圖像形成設備和具有其的投影電視的製作方法
2023-05-06 07:27:06 2
專利名稱：圖像形成設備和具有其的投影電視的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有改進結構的圖像形成設備以及一種包括該圖像形成設備的投影TV，在所述圖像形成設備中，照明系統和投影系統被布置在不同的高度以合適地安裝在基座形狀的機殼中。
背景技術：
傳統的投影系統根據顯示裝置的數量主要被分為三片式投影系統或者單片式投影系統，所述顯示裝置以像素為單位對從光源發射的光執行開關控制。光源是產生彩色圖像的高功率的燈。在單片式投影系統中，與三片式投影系統相比，可以在尺寸上減小光學系統的結構。然而，由於利用順序方法將白光分離成紅色(R)、綠色(G)和藍色(G)，因此，單片式投影系統的光電效率(photoefficiency)是三片式投影系統光電效率的1/3。因此，已經努力增加單片式投影系統的光電效率。
在傳統的單片式投影系統中，從白光源照射的光束通過使用濾色器被分離成R、G和B顏色的光束，並且每個顏色的光束順序地傳播到顯示裝置。顯示裝置按照顏色被接收的順序被順序地操作，從而形成圖像。
如圖1A所示，傳統的單片式投影系統包括光源10；色輪15，從光源10發射的光束通過該色輪；積分器17，對通過色輪15的光束進行整形；全反射稜鏡25，將通過積分器17的光束全反射；顯示裝置27，接收由全反射稜鏡25反射的光束，根據輸入圖像信號來處理光束並且形成彩色圖像。系統還包括投影系統30，將由顯示裝置27形成的彩色圖像放大並且投影到屏幕上。
紫外線攔截濾光器12布置在光源10和色輪15之間，將已通過積分器17的光線聚集的透鏡組20布置在積分器17和全反射稜鏡25之間的光路上。
全反射稜鏡25包括入射稜鏡25a，將從光源10發射出的光束全反射到顯示裝置27上；發射稜鏡25b，將由顯示裝置27反射的光束透射到投影系統30。
從光源10到投影系統30的整個裝置具有一定寬度的水平結構，該寬度相對於其高度是很大的。
圖1B顯示具有機殼40的投影TV，該機殼40包括將屏幕S安裝到其上的屏幕單元35。在機殼40中安裝圖像形成設備。標號42表示裝飾機殼。
發明內容
技術問題如圖1B所示，具有圖1A中顯示的水平結構的圖像形成設備最好安裝在沿水平方向延伸的機殼40中。傳統的圖像形成設備適於具有類似臺式監視器形狀的投影TV。
然而，消費者期望具有各種設計的投影TV。因此，為了改變投影TV的外觀，需要改變圖像形成設備的結構。
技術解決方案本發明提出一種可以合適地安裝在具有垂直延伸的基座或者柱形的機殼中圖像形成設備以及具有該設備的投影TV。
根據本發明的一方面，提供了一種圖像形成設備，包括照明系統和將由照明系統形成的彩色圖像放大並且將其投影到屏幕上的投影系統。該照明系統包括光源；顏色分離器，將從光源照射的光分離成單獨的顏色；積分器，對已經通過顏色分離器的光進行整形；顯示裝置，響應輸入信號處理入射光並且形成彩色圖像；聚光元件，將從光源照射的光指引向顯示裝置，並且透射由顯示裝置反射的光；至少一個光路轉換器，使從光源照射的光折向上。投影系統沿著垂直方向被布置在與照明系統相比不同的高度。
所述至少一個光路轉換器可包括第一光路轉換器，將從光源發射的光折向上，從而圖像形成設備可以合適地安裝在基座形的機殼中；第二光路轉換器，指引光以最佳角度入射到顯示裝置上。
如果顯示裝置的垂直方向是Z軸，並且第一光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ1，那麼θ1具有0°和90°之間的角度。
如果顯示裝置的垂直方向是Z軸，並且第一光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ2，並且由第一光路轉換器反射的光以關於Z軸成α角度地傳播，則θ2被給出45°-α/2＜θ2＜90°+α/2。
根據本發明的另一方面，提供了一種圖像形成設備，包括照明系統和將由照明系統形成的彩色圖像放大並且將其投影到屏幕上的投影系統。該照明系統包括光源，關於地面水平地發射光；顏色分離器，將從光源照射的光分離成單獨的顏色；積分器，對已經通過顏色分離器的光進行整形；顯示裝置，響應輸入信號處理入射光並且形成彩色圖像；聚光元件，將從光源照射的光指引向顯示裝置，並且透射由顯示裝置反射的光；光路轉換器，使從光源照射的光折向上。投影系統沿著垂直方向被布置在與照明系統相比不同的高度。
