CN1873469A - 能够调整宽高比的发光系统及使用该发光系统的投影系统 - Google Patents

Abstract

提供一种能够提高光效率和对比度的发光系统和投影系统。所述投影系统包括：显示面板，根据多个微镜的旋转来控制从该显示面板入射在投影透镜单元上的光；和非对称光阑，用于调整从显示面板入射的有效光的角度。所述向投影系统发射光的发光系统包括：一个或多个光源单元，所述光源单元中的每一个包括单个发光装置或发光装置阵列，并具有光出射面，所述光出射面具有不同于显示面板的宽高比的宽高比；和宽高比调整单元，用于调整光的宽高比，以便每个光源单元的光出射面的宽高比可以等于显示面板的宽高比。

Description

能够调整宽高比的发光系统及使用该发光系统的投影系统

本申请要求于2005年6月2日在韩国知识产权局提交的第10-2005-0047345号韩国专利申请的利益，该申请公开于此以资参考。

                          技术领域

与本发明一致的系统涉及一种具有高的光效率和对比度的发光系统以及一种采用该发光系统的投影系统，该发光系统可使用发光装置作为光源而在低功率下运行。

                          背景技术

投影系统使用从光源发出的光来在显示面板上生成图像，并通过投影透镜单元将该图像放大并投影到屏幕上，从而满足观众对通过大屏幕进行观看的需求。主要使用灯来作为投影系统的光源。然而，灯较大且昂贵，产生大量的热，并且寿命短。

因此，投影系统可采用激光光源或发光二极管(LED)来取代灯。LED较便宜并且具有长的寿命，因此可被有效地用作光源。另一方面，一个LED不能提供足够的亮度，因此以封装件的形式使用多个LED。

图1示出传统的投影系统所采用的LED封装件10。参照图1，传统的LED封装件10包括LED基底13和以预定间隔排列在LED基底13上的多个LED芯片15。每个LED芯片15具有正方形形状。作为投影系统中的图像显示面板的可变形反射镜装置(DMD)包括以二维排列的多个微镜，每个微镜独立地打开或关闭，以回转(pivot)。

图2A示出当微镜30打开和关闭时由微镜30反射的光的传播路径。例如，具有16∶9的宽高比的显示面板在水平方向上的长度为2.3cm，在垂直方向上的长度为1cm，而安装在该芯片中的微镜是微米级别的。由于一个微镜如此小以至于以微米(μm)来测量，因此难以精确地控制微镜的运动。微镜可转动的角度的范围由于DMD的结构约束而受到限制，并且光的发散角(divergence angle)也受到微镜倾斜角度的限制。

当微镜30打开时，入射光Li以入射角α入射在微镜30上，然后被微镜30反射，从而被垂直地引导向屏幕。这里，当微镜30打开时由微镜30反射的将用于创建图像的光称作有效光Le，当微镜30关闭时由微镜30反射的被远离投影透镜单元引导的光称作无效光Lu。为了防止入射光Li和有效光Le彼此干扰，入射光Li的发散角必须在±α内。例如，当角度α为12°时，入射光Li的发散角可在±12°内。当微镜30关闭时，由于微镜30在与微镜30打开的情况下的方向相对的方向上倾斜，因此入射光Li被微镜30反射，从而沿着不同于垂直轴P的方向传播。同时，由遮盖微镜30的窗口31反射的光称作外部光Lo。

如上所述，入射光Li的发散角被限制，以防止入射光Li与有效光Le之间的干扰。图2B示出被投射到相同的平面上的入射光Li、有效光Le、外部光Lo以及无效光Lu，以显示微镜30的旋转轴C与有效光Le之间的关系。当与旋转轴C垂直的轴为第一轴(X轴)，与旋转轴C平行的轴为第二轴(Y轴)时，考虑到上面参照图2A所描述的发散角，沿着第一轴(X轴)入射光Li和有效光Le可能彼此干扰，但是沿着第二轴(Y轴)入射光Li和有效光Le没有干扰。因此，沿着第二轴(Y轴)，发散角可具有相对大的范围。结果，可通过与第一轴(X轴)相比增加沿着第二轴(Y轴)的发散角来提高光效率。可使用椭圆光阑(stop)来增加沿着第二轴(Y轴)的发散角。

图3A示出其中多个微镜30以二维排列的显示面板35。参照图3A，每个微镜30的旋转轴C由线指示。图3B比较地示出由如图1中所示的传统LED封装件发出的光40以及由投影透镜单元的所述光阑形成的有效光42。微镜30的旋转轴C对应于Y轴。当比较时，由于由如图1中所示的LED封装件入射到显示面板上的光以正方形方式分布，因此如图3B所示，大量的光被所述光阑去除，从而降低了光效率。

