CN1521533A - 投影光学系统 - Google Patents

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Abstract

这里揭示的是一种用于减小整个光学系统的高度的投影光学系统，该系统包括：一个用于发光的灯、一个分色器，用于划分从灯发出的光的颜色、一个光混合器，用于发出具有均匀光亮度的光、一个通道改变棱镜，用于将从光混合器照射出的光的通道改变为向上和向下、和一个TIR棱镜，用于将光的方向和角度改变为预定的方向和角度。

Description

投影光学系统
本申请主张在2003年2月12日申请的韩国专利申请号P2003-08898的权利，因此其被引证，正如它在此被完整提出。
技术领域
本发明涉及到投影仪，尤其涉及到投影光学系统。
背景技术
近年来，投影仪被普及使用，并且各种形式的投影仪被制造。投影仪被划分成：一种具有可应用于小屏幕的光强度的产品和另一种具有可应用于大的会议室和电影院的光强度的产品。并且，按照使用目的或用途投影仪也被划分成便携式小尺寸的投影仪和大尺寸的投影仪，具有不同的性能。
用作投影仪的显示设备被划分成LCD(液晶显示)屏和DMD(数字微镜装置——Digital Micromirror Device)屏。尤其是近年来，广泛使用的利用DMD屏的许多投影仪被制造。使用DMD屏的投影仪通常被叫做DLP(数字光处理——Digital Light Processing)。
用于DLP投影仪的DMD包括许多方形的小的微镜(Micromirror)作为象素，并且水平/垂直排列。通过来自在对角线轴的外部电信号，实现使得每一个微镜倾斜。
因此，当光被接收到DMD时，通过倾斜微镜改变光反射的角度。在这一情况中，由倾斜微镜形成的光的角度不会连续地改变，并且，微镜仅在两个方向被倾斜，这样，使用微镜，光的一个方向被控制。
在这一情况中，在DMD中的微镜按照微镜的对角线方向被倾斜，并且，来自外边的入射的光需要按照与对角线成45°的角的方向入射。下面描述的按照现有技术投影光学系统包括一个TIR棱镜或镜子，TIR棱镜或镜子被制造成被来自外边的电信号倾斜，这样，入射在TIR棱镜或镜子上的光与对角线成45°的角。因此，在制造小尺寸的投影仪中存在问题。这将参考附图进行更详细的描述。
图1是表示按照现有技术的投影光学系统的俯视图，而图2是按照现有技术的投影光学系统的侧视图。
如在图1和图2中所示，投影光学系统包括：一个灯101，用于发光、一个分色器(color divider)102，用于传送特定的光波、一个光混合器(illumination mixer)103，用于接收传送的光和均匀分布亮度、第一光透镜104和第二光透镜105，用于控制亮度、第一镜子106和第二镜子107，用于改变光的方向、一个TIR棱镜108，用于改变光的角度到特定的角度、一个DMD屏109，用于由倾斜使用的微镜(图中未示出)控制图像的亮和暗、以及一个投影透镜110，用于接收由DMD屏109反射的光和按照预定的尺寸投影光。
如前面提到的按照现有技术组成的投影光学系统将被描述。首先，灯101通过形成光的灯泡和反射光的反射镜发出光。然后，由灯101发出的光，根据定时通过分色器102的转动，被分成多种颜色，并且入射在光混合器103上。在这种情况中，分色器102包括多个滤光器，用于传送或反射具有特殊波长的单独一种特定的颜色(红、绿、兰)，并且，由配备的马达转动。
光混合器103保持发射平面上的亮度，尽管入射在入射平面上的光的亮度是不相等的。于是发射平面担当起一个平面光源的角色。
如上面提到的均匀照射的光，通过第一光透镜104和第二光透镜105，被入射在DMD屏109上。然而，入射在DMD屏109上的光必需具有一个预定的角度。理想地，光应该与对角线成45°的方向入射在DMD屏109上。
为了与投影透镜110的轴线平行，按正常方向入射在DMD屏109上的光的角度也必需是一个预定的角度。因此，在照明光学系统的结构中，如在图1和图2中说明的，第一镜子106和第二镜子107被配备在第一光透镜104和第二光透镜105之间。光的方向被改变成向上和向下，用于按照相当于DMD屏109的像素的微镜的对角线方向发射光。结果，为了按照光的入射角的特性传送和反射光，TIR棱镜108也按照与像素的对角线成45°的倾斜的方向设置。
因此，按照预定的角度预定的方向入射在DMD屏上的光，通过来自外边的电信号，被倾斜到使入射在投影透镜110上的光能够倾斜到一个角度或者在相对的方向，以致于在屏幕上创建一个亮和暗的区域。
在这种情况下，如在图2中所示，在制造小尺寸的投影光学系统中存在一个问题，因为光的通道需要被移动到很高的部分，并且，为了把光入射在位于倾斜45°的TIR透镜的顶部的第二光透镜105上，投影光学系统的高度不能够被降低。
发明内容
于是，本发明是要提供一种投影光学系统，这种投影光学系统基本上消除由于现有技术的限制和缺点引起的一个或多个问题。
本发明的一个目的是要提供一种用于减小整个光学系统的高度的投影光学系统。
本发明的另外的特征、目的和优点将部分地在随后的说明中阐明，并且，对于本领域的熟练技术人员，其中的一部分将从对说明书的考查中获得，或者可以通过本发明的实践学到。通过在说明书和权利要求书以及附图中特别指出的结构，将会实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了获得这些和其它优点以及按照本发明的目的，正如这里进行具体和广泛的描述，一种投影光学系统包括：一个灯，用于发光、一个分色器，用于划分从灯发出的光的颜色、一个光混合器，用于发出具有均匀光亮度的光、一个通道改变棱镜，用于将从光混合器照射出的光的通道改变为向上和向下、和一个TIR棱镜，用于将光的方向和角度改变为预定的方向和角度。