如果顯示裝置的垂直方向是Z軸，並且光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ，並且由光路轉換器反射的光以關於Z軸成α角度地傳播，則θ被給出θ＝(90°+α/2)±10°。
根據本發明的另一方面，提供了一種投影TV，包括屏幕單元和包含圖像形成設備的機殼。該圖像形成設備垂直地布置在機殼中，並且機殼是柱形並具有比屏幕單元更小的寬度。
有利效果在根據本發明的圖像形成設備中，沿著垂直方向延伸地布置照明系統和用於照射光束的投影系統，從而照明系統和投影系統可以容易地安裝在具有垂直延伸的基座或者柱形的機殼中。
因此，具有根據本發明的圖像形成設備的投影TV具有基座形狀，同樣，投影TV可具有各種設計以滿足消費者的期望。
圖1A是傳統的圖像形成設備的示意圖；圖1B顯示具有傳統的圖像形成設備的投影TV的外觀；圖2顯示具有根據本發明實施例的圖像形成設備的投影TV的外觀；圖3是根據本發明另一實施例的圖像形成設備的示意圖；圖4顯示在根據本發明另一實施例的圖像形成設備中使用的變形微鏡面裝置(DMD)的坐標系和結構；圖5A顯示由在圖3顯示的圖像形成設備中使用的第一光路轉換器向上反射的光束的光路；圖5B是第一光路轉換器的傾斜度的示意圖，由在圖3顯示的圖像形成設備中使用的第一光路轉換器以該傾斜度向上反射光束；圖6A是第二光路轉換器和顯示裝置布置的示意圖，這種布置允許光束在從圖3顯示的圖像形成設備中的第二光路轉換器反射後以預定角度入射到顯示裝置上；圖6B、6C和6D是第二光路轉換器的傾斜度的示意圖；入射到圖3顯示的成像設備中使用的第二光路轉換器上的光束以預定角度反射；圖7是根據本發明另一實施例的圖像形成設備的結構的示意圖；圖8是圖7中顯示的圖像形成設備的修改的例子的示意圖。
具體實施例方式
圖2顯示具有根據本發明實施例的圖像形成設備的投影TV。圖2的投影TV包括具有屏幕S的屏幕單元90以及具有垂直延伸的基座或者柱形並且放置在屏幕單元90下方的機殼95。
圖3是根據本發明另一實施例的圖像形成設備的示意圖。圖3的圖像形成設備包括照明系統100，發射光束並且形成彩色圖像；投影系統150，將彩色圖像放大並且將其投影到屏幕S上。照明系統100和投影系統150沿著垂直(Z)方向放置在不同的高度。
照明系統100和投影系統150可以安裝在機殼95中，相對於現有技術的結構，本發明是改進的結構，在於照明系統100和投影系統150合適地安裝在具有基座形狀的機殼95中，如圖2所示。
照明系統100包括光源103，發射光束；顏色分離器110，將從光源103照射的光束分離成單獨的顏色；顯示裝置130，響應輸入信號處理通過顏色分離器110的彩色光束並且形成彩色圖像。此外，為了使照明系統100垂直延伸地布置，照明系統100還包括將從光源103照射的光束折向上的至少一個光路轉換器。投影系統150將形成在顯示裝置130上的彩色圖像放大並將其投影到屏幕S上。
照明系統100包括第一光路轉換器120，放置在顏色分離器110和顯示裝置130之間，將入射光束的路徑轉換成第一方向；第二光路轉換器125，將由第一光路轉換器120反射的光束的路徑轉換成第二方向；聚光元件127，將由第二光路轉換器反射的光束指引向顯示裝置130，並且將由顯示裝置130反射的光束指引向投影系統150。
光源103放置在機殼95之下，其放置方式是光源103的光軸與機殼95的底表面平行。從光源103發射並且與光源103的底表面平行傳播的光束由第一光路轉換器120向上反射。此外，第二光路轉換器125將由第一光路轉換器120反射的光束指引向聚光元件127。
例如，顏色分離器110可以是色輪或者作為被本領域的技術人員理解的其它元件。
紫外線攔截濾光器105放置在光源103和顏色分離器110之間的光路上，對從光源103發射的光束進行整形的積分器112放置在顏色分離器110和第一光路轉換器120之間。積分器112將光束進行整形，從而該光束具有與顯示裝置130形狀對應的橫截面。
用於聚光的透鏡布置在積分器112和聚光元件127之間的光路上。例如，第一聚光透鏡114布置在積分器112和第一光路轉換器120之間。第二聚光透鏡115和第三聚光透鏡116布置在第一光路轉換器120和第二光路轉換器125之間。第四聚光透鏡117布置在第二光路轉換器125和聚光元件127之間。
