专利名称：投影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影系统。
背景技术：
投影系统是这样一种装置其在发光器件发射的光上携带有图像信号，将所述图像信号投影在屏幕的前表面或后表面上，并允许观察者看到这些图像信号。对于投影系统， 根据运行方案，存在有CRT方案、数字微镜装置方案、Lcos方案、透射LCD方案等。作为投影系统的一个传统实例，已存在有WO 99/64912A1 (在下文中称为引用文献)。该引用文献公开了如下一种方案通过棱镜来合成从红色、绿色和蓝色发光二极管发射的光，并将该光透射到显示装置(例如LCD显示器)。此外，该棱镜围绕着形成图像信号的显示装置(例如IXD或DMD)置放并用于合成这些图像信号。然而，该使用棱镜的方案由于在光通过构成该棱镜的每个玻璃结构的边界时发生的光损失而降低了亮度，由于使用具有大体积的棱镜而增加了该投影系统的尺寸，增加了材料成本并且难以组装，不便于准确地控制光轴，并且当光轴在使用期间偏离时，需要对光轴进行校正等。
发明内容
技术问题为了克服所有这些缺点，本发明的一个目的在于提供一种投影系统，该投影系统具有小的尺寸，具备小型投影系统的操控方便性，并且确保了有竞争力的价格，并且提高了图像的亮度。技术方案为了实现上述目的，本发明的投影系统包括至少一个发光器件；光的时分供应装置，该光的时分供应装置按时间来划分从所述至少一个发光器件发射的光并供应该光； 第一聚光透镜，该第一聚光透镜使得通过所述光的时分供应装置的光集中；第一反射镜，该第一反射镜反射通过所述第一聚光透镜的光；积分器，该积分器使得从所述第一反射镜反射的光成为平面光；第二反射镜，该第二反射镜反射通过所述积分器的光；第三反射镜，该第三反射镜向DMD侧反射从所述第二反射镜反射的光；以及投影透镜，该投影透镜将从第二反射镜反射的光投影到屏幕上并具有光轴，所述第二反射镜和第三反射镜分别置放在该光轴的两侧。在以时分方案在屏幕上形成图像的投影系统中，通过投影透镜的光路的光轴与通过积分器的光路的光轴的偏差角度在2°至18°的范围内，该积分器使光成为与图像相对应的平面光。根据本发明另一方面的投影系统包括至少一个发光器件；光的时分供应装置， 该光的时分供应装置按时间来划分从所述至少一个发光器件发射的光并供应该光；积分器，该积分器使得被按时间划分并从所述第一反射镜供应的光成为平面光；至少一个聚光透镜，该至少一个聚光透镜使光集中；至少三个反射镜；DMD，该DMD接收从所述至少三个反射镜反射的光；以及投影透镜，该投影透镜将从所述DMD发射的光投影到屏幕上，其中，把置放在所述积分器的出射侧的第二反射镜与置放在所述DMD的入射侧的第三反射镜相连的光轴不垂直于或平行于使用所述投影透镜的光轴作为Y轴的虚拟XYZ坐标系上的XYZ轴中的任何一个。有利效果利用本发明，能够解决常规投影系统的各种问题。此外，本发明能够增加可通过该投影系统获得的图像的亮度，获得小型且低成本的投影系统，使得便于操控该投影系统，并避免该投影系统的故障，并且由于结构简单，能够实现组装方便性，并且能够获得除了上述优点之外的各种优点。
图1是根据示例性实施例的投影系统的平面图；图2是根据示例性实施例的投影系统的正视图；并且图3是示出在将第二反射镜和第三反射镜相连的光路中、在投影透镜与单位矢量之间的相关性的视图。