在这种情况中，通道改变棱镜被可转动地设置，用于控制入射光的步进差。还包括反射镜用于改变光的通道，这样，从灯发出的光被进入到分色器。通道改变棱镜包括一个在入射光的轴线和发射光的轴线之间距离。通道改变棱镜被可转动地设置，用于控制发射光的步进差(step diference)。
按预定的垂直和水平角度，TIR棱镜被倾斜，用于保持由DMD屏需要的预定的光的入射角。
应该理解：本发明的前面的一般说明和后面的详细说明是示例性的和解释性的，是要提供更进一步的对如权利要求所述的本发明的解释。
附图说明
被包括以提供对本发明的进一步理解和共同组成说明书的一部分的附图，说明本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是说明按照现有技术的投影光学系统的俯视图。
图2是说明按照现有技术的投影光学系统的侧视图。
图3是说明按照本发明的投影光学系统的俯视图。
图4是说明按照本发明的投影光学系统的侧视图。
图5是说明按照本发明的投影光学系统中的通道改变棱镜的操作原理的图。
具体实施方式
现在，将详细说明本发明的优选实施例，其实例在附图中说明。在任何可能之处，相同的引用数字将被用于全部附图以指示相同或相似的部件。
图3是说明按照本发明的投影光学系统的俯视图。图4是说明按照本发明的投影光学系统的侧视图。
如在图3和图4中所示，投影光学系统包括：一个灯301，具有一个用于发光的灯泡和一个用于反射光的反射镜(图中未示出)、一个分色器302，用于按照定时通过转动从灯301发出的光划分光的颜色、一个光混合器303，用于混合亮度不是均匀分布的在那里反射的从分色器302接收和照射出的光，以致于照射出亮度是均匀分布的光、一个通道改变棱镜304，用于改变从光混合器303均匀发出的光的通道、和一个TIR棱镜306，用于改变和发射从通道改变棱镜304发射出的光到一个预定的方向和一个预定的角度。
在这种情况中，从灯301来的光的通道被改变并进入分色器302，或通过移动反射镜307直接进入分色器。
来自光混合器303的光通过第一光透镜308、通道改变棱镜304和第二光透镜309，并进入DMD屏305。
在这种情况中，第一和第二光透镜308和309包括至少一个透镜且在第一和第二光透镜之间的光轴互相不一致。
然而，通道改变棱镜304被设置在第一光透镜308和第二光透镜309之间，用于保持轴之间的预定的距离(光通道的高度差)。
对按照本发明的如前面提到的以薄层形式的配置的投影光学系统，现在将参考附图进行更详细地描述。
首先，通过灯301进入分色器302的光，通过分色器302的转动，按顺序被划分，并进入光混合器303。光混合器303保持发射平面上的光的亮度，尽管入射在入射平面上的光的亮度是不均匀的。于是，发射平面担当起一个平面光源的角色。
从光混合器303发出的光，通过第一光透镜308和第二光透镜309，进入到DMD屏305。第一光透镜308至少包括一个透镜并且第二光透镜309至少包括一个透镜。
在这种情况中，在第一光透镜308和第二光透镜309之间的光轴不是相互一致的。然而，通道改变棱镜304被设置在第一光透镜308和第二光透镜309之间，用于保持在轴之间的预定的距离(光通道的高度差)。
如在图5中所示，通过一个反射平面(S2)，通道改变棱镜304改变入射在入射平面(S1)上的光的通道，并且，通过另一个反射平面(S3)再次反射，从而通过发射平面(S4)。
通道改变棱镜304是一个完整的四边形，并且，入射光的轴与发射光的轴有一个预定的距离。于是，通过通道改变棱镜的转动，在垂直方向上形成预定的距离，从而发挥改变光的通道的重要作用。
通过通道改变棱镜304，从第一光透镜308射出的光，在垂直和水平方向，具有特定的步进差，并且，进入TIR棱镜306，TIR棱镜306具有按照通过第二光透镜309之后的光进入的角度选择性地传送或反射光的特性。
TIR棱镜306具有一个相对于垂直和水平方向的特定的角度，并且具有保持DMD屏305需要的光的入射方向和角度的特性。
如前面提到的，通过按照外面的电信号倾斜微镜，入射在DMD屏305上面的从TIR棱镜来的光被反射，从而通过进入或不进入投影透镜310，在屏幕(图中未示出)上显示亮和暗。
参考在图4中的按照本发明的投影光学系统的侧视图，它不同于在图2中的现有技术，TIR棱镜306不需要为保持预定的在DMD屏上的入射方向而被转动，也不需要被设置在与图2中所示的第二镜子107的相同的位置。因此，在图4中所示的投影光学系统的高度H低于在图2中所示的投影光学系统的高度h。
在本发明的另一个实施例中，分色器302没有被设置在灯301和光混合器303之间，而是被设置在光混合器303和第一光透镜308之间。
前面所述的投影光学系统有下面的效果。第一，能够制造薄尺寸的投影仪，因为使用DMD屏的投影光学系统的高度能够被减小，因而具有便携的效果。第二，具有减小装置的高度的效果，不仅可以应用到投影仪而且也可以应用到投影TV。
对于本领域技术人员来说，这是明显的：能够对本发明进行各种修改和变化，但不会背离本发明的精神和范围。因此，应该注意到：本发明覆盖落入权利要求的范围及其等价范围内的对本发明修改和变化。

