非必须如此。此投影光学系统包括全内反射(TIR)棱镜141，其将从照明装置100发射的光反射到DMD130上，并将由DMD调制的光透射到投影透镜121上。
下文将参照图2至7描述本实施方式的照明装置的非限定的运行情况。
从光源10发射的光通过光窗21传递到积分器30。如果用玻璃棒作积分器30，当光进入积分器30时，两种外部媒介(空气和玻璃)之间的折射率不同使光发生折射。在这种情况下，光的方位角减小。假定玻璃的折射率约为1.5、空气的折射率约为1，如果从光源10发射的光相对光轴11的方位角A约为0-90°，那么，进入积分器30的光相对光轴11的方位角B约为0-42°。积分器30的表面是与作为外部媒介的空气交界的表面。可以从玻璃和空气的折射率计算出在积分器30的表面出现全反射的临界角大约为42°。如果在积分器30表面的光入射角C大于临界角，光将不透射到外面，而是全反射。因为入射到积分器30上的光的方位角B大约是0-42°，在积分器30表面上的光的入射角C大约是42-90°。结果，入射到积分器30上的光在积分器30内反复地全反射并前进到横截面31上。当用图3中的光通道60作为积分器30时，从光源10发射的光在积分器30内反复地全反射并前进到横截面31上。在这种情况下，光在积分器30内均匀混合，从积分器30发射的光具有均匀的光强分布。
控制器(未示出)识别图像信息的宽高比、利用图4中的驱动构件移动一对反射镜41和42、并遮蔽积分器30的部分横截面31。结果，在横截面31上形成具有与图像信息相同的宽高比的狭缝43。从光源10发射的光L1在积分器30内反射一次，然后，通过由一对反射镜41和42形成的狭缝43出射。结果，经过狭缝43的光基本上与图像信息具有相同的宽高比。
从光源10发射的光L2在积分器30内反射两次，然后，由反射镜42朝循环件20反射。循环件20是反射体，结果，光L2朝横截面31反射。光L2通过狭缝43并传递到中继透镜50。因此，在本实施方式的照明装置中，与图像信息宽高比不一致的光L2在积分器30内循环，并转换成与图像信息一致的宽高比。结果，能增加通过狭缝43的光通量。
具有与图像信息宽高比基本上相同的光通过中继透镜50传递到光调制器110或(图6中的130)，并通过光调制器放大和投影到屏幕(未示出)上。
因此，在循环期间能提高光效率。图8是积分器30的横截面31的光强分布图。参见图8，积分器30的横截面31具有均匀光强。在这种情况下，总光通量的测量值大约是3,126流明。图9是当光调制器宽高比为4∶3时聚集在光调制器上光的光强分布图。在这种情况下，聚集在光调制器上的总光通量大约是2,360流明。如果垂直于积分器30的光的前进方向的横截面宽高比是4∶3，那么图9可以表示不用狭缝件40和循环件20的情况。于是，图9表示了宽高比是4∶3的情况下调整图1的宽高比的传统方法。
图10和图11是使用图2的照明装置聚集在光调制器上的光的光强分布图，其中调整狭缝件40，使狭缝分别具有16∶9和2.35∶1的宽高比。图12和13是使用图1B和图1C中调整宽高比的传统方法关闭光调制器的像素以便分别达到16∶9和2.35∶1宽高比时聚集在光调制器上光的光强分布图。参见图9至13，聚集在光调制器上的光强分布在所有情况下大约相同。可是，如果比较图10与图12，图10中到达光调制器的总光通量接近2,046流明，而图12中示出的是1,658流明。因此，当使用照明装置100(图10)时，有更多的光量到达光调制器。借此，当使用照明装置100时，图10中相对于积分器30的横截面31上总光通量的光效率大约是65％，图12中大约是53％，约增加12％。与此相似，如果比较图11与图13，到达光调制器的总光通量分别约为2,005流明和1,265流明。当使用照明装置100时，图11中相对于积分器30的横截面31上总光通量的光效率大约是64％，图13中大约是40％，约增加24％。