具体实施例方式在下文中，将参考附图来详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明的主题不限于以下实施例，而是，通过添加、改变、省略部件等，理解了本发明主题的本领域技术人员能够容易地提出包括在相同主题范围内的各种实施例，这些实施例应被理解为包括在本发明的主题内。图1是根据示例性实施例的投影系统的结构视图并且示出了平面图。参考图1，该投影系统包括第一发光器件1 ；第二发光器件2 ；第三发光器件3 ；准直器4、5和6，该准直器4、5和6使得从发光器件1、2和3发射的光集中；二向色镜8和9， 该二向色镜8和9准确地合成红色、绿色和蓝色这三种颜色；第一聚光透镜10，该第一聚光透镜10使光集中；第一反射镜21，该第一反射镜21反射光；积分器31，该积分器31在图像的总体区域内均勻化光的亮度使得该光成为平面光；中继透镜40 ；第二反射镜22，该第二反射镜22反射光；第二聚光透镜11，该第二聚光透镜11使光集中；DMD 60 ；第三反射镜 23，该第三反射镜23介于DMD 60和第二聚光透镜11之间，并且将光路向DMD 60侧反射； 以及投影透镜，该投影透镜将光投影到屏幕上。DMD 60设置有其反射角受到控制的多个小型反射镜，并且基于这些小型反射镜的反射角、根据反射光是否面向投影透镜50来控制图像信号。DMD 60是一种公知的制品，因此将不再重复其详细描述。下面将详细描述该投影系统的每个部件。〈发光器件1、2和3>应当以非常短的瞬时来控制这些发光器件的开/关。优选地，对于该发光器件，可以使用发光二极管(LED)。第一发光器件1是蓝色的，第二发光器件2是绿色的，该第三发光器件是红色的。这些发光器件中的每一个均发射相应于三种颜色光的颜色。发光器件1、2和3在时间上与DMD 60同步，从而，符合当前DMD 60的操作状态的发光器件1、2和3被以一定的时间差、按顺序打开/关闭，并且红色、绿色和蓝色这三种颜色被按照时间顺序投影在屏幕上。使用者无法区分与按照时间顺序投影的光相对应的颜色，并将其辨识为单一颜色。〈准直器4、5和6>准直器4、5和6是主要使从发光器件1、2和3发射的光集中的透镜。该准直器可以设置为多个。其中，与发光器件1、2和3最邻近的透镜被设置成如下形式其中，一个表面是凸形的，一个表面是凹形的，并且该最邻近的透镜被制造成如下形式其中，发光器件 1、2和3插入到所述凹形的一个表面中。利用上述构造，从发光器件1、2和3发射的光不向外部泄漏，从而光被有效照射到该准直器并且能够用作该投影系统的有效光源。当该准直器是如下准直器的情况下，即它由树脂材料制成以便提高从每个发光器件发射的光的颜色纯度时，与颜色自身相对应的染料能够为该准直器提供颜色。当该准直器由树脂材料或玻璃制成时，与颜色相对应的膜被覆在相应的准直器的各个表面中的表面上或者在其上涂上涂料。利用这种结构，能够更进一步提高从发光器件发射的光的颜色纯度。〈二向色镜〉二向色镜8和9是选择性地透射或反射光的镜，并且它们被设定为适配于各种类型的发光器件1、2和3。详细地，第一二向色镜8透射从第三发光器件3发射的红色光并且反射从第二发光器件2发射的绿色光。第二二向色镜9透射从第一发光器件1发射的蓝色光并且反射从第二发光器件2和第三发光器件3发射的绿色光和红色光。利用该二向色镜 8和9，从多个发光器件1、2和3发射的每一种光都能够通过单一光路。〈聚光透镜10和11>聚光透镜10和11用作凸透镜，其防止光由于其波特性而漫射。〈反射镜21、22 和 23>反射镜21、22和23被设置成通过集成该投影系统的结构并使光路在相同空间内偏斜来减小该投影系统的体积。在描述实施例作用的稍后部分中，将详细描述这些反射镜的布置状态，该布置状态是本发明的一个特性。〈积分器31>积分器31设置成使得从发光器件1、2和3发射的光成为平面光，该积分器31允许在屏幕上投影的图像具有相同亮度。积分器31使用复眼透镜或光隧道。在本实施例中， 使用了光隧道。此外，随着积分器31的光轴向光出射侧移动(在这里，光的移动方向与光的移动方向相反)，它变得更远离通过投影透镜50的光的光轴(在下文中，有时称为该投影透镜的光轴)。这有助于实现小型投影系统。稍后将描述其作用。而且，积分器31能够制造成光漏斗(light funnel)的形式，其中光入射侧的面积大于光出射侧的面积，以便提高光的使用效率。<中继透镜40>中继透镜40使得从积分器31发射的光集中，该中继透镜40起到了如下作用即， 防止从积分器31发射的光以及再集中的光漫射。使用了两个中继透镜40，从而进一步减小了该投影系统的尺寸。