聚光元件127為入射到顯示裝置130上的光束和由顯示裝置130反射的光束創建不同的光路。聚光元件127可以是具有第一稜鏡127a和與第一稜鏡彼此相對的第二稜鏡127b的全反射稜鏡。作為入射稜鏡的第一稜鏡127a將要入射到顯示裝置130上的入射光束全內反射，作為發射稜鏡的第二稜鏡127b將由顯示單元130反射的光束透射到投影系統150。或者，聚光元件127可包括用於將來自第二光路轉換器125的光束會聚到顯示裝置130上的凹鏡或者透鏡。
顯示裝置130可為反射類型的液晶顯示器(LCD)或者變形微鏡面裝置(DMD)。
投影系統150包括投影透鏡組155，在屏幕上形成彩色圖像；反射鏡157，指引光束的路徑。
在本實施例中，安裝有第一光路轉換器120和第二光路轉換器125，第一光路轉換器120將從光源發射的光束向上指引，從而圖像形成設備可合適地安裝在具有基座形狀的機殼中，第二光路轉換器125使光束以最適宜的角度入射到顯示裝置130。為了讓從光源103發射的光束向上傳播，第一光路轉換器120可以一定角度布置，稍後將描述所述角度。
如圖4所示，在DMD130中，多個微鏡面130a二維地排列，微鏡面130可獨立的轉動。根據微鏡面130a的方向，反射光束朝著投影系統150或者背離投影系統150傳播，從而入射光束可被接通或者切斷。
這裡，假定垂直於DMD130平面的方向是X軸，Z軸是垂直的，Y軸由右手坐標系法則限定。基於這些法則的坐標系還被用在圖3中。
首先，參照圖5A，為了將由第一光路轉換器120反射的光束向上指引，限定應該存在將被第一光路轉換器120反射的光束的區域。如圖5A所示，該區域被限定在正X軸和正Z軸之間。為了說明的方便，圖5A顯示布置在從光源103到第一光路轉換器120的路徑上的光學元件組。
為了滿足這些條件，第一光路轉換器120的法線(在圖5A中虛線示出的)和Z軸之間的角度(θ1)在0°和90°之間。參照圖5B，當第一光路轉換器120平行於X軸時，θ1具有最小值(θ1min)，θ1min＝0°。當第一光路轉換器120平行於Z軸時，θ1具有最大值(θ1max)，θ1max＝90°。將從光源103發射的光向上傳播的第一光路轉換器120的位置由θ1指示，並且θ1由關係式1限定。
0°＜θ1＜90° ............(1)接下來，參照圖6A，由第二光路轉換器125反射的光束以關於Z軸成預定角度α地入射到聚光元件127上。為了滿足入射角度的需要，如下獲得第二光路轉換器125的傾斜角度。即，由於入射光束已經由第一光路轉換器120向上反射，所以存在其中有入射到第二光路轉換器125的光束的區域，並且該區域由負Z軸限定，如圖6A所示。
這裡，從第二光路轉換器125反射的光束具有關於Z軸的角度α，Z軸和第二光路轉換器125的法線(在圖6A中虛線示出的)之間的角度稱作θ2。
圖6B顯示了光束沿著(+)Y軸入射到第二光路轉換器125上的情況。在這種情況下，θ2是(45+α/2)度。圖6C顯示光束沿著(-)Z軸入射到第二光路轉換器125上的情況。在這種情況下，θ2是(90+α/2)度。
圖6D顯示了光束沿著(-)Y軸入射到第二光路轉換器125上的情況。在這種情況下，θ2是(45-α/2)度。
參照圖6B、圖6C和圖6D，為了指引由第二光路轉換器125反射的光束使其關於Z軸成α角度，以下條件可以適用
45°-α/2＜θ2＜90°+α/2 ............(2)例如，當顯示裝置130是DMD時，由第二光路轉換器125反射的光束以關於Z軸成45°角地入射到聚光元件127上，θ2由關係式2給出。
225°＜θ1＜1125°............(3)接下來，如圖7所示，根據本發明另一實施例的圖像形成設備包括光源160，用於將光束沿著垂直(Z)方向照射到圖像形成設備的底表面上；顏色分離器165，將從光源160照射的光束分離成單獨的顏色；具有顯示裝置180的照明系統150，顯示裝置180響應輸入圖像信號處理由顏色分離器165分離的彩色光束，並且形成彩色圖像；投影系統190，將由照明系統150形成的彩色圖像放大並且將其投影到屏幕上。