                          发明内容

本发明提供一种可通过调整用作光源的发光装置的光出射面的宽高比来提高光效率和对比度的发光系统和投影系统。

根据本发明的一方面，提供一种向投影系统发射光的发光系统，所述投影系统包括：显示面板，根据多个微镜的旋转来控制从该显示面板入射在投影透镜单元上的光；和非对称光阑，用于调整从显示面板入射的有效光的角度，所述发光系统包括：一个或多个光源单元，所述光源单元中的每一个包括单个发光装置或发光装置阵列以及具有第一宽高比的光出射面，所述第一宽高比不同于显示面板的第二宽高比；和宽高比调整单元，用于将从所述光出射面发射的光的第一宽高比调整为第二宽高比。

所述一个或多个光源单元是多个光源单元，所述多个光源单元中的每一个包括单个发光装置芯片，所述多个光源单元中的一个发射第一波长的第一光，所述多个光源单元中的另一个发射第二波长的第二光，所述第一波长不同于所述第二波长。

所述多个光源单元的每一个包括以二维排列的发光装置阵列以及用于对从所述发光装置阵列发射的光进行准直的准直透镜阵列，所述多个光源单元中的一个发射第一波长的第一光，所述多个光源单元中的另一个发射第二波长的第二光，所述第一波长不同于所述第二波长。

当显示面板的水平长度为M，显示面板的垂直长度为N，在与所述多个微镜中的每一个的旋转轴平行的方向上非对称光阑的f数为f_No1，在与所述多个微镜中的每一个的旋转轴垂直的方向上非对称光阑的f数为f_No2时，所述一个或多个光源单元中的每一个的光出射面的水平长度与垂直长度之比(a∶b)可由下面的方程给出：

(a∶b)＝(M×f_No1)∶(N×f_No2)。

所述发光系统还可包括：聚光透镜组，其被置于所述一个或多个光源单元和宽高比调整单元之间，并具有物与像之间的1∶1共轭特性。

所述宽高比调整单元的光出射面的宽高比可等于显示面板的第二宽高比。

所述宽高比调整单元可以是锥形光隧。

所述宽高比调整单元可包括具有第一宽高比的光入射面和具有第二宽高比的光出射面，所述第二宽高比等于显示面板的宽高比。

所述宽高比调整单元可包括：变形透镜，具有物与像之间的1∶1共轭特性；和光隧，具有光输入面和光输出面，所述光输入面和光输出面具有基本相同的形状。

所述宽高比调整单元可包括：直角棱镜；和光隧，被置于从直角棱镜发射的光的光轴中，并具有光输入面和光输出面，所述光输入面和光输出面具有相同的面积。

所述宽高比调整单元可通过调整其光出射面在与所述多个微镜的每一个的旋转轴垂直的方向上的长度来调整其光出射面的宽高比。

根据本发明的另一方面，提供一种生成放大的图像的投影系统，该投影系统包括：一个或多个光源单元，所述光源单元中的每一个包括单个发光装置或发光装置阵列以及具有第一宽高比的光出射面，所述第一宽高比不同于显示面板的第二宽高比；宽高比调整单元，用于将从所述一个或多个光源单元发射的光的第一宽高比调整为第二宽高比；显示面板，包括以二维排列的多个微镜，所述显示面板通过根据输入图像信号旋转所述多个微镜并调制入射光来生成图像；和投影透镜单元，包括非对称光阑，该投影透镜单元调整从显示面板入射的有效光的角度，并将由显示面板生成的图像放大并投影到屏幕上。

