CN1716084A - 具有反射镜阵列的反射单元及采用该单元的投影显示系统 - Google Patents

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Abstract

一种投影显示系统，包括：一屏幕；一照明投影系统，其用于利用光源发射的光而形成图像、放大图像并且沿着所述屏幕的背侧投影图像；以及一反射单元，其具有单元反射镜阵列以将从所述照明投影系统接收的图像反射到所述屏幕，所述单元反射镜的每一个具有一第一倾斜反射面以及与所述第一反射面相邻的一第二反射面，所述第一和第二反射面之间具有预定角度。

Description

具有反射镜阵列的反射单元及采用该单元的投影显示系统
技术领域
本发明涉及一种具有反射镜阵列的反射单元及采用该单元的投影显示系统，更具体的，涉及一种这样的反射单元和投影显示系统，即其中设置反射镜阵列以最大化从反射镜阵列反射到屏幕的光束的反射区域，由此实现具有更小深度尺寸的投影显示系统。
本发明要求于2004年6月28日在韩国专利局提交的韩国专利申请No.2004-48933的优先权，其全部内容在此结合作为参考。
背景技术
在投影显示系统中，显示元件控制从灯光源发出的光以形成具有多个像素的彩色图像，并且该彩色图像被放大并且投影到屏幕上。近年来，对具有更小的深度尺寸(即更小的厚度)以及更大的屏幕的投影显示系统的需求增加。因此，已经研制出各种投影显示系统。
为了减小投影显示系统的深度尺寸，应减小来自投影光学系统的光束(beam bundle)的方摆(square pendulum)的深度尺寸。然而，如果投影显示系统设置在屏幕中部，就限制了来自投影光学系统的光束的方摆的深度尺寸。因此，为了减小方摆的深度尺寸，投影光学系统以一角度设置在屏幕的底部侧。
另外，已经对各种其它意欲增加投影到屏幕上的彩色图像的大小并且减小投影显示系统的深度尺寸的技术进行了研究。然而，由于屏幕大而难于减小深度尺寸。也就是说，存在为了增加屏幕的大小而增加整个投影光学系统的大小的趋势。然而，减小整个投影光学系统的大小并且减小投影显示系统的深度尺寸是有技术难度的。
进而，投影光学系统以一角度设置在屏幕的底部侧，并且从投影光学系统射出的光束被反射镜反射以向屏幕传播。由于投影显示系统具有紧凑的深度，从投影光学系统射出的光束应具有大的展开角(spreading angle)。
如美国专利申请公开No.2003/0072077所公开的投影显示系统。参考图1，投影显示系统包括壳体12和屏幕14。壳体12包括：用于形成彩色图像的图像源16，用于反射来自图像源16的图像34和34′的第一反射镜18，以及用于将从反射镜18接收的图像(即图像34和34′)反射到屏幕14的第二反射镜20。
屏幕14包括设置在垂直方向的反射元件30。反射元件30具有设置倾斜向下并且朝向壳体12内部的反射面32。
现在说明图1的投影显示系统中的成像路径。
由图像源产生的图像首先由第一反射镜18反射以入射在第二反射镜20上。图像随后由第二反射镜20反射到屏幕14的反射元件30。反射元件30随后将第一部分图像反射回第二反射镜20，并且通过屏幕14的反射元件30传送第二部分的图像。
如图1所示的投影显示系统具有以下缺点，由于图像两次由第二反射镜20反射而两次入射在屏幕14上，使得对比度下降。
进而，由于第二反射镜20为平的反射镜，图像入射在屏幕14上的有效图像区域(A)小。由于有效图像区域(A)不同于图像首先被反射在第二反射镜20上的区域(B)，所以其缺点在于，与实际屏幕大小相比有效屏幕大小减小。
发明内容
本发明提供一种反射单元和采用该反射单元的投影显示系统，设置反射镜阵列以最大化被反射到屏幕上的光束的有效图像区域，由此减小投影显示系统的厚度尺寸。
本发明的其他方面和优点将部分通过下述说明而阐明，部分通过下述说明而显见，或者可通过对本发明的实践而习得。