Claims (15)

1、一种投影光学系统，包括：
一个灯，用于发射光；
一个分色器，用于划分从灯发出的光的颜色；
一个光混合器，用于发出具有均匀光亮度的光；
一个通道改变棱镜，用于将从光混合器发出的光的通道改变为向上和向下；和
一个TIR棱镜，用于将光的方向和角度改变为预定的方向和角度。
2、如权利要求1所述的一种投影光学系统，其中，还包括一个反射镜，用于改变光的通道，这样，从灯发出的光进入到分色器。
3、如权利要求1所述的一种投影光学系统，其中，用于控制光的强度的至少一个第一光透镜和第二光透镜被设置在通道改变棱镜之间。
4、如权利要求1所述的一种投影光学系统，其中，分色器包括多个盘形或圆柱形的并且被可转动地设置的光学器件，以用于选择性地传送或反射一种颜色。
5、如权利要求1所述的一种投影光学系统，其中，通道改变棱镜被可转动地被设置用于控制入射光的步进差。
6、如权利要求1所述的一种投影光学系统，其中，通道改变棱镜包括在入射光的轴和发射光的轴之间的距离。
7、如权利要求1所述的一种投影光学系统，其中，通道改变棱镜被可转动地设置用于控制发射光的步进差。
8、一种投影光学系统，其中，一个具有DMD屏的投影仪包括：
一个灯，用于发射光；
一个分色器，用于划分从灯发出的光的颜色；
一个光混合器，用于发出具有均匀光亮度的光；
一个通道改变棱镜，用于将从光混合器发出的光的通道改变为向上和向下；和
一个TIR棱镜，用于将光的方向和角度改变为预定的光的方向和角度。
9、如权利要求8所述的一种投影光学系统，其中，还包括一个反射镜，用于改变光的通道，这样，从灯发出的光进入到分色器。
10、如权利要求8所述的一种投影光学系统，其中，用于控制光的强度的至少一个第一光透镜和第二光透镜被设置在通道改变棱镜之间。
11、如权利要求8所述的一种投影光学系统，其中，分色器包括多个盘形或圆柱形的并且被可转动地设置的光学装置，用作选择性地传送或反射一种颜色。
12、如权利要求8所述的一种投影光学系统，其中，通道改变棱镜包括在入射光的轴和发射光的轴之间的距离。
13、如权利要求8所述的一种投影光学系统，其中，通道改变棱镜包括在入射光的轴和发射光的轴之间的距离。
14、如权利要求8所述的一种投影光学系统，其中，通道改变棱镜被可转动地设置以用于控制发射光的步进差。
15、如权利要求8所述的一种投影光学系统，其中，按预定的垂直和水平角度，TIR棱镜被倾斜，用于保持DMD屏需要的预定的光的入射角。
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