所述光阑可具有椭圆形状，所述椭圆的长轴与所述多个微镜中的每一个的旋转轴平行，所述椭圆的短轴与所述多个微镜中的每一个的旋转轴垂直。

所述显示面板可具有长方形形状，所述长方形的长轴与所述多个微镜中的每一个的旋转轴平行。

所述多个微镜的可每一个具有正方形形状，所述多个微镜中的每一个的旋转轴与所述多个微镜的每一个的对角线方向一致。

                          附图说明

通过下面参照附图对本发明示例性实施例进行详细描述，本发明的上述和其他特性和方面将会变得更加清楚，其中：

图1示出由传统的投影系统采用的发光二极管(LED)封装件；

图2A示出当可变微镜装置(DMD)被用作图1的投影系统中的用于显示图像的显示面板时，在微镜的转动期间入射光、有效光、外部光和无效光的传播路径；

图2B示出被投影到同一平面上的图2A的入射光、有效光、外部光和无效光；

图3A示出用作显示面板的DMD；

图3B比较地示出由安装在投影透镜单元中的光阑形成的有效光以及由采用图1的传统LED封装件的发光系统形成的光；

图4A是根据本发明示例性实施例的发光系统和投影系统的平面图；

图4B是图4A的宽高比调整单元的透视图；

图5A示出多个微镜沿长轴排列的显示面板；

图5B示出多个微镜沿短轴排列的显示面板；

图6是解释拉格朗日不变定律的示图；

图7示出图4A的投影系统的各面的宽高比；

图8是包括修改的宽高比调整单元的图4A的发光系统的平面图；

图9是包括另一修改的宽高比调整单元的图4A的发光系统的平面图；

图10A是根据本发明另一示例性实施例的发光系统和投影系统的平面图；

图10B示出图10A的发光系统的各面的宽高比；

图11A是包括修改的宽高比调整单元的图10A的发光系统的平面图；

图11B示出图11A的发光系统的各面的宽高比；

图12是包括另一修改的宽高比调整单元的图10A的发光系统的平面图；

图13A是采用沿长轴布置的显示面板的发光装置和投影系统的平面图；

图13B是由图13A的发光系统采用的宽高比调整单元的透视图；

图13C是由图13A的发光系统采用的显示面板的正视图；和

图14示出图13A的发光系统的各面的宽高比。

                        具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述本发明，本发明的示例性实施例示于附图中。

图4A是根据本发明示例性实施例的发光系统和投影系统的平面图。参照图4A，该投影系统包括：光源单元100a、100b和100c，其每一个采用发光装置作为光源；和显示面板130，具有与光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面的宽高比不同的宽高比，并利用从光源单元100a、100b和100c发射的光来生成图像。向显示面板130发射光的发光系统还包括宽高比调整单元120，其位于光源单元100a、100b和100c与显示面板130之间，用于改变光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面的宽高比，以使光展量(etendue)守恒并提高光效率。光源单元100a、100b和100c中的每一个采用单个发光装置芯片或发光装置阵列作为光源，其将在稍后进行描述。

参照图4A，每个由单个发光装置芯片组成的第一光源单元100a、第二光源单元100b和第三光源单元100c彼此面对，颜色组合滤光器110被置于从第一光源单元100a、第二光源单元100b和第三光源单元100c发射的光相交的位置。

第一光源单元100a、第二光源单元100b和第三光源单元100c可包括发射不同波长的光的发光装置，例如分别发射红光、绿光和蓝光的发光二极管(LED)。颜色组合滤光器110包括以直角彼此相交的第一分色滤光器110a和第二分色滤光器110b。第一分色滤光器110a反射来自第一光源单元100a的光并透射来自其他光源100b和100c的光。第二分色滤光器110b反射来自第三光源单元100c的光并透射来自其他光源单元100a和100b的光。颜色组合滤光器110可具有立方体形状。

从第一光源单元100a、第二光源单元100b和第三光源单元100c发射的不同波长的光通过颜色组合滤光器110沿着相同的路径向着宽高比调整单元120传播。聚光透镜组115被置于第一光源单元100a、第二光源单元100b和第三光源单元100c与宽高比调整单元120之间，以将从第一光源单元100a、第二光源单元100b和第三光源单元100c发射的光1∶1共轭到宽高比调整单元120。聚光透镜组115会聚从第一光源单元100a、第二光源单元100b和第三光源单元100c发射的光以减小光的截面，并使会聚的光向宽高比调整单元120传播，并且可具有物与像之间1∶1共轭的特性。因此，具有物与像之间1∶1共轭的特性的聚光透镜组115改变放大率，但是保持当从光源单元100a、100b和100c发射的光入射在宽高比调整单元120上时的宽高比。

图4B是图4A的宽高比调整单元120的透视图。参照图4B，宽高比调整单元120可包括具有光入射面120a和光出射面120b的锥形的光隧(lighttunnel)，光出射面120b的宽高比不同于光入射面120a的宽高比。光入射面120a可具有与第一光源单元100a、第二光源单元100b和第三光源单元100c相同的宽高比，光出射面120b可具有与显示面板130相同的宽高比。

图5A示出其中多个微镜132以二维排列的显示面板130。每个微镜132绕旋转轴C转动。面板131具有沿着短轴(y轴)的一边130b以及沿着长轴(y’轴)的一边130a，并具有与屏幕相同的宽高比。面板131可具有4∶3或16∶9的宽高比。当如图5A中所示，每一微镜132的旋转轴C与面板131的短轴(y轴)平行时，微镜132被称作沿着短轴(y轴)排列，而当如图5B中所示，每一微镜132的旋转轴C与面板131的长轴(y’轴)平行时，微镜132被称作沿着长轴(y’轴)排列。尽管旋转轴C与每一微镜132的对角线方向一致，但是旋转轴C可与每一微镜132的边的方向平行。不论微镜132是沿着短轴(y轴)排列还是沿着长轴(y’轴)排列，光都在与每一微镜132的旋转轴C垂直的方向上入射。

