CN100456082C - 投射式图像显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有高度矮的颏部的薄的投射式图像显示装置，其包括机壳、屏幕、投射光学系统、光路改变单元和反射单元。屏幕被设置在机壳的前侧。投射光学系统用于放大和投射由显示元件形成的图像，并且光路改变单元被设置在机壳的底部上，用于反射被投射光学系统放大和投射的图像。反射单元在屏幕下方相对于屏幕倾斜地设置，用于将被光路改变单元反射的图像反射到屏幕。投射光学系统被设置在如下空间中，所述空间在与屏幕垂直的水平面之上，在机壳的前侧之后，并且在入射到屏幕的底部上的光线的光路之下。

Description

投射式图像显示装置
本申请要求于2005年9月26日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2005-0089511号的利益，通过引用将上述申请的公开包含于此。
技术领域
根据本发明的设备涉及一种投射式图像显示装置，更具体地讲，涉及一种极其纤小的图像显示装置，其在屏幕的底部和机壳的底部之间的高度减小。
背景技术
投射式图像显示装置是这样的装置，其中，显示元件选择性地透射从光源发射出的光以形成彩色图像。所述彩色图像被放大并被投射到屏幕上。
近来，不管是否是大系统都具有有限的屏幕大小的布朗管(brown tube)已经被能够实现大屏幕尺寸的厚度薄的显示装置所替代。目前，投射式显示装置组成这些显示装置的大部分。投射式图像显示装置具有纤小的外形和小尺寸的组件，同时实现大屏幕，从而所述显示装置可占据小面积同时实现大屏幕，还提供高质量的图像。
为了实现大屏幕和纤小外形的投射式图像显示装置，投射式光学系统应该产生发散角大的一束光线。但是，当投射式光学系统被设置在屏幕中间时，从投射式光学系统发射出的一束光线入射到屏幕上的角度受到限制。参照图1，为了使图像显示装置的外壳50变纤小，投射式光学系统20被设置在屏幕40的下方并且相对于屏幕成斜角设置。当投射式图像显示装置运行时，由显示元件10形成的图像被放大并且通过投射光学系统20被投射到反射镜30上，反射镜30将图像反射到屏幕40上。结果，与投射到屏幕上的光束的斜截面对应的图像形成在屏幕40上，从而实现大屏幕。
但是，当投射式光学系统20位于屏幕40下方时，外壳50的底部和屏幕40的底部之间的部分(以下称为‘颏部’)的高度h增大。
发明内容
本发明提供一种具有减小的颏部高度和纤小外形的投射式图像显示装置，并且不与投射光学系统的光路发生干涉。
根据本发明的示例性方面，提供一种投射式图像显示装置，包括：机壳；屏幕，设置在机壳的前侧；投射光学系统，设置在屏幕下方，其用于放大和投射由显示元件形成的图像；光路改变单元，设置在机壳的底部上，其反射被投射光学系统放大和投射的图像；反射单元，在屏幕下方相对于屏幕倾斜地设置，其将被光路改变单元反射的图像广角发散地反射到屏幕。投射光学系统被设置在如下空间中，所述空间在穿过反射单元的有效平面的下端的并且与屏幕垂直的水平面之上，在机壳的前侧之后，并且在由入射到屏幕的底部上的光线的路径形成的下光线平面之下。
根据本发明的另一示例性方面，提供一种投射式图像显示装置，包括：机壳；屏幕，设置在所述机壳的前侧上；投射光学系统，设置在所述屏幕下方，将由显示元件形成的图像放大并投射；光路改变单元，设置在机壳的底部上，其用于反射被投射光学系统放大和投射的图像；反射单元，设置在屏幕之下，其广角地反射被光路改变单元反射的图像；后反射镜，在屏幕和投射光学系统之间被设置为与屏幕平行，其将被反射单元反射的图像反射到屏幕。投射光学系统被设置在穿过反射单元的有效平面的下端并且与屏幕垂直的水平面之上。
附图说明
通过下面结合附图对本发明示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它示例性特点和方面将会变得更加清楚，其中：
图1是传统的投射式图像显示装置的示意图；