此外，圖像形成設備還包括光路轉換器170，指引光束的路徑，從而該光束以預定角度入射到顯示裝置180上；用於吸收紫外線的紫外線攔截濾光器163，布置在光源160和顏色分離器165之間的光路上；積分器167，將入射光束進行整形；聚光透鏡組169，將已經通過積分器167的光束聚集，其被布置在顏色分離器165和光路轉換器170之間的光路上。
例如，顏色分離器165可以是色輪或者作為本領域技術人員理解的其它元件。
聚光元件175布置在光路轉換器170和顯示裝置180之間的光路上。聚光元件175將來自光路轉換器170的光束指引向顯示裝置180，並且將由顯示單元180反射的光束傳播到投影系統190。
在本實施例中，安裝一個光路轉換器170，從而照明系統150和投影系統190被布置在不同的高度。這裡，假定垂直於顯示裝置180平面的方向是X軸，Z軸是垂直的，Y軸由右手坐標系法則限定。
光路轉換器170將從光源160發射的光束以關於Z軸成α角度地指引向聚光元件175。光源160沿著垂直於底表面的方向，即沿著平行於Z軸的方向發射光束。此外，光路轉換器170以關於Z軸成預定角度α地向上反射從光源160發射出的光束。這裡，Z軸和光路轉換器170的法線(圖7中虛線示出的)之間的角度是θ，即(90°+α/2)度。θ的公差由關係式4給出。
θ＝(90°+α/2)±10°.......(4)例如，當顯示裝置180是DMD時，由光路轉換器170反射的光束以關於Z軸成45°的角度入射到聚光元件175上，θ由關係式5給出。
θ＝112.5°±10° .......(5)接下來，在圖8所示的圖像形成設備中，從光源發射的光束可以通過利用光路轉換器折向下。
圖8中的結構與圖7中的結構不同的是光束的光路由光路轉換器170改變成向下的路徑。參照圖8，聚光元件175和顯示裝置180布置在光路轉換器170之下。在這種情況下，由光路轉換器170反射的光束可以以關於Z軸成135度的角度入射到顯示裝置180上。
為了使從光源160發射的光束折向下，關係式4指示光路轉換器170的法線和Z軸之間的角度由關係式6給出。
θ＝157.5°±10° .......(6)這樣，從光源160發射的光束可沿著垂直於光源160底表面的方向傳播，並且圖像形成設備的外觀可是多樣的。
根據本發明的實施例，照明系統和投影系統被容納其中的機殼可沿著縱向方向延伸，因此，圖像形成設備的外觀可以與傳統的圖像形成設備的外觀不同。換句話說，照明系統和投影系統可以容易地安裝在具有基座或者柱形的機殼中，如圖2所示。
雖然已經參照本發明的示例性實施例詳細地顯示和描述了本發明，但是本領域的技術人員應該理解，在不脫離由權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以對其進行各種形式和細節上的修改。
權利要求
1.一種圖像形成設備，包括照明系統，包括光源；顏色分離器，將從光源照射的光分離成單獨的顏色；積分器，對已經通過顏色分離器的光進行整形；顯示裝置，響應輸入信號將來自積分器的光處理並且形成彩色圖像；聚光元件，將從光源照射的光指引向顯示裝置，並且透射由顯示裝置反射的光；至少一個光路轉換器，布置在光源和顯示裝置之間的光路上，使從光源照射的光折向上；投影系統，將由照明系統形成的彩色圖像放大並且將其投影到屏幕上，投影系統沿著垂直方向被布置在與照明系統相比不同的高度。
2.如權利要求1所述的圖像形成設備，其中，所述光源與垂直方向垂直地發射光束。
3.如權利要求1所述的圖像形成設備，其中，所述至少一個光路轉換器包括第一光路轉換器，將從光源發射的光折向上，從而圖像形成設備可以合適地安裝在基座形的機殼中；第二光路轉換器，指引光入射到顯示裝置上。
4.如權利要求3所示的圖像形成設備，其中，如果顯示裝置的垂直方向是Z軸，並且第一光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ1，那麼θ1具有0°和90°之間的角度。
5.如權利要求3所述的圖像形成設備，其中，如果顯示裝置的垂直方向是Z軸，並且第一光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ2，並且由第一光路轉換器反射的光以關於Z軸成α角度地傳播，則θ2被給出45°-α/2＜θ2＜90°+α/2。