反射单元126被置于宽高比调整单元120和显示面板130之间，用于将通过宽高比调整单元120的光反射到显示面板130。反射单元126决定入射在显示面板130上的光的角度。由于如参照图2A所描述，入射角的范围受到限制，因此反射单元126的位置也由受限制的入射角范围限制。因此，反射单元126与显示面板130以及投影透镜单元135非常邻近地布置。在这种情况下，从显示面板130发射到投影透镜单元135的光可能与反射单元126干扰。为了减小这种干扰，显示面板130可以沿着长轴(y’轴)布置。

图4A示出采用具有沿短轴(y轴)排列的微镜132的显示面板130的投影系统。宽高比调整单元120在与微镜132的旋转轴C(即z方向)垂直的方向(即x方向)上成锥形。换言之，当如图4B中所示，旋转轴C是宽高比调整单元(光隧)120的截面的水平方向时，光入射面120a的水平长度m₁和光出射面120b的水平长度m₂彼此相等(m₁＝m₂)，并且光出射面120b的垂直长度n₂大于光入射面120a的垂直长度n₁(n₂＞n₁)。光入射面120a的宽高比m₁∶n₁可等于第一光源单元100a、第二光源单元100b和第三光源单元100c的每一个的光出射面的宽高比。光出射面120b的宽高比m₂∶n₂可等于显示面板130的宽高比。

将详细解释确定光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面的宽高比以提高光效率的方式。根据安装在投影透镜单元135中的光阑133的形状，即f数来确定光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面的宽高比。由于入射在微镜132上的光的角度限制，光阑133具有非对称形状。例如，光阑133可具有椭圆形状，该椭圆的长轴平行于每一微镜132的旋转轴C，短轴垂直于旋转轴C。由于f数＝(焦距/有效孔径)，因此当光阑133为非对称时，在水平方向和垂直方向上产生f数差异。该f数差异可通过基于对水平和垂直方向的每一个变化的拉格朗日不变定律(Lagrange Invariant Law)调整发光系统的光出射面的宽高比来补偿，从而提高光效率和对比度。

为了更好地理解通过调整发光系统的光出射面的宽高比来提高光效率和对比度的原理，将详细地解释光展量守恒和拉格朗日不变定律。光展量是由光发散角和截面面积表示的光学系统的几何关系。

光学系统在光入射面和光出射面处光展量守恒，并且在从光源单元100a、100b和100c发射的光传播通过光隧120、传播到显示面板130、传播到投影透镜单元135的过程中根据光展量定律来确定发光面积和光发散角。然而，当使用非对称的椭圆光阑133时，仅通过光展量定律不能准确地设计发光系统。为了根据光阑133的形状设计高效率的发光系统，应该使用光展量定律所基于的拉格朗日不变定律。现在，将参照图6解释作为二维方程的拉格朗日不变定律。这里，n和n’分别表示物和像所处点的折射率，i和i’表示入射在分界面上的主光的入射角，h和h’表示物和像的大小，l和l’分别表示物与分界面之间的距离以及像与分界面之间的距离，y表示入射在分界面上的光的高度，θ_1/2 and θ’_1/2表示外部光的角度。

nsin(i)＝n′sin(i′)                                              ....(1)

当利用sin(i)h/l和sin(i’)h’/l’而获得的nh/l＝n′h′/l′与y相乘时，获得下面的方程。

$\frac{\mathrm{nhy}}{l}=\frac{n^{\′}{h}^{\′}{y}^{\′}}{l^{\′}}----\left(2\right)$

使用θ_1/2和θ’_1/2将方程2表示如下。

nhsin(θ_1/2)≈n′h′sin(θ′_1/2)                                   ...(3)

根据方程3，光学系统的物面的一侧的长度与光发散角的乘积与光学系统的像面的相应一侧的长度与光发散角的乘积大致相等。这里，物面与宽高比调整单元120的入射面120a对应，像面与宽高比调整单元120的光出射面120b对应。光入射面120a具有与第一至第三光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面相同的宽高比，光出射面120b具有与显示面板130相同的宽高比。相应地，光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面与宽高比调整单元120的光入射面120a的发散角之比也是恒定的。即，由于从光源单元100a、100b和100c发射的光以正方形方式发散，因此从光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面发射的光的发散角在水平方向和垂直方向上是相同的，从而入射在光入射面120a上的光也具有正方形的发散角。

另一方面，由宽高比调整单元120将从显示面板130发射的光调整为具有与光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面的宽高比不同的宽高比，从而从显示面板130发射的光的发散角在水平方向(与每一微镜132的旋转轴C垂直)和在垂直方向(与每一微镜132的旋转轴C平行)上是不同的。使用上述几何关系和拉格朗日不变定律可获得下面的方程。