图2是表示根据本发明示例性实施例的投射式图像显示装置的光学布置的示意性侧视图；
图3是表示图2的投射式图像显示装置的投射光学系统的示意图；
图4是图2的投射式图像显示装置的示意性后视图；
图5和图6是图3的投射光学系统的光学图；
图7是表示根据本发明另一示例性实施例的投射式图像显示装置的光学布置的示意性侧视图；
图8是表示图7的投射式图像显示装置的投射光学系统的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图更加全面地描述本发明，图中显示了本发明的示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，放大了层的厚度和区域。附图中相同的标号指代相同的元件，因此不重复对它们的描述。
图2是表示根据本发明示例性实施例的投射式图像显示装置的光学布置的示意性侧视图。参照图2，投射式图像显示装置包括机壳210、设置在机壳210的前侧211上的屏幕200、设置在机壳210中在屏幕200下方的投射光学系统110、设置在机壳210的底部上的光路改变单元150、与屏幕200成斜角地设置并且在屏幕200下方的反射单元160和设置在投射光学系统110中的折叠式反射镜170。
图3示意性地示出了在显示元件100和反射单元160之间的光学系统，不包括光路改变单元150和折叠式反射镜170。现在将参照图2和图3描述投射光学系统110。
显示元件100利用从图像信息输入单元(未示出)输入的图像信息来调节接收到的光束以形成图像。显示元件100可以是数字微镜装置(DMD)、液晶显示器(LCD)、光栅光阀(GLV)或者硅基液晶(LCoS)。
投射光学系统110包括第一透镜组120、第二透镜组130和第三透镜组140。
第一透镜组120控制由显示元件100形成的图像的焦距。第一透镜组120可包括至少一个非球面透镜并且可具有远心光学系统的特性。
第二透镜组130将从第一透镜组120透射的图像转换成第二透镜组130和第三透镜组140之间的中间图像130a。
第三透镜组140将由第二透镜组130形成的中间图像130a放大以形成与反射单元160对应的大尺寸的图像。
反射单元160具有负光焦度，以进一步放大被投射光学系统110放大的图像，并且允许广角图像被反射到屏幕上(见图2中的200)。参照图2，反射单元160被设置在屏幕200之下，以倾斜地将图像反射到屏幕200上并且实现极其纤小的图像显示装置。为了纠正当广角地反射图像时可能出现的像差，反射单元160可以是非球面镜。
即使通过反射单元160纠正了像差，但是可能产生畸变。为了消除这种畸变，投射光学系统110预先产生与反射单元160产生的畸变的形状相反的畸变，从而消除反射单元160产生的畸变。例如，第二透镜组130可产生第一畸变以消除由反射单元160产生的畸变。另一种方式是，第三透镜组140可产生第二畸变以消除由反射单元160产生的畸变。另外，第一畸变和第二畸变可以组合以同时消除由反射单元160产生的畸变。
图4是图2的投射式图像显示装置的示意性后视图。图5和图6是投射光学系统110、光路改变单元150和折叠式反射镜170的光学图。现在，将参照图2到图6描述根据本发明实施例的投射式图像显示装置的光学布置。
屏幕200被设置在机壳210的前侧211上。
参照图2，投射光学系统110被设置在由水平面P、机壳210的前侧211和下光线平面L包围的空间205中。水平面P是穿过反射单元160的有效平面S的下端的平面，并且其与屏幕200垂直。有效平面S是反射单元160的反射平面的一部分，在屏幕200上形成图像的光被反射单元160反射。下光线平面L是在屏幕200上形成图像的光线形成的平面，并且所述下光线平面L入射到屏幕200的最下部。
投射光学系统110的最后一个透镜的光轴应该与光路改变单元150相交，从而来自投射光学系统110的光向设置在机壳210的底部212上的光路改变单元150透射。这样，折叠式反射镜170被设置在第三透镜组140中，如图5和图6所示。