如上所述，在用于投影图像显示器的照明装置和具有本发明相同的照明装置的投影图像显示器中，循环与图像信息宽高比不一致的光，所以，即使以多种宽高比投影图像，也能获得高的光效率。
虽然在此参照示例性实施方式对本发明作了具体展示和描述，但应懂得，本领域的技术人员在不超出由所附的权利要求限定的本发明的保护范围和构思的前提下，可以在形式和细节方面作出各种改变。

Claims (14)

1.一种用于投影图像显示器的照明装置，该照明装置包括：
一光源；
一将所述光源发射的光转换为具有均匀光强的光的积分器；和
一宽高比转换单元，其将从所述积分器出射的、与图像信息的宽高比不一致的光传回所述积分器，并转换和发射与所述图像信息的所述宽高比一致的入射光；
其中，所述宽高比转换单元包括：
一狭缝件，其可移动地安装在所述积分器的光出射侧，根据所述图像信息的所述宽高比调整所述积分器光的出射横截面的宽高比，并将与所述图像信息的所述宽高比不一致的光反射回所述积分器；及
一驱动所述狭缝件的驱动构件，以便实现根据所述图像信息的所述宽高比调整所述积分器的宽高比。
2.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述宽高比转换单元还包括：
一循环件，其被设置在所述积分器的光入射侧并为反射体，反射已经从所述狭缝件反射回所述积分器的光，所述循环件中形成有一光窗，使从所述光源发射的光入射到所述积分器上。
3.如权利要求2所述的照明装置，其中，所述狭缝件包括安装成在所述横截面的宽度方向和长度方向的至少一方向上可移动的一反射镜。
4.如权利要求2所述的照明装置，其中，所述狭缝件包括安装成在所述横截面的宽度方向和长度方向的至少一方向上彼此靠近或分离的一对反射镜。
5.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述积分器是由透明材料形成的透明棒。
6.如权利要求1所述的照明装置，其中，所述积分器是具有内反射面的中空型光通道。
7.一种投影图像显示器，包括：一照明装置；一根据图像数据调制从所述照明装置发射的光的光调制器；及一放大和投影从所述光调制器出射的光的投影光学系统，其中，所述照明装置包括：
一光源；
一将所述光源发射的光转换为具有均匀光强的光的积分器；及
一宽高比转换单元，其将从所述积分器出射的、与图像信息的宽高比不一致的光传回所述积分器、并转换和发射与所述图像信息的所述宽高比一致的入射光；
其中，所述宽高比转换单元包括：
一狭缝件，其可移动地安装在所述积分器的光出射侧，根据所述图像信息的所述宽高比调整所述积分器光的出射横截面的宽高比，并将与所述图像信息的所述宽高比不一致的光反射回所述积分器；及
一驱动所述狭缝件的驱动构件，以便实现根据所述图像信息的所述宽高比调整所述积分器的宽高比。
8.如权利要求7所述的投影图像显示器，其中，所述宽高比转换单元还包括：
一循环件，其被设置在所述积分器的光入射侧并为反射体，反射利用所述狭缝件已反射回所述积分器的光，所述循环件中形成有一光窗，使从所述光源发射的光入射到所述积分器上。
9.如权利要求8所述的投影图像显示器，其中，所述狭缝件包括安装成在所述横截面的宽度方向和长度方向的至少一方向上可移动的一反射镜。
10.如权利要求8所述的投影图像显示器，其中，所述狭缝件包括安装成在所述横截面的宽度方向和长度方向的至少一方向上彼此靠近或分离的一对反射镜。
11.如权利要求7所述的投影图像显示器，其中，所述积分器是由透明材料形成的透明棒。
12.如权利要求7所述的投影图像显示器，其中，所述积分器是具有内反射面的中空型光通道。
13.如权利要求7所述的投影图像显示器，其中，所述光调制器包括至少一反射型光调制器。
14.如权利要求7所述的投影图像显示器，其中，所述光调制器包括至少一透射型光调制器。
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