<DMD 60>DMD具有如下结构能够控制反射角的多个小型反射镜被集成在一起，其中这些小型反射镜对应于每一个像素，以根据反射光是否适当地通过投影透镜50来确定图像是否得以集中。下面将描述具有上述构造的投影系统。从发光器件1、2和3发射的光由准直器4、5和6集中。此时，通过敷盖/喷涂该准直器表面的方法或者通过允许该准直器自身的材料中包含染料的方法等，准直器4、5和 6能够提高从每个发光器件1、2和3发射的光的颜色纯度。这是为了在LED作为所述发光器件时，通过根据LED的半导体化合物的类型、考虑与自然光具有不同波长带的其它光来去除具有不同波长带的光，从而最大可能地形成自然光。此外，在发光器件1、2、3与DMD 60同步的状态中，发光器件1、2和3以时分方案来发射光，并且，与形成DMD 60上的小型反射镜的当前开/关状态相对应的发光器件1、2 和3选择性地发射光。在通过准直器4、5和6的光中，仅仅那些与当前DMD 60同步的光在通过二向色镜 8和9期间通过该光路。如果光通过第二二向色镜9，则它通过第一聚光透镜10并被再集中，该再集中的光又被第一反射镜21反射。第一反射镜21将入射角和反射角设定为大于45°。参考图1，这是为了在从第一反射镜21反射的光向下时使该反射光向右偏转。利用该构造，能够满足该投影系统所需的光路长度并且减小该投影系统的物理尺寸。详细地，当从DMD 60发射的光是基于通过投影透镜50发射的光的方向(即该投影透镜的光轴)时，由从第一反射镜21反射的光与该投影透镜的光轴形成的角度A被设定为大于0。优选地，该角度A的范围是2°至18°，以10° 为中心有正负8°的偏差。利用这种构造，在图1中以虚线分隔开的部分中的每一个部件均能置放成基于图1更向左偏转，从而能够减小该投影系统的沿左右方向的尺寸。换言之，参考图1，该投影系统的右端能够进一步向左移动。这里，优选增加角度A的大小。然而，这会导致在复杂光路内沿左右方向的光的亮度的非均勻性，或者会降低光的使用效率。即使角度A增加，但由于该投影透镜与以虚线分隔开的空间之间的干涉，小型化的程度也有限。此外，如果角度A小于所提出的角度，则该投影系统的小型化程度变小，从而，实现作为本发明目的之一的小型化效果也不是不可能。通过第一反射镜21的光在积分器31中是平面光，并且通过中继透镜40而被集中。此后，该光从第二反射镜22反射出去。参考图1，从第二反射镜22反射的光向上移动。详细地，在图1中，与所述投影透镜的光轴垂直的垂直方向和从第二反射镜22反射的光形成角度C，其相对于投影透镜的光轴不平行。这样，参考图1，当从第二反射镜22反射的光向上移动时，该投影系统的部件能够移动至该投影系统的最低端。换言之，在图1中以虚线分隔开的部分中的每一个部件均进一步向下移动并然后置放于此，从而能够减小该投影系统的沿上下方向的尺寸。然而，在此情形中，DMD 60和投影透镜50之间的距离可能充当极限值，但根据这些透镜的设计，能够实际上减小投影透镜50的镜筒长度。因此，该距离无关紧要。从第二反射镜22反射的光通过聚光透镜11而被集中，从第三反射镜23反射，然后入射到DMD 60中。