6.如權利要求3所述的圖像形成設備，其中，如果顯示裝置是DMD，顯示裝置的垂直方向是Z軸，並且第一光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ2，由第一光路轉換器反射的光以關於Z軸成45度的角度傳播，則θ2被給出22.5°＜θ2＜112.5°。
7.一種圖像形成設備，包括照明系統，包括光源，關於地面水平地發射光；顏色分離器，將從光源照射的光分離成單獨的顏色；積分器，對已經通過顏色分離器的光進行整形；顯示裝置，響應輸入信號將來自積分器的光處理並且形成彩色圖像；聚光元件，將從光源照射的光指引向顯示裝置，並且透射由顯示裝置反射的光；一個光路轉換器，布置在光源和顯示裝置之間的光路上，使從光源照射的光折向上；投影系統，將由照明系統形成的彩色圖像放大並且將其投影到屏幕上，投影系統沿著垂直方向被布置在與照明系統相比不同的高度。
8.如權利要求7所述的圖像形成設備，其中，如果顯示裝置的垂直方向是Z軸，並且光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ，並且由光路轉換器反射的光以關於Z軸成α角度地傳播，則θ被給出θ＝(90°+α/2)±10°。
9.如權利要求8所述的圖像形成設備，其中，如果顯示裝置是DMD，並且沿著Z軸方向垂直延伸，光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ，由光路轉換器反射的光以關於Z軸成45度的角度傳播，則θ被定義為θ＝112.5°±10°。
10.一種投影TV，包括屏幕單元；機殼，包括圖像形成設備；其中，所述圖像形成設備包括照明系統，包括光源；顏色分離器，將從光源照射的光分離成單獨的顏色；積分器，對已經通過顏色分離器的光進行整形；顯示裝置，響應輸入信號處理入射光並且形成彩色圖像；聚光元件，將從光源照射的光指引向顯示裝置，並且透射由顯示裝置反射的光；至少一個光路轉換器，使從光源照射的光折向上；投影系統，將由照明系統形成的彩色圖像放大並且將其投影到屏幕上，投影系統沿著垂直方向被布置在與照明系統相比不同的高度，其中，機殼垂直地延伸並且具有比屏幕單元小的寬度。
11.如權利要求10所述的投影TV，其中，所述至少一個光路轉換器包括第一光路轉換器，使從光源發射的光折向上，從而圖像形成設備合適地安裝在基座形機殼中；第二光路轉換器，指引光入射到顯示裝置上。
12.如權利要求10所述的投影TV，其中，如果顯示裝置的垂直方向是Z軸，並且第一光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ1，那麼θ1具有0°和90°之間的角度。
13.如權利要求10所述的圖像形成設備，其中，如果顯示裝置的垂直方向是Z軸，並且第一光路轉換器的法線和Z軸之間的角度是θ2，並且由第一光路轉換器反射的光以關於Z軸成α角度地傳播，則θ2被給出45°-α/2＜θ2＜90°+α/2。
14.一種投影TV，包括屏幕單元；機殼，包括圖像形成設備，其中，所述圖像形成設備包括照明系統，包括光源，關於地面水平地發射光；顏色分離器，將從光源照射的光分離成單獨的顏色；積分器，對已經通過顏色分離器的光進行整形；顯示裝置，響應輸入信號處理入射光並且形成彩色圖像；聚光元件，將從光源照射的光指引向顯示裝置，並且透射由顯示裝置反射的光；光路轉換器，布置在光源和顯示裝置之間的光路上，使從光源照射的光折向上；投影系統，將由照明系統形成的彩色圖像放大並且將其投影到屏幕上，投影系統沿著垂直方向被布置在與照明系統相比不同的高度，其中，機殼垂直地延伸並且具有比屏幕單元小的寬度。
全文摘要
本發明提供了一種圖像形成設備和一種具有該圖像形成設備的投影TV。該圖像形成設備包括照明系統和將來自照明系統的彩色圖像放大並且將其投影到屏幕上的投影系統。該照明系統包括光源；顏色分離器，將來自光源的光分離成單獨的顏色；積分器，對來自顏色分離器的光進行整形；顯示裝置，響應輸入信號處理入射光並且形成彩色圖像；聚光元件，將來自光源的光指引向顯示裝置，並且透射來自顯示裝置的光；至少一個光路轉換器，使來自光源的光折向上。投影系統沿著垂直方向被布置在與照明系統相比不同的高度。
文檔編號H04N5/74GK1820500SQ200580000580
公開日2006年8月16日 申請日期2005年5月3日 優先權日2004年5月11日
發明者全基鬱 申請人:三星電子株式會社