本发明的前述方面和优点可通过如下方式获得，提供一种投影显示系统，其包括：一屏幕；一照明投影系统，其用于利用光源发射的光而形成图像、放大图像并且沿着所述屏幕的背侧投影图像；以及一反射单元，其具有单元反射镜阵列，以将从所述照明投影系统接收的图像反射到所述屏幕，所述单元反射镜的每一个具有一第一倾斜反射面以及与所述第一反射面相邻的一第二反射面，所述第一和第二反射面之间具有预定角度。
所述单元反射镜平行排列。
排列所述单元反射镜阵列，以使其具有预定曲率。所述单元反射镜阵列的曲率中心可位于所述反射单元内。另一方案是，所述单元反射镜阵列的曲率中心可位于所述反射单元外。
所述单元反射镜的第一反射面的倾角相对于所述屏幕的高度方向变化。所述第一反射面的倾角可随着沿着所述屏幕的高度方向其高度的增加而逐渐增加。
所述反射单元具有齿形截面。所述单元反射镜阵列的单元反射镜的节距在50μm到1000μm的范围内。
本发明的前述和/或其他方面和优点可通过如下方式获得，提供一种用于投影显示系统的反射单元，包括：单元反射镜阵列，其用于将来自一照明投影系统的图像反射到屏幕上，其中，所述单元反射镜具有一第一倾斜反射面以及与所述第一反射面相邻的一第二反射面，所述第一和第二反射面之间具有预定角度。
附图说明
本发明的这些和/或优点将通过下述结合附图对实施例的描述而显见并且更易于了解。
图1是描述常规背投影显示系统的视图。
图2是描述根据本发明一实施例的投影显示系统的示意图。
图3是描述包括在根据本发明一实施例的投影显示系统中的反射镜阵列的视图。
图4A是描述包括在根据本发明另一实施例的投影显示系统中的反射镜阵列的视图。
图4B是图4A的反射镜阵列的前视图。
图4C是描述包括在根据本发明另一实施例的投影显示系统中的反射镜阵列的视图。
图5是描述根据本发明的具有多个单元反射镜的反射单元的视图，该单元反射镜具有变化的倾角(slope)。
图6是描述与从平的反射镜反射的光束的反射区域相比，从根据本发明的反射单元反射的光束的反射区域的视图。
具体实施方式
下面详细将参考本发明的实施例，附图中描述了本发明的实施例的实例，并且所有附图中相似的参考标记指代相似的元件。下面参考附图说明这些实施例以便解释本发明。
图2是描述根据本发明一实施例的投影显示系统的示意图。
参考图2，投影显示系统包括：照明投影系统50，其用于形成图像、放大图像并且投影图像；壳体53，其包括屏幕(S)。
照明投影系统50包括发光光源。利用光源发出的光通过投影透镜，照明投影系统50放大并且投影形成在显示装置，例如阴极射线管(CRT)，数字光显处理(DLP)，或者液晶显示器(LCD)中的图像。
反射单元55设置在屏幕(S)的背侧，以将从照明投影系统50接收的图像反射向屏幕(S)。多个单元反射镜58成阵列排列以形成反射单元55.如图3所示，多个单元反射镜58中的每一个包括第一反射面58a和第二反射面58b。第一反射面58a反射从照明投影系统50射向屏幕(S)的光束。第二反射面58b与第一反射面58a相邻，两者之间设置具有预定角度β。多个单元反射镜58使得反射单元55为齿形截面。
如图3所示，反射单元55的结构可为多个单元反射镜58以节距(p)成直线平行排列。另一种方案是，如图4A所示，反射单元55的结构可为多个单元反射镜58以预定曲率排列。该预定曲率的曲率中心可位于反射单元55外或者位于反射单元55内。图4B描述了曲率中心位于反射单元55外的情况。
进而，图4C描述了曲率中心位于反射单元55内的情况。另一种方案是，在曲率中心位于反射单元55内的情况下，多个单元反射镜58可对称或者不对称排列。例如，图4C所示，多个单元反射镜58可同心排列。
再参考图2，反射单元55具有形成齿形截面的反射镜阵列结构。
图5描述了具有相应倾角的多个单元反射镜58的第一反射面58a。图5描述了根据相应倾角而被第一反射面58a的每一个所反射的光束的反射区域的比较。当第一反射面58a的相应倾角彼此不同并且从相同方向接收入射光束时，反射光束的反射区域彼此不同。