(光源单元的光出射面的水平长度×光源单元的出射发散角)∶(光源单元的光出射面的垂直长度×光源单元的发散角)＝(显示面板的水平长度×在与微镜的旋转轴垂直的方向上的发散角)∶(显示面板的垂直长度×在与微镜的旋转轴平行的方向上的发散角)                                     ...(4)

当从方程4中消去光源单元100a、100b和100c的出射发散角并且使用光阑133的f数来表示微镜132的发散角时，获得下面的方程。与每一微镜132的旋转轴C平行的方向上的发散角以及与每一微镜132的旋转轴C垂直的方向上的发散角可以与光阑133的有效孔径成比例。由于光阑133的有效孔径与f数成反比，因此当方程4中微镜132上的光的发散角由光阑133的f数代替，显示面板130的水平长度为M，显示面板130的垂直长度为N，在与每一微镜132的旋转轴C平行的方向上光阑133的f数为f_NO1，，在与每一微镜132的旋转轴C垂直的方向上光阑133的f数为f_NO2时，光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面的水平长度和垂直长度之比a∶b由下面的方程给出：

(a∶b)＝(M×f_No1)∶(N×f_No2)                           ...(5)

通过基于方程5使光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面的宽高比能够依光阑133的f数而定，来使得光展量守恒并且光效率最大化。通过根据光阑133的形状控制入射在显示面板130上的光的发散角，还提高了对比度。

图7示出图4A的投影系统的第一至第三光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面100s的宽高比、宽高比调整单元120的光入射面120a和光出射面120b的宽高比、以及显示面板130的宽高比。尽管光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面100s以及宽高比调整单元120的光入射面120a可具有相同的宽高比和不同的面积，但是为了解释方便，它们具有相同的面积。尽管光出射面120b和显示面板130可具有相同的宽高比和不同的面积，但是为了解释方便，它们具有相同的面积。各面中的绘制阴影线的部分代表发散角分布。由于光出射面100s的宽高比和光入射面120a的宽高比彼此相等，因此光出射面100s和光入射面120a的发散角彼此相等。由于宽高比调整单元120的光入射面120a和光出射面120b的宽高比彼此不同，因此根据拉格朗日不变定律，光入射面120a和光出射面120b的发散角不同。

宽高比调整单元120是锥形的光隧，其垂直方向(Z方向)上的长度为恒定的，水平方向(y方向)上的长度增加。根据拉格朗日不变定律，随着长度增加，发散角减小。相应的，y方向(与旋转轴C垂直)上的光的发散角减小，从而生成椭圆的发散角。宽高比调整单元120的宽高比和发散角与显示面板130的宽高比和发散角相等。由于该非对称发散角分布与由光阑133确定的有效发散角分布相符，因此提高了光效率。

从光出射面120b发射的具有宽高比调整单元120的非对称宽高比的光通过中继透镜125透射到反射单元126，被反射单元126反射从而入射到显示面板130上，并透射通过投影透镜单元135，从而被放大并投影到屏幕(未示出)上。在显示面板130和投影透镜单元135之间还设置有聚焦透镜127和128。

图8是包括修改的宽高比调整单元的图4A的发光系统的平面图。参照图8，该宽高比调整单元包括变形透镜140以及具有相同形状的光入射面145a和光出射面145b的光隧145。除了宽高比调整单元之外的其他元件与图4A的元件相同，因此它们由相同的标号表示，将不给出其详细解释。变形透镜140通过改变光源单元100a、100b和100c中的每一个的光出射面的水平长度和垂直长度来调整宽高比，并具有1∶1共轭特性。此外，光隧145的光入射面145a和光出射面145b具有与显示面板130的宽高比相同的宽高比。

图9是包括另一修改的宽高比调整单元的图4A的发光系统的平面图。参照图9，该宽高比调整单元包括：直角棱镜160，被置于颜色组合滤光器110的光出射面上；和光隧165，具有相同形状的光入射面165a和光出射面165b。直角棱镜160通过使从光源单元100a、100b和100c发射的光色散来调整光出射面的宽高比。通过增加直角棱镜160的斜边160a的长度来调整所述宽高比。以这样的方式调整了其宽高比的光被聚光透镜组1151∶1共轭，从而入射在光隧165的光入射面165a上。光隧165的光入射面165a和光出射面165b具有与显示面板130相同的宽高比。

图10A是根据本发明另一示例性实施例的发光系统和投影系统的平面图。参照图10A，光源单元200a、200b和200c分别包括二维阵列的发光装置201a、201b和201c，准直透镜阵列205对从发光装置阵列201a、201b和201c发射的光进行准直。多个光源单元200a、200b和200c可发射不同波长的光。例如，第一光源单元200a、第二光源单元200b和第三光源单元200c可分别发射红光、绿光和蓝光。准直透镜阵列205包括多个准直透镜，所述多个准直透镜中的每一个与发光装置阵列对应。