在这里，第三反射镜23和聚光透镜11置放在投影透镜50的光轴的左侧和右侧。 能够确保如下的光路长度即，沿着该光路长度，光经过投影透镜50的光路至少一次，从而该光路长度能够操控该投影系统，这是一个具有较长的聚焦点。利用这种构造，能够确保具有该投影系统所需的适当光路长度的光路，能够实现光的集中，省去了现有技术中的用于 DMD的表面的棱镜。因此，能够解决由该棱镜引起的光损失和高成本。此外，还能够解决应将棱镜或场透镜与光轴精确对准的制造不便性等。在DMD 60中，通过按照像素而打开/关闭的小型反射镜的操作，由处于打开状态的小型反射镜反射的光通过投影透镜50入射到屏幕上而形成图像，而由处于关闭状态的小型反射镜反射的光则损失了，并未在屏幕上形成像素。通过聚集由每个小型反射镜反射的反射光来在屏幕上形成图像。根据以上描述，由于省去了用于DMD 60的反射表面的棱镜，因此能够实现成本节约，并且能够解决由该棱镜引起的光损失问题。通过控制第一反射镜21和第二反射镜22 的反射角，在图1中以虚线分隔开的部件向图1的左下侧移动(见箭头)，从而能够减小该投影系统的尺寸。通过在准直器的透镜当中、在发光器件1、2和3的光出射侧附近设置凸透镜，能够减少该发光器件的光损失并能够提高光的使用效率，其中该凸透镜的一侧是凹形的，而其另一侧是凸形的。所述准直器自身具有提高颜色纯度的功能，从而能够进一步提高图像质量。此外，与使用棱镜或场透镜的情形相比，不需要对光轴的精细控制，从而能够减轻组装时的难度。图2是示出沿着箭头“B”的方向观察到的该投影系统的视图，该图2是投影透镜的中心附近的构造的正视图。参考图2，示出了积分器31、第二反射镜22、第三反射镜23、DMD60和投影透镜50。 在这里，积分器31置放在第三反射镜23的上侧，从而第二反射镜22使得通过积分器31的光向下移动。根据以上构造，第二聚光透镜11能够沿着该光路倾斜地置放(处在其下表面基于该投影系统的底表面而向上移动的状态中)。根据上述构造，受到具有较大尺寸的第二聚光透镜限制的、该投影系统的底表面的高度能够增加。详细地，由虚线表示的第二反射镜22匹配于如下结构，该结构置放成与投影系统的底表面(BM)平行以反射光。第二聚光透镜11向上移动了，在此情形中，受到第二聚光透镜11限制的、该投影系统的底表面能够移动到更高位置。由此，该投影系统的上下高度能够减小HI。此外，该投影系统的最低高度受到第三反射镜23限制，并且该投影系统的最低高度由第三反射镜23的下端限定。第二聚光透镜11主要被设置成提高光的聚集效率，并且第二聚光透镜11的安装位置能够从该投影系统的底表面向上移动，从而该投影系统的尺寸小。当如上所述地观察该光路时，如果该投影透镜的光轴被称作XYZ空间坐标系，则从第二反射镜22移动到第三反射镜23的光的光轴与XYZ轴中的任一轴均不具有垂直或平行关系。由此，能够如上所述地实现该投影系统的小型化。当然，易于理解的是，通过使由从第一反射镜21反射的光与所述投影透镜的光轴形成的角度A在2°至18°的范围内变化，能够实现该投影系统沿着CTZ坐标系上的XY方向的尺寸减小，所述范围以10°为中心有正负8°的偏差。
图3是示出在将第二反射镜和第三反射镜相连的光路中、在投影透镜的光轴与单位矢量之间的相关性的视图。参考图3，在CTZ三维坐标系中，Z轴表示该投影系统的上下高度，而XY平面表示该投影系统沿所有方向的平面。在CtZ坐标上，如果将Y轴称作投影透镜50的光轴，则将第二反射镜和第三反射镜相连的光路的单位矢量可以与由图3的实线表示的单位矢量相同。该单位矢量是向Z轴朝着负方向移动的负矢量，并且意味着以角度“D”向下移动的矢量，并且意味着在该平面上向右上方移动的矢量。换言之，它是相对于X轴、向负方向移动的矢量，并且是相对于Y轴、向正方向移动的矢量。