如图5所示，根据第一反射面58a的相应倾角α1、α2和α3，入射光束的角度关系为θ1＜θ2＜θ3。此时，当反射光束的反射区域分别为R1、R2和R3时，它们之间的关系为R1＜R2＜R3。如上所述，反射光束的反射区域取决于入射光束的角度和第一反射面58a的相应倾角。因此，当来自照明投影系统50的图像被从反射单元55反射时，总反射区域可最大化。
当反射区域的宽度为R1、R2和R3时，反射区域的宽度与相应的入射角度成相同比例。也就是，R2/R1＝sinθ2/sinθ1并且R3/R2＝sinθ3/sinθ2。
图6描述了当从照明投影系统50出射的图像(I1)和(I2)的入射在反射单元55上，并且当图像(I1)和(I2)入射在沿着反射单元55的定位而定位的平面反射镜(M)上时的反射区域之间的比较。
假设被反射单元55反射的图像(R55)的区域为“C”而被平面反射镜(M)反射的图像(RM)的区域为“D”，选择多个单元反射镜58的第一反射面58a的倾角以满足关系式C＞D。由于图像(R55)的区域大于图像(RM)的区域，在沿着平行于屏幕(S)的线的方向上的反射单元55的长度可短语屏幕(S)的长度。
特别的，入射在反射单元55下部上的图像(I1)被反射向屏幕(S)的下部，并且入射在反射单元55上部上的图像(I2)被反射向屏幕(S)的上部。为了将入射在反射单元55上的图像(I1)反射向屏幕(S)的下部，第一反射面58a的倾角小。为了将入射在反射单元55上的图像(I2)反射向屏幕(S)的上部，第一反射面58a的倾角大。大的倾角的垂直分量大于水平分量，并且小的倾角的水平分量大于垂直分量。如图5所示，当第一反射面58a的倾角α1、α2和α3增加时，图像(I1)和(I2)被反射向屏幕(S)的上部。相反，当第一反射面58a的倾角α1、α2和α3减小时，图像(I1)和(I2)被反射向屏幕(S)的下部。
因此，反射单元55的第一反射面58a的倾角α1、α2和α3可沿着屏幕(S)的高度方向变化。第一反射面58a的倾角α1、α2和α3可随着沿着屏幕(S)的高度方向其高度的增加而逐渐增加。从照明投影系统50发射的图像大部分从第一反射面58a反射以向屏幕(S)传播，并且从屏幕(S)反射或者在其他方向入射的光束从第二反射面58b反射以向屏幕(S)传播。
参考图3，多个单元反射镜的节距可在50μm(微米)到1000μm的范围内。如果节距太小，则可导致反射光束之间相干。另一方面，如果节距太大，可在屏幕(S)上形成没有被反射的图像光束的无反射区域，由此降低了图像质量。
从照明投影系统出射的图像被投影到屏幕(S)，使得当图像从反射单元55反射时提供宽的反射区域。
如上所述，本发明的投影显示系统的优点在于，具有反射镜阵列的反射单元加宽了由照明投影系统形成的图像的反射区域。选定反射单元的反射面的倾角，以使得投影显示系统具有紧凑的厚度并且提供最大尺寸的反射区域。
进而，变化反射面的每一个倾角以在沿着屏幕的高度方向具有最优的倾角，由此提高图像质量。进而，由照明投影系统形成的图像被反射单元一次反射到屏幕，由此防止由于光束之间干涉而引起的图像质量降低。
虽然已经显示并且描述了本发明的几个实施例，本领域技术人员应理解可在不背离本发明的原则和精神的情况下，对这些实施例做出修改，其中本发明的范围由所附权利要求和其等价物限定。

Claims (26)

1.一种投影显示系统，包括：
一屏幕；
一照明投影系统，其用于利用光源发射的光而形成图像、放大该图像并且沿着所述屏幕的背侧投影图像；以及
一反射单元，其具有单元反射镜阵列，以将从所述照明投影系统接收的图像反射到所述屏幕，所述单元反射镜的每一个具有一第一倾斜反射面以及与所述第一反射面相邻的一第二反射面，所述第一和第二反射面之间具有预定角度。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述单元反射镜阵列的单元反射镜平行排列。