颜色组合滤光器210将从第一至第三光源单元200a、200b和200c发射的光组合，以使光可沿着相同的路径传播。颜色组合滤光器210包括：第一分色滤光器210a，其反射从第一光源单元200a发射的光并透射从其他光源单元200b和200c发射的光；和第二分色滤光器210b，反射从第三光源单元200c发射的光并透射从其他光源单元200a和200b发射的光。为了生成彩色图像，第一至第三光源单元200a、200b和200c包括发射不同波长的光的发光装置阵列201a、201b和201c。从第一至第三发光装置阵列201a、201b和201c，例如LED阵列发射的光由准直透镜阵列205准直，从而入射在颜色组合滤光器210上。颜色组合滤光器210包括：第一分色滤光器210a，其反射从第一LED阵列201a发射的光并透射从其他LED阵列201b和201c发射的光；和第二分色滤光器210b，其反射从第三LED阵列201c发射的光并透射从其他LED阵列201a和201b发射的光。颜色组合滤光器210具有立方体形状。

由于颜色组合滤光器210的作用而沿着相同的路径传播的光通过聚光透镜组215入射在宽高比调整单元220上。聚光透镜组215将从第一至第三光源单元200a、200b和200c中的每一个的光出射面发射的光1∶1共轭到宽高比调整单元220的光入射面220a。宽高比调整单元220包括具有光入射面220a和光出射面220b的光隧220，光入射面220a和光出射面220b具有彼此不同的宽高比。光入射面220a具有与第一至第三光源单元200a、200b和200c中的每一个相同的宽高比，光出射面220b具有与显示面板230相同的宽高比。光源单元200a、200b和200c中的每一个的光出射面具有方程5中表示的宽高比。

图10B示出图10A的发光系统的各面的宽高比。参照图10B，光源单元200a、200b和200c中的每一个的光出射面200s的宽高比等于宽高比调整单元220的光入射面220a的宽高比，但是不同于宽高比调整单元220的光出射面220b的宽高比。随着宽高比改变，发散角也改变。改变的发散角可与由图4A的非对称光阑133确定的有效发散角相符。宽高比调整单元220可通过调整垂直于显示面板230的每一微镜的旋转轴C的方向上的长度来调整宽高比。

由宽高比调整单元220调整了其宽高比的光通过中继透镜225透射到反射单元226，然后被反射单元220反射到显示面板230。由显示面板230生成的图像通过聚焦透镜227和228入射在投影透镜单元235上，并由投影透镜单元235放大并投影到屏幕上。投影透镜单元235包括非对称光阑233。

图11A是包括修改的宽高比调整单元的图10A的发光系统的平面图。该宽高比调整单元包括被置于颜色组合滤光器210的光出射面210c上的直角棱镜260以及光隧265。光隧265包括具有相同形状的光入射面265a和光出射面265b。通过颜色组合滤光器210的光被光直角棱镜260色散，以使光的宽高比被改变。具有改变的宽高比的光透射通过光隧265，以使光的发散角被改变。图11B示出图11A的发光系统的各个面的宽高比。参照图11B，光源单元200a、200b和200c中的每一个的光出射面200s的宽高比被直角棱镜260改变，从光出射面200s发射的光的发散角也被改变。直角棱镜260的光出射面260s以及光隧265的光入射面265a和光出射面265b具有相同的宽高比。

图12是包括另一修改的宽高比调整单元的图10A的发光系统的平面图。该宽高比调整单元包括变形透镜270和光隧275。光隧275具有光入射面275a和光出射面275b，光入射面275a和光出射面275b具有相同的宽高比和面积。变形透镜270和光隧275的功能和操作与上面参照图8所描述的相同，因此将不给出详细的描述。

图13A是采用沿长轴布置的显示面板的发光系统和投影系统的平面图。该发光系统和投影系统包括：第一至第三光源单元400a、400b和400c，第一至第三光源单元400a、400b和400c分别包括第一至第三发光装置阵列401a、401b和401c以及准直透镜阵列405；和宽高比调整单元420，用于调整第一至第三光源单元400a、400b和400c中的每一个的光出射面的宽高比。如图13B所示，宽高比调整单元420具有光入射面420a和光出射面420b，光入射面420a和光出射面420b具有彼此不同的宽高比。

显示面板430利用通过宽高比调整单元420的光来生成图像。图13C是由图13A的发光系统采用的显示面板430的正视图。参照图13C，显示面板430的长轴平行于每一微镜432的旋转轴C。光出射面420b在水平方向(z方向)上延长，以与沿长轴布置的显示面板430对应。

标号410表示颜色组合滤光器，标号410a表示第一分色滤光器，标号410b表示第二分色滤光器，标号415表示聚光透镜组，标号425表示中继透镜。这些元件的功能和操作与参照图9所描述的相同，因此将不对其进行详细描述。