由于该单位矢量的角度与所有三个方向(X^方向)都不形成平行关系，特别地，不与Z轴形成垂直或平行关系，所以该单位矢量相对于积分器31的投影系统的底表面(BM)不具有平行状态，而是旋转了预定角度。基于图1所示的投影系统的平面图，由于该单位矢量向右上方移动，所以上述投影系统能够确保具有预定长度的光路，并且能够减小该投影系统的平面尺寸。基于图2所示的投影系统的正视图，由于该单位矢量向下移动，所以上述投影系统能够确保具有预定长度的光路，并且能够减小该投影系统沿上下方向的尺寸。除了上述实施例，本发明的构思还可以包括以下实施例。第一，发光器件1、2和3 以及二向色镜是时分供应装置，该时分供应装置按时间来划分光并供应该光。在这里，能够理解，光的时分供应装置包括按时间来划分从发光器件1、2和3发射的光并控制其开/关的控制装置。在这里，所述光的时分供应装置可以设置成如下结构即，该结构通过使光经过白色发光器件和滤色器来按时间划分光并供应该光，该滤色器以高速旋转从白光发光器件发射的光。此外，即使在使用二向色镜时，也能够在两个或更多个发光器件安装在单个安装结构上的状态下、通过控制发光时间而使用该发光器件。此外，根据该实施例的投影系统通过积分器31而使得来自发光器件的光成为平面光，并且利用预定的投影结构来聚集图像。然而，本发明不限于上述结构，而是能够使用在光入射到第二反射镜22之前使得该光成为平面光的所有结构。例如，可以允许使用复眼透镜来使该光成为平面光以及使用灯作为所述发光器件。然而，根据本发明的、为了实现小型化的思想，更优选使用上述实施例所示的结构。工业适用性利用本发明，当该投影系统用作投影仪时，它能够方便地携带。例如，使用者能够在将该投影仪作为一个物件置于包中的状态下携带该投影仪，这能够使投影仪市场变成一个新的产业。
权利要求
1.一种投影系统，包括 至少一个发光器件；光的时分供应装置，所述光的时分供应装置按时间来划分从所述至少一个发光器件发射的光并供应该光；第一聚光透镜，所述第一聚光透镜使得通过所述光的时分供应装置的光集中； 第一反射镜，所述第一反射镜反射通过所述第一聚光透镜的光； 积分器，所述积分器使得从所述第一反射镜反射的光成为平面光； 第二反射镜，所述第二反射镜反射通过所述积分器的光； 第三反射镜，所述第三反射镜向DMD侧反射从所述第二反射镜反射来的光；以及投影透镜，所述投影透镜将从所述第二反射镜反射的光投影到屏幕上并具有光轴，所述第二反射镜和所述第三反射镜分别置放在所述光轴的两侧。
2.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述发光器件的前方设置有准直器，所述准直器至少使用如下凸透镜，所述凸透镜的一个表面是凹形而另一个表面是凸形的，并且所述凸透镜的凹形部分的内部设有所述发光器件的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的投影系统，其中，所述准直器由树脂材料制成，所述树脂材料中混合有染料，或者所述准直器的表面被根据颜色而敷覆，以提高颜色纯度。
4.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述第三反射镜限定所述投影系统的最下侧的位置。
5.根据权利要求1所述的投影系统，其中，随着从所述积分器发射的光远离所述积分器，所述光远离所述投影透镜的光轴。
6.根据权利要求1所述的投影系统，其中，将所述第二反射镜和所述第三反射镜相连的光路的光轴与基于所述投影透镜的光轴的所有XYZ方向均不垂直或平行。
7.根据权利要求6所述的投影系统，其中，所述积分器相对于所述投影系统的底表面旋转预定角度。