第三透镜组140可被分成邻近第二透镜组130的第一投射透镜组142和邻近光路改变单元150的第二投射透镜组144。折叠式反射镜170形成第一投射透镜组142和第二投射透镜组144之间的分界线。折叠式反射镜170将穿过第一投射透镜组142的光反射到第二投射透镜组144。通过改变折叠式反射镜170被放置的角度可控制光被反射的角度。
第一投射透镜组142可被放置为与机壳210的前侧平行，从而投射光学系统110可被设置在空间205中。第一投射透镜组142还可被设置为与机壳210的底部212平行。第二投射透镜组144的光轴可以与第一投射透镜组142的光轴垂直，并且面对光路改变单元150。
显示元件100、第一透镜组120和第二透镜组130与第一投射透镜组142的光轴同轴地设置，从而包括显示元件100和第一投射透镜组142的一系列光学元件被布置在空间205中。根据光学设计，用于使光路拐弯的第二折叠式反射镜可被设置在投射光学系统110中，以进一步减小投射光学系统110的长度。例如，可在第一透镜组120和第二透镜组130之间设置折叠式反射镜。
光路改变单元150将穿过第二投射透镜组144的光反射到反射单元160。光路改变单元150被设置在机壳210的底部212上。光路改变单元150可以是平面镜。参照图2，由于屏幕200的位置和与其对应的反射单元160的位置可被控制的余地相对较小，所以投射光学系统110在空间205中的位置可以通过控制光路改变单元150的入射角θ来布置。
另外，光路改变单元150可被设置为接近反射单元160，从而可以进一步减小颏部的高度，即进一步减小屏幕200的底部和底部212之间的距离。
当使用具有F/#2.5和远心光学特性的投射光学系统来实现56英寸屏幕的根据本发明当前示例性实施例的投射式光学系统时，投射式光学系统的机壳的厚度B1可以是230mm或者更小，并且颏部的高度A1可以是160mm。因此，可实现具有更小的颏部高度的和极其纤小的外形的图像显示装置。
图7是表示根据本发明另一示例性实施例的投射式图像显示装置的光学布置的示意性侧视图，图8示意性地表示了显示元件100和屏幕200之间的光学系统，不包括光路改变单元150和折叠式反射镜170。
参照图7和图8，投射式图像显示装置包括机壳215、设置在机壳215的前侧上的屏幕200、设置在屏幕200后面的投射光学系统110、设置在机壳215的底部上的光路改变单元150、设置在屏幕200下方的反射单元160、在屏幕200与投射光学系统110之间设置为与屏幕200平行的后反射镜180以及设置在投射光学系统110中的折叠式反射镜170。投射光学系统110包括第一透镜组120、第二透镜组130和第三透镜组140。
参照图7和图8，由于根据本实施例的在投射式图像显示装置中的显示元件和反射单元160之间的光学系统基本上与根据本发明先前实施例的投射式图像显示装置中的光学系统相同，所以将省略对其构造和操作的描述。现在将详细描述与后反射镜180和投射光学系统110相关的光路。
参照图7，投射光学系统110被设置在水平面P上的后反射镜180后方的空间206中。水平面P穿过反射单元160的有效平面S的下端，并且与屏幕200垂直。
机壳215可以较薄，并且投射光学系统110可被设置为紧靠后反射镜180的后侧。
光路改变单元150将来自投射光学系统110的光反射到反射单元160。
设置在屏幕200之下的反射单元160和屏幕200被设置在后反射镜180的同一侧。反射单元160将被光路改变单元150反射的光广角地反射到后反射镜180。
被设置为与屏幕200平行的后反射镜180将通过反射单元160反射的光反射到屏幕200。参照图7，后反射镜180被设置在光路改变单元150的上部之上，并且与光路反射单元150分开预定距离，从而不干扰通过投射光学系统110、光路改变单元150和反射单元160形成的光路。