穿过中继透镜425的光通过反射单元426入射在显示面板430上，由显示面板430生成的图像通过聚焦透镜427和428入射在投影透镜单元435上，并被放大并投影到屏幕(未示出)上。投影透镜单元435包括非对称光阑433。

当显示面板430沿长轴布置时，由于显示面板430沿着短轴的长度430b与从宽高比调整单元420发射的光的光路平行，因此可以减小与反射单元426的干扰。图14示出光源单元400a、400b和400c中的每一个的光出射面400s、宽高比调整单元420的光入射面420a和光出射面420b、以及沿长轴布置的显示面板430的宽高比和发散角。

如上所述，所述能够调整宽高比的发光系统和采用该发光系统的投影系统使用发光装置作为光源，并且使用非对称光阑，以具有与由该非对称光阑确定的有效发散角相符的发散角，并将每个光源单元的光出射面的宽高比调整为与显示面板的宽高比相等。因此，可提高光效率和对比度，发光装置可在低功率下有效地发光，并且可降低由发光装置产生的热量。

尽管已参照本发明的示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，可对其进行各种形式和细节上的改变。

Claims (36)

1、一种向投影系统发射光的发光系统，所述投影系统包括：

显示面板，根据多个微镜的旋转来控制从该显示面板入射在投影透镜单元上的光；和

非对称光阑，用于调整从显示面板入射的光的容许角度，

所述发光系统包括：

一个或多个光源单元，所述光源单元中的每一个包括单个发光装置或发光装置阵列以及具有第一宽高比的光出射面，所述第一宽高比不同于显示面板的第二宽高比；和

宽高比调整单元，用于将从所述光出射面发射的光的第一宽高比调整为第二宽高比。

2、如权利要求1所述的发光系统，其中，所述一个或多个光源单元是多个光源单元，所述多个光源单元中的每一个包括单个发光装置，所述多个光源单元中的一个发射第一波长的第一光，所述多个光源单元中的另一个发射第二波长的第二光，所述第一波长不同于所述第二波长。

3、如权利要求2所述的发光系统，还包括：颜色组合滤光器，用于使从所述多个光源单元发射的光沿着相同的路径传播。

4、如权利要求1所述的发光系统，其中，所述一个或多个光源单元是多个光源单元，所述多个光源单元中的每一个包括以二维排列的发光装置阵列以及用于对从所述发光装置阵列发射的光进行准直的准直透镜阵列，所述多个光源单元中的一个发射第一波长的第一光，所述多个光源单元中的另一个发射第二波长的第二光，所述第一波长不同于所述第二波长。

5、如权利要求4所述的发光系统，还包括：颜色组合滤光器，用于使从所述多个光源单元发射的第一光和第二光沿着相同的路径传播。

6、如权利要求1所述的发光系统，其中，当显示面板的水平长度为M，显示面板的垂直长度为N，在与所述多个微镜中的每一个的旋转轴平行的方向上非对称光阑的f数为f_No1，在与所述多个微镜中的每一个的旋转轴垂直的方向上非对称光阑的f数为f_No2时，所述一个或多个光源单元中的每一个的光出射面的水平长度与垂直长度之比(a∶b)由下面的方程给出：

(a∶b)＝(M×f_No1)∶(N×f_No2)。

7、如权利要求1所述的发光系统，还包括：聚光透镜组，布置在所述一个或多个光源单元和宽高比调整单元之间，并具有物与像之间的1∶1共轭特性。

8、如权利要求1所述的发光系统，其中，所述宽高比调整单元的光出射面的宽高比基本等于所述第二宽高比。

9、如权利要求1所述的发光系统，其中，所述宽高比调整单元为锥形光隧。

10、如权利要求9所述的发光系统，其中，所述宽高比调整单元包括具有第一宽高比的光入射面和具有第二宽高比的光出射面。

11、如权利要求1所述的发光系统，其中，所述宽高比调整单元包括：变形透镜，具有物与像之间的1∶1共轭特性；和光隧，具有光输入面和光输出面，所述光输入面和光输出面具有基本相同的形状。

12、如权利要求11所述的发光系统，其中，所述光隧的光输入面和光输出面中的每一个具有第二宽高比。

13、如权利要求1所述的发光系统，其中，所述宽高比调整单元包括：直角棱镜；和光隧，被置于从直角棱镜发射的光的光轴中，并具有光输入面和光输出面，所述光输入面和光输出面具有基本相同的面积。