8.根据权利要求1所述的投影系统，其中，将所述第一反射镜和所述第三反射镜相连的光路的光轴相对于所述投影透镜的光轴的偏差角度在2°至18°内。
9.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述至少一个发光器件是红色、绿色和蓝色发光二极管，并且所述光的时分供应装置设置有二向色镜，所述二向色镜把从所述红色、绿色和蓝色发光二极管发射的光的每一个光路整合在一起。
10.根据权利要求1所述的投影系统，其中，在所述积分器和所述第二反射镜之间设置有两个中继透镜。
11.一种以时分方案在屏幕上形成图像的投影系统，其中，通过投影透镜的光路的光轴与通过积分器的光路的光轴的偏差角度在2°至18°的范围内，所述积分器使光成为与所述图像相对应的平面光。
12.根据权利要求11所述的投影系统，其中，随着从所述积分器发射的光远离所述积分器，所述光远离所述投影透镜的光轴。
13.一种投影系统，包括 至少一个发光器件；光的时分供应装置，所述光的时分供应装置按时间来划分从所述至少一个发光器件发射的光并供应该光；积分器，所述积分器使得被按时间划分并从所述第一反射镜供应的光成为平面光；至少一个聚光透镜，所述至少一个聚光透镜使光集中；至少三个反射镜；DMD,所述DMD接收从所述至少三个反射镜反射的光；以及投影透镜，所述投影透镜将从所述DMD发射的光投影到屏幕上，其中，把置放在所述积分器的出射侧的第二反射镜与置放在所述DMD的入射侧的第三反射镜相连的光轴不垂直于或平行于使用所述投影透镜的光轴作为Y轴的、虚拟XYZ坐标系上的XYZ轴中的任何一个。
14.根据权利要求13所述的投影系统，其中，所述投影系统的最低高度由所述第三反射镜限制。
15.根据权利要求13所述的投影系统，其中，在所述至少一个聚光透镜中，介于所述第二反射镜和所述第三反射镜之间的所述聚光透镜相对于所述投影系统的底表面倾斜地置放。
16.根据权利要求13所述的投影系统，其中通过所述投影透镜的光路的光轴与通过所述积分器的光路的光轴的偏差角度在2°至18°的范围内。
17.根据权利要求13所述的投影系统，还包括第一反射镜，所述第一反射镜向所述积分器反射由于通过所述时分供应装置而被时分的光。
18.根据权利要求13所述的投影系统，其中，当从水平面上观察时，将所述第二反射镜和所述第三反射镜相连的光路向上移动了。
19.根据权利要求13所述的投影系统，其中，所述第二反射镜和所述第三反射镜的光路中设置有所述聚光透镜。
20.根据权利要求19所述的投影系统，其中，相对于所述投影透镜的光轴，所述聚光透镜和所述第三反射镜被分别置放在彼此不同的侧。
全文摘要
为了获得如下效果即增加图像的亮度、小型化、低成本、操控方便性、避免故障、组装方便性。这些效果可通过一种投影系统来获得，该投影系统包括至少一个发光器件；光的时分供应装置，该光的时分供应装置按时间来划分从所述至少一个发光器件发射的光并供应该光；第一聚光透镜，该第一聚光透镜使得通过所述光的时分供应装置的光集中；第一反射镜，该第一反射镜反射通过所述第一聚光透镜的光；积分器，该积分器使得从所述第一反射镜反射的光成为平面光；第二反射镜，该第二反射镜反射通过所述积分器的光；第三反射镜，该第三反射镜向DMD侧反射从所述第二反射镜反射来的光；以及投影透镜，该投影透镜将从第二反射镜反射的光投影到屏幕上并具有光轴，所述第二反射镜和第三反射镜分别置放在该光轴的两侧。
文档编号G03B21/14GK102216847SQ200880131971
公开日2011年10月12日 申请日期2008年12月22日 优先权日2008年11月13日
发明者尹赞永, 郑周永, 金阳植 申请人:Lg电子株式会社