当使用具有F/#2.5和远心光学特性的投射光学系统来实现56英寸屏幕的根据本发明当前示例性实施例的投射式图像显示装置时，屏幕200和机壳215的后部之间的距离C可以是110mm或者更小，并且机壳215的安装了投射光学系统110的部分的厚度可以是110mm。在这种情况下，投射式图像显示装置的厚度B2可以是230mm或更小，而投射式图像显示装置的颏部的高度A2可以是150mm。因此，可实现具有高度矮的颏部的和极其纤小的外形的图像显示装置。
在上述实施例中用于折回光路的反射镜是可被使用的光路改变装置的例子，并且根据光学设计，其可以被光路改变装置代替，例如被全反射棱镜代替。
如上所述，根据本发明的投射式图像显示装置包括光路改变装置，从而提供一种具有减小的颏部高度和纤小外形的投射式图像显示装置。即，利用了在入射到屏幕上的光传播的在所述空间之外的剩余空间，并且可将光学器件放置在所述剩余空间中，从而可使投射式图像显示装置变得紧凑。
虽然已经参照本发明的示例性实施例显示并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此做出形式上和细节上的各种改变。

Claims (8)

1、一种投射式图像显示装置，包括：
机壳；
屏幕，设置在机壳的前侧；
投射光学系统，设置在屏幕下方，用于放大和投射由显示元件形成的图像；
光路改变单元，设置在投射光学系统下方，反射被投射光学系统放大和投射的图像；
反射单元，在屏幕下方相对于屏幕倾斜地设置，将被光路改变单元反射的图像反射到屏幕，
其中，投射光学系统被设置在如下空间中，所述空间在穿过反射单元的有效平面的下端的并且与屏幕垂直的水平面之上，在机壳的前侧之后，并且在由入射到屏幕的底部上的光线的路径形成的下光线平面之下，并且该投射光学系统包括用于使光路折弯的折叠式反射镜，
其中，投射光学系统包括：
第一透镜组，控制被显示元件形成的图像的焦距；
第二透镜组，将由第一透镜组形成的图像转换成中间图像；
第三透镜组，放大和投射由第二透镜组形成的中间图像，
其中，第三透镜组包括用于使第三透镜组的光路转向的所述折叠式反射镜，
其中，第三透镜组还包括：
第一投射透镜组，位于第二透镜组和所述折叠式反射镜之间；
第二投射透镜组，位于折叠式反射镜和光路改变单元之间，
其中，第一投射透镜组的光轴与机壳的前侧平行。
2、一种投射式图像显示装置，包括：
机壳；
屏幕，设置在所述机壳的前侧上；
投射光学系统，设置在所述屏幕下方，用于放大和投射由显示元件形成的图像；
光路改变单元，设置在机壳的底部上，用于反射被投射光学系统放大和投射的图像；
反射单元，设置在屏幕之下，反射被光路改变单元反射的图像；
后反射镜，在屏幕和投射光学系统之间被设置为与屏幕平行，将被反射单元反射的图像反射到屏幕，
其中，投射光学系统被设置在穿过反射单元的有效平面的下端的并且与屏幕垂直的水平面之上，并且该投射光学系统包括用于使光路折弯的折叠式反射镜，
其中，投射光学系统包括：
第一透镜组，控制被显示元件形成的图像的焦距；
第二透镜组，将由第一透镜组形成的图像转换成中间图像；
第三透镜组，放大和投射由第二透镜组形成的中间图像，
其中，第三透镜组包括用于使第三透镜组的光路转向的所述折叠式反射镜，
其中，第三透镜组还包括：
第一投射透镜组，位于第二透镜组和所述折叠式反射镜之间；
第二投射透镜组，位于折叠式反射镜和光路改变单元之间，
其中，第一投射透镜组的光轴与机壳的前侧平行。
3、如权利要求1或2所述的投射式图像显示装置，其中，第一投射透镜组的光轴与机壳的底部平行。
4、如权利要求3所述的投射式图像显示装置，其中，显示元件、第一透镜组、第二透镜组以及第一投射透镜组的光轴是相同的。
5、如权利要求3所述的投射式图像显示装置，其中，第二投射透镜组的光轴与第一投射透镜组的光轴垂直。
6、如权利要求1或2所述的投射式图像显示装置，其中，第一透镜组是远心的。
7、如权利要求1或2所述的投射式图像显示装置，其中，第一透镜组包括至少一个非球面透镜。
8、如权利要求1或2所述的投射式图像显示装置，其中，反射单元是非球面镜。
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