3.如权利要求1所述的系统，其中，排列所述单元反射镜阵列，以使其具有预定曲率。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述单元反射镜阵列的曲率中心位于所述反射单元内。
5.如权利要求3所述的系统，其中，所述单元反射镜阵列的曲率中心位于所述反射单元外。
6.如权利要求2所述的系统，其中，所述单元反射镜阵列的单元反射镜的第一反射面的倾角相对于所述屏幕的高度方向变化。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述第一反射面的倾角随着沿着所述屏幕的高度方向其高度的增加而逐渐增加。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述反射单元具有齿形截面。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述单元反射镜阵列的单元反射镜的节距在50μm到1000μm的范围内。
10.一种投影显示系统，包括：
一壳体；
一屏幕，其设置在所述壳体的一第一表面；
一图像产生单元，其设置在所述壳体的一侧以产生图像并且投影该图像；以及
一反射单元，其设置在所述壳体的一第二表面并且具有多个第一倾斜反射面以接收图像光束并且将所接收的图像光束的相应的图像光束反射向所述屏幕。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述多个倾斜反射面彼此间隔。
12.如权利要求10所述的系统，其中，相对于所述壳体的第二表面成不同角度形成所述多个第一倾斜反射面。
13.如权利要求10所述的系统，其中，所述反射单元包括多个设置在相邻第一倾斜反射面之间的第二倾斜反射面。
14.一种用于投影显示系统的反射单元，包括：
单元反射镜阵列，其用于将从一照明投影系统接收的图像反射到屏幕上，
其中，所述单元反射镜的每一个具有一第一倾斜反射面以及与所述第一反射面相邻的一第二反射面，所述第一和第二反射面之间具有预定角度。
15.如权利要求14所述的反射单元，其中，所述单元反射镜阵列的单元反射镜平行排列。
16.如权利要求14所述的反射单元，其中，排列所述单元反射镜阵列以使其具有预定曲率。
17.如权利要求16所述的反射单元，其中，所述单元反射镜阵列的曲率中心位于所述反射单元内。
18.如权利要求16所述的反射单元，其中，所述单元反射镜阵列的曲率中心位于所述反射单元外。
19.如权利要求16所述的反射单元，其中，所述单元反射镜阵列的单元反射镜的第一反射面的倾角相对于所述屏幕的高度方向变化。
20.如权利要求19所述的反射单元，其中，所述第一反射面的倾角随着沿着所述屏幕的高度方向其高度的增加而逐渐增加。
21.如权利要求15所述的反射单元，其中，所述单元反射镜阵列的单元反射镜的第一反射面的倾角相对于所述屏幕的高度方向变化。
22.如权利要求15所述的反射单元，其中，所述反射单元具有齿形截面。
23.如权利要求14所述的反射单元，其中，所述单元反射镜阵列的单元反射镜的节距在50μm到1000μm的范围内。
24.如权利要求14所述的反射单元，其中，所述反射单元具有齿形截面。
25.一种图像投影系统的方法，该方法包括
产生一图像；
沿着一屏幕的背侧投影该图像；并且
利用多个反射镜，以不同的角度将所投影的图像的光束分别反射到屏幕上。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述反射图像的光束的步骤包括：
接收投影到一反射单元上的图像；
将在所述反射单元的底部附近接收的光束反射向屏幕的底部；并且
将在所述反射单元的顶部附近接收的光束反射向屏幕的顶部。
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