14、如权利要求13所述的发光系统，其中，所述光隧的光输入面和光输出面中的每一个具有第二宽高比。

15、如权利要求1所述的发光系统，其中，所述宽高比调整单元通过调整其光出射面在与所述多个微镜中的每一个的旋转轴垂直的方向上的长度来调整其光出射面的宽高比。

16、如权利要求1所述的发光系统，还包括：中继透镜，其将从宽高比调整单元发射的光透射向显示面板。

17、一种生成放大的图像的投影系统，该投影系统包括：

一个或多个光源单元，所述光源单元中的每一个包括单个发光装置或发光装置阵列以及具有第一宽高比的光出射面，所述第一宽高比不同于显示面板的第二宽高比；

宽高比调整单元，用于将从所述一个或多个光源单元发射的光的第一宽高比调整为第二宽高比；

显示面板，包括以二维排列的多个微镜，所述显示面板通过根据输入图像信号旋转所述多个微镜并调制入射光来生成图像；和

投影透镜单元，包括非对称光阑，该投影透镜单元调整从显示面板入射的有效光的角度，并将由显示面板生成的图像放大并投影到屏幕上。

18、如权利要求17所述的投影系统，其中，所述一个或多个光源单元是多个光源单元，所述多个光源单元中的每一个包括单个发光装置芯片，所述多个光源单元中的一个发射第一波长的第一光，所述多个光源单元中的另一个发射第二波长的第二光，所述第一波长不同于所述第二波长。

19、如权利要求18所述的投影系统，还包括：

颜色组合滤光器，用于使从所述多个光源单元发射的光沿着相同的路径传播。

20、如权利要求17所述的投影系统，其中，所述一个或多个光源单元是多个光源单元，所述多个光源单元中的每一个包括以二维排列的发光装置阵列以及用于对从所述发光装置阵列发射的光进行准直的准直透镜阵列，所述多个光源单元中的一个发射第一波长的第一光，所述多个光源单元中的另一个发射第二波长的第二光，所述第一波长不同于所述第二波长。

21、如权利要求20所述的投影系统，还包括：颜色组合滤光器，用于使从所述多个光源单元发射的第一光和第二光沿着相同的路径传播。

22、如权利要求17所述的投影系统，其中，当显示面板的水平长度为M，显示面板的垂直长度为N，在与所述多个微镜中的每一个的旋转轴平行的方向上非对称光阑的f数为f_No1，在与所述多个微镜中的每一个的旋转轴垂直的方向上非对称光阑的f数为f_No2时，所述一个或多个光源单元中的每一个的光出射面的水平长度与垂直长度之比(a∶b)由下面的方程给出：

(a∶b)＝(M×f_No1)∶(N×f_No2)。

23、如权利要求17所述的投影系统，还包括：聚光透镜组，布置在所述一个或多个光源单元和宽高比调整单元之间，并具有物与像之间的1∶1共轭特性。

24、如权利要求17所述的投影系统，其中，所述宽高比调整单元的光出射面的宽高比基本等于所述第二宽高比。

25、如权利要求17所述的投影系统，其中，所述宽高比调整单元为锥形光隧。

26、如权利要求25所述的投影系统，其中，所述宽高比调整单元包括具有第一宽高比的光入射面和具有第二宽高比的光出射面。

27、如权利要求17所述的投影系统，其中，所述宽高比调整单元包括：变形透镜，具有物与像之间的1∶1共轭特性；和光隧，具有光输入面和光输出面，所述光输入面和光输出面具有基本相同的形状。

28、如权利要求27所述的投影系统，其中，所述光隧的光输入面和光输出面中的每一个具有第二宽高比。

29、如权利要求17所述的投影系统，其中，所述宽高比调整单元包括：直角棱镜；和光隧，其被置于从直角棱镜发射的光的光轴中，并具有光输入面和光输出面，所述光输入面和光输出面具有基本相同的面积。

30、如权利要求29所述的投影系统，其中，所述光隧的光输入面和光输出面中的每一个具有第二宽高比。

31、如权利要求17所述的投影系统，其中，所述宽高比调整单元通过调整其光出射面在与所述多个微镜的每一个的旋转轴垂直的方向上的长度来调整其光出射面的宽高比。

32、如权利要求17所述的投影系统，其中，所述非对称光阑具有椭圆形状，所述椭圆的长轴与所述多个微镜中的每一个的旋转轴平行，所述椭圆的短轴与所述多个微镜中的每一个的旋转轴垂直。

33、如权利要求17所述的投影系统，其中，所述显示面板具有长方形形状，所述长方形的长轴与所述多个微镜中的每一个的旋转轴平行。

34、如权利要求33所述的投影系统，其中，所述多个微镜中的每一个具有正方形形状，所述多个微镜中的每一个的旋转轴与所述多个微镜中的每一个的对角线方向一致。

35、如权利要求17所述的投影系统，还包括：中继透镜，布置在宽高比调整单元和显示面板之间，其中，所述中继透镜将从宽高比调整单元发射的光透射向显示面板。

36、如权利要求17所述的投影系统，还包括：反射单元，其将从宽高比调整单元发射的光反射向显示面板。

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